Филиппов Иван Иванович, к т. н., профессор учебно-методический комплекс
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Корниенко Сергей Иванович, доктор исторических наук, профессор кафедры новейшей истории, 248.33kb.
- Алексунин Владимир Алексеевич, профессор, к э. н., профессор кафедры маркетинга и рекламы, 1296.15kb.
- Автор Баташов Сергей Иванович (Ф. И. О) учебно-методический комплекс, 414.78kb.
- Климов Иван Андреевич, доктор философских наук, профессор учебно-методический комплекс, 2577.41kb.
- Слонов Людин Хачимович Доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры ботаники, 823.83kb.
- Литвинюк Александр Александрович д э. н., профессор должность профессор учебно-методический, 654.29kb.
- Панкратов Леонид Васильевич Д. т н., профессор учебно-методический комплекс, 948.73kb.
- Шевчук Иван Викторович, преподаватель учебно-методический комплекс, 654.01kb.
- Чиркун Сергей Иванович учебно-методический комплекс, 257.6kb.
- Парамонова Татьяна Николаевна д э. н., профессор Красюк Ирина Николаевна к э. н., доцент,, 1704.02kb.
4.2. Проходка тоннелей в полускальных, мягких и слабых грунтах.
В полускальных и мягких грунтах для сооружения тоннелей применяют способ опертого свода, в слабых грунтах - способ опорного ядра. Закрепляют выработку обычно с помощью деревянной веерной крепи, получившей свое название по расположению стоек (штендеров), поддерживающих кровлю и лежащих в одной плоскости, в направлении от середины к контуру сечения. Примером такой крепи является крепь калотты, рассмотренная в п.1.4.
Применение деревянной крепи, загромождающей сечение выработки и устанавливаемой вручную, ограничивает возможности механизации проходческих работ и скорости их выполнения. Поэтому перечисленные способы работ допускается применять лишь при сооружении тоннелей или их участков длиной до 300 м. При большем протяжении проходки более целесообразен щитовой способ работ со сборной тоннельной обделкой. В этом случае при сооружении горных тоннелей в пересеченной местности возникают затруднения с доставкой тяжелого и громоздкого оборудования, но проходка осуществляется с комплексной механизацией всех производственных процессов, обеспечивающих высокие скорости сооружения тоннеля.
Способ опертого свода. Идея способа заключается в предотвращении осадок кровли выработки и развития горного давления путем быстрого возведения в калотте постоянной крепи - свода обделки. Этот способ применим при наличии в подошве калотты грунтов, позволяющих опереть на них свод обделки без его существенных осадок. К таким грунтам относятся нескальные грунты типа твердых глин и суглинков, сцементированных крупнообломочных, отвердевших лессов. а также скальные грунты с коэффициентом крепости от 1,5 до 4.
Разработку боковых штросс производят в шахматном порядке (рис.4.7) или в благоприятных условиях одновременно с обеих сторон тоннеля. При этом вертикальные рабочие швы колец свода и стен не должны совпадать. Длину подводимого под свод столба стены назначают в зависимости от устойчивости грунтов ( обычно половина длины кольца свода). После того как стыки между кольцами будут оперты на столбы, подводят стены в промежутках, в результате чего образуется сплошная стена. При этом подводка очередного столба допускается. когда прочность столба, с ним смежного, достигнет 60 % проектной. т.е. примерно через 8 суток после введения его в работу.
Пяты свода при выемке из породы грунтов III - IV категорий следует поддерживать не менее чем двумя подкосами (штребелями) диаметром 28-30 см, опирающимися на продольные брусья.
Стены выработки в случае необходимости закрепляют досками, поддерживаемыми прогонами. Прогоны заводят концами в лунки, пробитые в нетронутом грунте, или за столбы первой очереди, а в недостаточно устойчивых грунтах опирают на подкосы (рис.4.8).
Особенно ответственной операцией является примыкание бетона стены к поверхности пят свода. Чтобы в последующем не произошла осадка свода, необходимо обеспечить полную монолитность конструкции.
Бетон стены не доводят примерно на 20-40 см до пят свода, и его поверхности придают горизонтальное положение. После выдерживания бетона в течение 2 суток зазор забивают бетоном тонкими наклонными слоями с тщательным трамбованием. Целесообразно нагнетать цементный раствор через стальные трубки, заложенные в стыке.
