Лекция №1. Состояние и перспективы освоения подземного пространства.

Лекция №1. Состояние и перспективы освоения подземного пространства.

Подземное строительство имеет почти столь же долгую историю, как история человечества. Первобытные люди использовали в качестве жилищ естественные пещеры. Позднее, в бронзовом веке, появились выработки для добычи руд, драгоценных металлов и камней. Древние цивилизации Египта, Индостана оставили после себя впечатляющие памятники подземного зодчества – храмы, подземные лабиринты усыпальниц фараонов. В городе Петра (Иордания) до сих пор сохранились вырубленные в красном песчанике культовые сооружения и жилища. В римской империи подземное строительство достигло высокого уровня. До сих пор в Европе функционируют несколько дорожных и гидротехнических тоннелей, построенных руками рабов по проектам римских инженеров. Дренажный тоннель у озера Фучино (Италия) имеет длину 5,6 км и сечение 1,8´З м.

Проходку тоннелей в скальных породах вели следующим образом. В забое тоннеля разжигался сильный костер, затем раскаленную грудь забоя поливали холодной водой. От сильных термических напряжений породы трескались на небольшую глубину и поддавались разборке ручным инструментом.

Подземное строительство продолжало развиваться и в Средние века. Системы оборонных сооружений крепостей и замков непременно содержали подземные ходы. При штурме Казани войска Ивана Грозного применили минный заряд, заложенный в штольне, которая была пройдена под городской стеной. Средневековые горные выработки, например соляные шахты Величка в Польше, удивляют современных инженеров своей устойчивостью, обязанной мастерству, «чувству камня» их строителей. Средневековые системы водоснабжения и канализации функционируют до сегодняшнего дня во многих городах Европы и Азии. Подземные пещеры Киево-Печерской Лавры свидетельствуют, что средневековая церковь считала подземное пространство вполне пригодным для жизни монахов, а не только обиталищем «нечистых сил».

Эпоха промышленной революции дала новые возможности для ведения подземного строительства – мощные взрывчатые вещества, механические способы бурения, погрузки, транспортирования пород. Одновременно возросли потребности в различного вида подземных сооружениях. Начиная с середины XIX века ведется строительство железнодорожных тоннелей: тоннель Мон-Сенис длиной 12850 м между Францией и Италией построен в 1875–71 гг., Сен-Готард длиной 14984 м – в 1872–82 гг. и Симгаюнский длиной 19780 м – в 1898–1906 гг. между Италией и Швейцарией. В России первый железнодорожный тоннель длиной 1280 м построен в 1868 г.; Сурамский тоннель длиной 3998 м, построенный в 1886–90 гг., до строительства Байкало-Амурской магистрали оставался самым длинным тоннелем СССР.

Широкое распространение получила подземная добыча угля, руд. Был построен даже ряд подземных тоннелей — каналов для пропуска судов через водораздельные участки, в том числе Ронский тоннель на водной магистрали Марсель – Рона (Франция) длиной 7118 м с размерами поперечного сечения 24,5´17,1 м.

С начала XX столетия возросла роль подземного строительства в урбанистике. Почти одновременно в ряде европейских столиц и крупнейших городах Америки прокладываются городские подземные транспортные артерии — метрополитен. С развитием военной авиации перед второй мировой войной в европейских городах приступили к строительству бомбоубежищ, а в Германии были построены подземные военные заводы.

В настоящее время, к рубежу XX и XXI столетий, подземные и заглубленные сооружения стали полноправным элементом городской застройки, присутствуют во многих технологических комплексах.

Подземные сооружения играют важную роль в охране окружающей среды, помогая сберегать поверхность земли. К достоинствам подземных помещений относятся защищенность от атмосферных воздействий, возможность поддержания желаемого температурного режима при низких энергетических затратах. Подземное помещение уменьшает или сводит к нулю связь размещенных в нем объектов с окружающей средой, поэтому там целесообразно размещать вредные и опасные производства.

