СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА ОПЕРЕЖАЮЩЕЙ БЕТОННОЙ КРЕПИ (ОБК) ДЛЯ ТОННЕЛЕЙ СООРУЖАЕМЫХ В СЛАБЫХ ПОРОДАХ
Проф. Лысиков Б.А., студ. Бреусова И.В., ДонНТУ, г. Донецк
Известен способ опережающей бетонной крепи [1], заключающийся в предварительном сооружении по контуру выработки опережающей щели и заполнении ее быстрос-хватывающимся бетоном, т.е. в создании ограждающего козырька над выработкой перед ее проведением.
Недостатком способа является малая устойчивость опережающей бетонной крепи у основания (почве) выработки, сооружаемой в слабых породах.
Целью данного предложения является повышение эффективности способа, ОБК.
Работы по сооружению тоннеля производят в следующей последовательности. Из забоя выработки в пятовых сечениях на длину заходки бурят опережающие скважины 1 диаметром D = (2 - 3)Н, где Н - толщина щели 2. Затем проводят опережающую щель 2 по контуру калоттного сечения выработки. Скважины 1 и щель 2 заполняют бетонной смесью. После набора бетоном необходимой прочности и образования крепи 3 и пятовых усиливающих элементов 4 разрабатывают грунт на величину заходки. При этом элементы 4 воспринимают на себя дополнительные напряжения и исключают утолщения обделки в пятах. Затем возводят обделку 5 тоннеля постоянной толщины, что снижает расход бетона.
Целесообразность устройства опережающих скважин 1 не более чем на величину заходки объясняется трудностью бетонирования скважин при большой их длине и необходимостью совместной работы их с образуемой крепью. Кроме того, устройство скважин значительной протяженностью требует размещения в забое соответствующего оборудования, что целесообразно из-за нахождения в забое врубовой машины для нарезки щели.
Для выяснения характера статической работы системы крепь - пятовые усиливающие элементы был произведен ее расчет с представлением усиливающих элементов в виде бетонных цилиндров, сопрягающихся с оболочкой крепи и работающих совместно с ней. Условием совместной работы крепи и усиливающих элементов являлось выполнение следующих граничных условий по линии их контакта.
Результаты расчета системы крепь - пятовые усиливающие элементы показали, что наиболее оптимальным является устройство элементов диаметром D = (2 - 3)Н, так как при D > 3Н происходит резкое возрастание напряжений.
Устройство усиливающих элементов с D < 2Н нецелесообразно по следующим технологическим соображениям.
При нарезании щели образуется штыб - измельченные частицы породы, которые частично остаются в щели. Как показали натурные исследования, заполнение щели штыбом может составлять 5-10% от объема нарезанной щели, причем скопление штыба из-за сводчатой формы крепи происходит в пятовых сечениях и может снижать толщину пятовых усиливающих элементов на 30-40%. Предусмотрение специальных мер для удаления штыба из скважины длиной 2-3 м технологически нецелесообразно.
Уменьшение толщины усиливающих элементов приводит к тому, что работа системы крепь - устанавливающие элементы аналогична работе обычной крепи. Поэтому нижний предел размеров пятовых усиливающих элементов ограничен диаметром D = 2Н.
Устройство усиливающих элементов 4 в пятовых сечениях крепи 3 позволяет исключить утолщение обделки в пятах, так как дополнительные напряжения при этом воспринимаются уже устроенными усиливающими элементами. Обделку 5 при этом следует выполнять постоянной толщины, что снижает расход бетона.