Для удобного совмещения работ в забоях калотты и штроссы устраивают подвесной потолок (рис.4.8), состоящий из поперечин 1. подвесок 3 с винтовыми стяжками 2 и прогонов 4. Потолок используют для доставки материалов в калотту и транспортирования грунта к бункеру, перемещаемому на нижнем уровне и применяемому для перегрузки грунта с верхнего горизонта в вагонетки.
Способ опертого свода с опережающей калоттой. При способе опертого свода с опережающей калоттой отпадает необходимость в верхней штольне, так как проходку калотты 1 осуществляют сплошным забоем (рис.4.9) отдельными заходками, длина которых равна расстоянию между дугами крепи (обычно 1-1,2 м). Устранение верхней штольни положительно отражается на успехе проходки калотты 1 в ненарушенном грунте. На небольшом расстоянии от забоя (обычно 12 шагов крепи, в неустойчивых грунтах до двух шагов крепи). определяемом удобствами производства работ, производят бетонирование свода II.
Выемку штросс III, IV и VI и подводку стен V и VII производят ранее описанным способом.
Применение инвентарной стальной крепи калотты позволяет осуществить раскрытие выработки на более крупные части, чем при деревянной крепи.
Наиболее простой и удобной является проходка без штолен, при которой функции опережающей выработки выполняет калотта (первый вариант). Работы производят в двух уровнях, причем на участке выемки средней штроссы устраивают подвесной потолок, используемый для подачи материалов и откатки грунта из опережающего забоя до бункера, обеспечивающего перегрузку грунта в вагонетки большого объема.
Практика показывает, что при площади сечения калотты не превышающей 15 м2, скорость ее проходки на стальной крепи не уступает скорости проходки направляющей штольни. Поэтому применение первого варианта вполне целесообразно при сооружении однопутных железнодорожных тоннелей.
При увеличении сечения калотты скорость ее проходки резко падает и не может быть признана достаточной. В этом случае переходят ко второму варианту способа с транспортной штольней (рис.4.10), позволяющей развернуть широкий фронт работ путем открытия промежуточных забоев.
Способ опорного ядра. Если прочность грунта недостаточна для опирания на него свода, а другие способы могут вызывать недопустимые осадки, можно применять способ опорного ядра. Сущность способа сводится к разработке грунта по контуру выработки с опиранием временной крепи на ненарушенный грунт (ядро) в средней части сечения и возведением обделки по частям, начиная со стен.
В основном варианте способа (рис.4.11) в месте намеченного расположения стен обделки проходят штольни I на всю длину сооружаемого участка тоннеля, в которых бетонируют нижние части II стен. В широких штольнях, где рядом со стеной может поместиться рельсовая колея (см. рис.4.11), проходка и бетонирование могут быть совмещены. Чаще поперечный размер выработки не позволяет раскрыть штольни такой ширины, так как иначе ядро получится слишком узким сравнительно с высотой и возникнет опасность его сползания в сторону. В этом случае проходку штолен и бетонирование стен чередуют. После продвижения штольни на всю длину сооружаемого тоннеля бетонируют стены в направлении от забоя штольни к выходу из нее (на рис. 4.11 слева).
Сооружение стен требует обычно не менее двух ярусов штолен. Штольни III верхнего яруса проходит после набора бетоном стены нижнего яруса 25% проектной прочности и заполнения грунтом пространства между забетонированной нижней частью стены и штольневой крепью для предотвращения подвижек грунта в ядре. Затем бетонируют верхнюю часть IV стены. Следующим этапом работ является проходка верхней штольни V, на базе которой раскрывают калотту VI кольцами длиной не более 4 м (в неблагоприятных геологических условиях до 2 м) с интервалами между ними в два-три кольца. Бетонирование свода VII выполняют с опиранием его на готовые стены. Ядро VIII вынимают механизированным способом под прикрытием свода после раскружаливания его на всем протяжении участка работ. При достаточной ширине выработки и ее сечении более 40 м2 допускается проходить по оси тоннеля нижнюю транспортную штольню. используемую для разбивочных работ, откатки грунта и устройства подходов к боковым штольням.