Объем подземного строительства (без учета выработок горнодобывающей промышленности) в ряде развитых капиталистических стран характеризовался за последние десятилетия следующими цифрами, млн. м³:

Учитывая малую численность населения Швеции, ее следует признать страной с самым интенсивным подземным строительством: за десятилетие (1970–80 гг.) там построено 4,5 м³ подземного пространства на каждого жителя. Общий объем подземного строительства в Швеции распределяется приблизительно следующим образом: электростанции – 50 %, транспорт (тоннели, гаражи) – 5 %, коммуникации – 5 %, нефтехранилища – 40 %.

Раздел «Подземные сооружения» курса «Основания, фундаменты и подземные сооружения» является новым для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». В отличие от курсов «Подземные сооружения", читаемых в горных и гидротехнических вузах, в данном курсе наибольшее внимание уделено подземным сооружениям малого заглубления, являющимся элементами промышленных комплексов или городской урбанистики.

Лекция № 2-3. Классификация и конструкции подземных сооружений.

Классификация.

По назначению выделяют подземные сооружения: коммунально-бытового назначения (подвальные этажи зданий, подземные гаражи, подземные склады магазинов, подземные холодильники, хранилища продуктовых товаров, подземные кинотеатры, и т. д.);

– промышленно-технологические сооружения (емкости очистных водопроводных и канализационных сооружений, заглубленные части дробильно-сортировочных цехов обогатительных фабрик, металлургических производств, подземные атомные котельные и т. д.);

– сооружения гражданской обороны и оборонные (убежища различных классов, командные пункты, шахты для хранения и запуска баллистических ракет и т. д.); транспортные и пешеходные тоннели (горные автомобильные и железнодорожные тоннели для преодоления высоких перевалов, подводные тоннели под реками и морскими проливами, тоннели метрополитена, городские автомобильные и железнодорожные тоннели, пешеходные подземные переходы);

– тоннели городских коммунальных сетей (канализационные, тоннели-коллекторы для прокладки силовых, телефонных кабелей, водопровода и др.);

– гидротехнические подземные сооружения (напорные тоннели, камеры машинных залов ГЭС, подземные бассейны гидроаккумулирующих электростанций);

– выработки для добычи полезных ископаемых (для добычи угля – шахты, руды – рудники);

– хранилища нефтепродуктов и газов, ядовитых и радиоактивных отходов.

Подземные сооружения могут размещаться: в комплексе с надземными зданиями; в сочетании с подземными инженерно-транспортными сооружениями: в специально проводимых выработках под улицами, площадями, скверами; в специальных выработках за чертой города: в отработанных горных выработках.

По глубине заложения подземные сооружения разделяют на заглубленные, малой глубины заложение, глубокие. Над заглубленными сооружениями нет слоя грунта, они перекрыты сверху искусственными конструкционными материалами или вообще представляют собой подземную часть здания.

Над подземными сооружениями малой глубины заложения имеется слой грунта до 10 м. Вес объектов, расположенных па поверхности, вносит свой вклад в давление грунта на обделку подземных сооружений малой глубины заложения.

Подземные сооружения большей глубины заложения относят к разряду глубоких. Давление на обделку этих сооружении уже не зависит от обстановки на поверхности, а определяется только свойствами окружающих пород и глубиной заложения.

Выделяют следующие способы строительства подземных сооружений малой глубины заложения и заглубленных (рис. 2.1):

Котлованный. Этот способ используется при строительстве заглубленных сооружений малой глубины заложения. В грунте отрывается котлован, на дне которого, как на поверхности, возводится сооружение. После завершения строительства котлован засыпается грунтом.

Опускного колодца. Этим способом строятся заглубленные сооружения. При этом боковые ограждающие стены сооружения возводятся на поверхности. Грунт из средней части послойно удаляется, и стены сооружения опускаются в грунт.

