Строительства зданий, подземных сооружений и геомеханика
Шахтное и подземное строительство
Выработки неглубокого заложения (своего рода тоннели) играют особую роль в жизни городов. Они могут обеспечивать движение людей из одной точки города в другую в короткие сроки(пешеходные, велосипедные тоннели а также для движения автомобилей либо поездов); строятся для прокладки сетей городского хозяйства или к примеру для перемещения воды в деривационных тоннелей гидроэлектростанций.
Так как данные выработки играют важную роль в жизни города и людей живущих в нем, то чтобы жизнь города продолжалась нужно грамотное строительство выработки. Риск аварий (обвалов или обрушений) в выработках имеет место быть и зачастую случается по вине крепежа. Крепление - один из основных производственных процессов при строительстве, каких либо подземных сооружений.
Конструкции и технологии возведения крепления выработок должны удовлетворять следующим параметрам:
Весь комплекс подземного сооружения должен возводится в единых конструктивных и технологических решениях, взаимно увязанных между собой.
Так как львиная доля способов сооружения тоннелей подразумевает под собой высокую трудоемкость поскольку разработку грунта и его устройство ведут отдельными частями, а не на все сечение тоннеля. Свое внимание я обратил на сооружение тоннелей с использованием опережающей фибронабрызгбетонной крепи.
Крепление выработки с применением фибробетона имеют ряд преимуществ, а именно:
Рисунок 1 – Трещиностойкость фибры [1]
Целью работы является обоснование параметров опережающей крепи с использованием фибробетона, с учетом особенностей выработок неглубокого заложения (тоннелей).
Основные задачи исследования:
Объект исследования: опережающая фибронабрызбетонная крепь применяемая в выработках неглубокого заложения.
Предмет исследования: параметры ОБК и состав фибробетона применяемого в ней.
Идея: использование фибробетона в опережающей бетонной крепи при строительстве выработок неглубокого заложения.
Научная новизна: определение и установление зависимостей прочностных характеристик фибробетона используемого в ОБК, для выработок неглубокого заложения.
Практическое значение: работа предполагает вклад в виде обоснования и методики расчета опережающей крепи и ее состава с использованием фибробетона с учетом геологических особенностей выработок неглубокого заложения.
Свое внимание я обратил на сооружение тоннелей с использованием опережающей фибронабрызгбетонной крепи.
Чтобы избежать недоразумения между терминами распыленный цементный раствор
и набрызгбетон
, мы предпочитаем употреблять термин набрызгбетон
для каждой распыленной смеси, содержащей цемент и инертный заполнитель.
Набрызгбетон - один из способов устройства бетонной конструкции. Наряду с традиционными методами укладки бетона, набрызгбетон также обладает особенными требованиями к качеству смеси в процессе бетонирования.
Фибронабрызгбетон - одна из разновидностей цементного бетона, в котором содержится фибра или фиброволокна в качестве армирующего материала.
После проходки горной выработки порода в естественном массиве постепенно переходит из упругого состояния в состояние потери устойчивости и далее в неустойчивое состояние. Установка временной крепи во время проходки должна обеспечить устойчивость массива. При этом крепь может работать как жесткая опора для окружающего массива, или как податливая конструкция, допускающая деформации совместно с массивом.
Податливая конструкция крепи дает возможность максимально использовать собственную несущую способность породного массива. При этом крепление выработки следует выполнять как можно быстрее после разработки породы с тем, чтобы эффективно использовать естественную устойчивость породы до перехода ее в неустойчивое состояние. Это достигается путем создания податливого свода состоящего из тонкой оболочки фибронабрызгбетона, плотно нанесенной на породу и армированной (в случае необходимости) сеткой или арками.
Возведенное таким образом временное крепление, взаимодействующее с породой и плотно к ней прижатое по всему периметру выработки, искусственно удлиняет время сохранения устойчивости горными породами до тех пор, пока не будет возведена постоянная обделка. При этом сечение тоннеля освобождается, что дает возможность широко применять высокопроизводительные горнопроходческие механизмы, а постоянную обделку можно возводить на значительном удалении от забоя и сразу по всему сечению с использованием механизированной опалубки и бетоноукладочных машин.
При этом методе в ходе проходки необходимо систематически вести контрольные измерения горного давления, нагрузок на крепь и деформаций крепи и массива. Это дает возможность на основании результатов измерений увеличивать или уменьшать толщину слоя фибронабрызгбетона [2].
Рисунок 2 – Продольный разрез сооружаемого тоннеля
(анимация: 7 кадров, 6 циклов повторения, 80 килобайт)
Рассмотрим же какие фибры использовать лучше. Основными армирующими фибрами являются полипропиленовая и стальная фибры.
Фибра из синтетических волокон наиболее дешевая и химически стойкая. Однако полипропилен и стекло все же не имеют достаточного сопротивления и применяются скорей для улучшения характеристик бетона в его первоначальный период набора прочности.
Рисунок 3 – Показатели набора прочности на примере полипропиленовой фибры:1)без полипропиленовой фибры, 2) добавлением полипропиленовой фибры [3]
В отличие от них металлическая фибра улучшает механические характеристики бетона уже после набора им прочности. Однако стальные фибры имеют высокий расход на куб.м бетона , из-за чего приходится искать более доступные способы армирования бетонов [4].
На мой взгляд, лучшей фиброй используемой в бетоне, для сооружения опережающей фибробетонной крепи в условиях выработок неглубокого заложения - это базальтовая фибра.
Данная фибра представляет собой отрезки базальтового волокна определенных размеров, введение которых значительно повышает прочность бетона на растяжение, имеющие ряд преимуществ по сравнению с синтетическими волокнами и стальными фибрами рассмотренных ранее.
Рисунок 4 – Базальтовая фибра
Отметим ряд преимуществ базальтовой фибры над другими:
Данные показатели были получены в ходе исследований в таких учреждениях:
СТРОЙЭКСПЕРТТЕХНОЛОГИИ;
УралНИАС;
ООО Минерал 7;
Технобазальт(Украина) получены результаты исследований бетонов классов В25 и В30 и цементного раствора М100 с добавлением базальтовой фибры. Прочность на растяжение при изгибе повышается до 30% в классах бетонов В25 и В30 и на 48% в цементном растворе М100. Прочность на сжатие повышается до 14% в классах бетонов В25 и В30 и на 58% в цементном растворе М100.
В результате анализа литературных источников определены цель и задачи данной магистерской работы.
В магистерской работе будут производены лабораторные исследования, а также разработаны технологические регламенты сооружения выработок способом ОБК с использованием фибробетона, с учетом геологических особенностей выработок неглубокого заложения.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2016 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.