Методика определения параметров временной крепи при проходке автодорожных тоннелей в трещиноватых породах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--------------------------------------------------- © Т. Хаддад, 2011

УДК 69.035 Т. Хаддад

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРЕМЕННОЙ КРЕПИ ПРИ ПРОХОДКЕ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ В ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОРОДАХ

Предложено решение по выбору временной крепи при проходке автодорожных тоннелей в слабых скальных породах в Иране.

Ключевые слова: тоннелестроение, выбор временной крепи.

А нализ перспектив тоннельного

./ж. строительства в Иране позволяет определить особенности инженерногеологических условий строительства, некоторые статистические данные о протяженности и глубине заложения большинства намеченных к строительству тоннелей.

Во-первых, на трассе большинства тоннелей преобладают породы с крепостью по М.М.Протодьяконову от / =2 до / = 4. Указанные коэффициенты крепости характеризуют прочность породного массива с учетом структурного ослабления трещинами различного происхождения.

Во-вторых, характерной особенностью начального напряженного состояния породного массива является искажение гравитационного поля напряжений воздействием тектонических напряжений. Так в работе [1] отмечается, что в большинстве случаев на глубине от 200 до 350 м горизонтальная составляющая тензора напряжений в породном массиве превосходит вертикальную (соизмеримую с гравитационным полем напряжений) в 1,5 раза. Большинство из намеченных к строительству тоннелей залегает на глубине до 300м, где и отмечается повышенное влияние тектонических напряжений в породном массиве.

В-третьих, протяженность 75% тоннелей на перспективных линиях не превосходит 800-1200 м.

В таких условиях при выборе способа сооружения тоннелей, ориентируясь на мировой опыт, следует отдать предпочтение горному способу. Анализ мирового опыта строительства транспортных тоннелей горным способом в условиях, аналогичных описанным выше, позволяет рекомендовать новоавстрийский способ (НАТМ), как отвечающий требованиям высоких технологий [2].

Гибкая технология НАТМ позволяет вести работы в слабых скальных породах с разработкой породы комбайном со стреловым исполнительным органом, легко приспосабливаться к изменяющимся по трассе тоннеля инженерногеологическим условиям без замены основного технологического оборудования за счет различных схем поэтапного раскрытия опережающих забоев и возможного варьирования конструктивным решением временной крепи. Очевидно, что только обоснованный выбор параметров временной набрызгбетонной или комбинированной крепи выработок, имеющих различные размеры и формы поперечного сечения и заложенных в разнообразных инженерно-

геологических условиях, может гарантировать эффективность сооружения

транспортных тоннелей новоавстрийским способом.

По результатам исследований силового взаимодействия временной набрыз-гбетонной и комбинированной крепи, выполненных методом численного анализа [3], разработана методика выбора комбинированной временной крепи (“методика Т”) применительно к горногеологическим условиям северного Ирана. Методика реализует возможность управления горным давлением за счет податливой временной крепи, позволяющей включить в работу породный массив и, в конечном итоге, снизить нагрузку на обделку автодорожных тоннелей. ”Методика Т” разработана для проектирования автодорожных тоннелей с криволинейным очертанием стен в слабых скальных породах с коэффициентом крепости 1,5<^4, расположенных на глубине до 200 м.

В ”Методике Т” длина обнажения пород допускается не более 3м, что определяет начальные смещения массива и приводит к его “разгрузке” и, в последующем, к уменьшению величины напряжений на контакте крепи и массива, которое учитывается коэффициентом K. Величина коэффициента К меняется от 1 при установке крепи непосредственно в забое калотты, до 0,4 при бетонировании временной крепи из набрызгбе-тона на расстоянии Lo =3 м от забоя.

Для оценки качества породного массива и выбора соответствующей крепи выработки использована классификация пород по крепости проф. М.М. Про-тодьяконова [4], в соответствии с которой породы делятся на десять категорий (от I до Х) с коэффициентом крепости от 20 до 0,3[5].

Взаимодействие временной крепи с окружающими породными массивами в зависимости от коэффициента бокового давления X и коэффициента крепости £,

представлено на рис. 1, где приведены графики и рекомендации по выбору типа временной крепи в слабых скальных породах. Анализ рис. 1 и “Методики Т” показывает, что могут быть следующие варианты временной крепи и технологии крепления тоннелей:

1. ґ=1,5, Х=1 - временная крепь из набрызгбетона толщиной 20 см и анкера длиной 6 м, устанавливаемые с шагом 0,6 м.

2. f=2, Х=0,25 - временная крепь из набрызгбетона толщиной 20 см и анкера длиной 6 м, устанавливаемые с шагом 0,6 м.

3. f=2, Х=0,53 - временная крепь из набрызгбетона толщиной 20 см и анкера длиной 6 м, устанавливаемые с шагом

0,6 м.