Рис. 2.1. Строительство подземных сооружений с поверхности: а – котлованный способ, б – способ опускного колодца, в – способ «стена в грунте» I, II – этапы строительства

«Стена в грунте» Этим способом также возводятся заглубленные сооружения. С поверхности по контуру сооружения отрывается узкая траншея па глубину сооружения. Для обеспечения устойчивости стен траншея заполняется глинистым раствором. Траншея откапывается частями и заполняется бетоном Выемка грунта производится уже под защитой возведенных стен сооружения.

«Горный (закрытый) способ строительства. Строительство тоннелей и других глубоких сооружений ведется подземными способами и включает (рис. 2.2.): отделение породы от массива (отбойку, резание); погрузку ее на транспортные средства; транспортировку; устройство временной крепи, обеспечивающей безопасность работы в забое; возведение постоянной обделки, обеспечивающей устойчивость и водонепроницаемость выработки.

Рис. 2.2. Проходка подземной выработки: 1 – погрузчик, 2 – транспортное средство, 3 – временная крепь, 4 – постоянная обделка

Способы проходки тоннелей делятся на горные и щитовые. В горных способах все операции (отбойка, погрузка, транспорт, возведение временной крепи и постоянной обделки) расчленены и выполняются в циклическом режиме с применением различных средств механизации. В щитовых способах проходки резание пород, погрузку и возведение постоянной обделки выполняют механизмы, объединенные в одном агрегате–проходческом щите, роль временной крепи выполняет специальный подвижный элемент – собственно щит. Тоннели мелкого заложения могут строиться и котлованным способом.

Заглубленные жилые дома

Многие сотни тысяч лет первобытный человек использовал в качестве жилищ природные или специально открытые пещеры, всегда обращался к земле, чтобы укрыться от неблагоприятных климатических условий. Лишь исторически непродолжительная эра доступного и дешевого топлива позволила строить возвышающиеся над уровнем земной поверхности тонкостенные дома и снабжать эти энергетически неэкономичные дома теплом. Теперь, когда количество природного топлива сокращается, настало время пересмотреть взгляды на строительство.

В США, Канаде, ряде других стран начинает развиваться строительство заглубленных домов с земляной теплозащитой. В конце 70-х годов около 5 % новых индивидуальных домов в США строилось в заглубленном исполнении; наблюдается тенденция роста этой величины, особенно в районах с суровыми зимами. К преимуществам заглубленных жилищ, как и других подземных сооружений, относятся сокращение энергетических затрат на отопление зимой и охлаждение летом, сокращение затрат на наружный ремонт, лучшая звукоизоляция, устойчивость против штормовых воздействий. Проектирование заглубленных жилищ предусматривает множество различных способов сохранения энергии, например, пассивное использование солнечной энергии, рекуперацию тепла из вентиляционных выбросов и канализационных стоков и др. Нет сомнения, что грандиозная программа обновления жилья в сельских местностях СССР представляет исключительные возможности для развития этого вида жилищного строительства.

Основные типы заглубленных жилищ в условиях плоского падающего рельефа приведены на рис. 1.21. Дом атриумного типа (рис. 1.21, а) находится полностью ниже уровня земли, имеет внутренний дворик, в наибольшей степени защищен от ветров. Недостатком его является отсутствие вида на местность из окон, выходящих во внутренний двор. Обычно атриумная планировка применяется в условиях теплого климата. В условиях равнинной местности с суровым климатом чаще всего возводятся полузаглубленные дома (рис. 1.21, б). «Падающий рельеф» холмистой местности наиболее благоприятен для строительства заглубленных домов (рис. 1.21, в и г). В таких условиях возможно строительство одно- и двухэтажных домов; при этом отсутствует основной недостаток заглубленных жилищ в условиях равнинной местности: ограничение вида на местность, что является довольно существенным эстетическим и психологическим фактором.

Рис. 2. 10. Основные варианты заглубленных, жилых домов.