При способе опорного ядра, как правило, устраивают обратный свод X, бетонируемый в поперечных траншеях IX, ширина которых не должна превышать половины длины кольца обделки. Для предотвращения сдвига стен обделки внутрь выработки между стенами устанавливают распорки из бревен (тиранты), используемые для размещения откаточных путей и деревянного желоба, являющегося продолжением водоотводной канавы. Очередную траншею под обратный свод разрабатывают не раньше, чем будет забетонирован обратный свод на смежном участке.
К достоинствам способа опорного ядра следует отнести его надежность, обеспечивающую безопасность проходки в самых сложных геологических условиях, а также возможность сооружения обделки без подводки ее элементов, начиная со стен, и хорошее осушение массива. В случае необходимости можно в первую очередь сооружать обратный свод в поперечных сбойках между продольными штольнями.
К недостаткам способа опорного ядра относятся его неэкономичность, связанная с разработкой большой части сечения в штольнях, стесненность работ, затрудняющая достижение высокого качества обделки (особенно при большом числе рабочих швов), и низкая скорость сооружения тоннеля.
Способ полностью раскрытого сечения. Этот способ применяют при сооружении коротких камер (в том числе для первых трех колец сборной обделки камер для монтажа щита или тюбингоукладчика), используемых для дальнейшей проходки полным сечением, в неводоносных глинах, суглинках и супесях, создающих боковое давление, которое исключает возможность применения способа опертого свода.
Раскрытие выработки производят по частям с длиной кольца, уменьшенной до 3-4 м, чтобы избежать необходимость в постановке промежуточных тоннельных ферм и ограничиться лишь торцовыми фермами.
4.3. Бетонирование обделок
Возведение обделки, завершающее цикл основных работ по сооружению тоннеля, производят обычно параллельно с раскрытием подземной выработки в соответствии с основным правилом тоннелестроения. которое заключается в необходимости сокращения до минимума периода пребывания выработки на временной крепи. Однако в некоторых случаях может оказаться целесообразной последовательная организация работ, при которой возведение обделки начинают только после окончания всех работ по проходке. При этом возможно значительное сокращение одновременно используемых рабочей силы и других ресурсов строительства, более удобна организация основных работ. Само возведение обделки, являющееся менее трудоемким процессом, чем проходка, может проводиться с большей скоростью.
Такое решение должно быть рассмотрено при проходке в крепких, не оказывающих большого горного давления сухих скальных грунтах, требующих закрепления лишь кровли выработки. Использование анкерной крепи расширяет область применения последовательной организации работ.
Последовательная организация работ ведет к увеличению срока сооружения тоннеля и должна быть специально обоснована. Ее применение становится возможным при строительстве коротких (до 500 м) тоннелей, срок сооружения которых не лимитирует ввода в эксплуатацию пути сообщения.
Применение обделок из монолитного бетона требует весьма четкой организации бетонного хозяйства, которая в значительной степени определяется размерами поперечного сечения выработки и длинной сооружаемого через один вход участка тоннеля.
Основное требование, которое при этом необходимо выполнять, заключается в доставке бетонной смеси с минимальным числом перегрузок и сотрясений, ведущих к ее расслоению, и завершении укладки бетонной смеси до начала схватывания цемента. Продолжительность перемещения бетонной смеси, считая с момента выгрузки из бетономешалки до загрузки в бетоноукладочную машину, не должна превышать 1 ч при температуре до +20 оС и 40 мин при более высоких температурах.
Бетонную смесь приготовляют вне тоннеля или в его готовой части на расстоянии от опалубки, обеспечивающем возможность своевременной доставки и укладки на место. Бетонные работы производят обычными методами при температуре воздуха не ниже +10 С0 и температуре бетонной смеси не ниже +5 С0. При более низких температурах применяют зимние способы бетонирования. На участке бетонирования должны быть приняты меры против фильтрации через свежеуложенный бетон подземных вод. Для этого в трещины породы закладывают водоотводные трубки.
Наибольшие возможности для механизации работ по бетонированию обделки имеются в скальных грунтах, не требующих крепления или позволяющих ограничиться контурной крепью. При этом перемещение и укладку бетонной смеси выполняют с применением бетононасосов и бетоноукладчиков, а передвижная опалубка обеспечивает достаточный фронт бетонирования.
При параллельной системе организации работ, т.е. при возведении обделки во время проходки, в первую очередь бетонируют стены и верхний свод, что позволяет сохранить нетронутыми откаточные пути, используемые для вывоза грунта из забоя выработки.