4. f=2, Х=1,5 - временная крепь из набрызгбетона толщиной 20 см и анкера длиной 6 м, устанавливаемые с шагом 0,6 м и усиленные арками или арматурным каркасом.

5. f=4, Х=0,25 - временная крепь из набрызгбетона толщиной 20 см и анкера длиной 4 м, устанавливаемые с шагом 1 м.

6. f=4, Х=0,53 - временная крепь из набрызгбетона толщиной 20 см и анкера длиной 4 м, устанавливаемые с шагом 1 м.

7. f=4, Х=1,5 - временная крепь из набрызгбетона толщиной 20 см и анкера длиной 4 м, устанавливаемые с шагом 1 м.

Таким образом, в слабых скальных породах с 1,5<^4, 0,25 <Х< 1 и f=4, Х=1,5 рекомендуется использовать на-брызгбетонную крепь в сочетании с анкерами. В породах f=2, Х=1,5 рекомендуется комбинированная крепь с арками. Такие рекомендации объясняются тем, что в породах с коэффициентом крепости f=2 при боковом давлении Х=1,5 тектонические напряжения нега-

Б

6 м

1,5 Г

к 1

о

Ч і

м

св

ч

о

(і

о

К

о

и

0,53

н

аз

и

к

а

а

Ж 0,25

т

о

Длина анкеров

4 м

' //// / *</ф /? / /&/ А/, У//

t Яш’о ш! 1;20'см11111

0 0,6м 0 — 1м

1,5 2

Коэффициент крепости пород Область при А>1

і

Область при Х<1

^толщина набрызгбетона 0 -расстояние между анкерами

Рис. 1. Рекомендации по выбору типа временной крепи и технологии временного крепления по “Методике Т”

тивно влияют на условия работы временной крепи из набрызгбетона и анкеров и требуют ее усиления арматурным каркасом, а при £=4 негативное влияние отсутствует.

Замечания по рис.1:

1. Величина смещения временной крепи из набрызгбетона и анкеров в породах с £=4 и Х=0,25; £=4 и Х=1,5 не должна превышать критического значения 21 мм; в породах с £=2 и Х=0,53; £=1,5 и Х=1 -32 мм.

2. £ - коэффициент крепости пород с учетом структурного ослабления массива.

3. X - коэффициент бокового давления, меняющийся в промежутке 0<Х<1, 1=1,5- коэффициент тектонического напряжения.

Методика предназначена для решения практических инженерных задач, связанных с оценкой устойчивости выработки, закрепленной комбинированной временной крепью при строительстве транспортных тоннелей. Методика позволяет:

- оценивать влияние начального поля тектонических напряжений Х=1,5 на условия работы временной крепи из на-брызгбетона и анкеров [3];

- увеличивать несущую способность крепи без ее утолщения за счет установки усиливающих элементов (арок, анкеров);

- рассчитывать допустимую (критическую) величину смещения конструкции временной крепи в слабых скальных породах при 1,5<£<4 [3];

- обеспечивать снижение стоимости строительства, а также повышение скорости и безопасности горнопроходческих работ.

Выводы

1. Разработан метод выбора временной крепи (Методика “Т”) автодо-

1. Исмаил М. Сиавоши. Обоснование поля напряжений массива горных пород для расчета обделок автодорожных тоннелей Талун и Ал-борз в Иране.// Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций. №4. М. 2004 г.

2. Фролов Ю.С., Мордвинков Ю.А. Современные методы сооружения тоннелей горным способом в слабых скальных и полу-скальных грунтах / Фролов Ю.С., Ю.А. Мордвинков //Метро и тоннели. №2. 2006 г.

рожных тоннелей большого поперечного сечения в Иране, сооружаемых горным способом (НАТМ), учитывающий отставание временной крепи от забоя выработки, категорию устойчивости пород и взаимодействие временной крепи с породным массивом.

2. ’’Методика Т” является совокупностью методик, определяющих конструктивные параметры временной крепи до возведения постоянной обделки в конкретных инженерно-

геологических условиях строительства тоннеля (в слабых скальных породах). Этот метод отвечает на современном этапе развития тоннелестроения требованиям высоких технологий.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Хаддад Т. Численный анализ влияния конструктивных параметров временной крепи на устойчивость выработки при проходке автодорожных тоннелей в Иране// Вестник гражданских инженеров. №24.— 2010.— С. 39-42.

4. СНиП II -44-78.'Тоннели железнодорожные и автодорожные'' Нормы проектирования. М. Стройиздат, 1978.

5. Тоннели и метрополитены. В.Г. Храпов, Е.А. Демешко, С.Н. Наумов.-М.: Транспорт, 1989, 383 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ----------------------------------------------------

Хаддад Теймур - аспирант, Тетиг-72@таП.ги, Московский государственный горный университет.