Правильная ориентация здания по отношению к солнцу и ветру может обеспечить значительную дополнительную экономию энергии. Энергия солнечной радиации может быть использована для получения тепла в активной и пассивной форме. Большинство активных систем использования солнечной энергии имеют плоские коллекторы, устанавливаемые непосредственно на здание или по соседству с ним. Так системы не предъявляют жестких требований к ориентации здания. Прогрев помещения солнцем через окна называется пассивным использованием солнечной энергии; наибольший эффект при этом достигается при ориентировке окон на юг. В северном полушарии наибольшие теплопотери зимой связаны с ветрами северных румбов, так что ориентация оконных и дверных проемов заглубленного жилища на юг обеспечивает и наилучшую защиту от ветра.

Геомеханические процессы.

Строительство горных выработок и подземных сооружении вызывает нарушение начального напряженно-деформированного состояния породных массивов. Возникающие в результате этого механические процессы деформирования приводят к формированию нового равновесного напряженно-деформированного состояния породных массивов в окрестности выработок. Новое поле напряжений и деформаций условно будем называть полным, имея в виду, что оно сформировалось в результате наложения на начальное поле дополнительного поля напряжений и деформаций, образовавшегося при сооружении выработки.

Знание основных закономерностей деформирования породного массива позволяет прогнозировать возможные реализации механических процессов. Сложность этой задачи определяется прежде всего большим числом влияющих факторов. В общем случае породный массив представляет собой дискретную, неоднородную, анизотропную среду, механические процессы деформирования в которой носят нелинейный временной характер. Кроме геологических факторов большое влияние оказывают инженерно-технические условия строительства и, в частности, форма и размеры выработок, их ориентация в массиве, способ проходки и поддержания, технология крепления и др.

Очевидно, что при одновременном учете всех этих факторов аналитическое описание закономерностей процесса формирования напряженно-деформированного состояния практически невозможно. Вместе с тем многолетний опыт и знания, накопленные в механике горных пород, показывают, что при любом сочетании влияющих факторов всегда может быть выделен один-два главных, имеющих определяющее значение для характера реализации механических процессов. Так, например, при строительстве тоннеля в скальных породах из всех факторов главнейшим будет трещиноватость пород. Именно она обусловливает в данном случае реализацию механических процессов в виде локальных вывалов или сплошного сводообразования. В качестве другого при мера можно привести случай, когда определяющими факторам» будут форма и размеры выработки. Так, в кровле очистной горной выработки прямоугольной формы, имеющей ширину, значительно большую, чем высоту, возникают опасные для ее эксплуатации растягивающие напряжения. Число подобных примеров, можно было бы продолжить.

Все вышесказанное позволяет определить методический подход к изучению основных закономерностей процесса формирования напряженно-деформированного состояния породного массива вокруг горных выработок.

Вначале предлагается рассмотреть простейшую задачу, ее решение принять за базовое, а затем в сравнении с этим решением изучить влияние различных естественных (природных) и искусственных (технологических) факторов на напряженно-деформированное состояние породного массива.

В качестве такой базовой задачи рассмотрим полное поле напряжений в окрестности горизонтальной протяженной горной выработки кругового поперечного сечения,пройденной на достаточно большой глубине в сплошном однородном изотропном породном массиве с равнокомпонентным начальным напряженным состоянием q, предполагая линейную физическую зависимость между напряжениями и деформациями, т. е. рассматривая породный массив как линейно-деформируемый. Будем предполагать, что реактивный отпор крепи р равномерно распределен по контуру выработки. В такой постановке граничные условия имеют вид

s_r = p при r = 1 при r à ¥. (7.1*)

Решая соответствующую задачу теории упругости в постановке плоской деформации при m = 0.5, получаем в цилиндрической системе координат (r, q – в плоскости поперечного сечения выработки, z – продольная ось выработки) следующие полные-напряжения:

(7.1)

и безразмерные смещения

(7.2)

где s_q, s_r – соответственно тангенциальное (окружное) и радиальное нормальные напряжения; s_z – нормальное напряжение в направлении продольной оси выработки; t_rq, t_rz, t_qz – касательные напряжения; и – безразмерные радиальные смещения; Е – модуль деформации горных пород; r – безразмерная радиальная координата рассматриваемой точки породного массива, выраженная в единицах радиуса выработки, в проходке R_b.