Передвижная опалубка. Механизированные способы укладки бетонной смеси требуют применения инвентарной передвижной опалубки, обеспечивающей достаточный фронт бетонирования, высокое качество и однотипность внутренней поверхности тоннеля, экономию материалов и транспортных средств и значительное ускорение работ.
Передвижная опалубка, применяемая при бетонировании тоннельных обделок, должна иметь конструкцию, обеспечивающую ее удобное снятие и передвижение вслед за забоем, но не препятствующую перемещению по выработке грунта и материалов. Тележка, поддерживающая опалубку, должна передвигаться по путям, охватывающим снаружи откаточные пути выработки, а в конструкцию опалубки должны входить шарнирные и другие устройства, позволяющие легко отделять опалубку от затвердевшего бетона.
Перечисленным условиям удовлетворяют опалубки двух видов:
1) жесткая инвентарная опалубка, состоящая из секций, смонтированных каждая на отдельной тележке и имеющих возможность небольших радиальных перемещений, достаточных для отрыва от готовой обделки (рис.4.12);
2) телескопическая опалубка, состоящая из нескольких секций, допускающих значительные смещения входящих в них элементов и имеющих лишь одну тележку для их складывания, перемещения под ранее установленными секциями и установки на новом месте (рис.4.14).
Последовательность использования опалубок различна. Секции опалубки первого вида последовательно устанавливают и бетонируют, начиная с ближайшей от забоя, в направлении к выходу из тоннеля (рис. 4.13, а). После завершения бетонирования всех секций комплекта кольцо обделки 1, набравшее необходимую прочность, раскружаливают и соответствующую ему секцию перемещают вперед в положение 1, устанавливают и бетонируют. Затем процесс повторяют с секциями 2, 3 и др. Длина и число секций опалубки должны быть увязаны с заданной скоростью бетонирования и требуемым временем выдержки в опалубке.
При этой схеме бетонирования опалубка может иметь жесткую конструкцию и перемещаться вперед без складывания, что особенно важно в случае тоннелей большого сечения, но каждая ее секция опирается на отдельную тележку, а ближайшая к забою секция должна иметь два торцовых щита, закрывающих зазор между ней и контуром выработки.
При использовании телескопической опалубки (рис. 4.13, б) ее секции. входящие в комплект, устанавливают и бетонируют поочередно в направлении продвижения забоя. После приобретения необходимой прочности кольцом 1 обделки его раскружаливают и секцию опалубки в сложенном состоянии перемещают под секциями, установленными впереди, в новое положение 1/.
Применение телескопической опалубки более удобно, чем первого вида. В этом случае достаточно одной тележки, и каждая секция требует установки лишь одного торцового щита, так как с одной стороны бетонируемый секции всегда имеется уложенный бетон. Подача бетонной смеси в секцию упрощается, так как передний ее торец всегда свободен.
Для решения вопроса о числе секций опалубки имеет значение допустимое время раскружаливания. В соответствии со СНиП III-44-78 возможно раскружаливание при достижении бетоном проектной прочности, а в крепких устойчивых скальных грунтах - при достижении бетоном 75% прочности, т.е. через 12 сут.
При параллельной системе организации работ, когда отставание от забоя сравнительно невелико, можно считать допустимым раскружаливание в крепких скальных грунтах по достижении 30% прочности бетона, что соответствует трем суткам.
Бетонирование ниши для укрытия людей производят в специальной инвентарной форме 10, присоединяемой к основной секции при помощи болтов.
Устройства для подачи и укладки бетонной смеси. Перемещение бетонной смеси к месту укладки в случае применения передвижной опалубки выполняют машинами механического действия - бетононасосами или пневматическими бетононагнетателями по стальным трубам-бетоноводам. Бетонная смесь, перемещаемая по трубам, должна быть достаточно пластичной (осадка конуса 7-9 см) и сохранять однородность и связность до момента укладки. Такие свойства достигаются повышенным расходом цемента (не менее 280-330 кг/м3), содержанием в бетонной смеси по массе не менее 42% цемента и песка, применением гравия вместо щебня и оптимальным водоцементным отношением (0,5- 0,6). Особенно целесообразно введение в бетонную смесь пластифицирующих добавок (например, сульфитно-спиртовой барды), повышающих пластичность смеси и способствующих снижению расхода цемента без уменьшения прочности бетона.
Максимальная крупность зерен заполнителя составляет примерно 0,3-0,4 диаметра бетоновода. Если в качестве заполнителя используют щебень, его крупность принимают на 10 мм меньше.
Первые замесы бетонной смеси делают жирными (для смазки труб) с заполнителем крупностью не более 15 мм.
Бетононасосы надежны в работе, и их производительность не зависит от дальности подачи. К их недостаткам относится быстрый износ цилиндра и движущихся частей вследствие абразивного действия бетонной смеси и необходимости очистки насоса и бетоновода, заполненного смесью, при перерывах в работе.
Этих недостатков лишены бетононагнетатели пневматического действия (пневмобетоноукладчики), получившие на подземных работах широкое применение и почти полностью вытеснившие бетононасосы.
Бетононагнетатель (рис.4.15) состоит из стального резервуара 5 с загрузочной воронкой 3, закрываемой конусным затвором 2 с помощью пневмоцилиндра 1. В нижней части резервуара имеется рабочая камера 6 для направления бетонной смеси в бетоновод 7.
После загрузки резервуаров в него подается сжатый воздух, плотно прижимающий конусный затвор к резиновому уплотняющему кольцу и выдавливающий бетонную смесь в рабочую камеру. Подача бетонной смеси по бетоноводу осуществляется давлением сжатого воздуха, поступающего по воздуховоду 4.
Пневмобетоноукладчик ПБУ-5А имеет резервуар вместимостью 0,5 м3 и при давлении сжатого воздуха 0,7 Мпа может подать бетонную смесь на расстояние до 150 м по горизонтали или на 15 м по вертикали. При этом его производительность достигает 10 м3/ч.
Пневмобетоноукладчики более просты и дешевы, чем бетононасосы, меньше подвергаются износу, имеют малые габаритные размеры и обеспечивают очистку бетоновода от бетонной смеси после каждого цикла. Однако их производительность непостоянна и уменьшается с увеличение подачи.
Установка для пневмоподачи бетонной смеси (рис.4.16) состоит из укладчика 4, бетоновода 3 и ресивера 5 вместимостью около 2 м3 для выравнивания давления сжатого воздуха во время подачи бетонной смеси. Конец бетоновода 2 вводят за опалубку. Если бетонную смесь подают с перегрузкой (например, при последовательном соединении агрегатов для увеличения дальности их действия), то на конце бетоновода помещают гаситель скорости 1 в виде усеченного конуса, внутри которого имеется изогнутый отбойный лист, изменяющий направление движения бетонной смеси.
При использовании бетононасосов уплотнение бетонной смеси достигается заглублением в нее конца бетоновода, обеспечивающим давление на опалубку в пределах 0,1-0,2 Мпа.
В случае применения пневмобетоноукладчиков предельное давление не превышает допустимого при давлении сжатого воздуха в магистрали до 0,7 Мпа. В процессе укладки дополнительное уплотнение бетонной смеси обеспечивается глубинными вибраторами с гибким валом, которые вводят через люки в опалубке, закрываемые заслонками.
Указанным способом стены бетонируют на высоту 5-5,5 м. Свод и верхние части стен бетонируют с помощью одного бетоновода, расположенного в шелыге свода, с перемещением установки на 1 м по достижении предельного давления бетонной смеси. Для улучшения уплотнения бетонной смеси в замковой части целесообразно подавать сжатый воздух через трубку в верхнем перегибе бетоновода.
Бетонирование прекращается при появлении бетонной смеси на расстоянии около 0,5 м от торцового щита опалубки. Остающееся пространство заполняется смесью во время бетонирования замковой части следующей секции опалубки, обеспечивая таким образом связь между кольцами обделки. При параллельной организации работ процесс возведения обделки обычно тесно увязывают с процессом проходки, что находит отражение в общей циклограмме, выполнение которой обеспечивает заданные темпы сооружения тоннеля.
Для увеличения производительности бетонных работ целесообразно применять пневмобетоноукладчики большого объема. Так, агрегат типа “миксер”, разработанный ВННИ транспортного строительства совместно с СКТБ Московского механического завода (рис. 4.17), имеет вместимость 3 м3 на раме 6 с ходовой частью 7, перемещающейся по рельсовому пути с колеей 900 мм. Резервуар 1 имеет загрузочные люки 2 и разгрузочный раструб 8 с затвором 9. Внутри резервуара расположен лопастной вал 3, приводимый в движение электроприводом 5 через передачу 4 и осуществляющий перемешивание бетонной смеси во время ее транспортирования и укладки в опалубку. Агрегат имеет размеры 6,1х1,34х1,98 (высота) м и при давлении сжатого воздуха до 0,6 Мпа обеспечивает подачу бетонной смеси по бетоноводу диаметром 150 мм на растояние 150 м по горизонтали или 15 м по вертикали.
На рис.4.18 приведена схема применения агрегата 2, перемещаемого электровозом 1, для бетонирования обделки однопутного тоннеля в секционной опалубке 4 с портальной рамой. Бетоновод поддерживается вспомогательной тележкой 3. Вентиляционная труба 5 в месте бетонирования перекладывается с опиранием на портальную раму. Нагнетание за обделку производится с помощью тележки 6.
Набрызгбетон. В настоящее время устройство временной крепи и возведение постоянных тоннельных обделок часто связаны с применением набрызгбетона. Характерной особенностью набрызгбетона является введение в его состав добавки-ускорителя, которая должна обеспечивать необходимые сроки схватывания и твердения цемента, быть дешевой и нетоксичной и снижать конечную прочность бетона не более чем на 15-20 %. Добавки делят на жидкие (растворяемые в воде затворения) и сухие (вводимые в сухую смесь).
Наиболее эффективной жидкой добавкой является паста НКА (2-4 % от массы цемента, срок схватывания смеси 2-3 мин) и предложенная институтом Оргэнергострой добавка ОЭС, представляющая собой тонкомолотый спек глиноземных заводов, содержащий не менее 65 % алюмината и феррита натрия (3-4 % от массы цемента, срок схватывания смеси 3-5 мин).
Значительное влияние на процесс схватывания цемента, отскок заполнителей и прочность набрызгбетона оказывает водоцементное отношение, оптимальное значение которого при применении добавки ОЭС составляет 0,4-0,45.
Толщина покрытия из набрызгбетона обычно не превышает 15 см, а из набрызгбетона по сетке, прикрепленной анкерами, - 10 см. Поэтому закрепляемая выработка должна иметь правильную форму, которая может быть достигнута применением гладкого взрывания.
Для нанесения набрызгбетона применяют специальные машины, в которых сухая смесь цемента, песка и гравия дозируется и равными порциями выдувается сжатым воздухом в гибкий шланг и далее к соплу, где увлажняется водой (БМ-60, БМ-68, БМ-70; передвижная металлическая эстакада и самоходная кстановка).
Машина БМ-60 имеет производительность 3-4 м3/ч сухой смеси и при давлении сжатого воздуха до 0,6 Мпа (расход его 8-10 м3/мин) обеспечивает дальность подачи до 200 м по горизонтали или до 30 м по вертикали.
Машина БМ-68 имеет производительность 5-6 м 3/ч при расходе сжатого воздуха до 9 м3/мин и обеспечивает дальность подачи до 250 м по горизонтали или до 100 м по вертикали.
Набрызгбетон наносят на очищенную и промытую поверхность слоями толщиной до 7 см в своде и до 10 см на стенах кругообразным движением сопла, находящегося на расстоянии 100 -120 см поверхности, перпендикулярной ей. Правильное очертание внутренней поверхности крепи или обделки обеспечивается установкой маяков или лекал. Для получения покрытия толщиной более 7 см каждый последующий слой наносят через 20-40 мин после нанесения предыдущего слоя, чтобы его не повредить. Для предотвращения усадки набрызгбетона рекомендуется его интенсивно увлажнять в период твердения.
Применение набрызгбетона позволяет уменьшить толщину обделки и объем выработки, исключить необходимость в опалубке и полностью механизировать процесс бетонных работ. При этом их трудоемкость снижается почти в два раза, а стоимость обделки по сравнению с монолитной – на 30-40%.
4.4. Нагнетание за обделку.
Для обеспечения совместной работы обделки и окружающего грунта и предотвращения его осадок все пустоты за обделкой, а также за оставленными элементами временной крепи следует тщательно заполнять. Это достигается нагнетанием за обделку цементно-песчаного раствора, слой которого одновременно способствует более равномерному распределению горного давления, уменьшает водопроницаемость окружающих грунтов и защищает обделку от агрессивных подземных вод.
Нагнетание выполняют в два приема: первичное (цементно-песчаные растворы) и контрольное (цементный раствор). Целью контрольного нагнетания, которое проводят под повышенным давлением, является заполнение пустот за обделкой, оставшихся после первичного нагнетания, и трещин (в том числе усадочных) в затвердевшем растворе, а также обеспечение надежной совместной работы системы обделка - грунт. Цемент для нагнетания выбирают с учетом агрессивности подземных вод, его марки (300-400). Первичное нагнетание за монолитную и сборную чугунную обделки производят цементно-песчанном раствором состава 1:3, за сборную железобетонную обделку - состава 1:2; контрольное нагнетание во всех случаях - цементным раствором (1:0). Если первичным и контрольным нагнетанием не достигнута нужная водонепроницаемость обделки, производят дополнительное нагнетание бентонитовым раствором (состав 1:0).
Состав растворов назначают в зависимости от типа и обводненности обделки.
Первичное нагнетание выполняют под давлением, не превышающем 0,4 Мпа, пневмоническими аппаратами с непрерывным перемешиванием раствора (4.19).
Пневмонический растворонагнетатель представляет собой стальной горизонтальный цилиндр 1, имеющий загрузочную воронку 2, закрываемую конусным затвором 3. Загрузка цилиндра производится сухой смесью (цемент и песок), доставляемой в закрытых контейнерах. Внутри цилиндра находятся вращающиеся лопасти 4, перемешивающие сухую смесь с водой в течение 5 мин. Затем раствор выталкивается в шланг 5 давлением сжатого воздуха. Пневматические аппараты просты по конструкции, не имеют трущихся частей и могут нагнетать растворы сравнительно густой консистенции, но насыщают раствор сжатым воздухом, что отражается на водопроницаемости заполнения за обделкой. Их подача не превышает 2 м3 /ч.
Для контрольного нагнетания применяют двухплунжерный насос Ленметростроя, который работает в комплексе со специальной растворомешалкой вместимостью 500 л и обеспечивает давление до 1,5 Мпа, регулируемое в широких пределах. Подача насоса достигает 4 м3/ч.
Нагнетаемый раствор подается по резиновым шлангам диаметром не менее 50мм к отверстиям, оставленным в обделке при бетонировании или пробуренным после ее раскружаливания. Инжектор крепится на резьбе к стальным трубкам, заложенным в обделку при бетонировании и выступающим внутрь тоннеля на 5-8 см, при отсутствии трубок - обжатием резинового кольца в шпуре пробуренном в обделке (4.20).
Отверстия для нагнетания за монолитную обделку располагают в шахматном порядке с расстоянием между рядами около 2,5 м и между скважинами в ряду 3-4 м. Первичное нагнетание производят после достижения обделкой проектной прочности на участке длиной 20-30 м. Нагнетение ведут одновременно по обе стороны от оси тоннеля за стены и свод. За обратный свод нагнетание не делают.
Первичное нагнетание за стены ведут горизонтальными рядами, начиная с нижнего на высоте 1 м выше подошвы стен, до отказа при предельном давлении. По окончании первичного нагнетания за стены начинают нагнетание за свод кольцевыми рядами.
Контрольное нагнетание дают после отвердения раствора первичного негнетания (но не ранее чем через 2 сут) до прекращения поглощения цементного молока в течение 10-15 мин при предельном давлении (0,4 Мпа). После окончания негнетания отверстия заполняют раствором на всю глубину, выступающие концы трубок срезают и заштукатуривают.
Качество работ по нагнетанию проверяют нагнетанием цементного раствора через дополнительно пробуренные шпуры, которые не должны принимать его при предельном давлении. При возведении обделки по частям допускается нагнетание за части обделки до ее полного возведения.
4.5. Гидроизоляция тоннельных обделок.
Наиболее распространенными способами герметизации тоннелей в водоносных грунтах являются нанесение торкрета и устройство оклеечной гидроизоляции.
Торкрет. Торкрет-слой плотного цементно-песчаного раствора наносят на внутреннюю поверхность обделки с помощью пневматической цемент пушки (1,5 м3/ч). Давлением сжатого воздуха сухая смесь цемента и песка (состав 1:2-1:4) подается по гибкому шлангу и после увлажнения в нем водой (давление на 0,1 Мпа больше, чем сжатого воздуха) с силой набрызгивается на изолируемую поверхность. Образование слоя торкрета сопровождается непрерывным уплотнением ударами песчинок, обеспечивающими высокие качества покрытия. Торкретирование ведут слоями толщиной 5-12 мм с общей толщиной покрытия 20-40 мм. Так как более тонкие слои являются более плотными, слой, прилегающий к обделке, и наружный слой, подвергающийся выветриванию, делают более тонким, чем остальные слои. Каждый последующий слой наносят после затвердения предыдущего (обычно через 8-12ч).
Материалами для торкретирования служат чистый песок крупностью до 5мм и цемент марки не ниже 300, подбираемый с учетом агрессивности подземных вод.
При напорах подземных вод, превышающих 0,6 кПа, торкретный слой армируют сеткой из проволоки диаметром 3-5 мм, прикрепляемой к обделке анкерами, которые располагаются через 40 см.
Поверхность для торкретирования подготавливают посредством насечки бетона отбойными молотками с очисткой пескоструйным аппаратом и промывкой водой под давлением. Перед торкретированием поверхность увлажняют, а воду, просачивающуюся через обделку, отводят трубками, заложенными в бетоне. Температура поверхности должна быть не ниже +50С. Для уменьшения усадки влажность торкрета на обычном цементе поддерживают в течение двух недель, на пуццолановом - в течение трех недель.
Торкретное покрытие обеспечивает достаточную механическую прочность (до 3-4 Мпа на растяжение), хорошее сцепление с бетоном (до 1,0-1,2 Мпа), особенно при наличии сетки из арматуры, и водонепроницаемость при небольших напорах воды. Работы по торкретированию в значительной степени механизированы.
К недостаткам торкрета относят: его жесткость, ведущую к трещинообразованию при неравномерных осадках; возможность возникновения усадочных трещин, уменьшаемую применением безусадочного цемента и армирования сетками; большой расход цемента (750-850 кг/м3 при составе смеси 1:3) и значительный отскок частиц от поверхности (до 40-80% от потолка).
Оклеечная гидроизоляция. Оклеечная гидроизоляция состоит из нескольких слоев рулонного материала, соединенных и наклеенных на изолируемую поверхность пластичной водонепроницаемой массой. Изнутри тоннеля гидроизоляция, подвергающаяся наружному гидростатическому давлению, поддерживается железобетонной оболочкой, воспринимающей это давление. В качестве прочной основы оклеечной гидроизоляции тоннелей принимают материалы неорганического происхождения, не подверженные гниению.
Прогрессивным является внедрение безмастичной (термопластичной) гидроизоляции из рулонных битумизированных материалов на стекловолокнистой основе. Применяемый в этом случае гидростеклоизол представляет собой высокопрочную стекловолокнистую ткань, покрытую с двух сторон слоями термопластичной массы из тугоплавкого битума. Особенностями этой массы являются ее морозостойкость в значительном интервале температур и быстрый переход при нагреве в капельножидкое состояние.
В зависимости от давления подземных вод термопластичная гидроизоляция должна состоять не менее чем из двух слоев гидростеклоизола со стыками в нахлестку на половину ширины рулона, соединяемых между собой благодаря быстрому оплавлению поверхностных слоев битума, осуществляемого газовыми (пропановыми) горелками.
Подготовка гладкой поверхности к нанесению гидроизоляции заключается в ее очистке и окраске битумным лаком. Гидростеклоизол наклеивают на слой высохшего лака, прогревая газовыми горелками покровный слой, обращенный к изолируемой поверхности, с последующим непрерывным раскатыванием рулона. Прогрев изолируемой поверхности и рулона обеспечивает хорошее сцепление между ними и исключает возможность оставлять пузырьки воздуха.
Применение термопластичной гидроизоляции обеспечивает монолитное покрытие, имеющее хорошее сцепление с конструкцией даже при низких (до -100С) температурах, позволяет отказаться от специального оборудования и работ, связанных с варкой, транспортированием и нанесением горячей битумной мастики. Благодаря этому трудоемкость работ уменьшается в 2-3 раза и улучшается качество гидроизоляции, так как равномерная толщина битумного слоя обеспечивается в заводских условиях.