Соответствующее начальное поле напряжений характеризуется компонентами

(7.3)

а дополнительное поле напряжении – компонентами

(7.4)

Для наглядности распределение компонентов s_q и s_r полного (сплошные линии), начального (штрихпунктирные линии) и дополнительного (пунктирные линии) полей напряжений показано на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Распределение начальных, дополнительных и полных напряжений вокруг выработки в однородном изотропном массиве.

Рис. 7.2. Эпюры распределения напряжений на контуре выработок с различной формой поперечного сечения.

Окружающие выработку породы имеют ограниченную несущую способность, т. е. способность сопротивляться увеличению напряжений, и могут деформироваться без разрушения в определенных пределах. Поэтому следствием сформировавшегося в результате проведения выработок нового напряженно-деформированного состояния могут быть процессы разрушения горных пород, проявляющиеся в одних породах в виде хрупкого разрушения, в других – в виде пластического течения. В результате вокруг выработки образуются области запредельного состояния и полного (руинного) разрушения, которые могут охватывать весь контур выработки или отдельные его части. Деформируемость разрушенных пород повышается, а это в свою очередь вызывает значительное увеличение смещений породного контура.

Таким образом, образование в породном массиве частично или полностью разрушенных областей пород является одной из форм реализации механических процессов деформирования пород или, как принято говорить, одной из форм проявления горного давления. Частичное или сплошное сводообразование, значительные смещения породного контура, т. е. основные источники формирования нагрузок на конструкции подземных сооружений, являются следствием процессов разрушения. Поэтому знание основных закономерностей разрушения поре вокруг выработок необходимо для качественной и количественной оценки возможных проявлений горного давления и, следовательно, и научно обоснованного выбора способов и средств борьбы с этими проявлениями.

Как уже отмечалось ранее, разрушение пород протекает различно как в виде хрупкого разрушения, так и путем пластического деформирования. Поэтом для математического анализа механических процессов разрушения используются различные геомеханические модели.

В хрупкоразрушающихся породах образование области предельного равновесия может привести к нарушению сплошности массива на внешней границе этой области, что математически выражается в виде неравенства тангенциальных нормальных напряжений, действующих по обе стороны от указанной границы, процессе разрушения изменяются механические характеристики пород в области предельного равновесия и, в частности, прочность пород на сжатие уменьшаете до величины остаточной прочности. Этому случаю соответствует модель идеально-хрупкой среды, определяемая диаграммой деформирования Оаb (рис. 8.1) физическим уравнением (5.69) на запредельном участке деформирования.

В пластичных породах образование области предельного равновесия может происходить без столь заметных разрушений, как в хрупких, и проявляется в виде пластического течения без разрывов сплошности. При этом в определенном диапазоне деформации существенного изменения механических характеристик не происходит. Это позволяет использовать в данном случае модель идеалы» пластичной среды, показанную на рис. 8.1 в виде диаграммы Оас, и физическое уравнение (5.67) на запредельном участке деформирования.

Рис. 8.1. Кусочно-линейная аппроксимация полной диаграммы деформирования горных пород	Рис. 8.2. Расчетная схема породного массива вокруг выработки, сложенного идеально-хрупкими или идеально-пластичными горными породами

Нагрузки и воздействия.

Расчеты при проектировании колодцев должны производится на нагрузки и воздействия, которые определяются условиями строительства и эксплуатации сооружения (рис. 1).

Расчетные значения веса стен G₀, кН, днища G _д, кН и тиксотропного раствора G _т, кН определяются по проектным размерам элементов, принимая вес железобетонных конструкций в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций (II).

Горизонтальное давление грунта на колодец формируют следующие нагрузки:

а) основное давление грунта определяется как давление грунта в состоянии покоя по формуле:

, (1)

где g – удельный вес грунта, кН/м³;
z – расстояние от поверхности грунта до рассматриваемого сечения, м;
j – угол внутреннего трения грунта.

Для колодцев, погружаемых ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды, т. е.

, (2)

где g_s – удельный вес частиц грунта, кН/м³;
g_w – удельный вес воды, принимается 10 кН/м³;
e – коэффициент пористости грунта.

б) основное давление тиксотропного раствора в период погружения колодца определяется по формуле:

, (3)

где g₁ – удельный вес тиксотропного раствора, кН/м³.

в) дополнительное давление грунта, вызываемое наклоном пластов:

, (4)

где a – коэффициент, зависящий от наклона пластов (принимается по (2), с. 14).

г) гидростатическое давление грунтовых вод, учитываемое во всех грунтах, кроме водоупорных:

, (5)

где h_b – расстояние от поверхности грунта до уровня грунтовых вод, м.

д) дополнительное давление от сплошной вертикальной равномерно-распределенной вокруг сооружения нагрузки q:

, (6)

е) дополнительное давление от вертикальной сосредоточенной нагрузки <2 или от нагрузки, равномерно распределенной по прямоугольной площади поверхности. Определяется по рекомендациям работы (2), с. 19-24.

Усилия трения ножа колодца по грунту определяются по формуле:

, (7)

где т –коэффициент условий работы. При расчете на всплытие т = 0.5, на погружение m = 1;

и –наружный периметр ножа колодца, м,

h_u – высота ножа, м;

f – сопротивление грунта по боковой поверхности ножевой части, кПа. Определяется по таблице (/2/, с. 17). Для ориентировочных расчетов можно принять (при погружении колодца на глубину до 30 м):

– пески гравелистые, крупные и средней крупности 53 – 93

– пески мелкие и пылеватые 43-75

– суглинки и глины твердые и полутвердые 47 – 99

– супеси твердые и пластичные, суглинки и глины туго- и мягкопластичные 33 – 77

– супеси, суглинки и глины текучие и текучепластичные 20 – 40

усилия трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки определяются по формуле:

, (8)

где Н_т –высота тиксотропной рубашки, м;
Т° –удельная сила трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки, принимается 1–2 кПа. При расчете на всплытие (после тампонажа щели тиксотропной рубашки цементно-песчаным раствором) 40 кПа.

Усилия сопротивления грунта под банкетной ножа определяются по формуле:

, (9)

где R – расчетное сопротивление грунта основания, принимается в соответствии с рекомендациями работы /12/, с. 37 (табл. 1-5); F_u – площадь подошвы ножа, м².

Расчет колодца.

Расчет погружения колодца производится из условия:

, (10)

где G –вес колодца и пригрузки с учетом коэффициента надежности по нагрузке g_f = 0,9;
g_f1 –коэффициент надежности погружения: g_f1 > 1 –в момент движения колодца, g_f1 = 1 – в момент остановки колодца или яруса на проектной отметке.

Колодцы, погружаемые ниже уровня грунтовых вод, после устройства днища должны рассчитываться на всплытие в любых грунтах (за исключением случая, когда под днищем выполняется дренаж) на расчетные нагрузки из условия:

, (11)

где SG – сумма всех постоянных вертикальных нагрузок с учетом пригрузки с коэффициентом надежности по нагрузке g_f = 0,9;
F_g –площадь днища, м²;

h_w –расстояние от низа днища до уровня грунтовых вод, м;

g_fw – коэффициент надежности против всплытия, равный 1,2.

Примеры расчета.

Рассчитать колодец с внутренним диаметром 20 м, глубиной 30 м, на нагрузки и воздействия, возникающие в условиях строительства (рис. 2 а). Колодец погружается в тиксотропной рубашке (g₁=15.0 кН/м³) с применением водопонижения. Грунты однородные, представлены суглинком тугопластичным (g = 16,6 кН/м³, g_s = 26,8 кН/м³, e = 0,7, j = 18°, с = 17 кПа).

На основании исходных данных определяем вес стен колодца:

G₀ = 3,14×(10,6² – 10,0²)×30×25 =29108 кН.

Основное давление тиксотропного раствора в период погружения (3):

– на отметке 0,00 Р_r – 0;

– на отметке 28,00 Р_r = 15×28 = 420 кПа.

Дополнительное давление от сплошной вертикальной нагрузки q = 20 кПа (6):

P_g = 20× tg ²(45-18/2) = 10,5 кПа.

По полученным значениям строим эпюру давлений (рис. 2а). Усилия трения ножа колодца по грунту (7):

T_u =1×2×3,14×10,8×2×77 = 10445 кН.

Усилия трения стен колодца в зоне тиксотропной рубашки (8):

T_m =1×2×3,14×28×2 = 352 кН.

Суммарные усилия трения:

T = T_u + T_m =10445 + 352 = 10797 кН.

Усилия сопротивления грунта под банкеткой ножа (9):

R_u = 3,14×(10,8² – 10,6²) ×200 = 2688 кН.

Расчет погружения колодца выполним по формуле (10):

Погружение колодца обеспечено.

4.2. Рассчитать опускной колодец по исходным данным примера 4.1 для условий эксплуатации (водопонижение отключено). Вес перекрытий и строительных конструкций составляет 2000 кН.

Основное давление грунта (1):

– на отметке 0.00 Р_r,о = 0;

– на отметке 19.00 (уровень грунтовых вод):

;

– на отметке 30.00:

;

Гидростатическое давление грунтовых вод (5):

;

Дополнительное давление от сплошной вертикальной нагрузки = 20кПа (6):

.

По полученным значениям строим эпюру давлений (рис. 2 б).

Усилия трения ножа колодца по грунту (при расчете на всплытие) (7):

.

Усилия трения стен колодца по грунту после выполнения тампонажа щели цементно-песчаным раствором (при расчете на всплытие) (8):

.

Расчет колодца на всплытие выполним по формуле (11) с учетом веса днища

G_g = 3.14×10.8²×1.8×25 = 16481 кН.

Пригрузка колодца не требуется.

Дренаж и водоотлив.

Обводненность грунтов в процессе строительства вызывает технологические сложности. В процессе эксплуатации подземного сооружения подземные воды порождают архимедову силу взвешивания, которая при недостаточной нагрузке сверху может привести к всплытию сооружения. Кроме того, даже при самых надежных видах гидроизоляции вода проникает в подземное сооружение. Дренаж – это система дрен и фильтров, собирающих подземную воду и отводящих ее от котлована или сооружения, а водоотлив – откачивающая система (насосы, трубопроводы).

Рис. 4. Схема открытого водоотлива: 1 – исходный уровень грунтовых вод; 2 – зумпф; 3 – насос; 4 – всасывающий трубопровод; 5 – водосборный кювет; 6 – дренирующая противосуффозионная пригрузка откосов

При пересеченном рельефе возможно устройство самотечного дренажа, если в доступной близости проходит канализационный коллектор на глубине, большей глубины заложения дренажных устройств. Во всех остальных случаях дренаж требует подъема уловленной воды на поверхность с помощью водоотлива. Поскольку водоотлив связан с потреблением электроэнергии, и в случае перерывов в ее подаче обводненность массива может быстро измениться, на эксплуатационный период обычно не предусматривается дренаж грунта с водоотливом, и сооружение рассчитывается на работу при естественном режиме подземных вод. В процессе строительства сооружения – напротив, как правило, стремятся к полному осушению котлована.

Щитовой способ.

Для разработки грунта широко применяют проходческие щиты, представляющие собой передвижную крепь, позволяющую под защитой разрабатывать грунт и возводить обделку. Формы поперечного сечения щитов – круговая, сводчатая, прямоугольная, трапецеидальная, эллиптическая и пр. По способу рыхления различают немеханизированные и механизированные щиты. В первом случае грунт разрабатывают вручную или с применением ручных инструментов, во втором все операции полностью механизированы и выполняются специальным рабочим органом. Проходческий щит кругового очертания представляет собой стальной цилиндр, состоящий из ножевого и опорного колец, а также хвостовой оболочки (см. рис. 1).

Ножевое кольцо подрезает грунт по контуру выработки и служит для защиты работающих в забое людей. При проходке в мягких – грунтах оно имеет уширенную верхнюю часть – аванбек, а в слабых – предохранительный козырек. Опорное кольцо вместе с ножевым – основная несущая конструкция щита. По периметру опорного кольца равномерно располагаются щитовые домкраты, служащие для передвижения агрегата. Хвостовая оболочка закрепляет контур выработки в месте возведения очередного кольца обделки.

Немеханизированные щиты оснащают горизонтальными и вертикальными перегородками, выдвижными платформами, а также забойными и платформенными домкратами.

Работы по щитовой проходке начинают с монтажа щитов и оснащения их необходимым оборудованием. В зависимости от вида подземного сооружения, глубины его заложения и инженерно-геологических условий щиты собирают в открытых выемках или котлованах, опускают целиком через шахтный ствол или внутри камеры либо монтируют в специальных подземных камерах.

Технология щитовой проходки зависит главным образом от типа щита, свойств грунта и вида обделки. При проходке немеханизированными щитами разработку, погрузку и транспортирование грунта производит так же, как при горном способе работ с применением стандартного горнопроходческого оборудования (бурильные молотки, погрузочные машины, вагонетки, электровозы и пр.). Успешно применяют проходческие щитовые комплексы КТ 1-5,6; ТЩБ-3, КМ-19, КТ-5,6Б2, которые состоят из щитового агрегата и оборудования для выполнения горнопроходческих, монтажных, гидроизоляционных и вспомогательных работ. Уровень механизации щитовых комплексов достигает 90...95 %, а скорости проходки тоннелей диаметром 5...6 м составляют 300...400 м в месяц и более.

Рис. 2. Виды временной крепи и опалубки: а - арочная; б - комбинированная; в, е - опалубки соответственно телескопическая (складывающаяся) и сборно-разборная; 1 - арка; 2 - затяжка; 3 - плиты; 4 - распорки; 5 - основание; б - анкеры; 7 - сетка; 8 - анкерные крепления; 9 - тележка; 10 - секция опалубки; 11 - домкрат; 12 - тюбинг; 13 - рычажный укладчик.

Схемы механизации щитовых работ отличаются способами разработки грунта, крепления кровли и лба забоя, все остальные операции по погрузке и транспортированию грунта, по возведению и гидроизоляции обделки выполняют аналогично. Из забоя щита грунт поступает на магистральный транспортер-перегружатель, в конце которого помещается бункер с двумя затворами, что позволяет выгружать грунт в вагонетки. На мосту закреплены толкатели нижнего или верхнего действия, при помощи которых перемещаются отдельные вагонетки, тележки с блоками, пневмобетоноукладчики и т. п.

По мере разработки грунта выработку крепят арочной, анкерной, набрызг-бетонной, комбинированной временной контурной крепью (рис. 2). Арочную крепь устраивают из металлических прокатных профилей (двутавры, швеллеры, трубы), изогнутых по контуру выработки. Каждая арка состоит из двух или четырех элементов, соединяемых на болтах. Арки устанавливают с шагом 0,8...1,5 м, опирая на грунт через деревянные подкладки и раскрепляя деревянными или металлическими распорками. Пространство между арками затягивают досками, железобетонными плитами или гофрированным» стальными листами. В сводовой части устраивают сплошную затяжку, разбирая ее перед бетонированием. Крепь устраивают в виде анкеров, расположенных в пробуренных скважинах, «подвешивая» к ненарушенному массиву участок нарушенного грунта; применяют клиновые и распорные металлические анкеры с замковым устройством, железобетонные (набивные, нагнетательные и перфорированные), закрепляемые по всей глубине шпура, сталеполимерные анкеры, закрепляемые в шпурах эпоксидными или полиэфирными смолами и вступающие в совместную работу с окружающим массивом через 1...2 ч после установки.

В выработках большого размера используют предварительно напряженные анкеры, которые заделывают в д

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: