Технология строительства подземных сооружении специальными способами

Общие положения:

Интенсивное развитие топливной и горнорудной отраслей промышленности - одно из главных условий дальнейшего повышения эффективности общественного производства. В стране проводятся крупномасштабные мероприятия по дальнейшему ускорению темпов комплексного освоения природных ресурсов, рациональному и планомерному их использованию, улучшению экологической обстановки страны и охране труда рабочих на основе широкого внедрения в производство современных достижений научно-технического прогресса.

Неуклонный рост добычи полезных ископаемых сопровождается вовлечением в эксплуатацию месторождений со сложными гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями, характеризующимися большой глубиной горных работ, наличием газоносных пластов, а также мощных слабоустойчивых пород с высокой водообильностью, нередко с напорными, термальными и минерализованными подземными водами,

Сложные горно-геологические условия являются вбольшинстве случаев типичными и при сооружении подземных объектов в транспортном, гидротехническом и городском строительстве. Только в тринадцатой пятилетке намечается строительство более 800 км тоннелей различного назначения, из которых около четверти объема приходится на сложные горно-геологические условия.

Степень сложности гидрогеологических условий в основном, определяется водообильностью горных пород и их устойчивостью при обнажении. Наиболее сложные условия наблюдаются при строительстве горных выработок в рыхлых, слабоустойчивых водоносных породах типа плывунов и мягких пластичных глинах, в которых невозможно осуществить обнажение массива даже на незначительной площади. В ряде случаев в устойчивых скальных породах, но сильнотрещиноватых или пористых с большой водообильностью приток воды в выработку достигает до 1,5—2 тыс. м/ч. В таких условиях возникают значительные трудности с отводом подземных вод из забоя выработки или становится невозможным использование обычных средств водоотлива.

В этих случаях до начала горно-строительных работ проводятся предварительные мероприятия, направленные на гидроизоляцию места строительства выработки от окружающих водоносных пород, закрепление горных пород и придание им большей устойчивости при обнажении. Таким образом, при любом специальном способе строительства горных выработок предполагается выполнение дополнительных специальных мероприятий, которые осуществляются заблаговременно до начала горно-строительных работ.

В зависимости от характера воздействия на водоносные породы, времени действия мероприятий, а также типа оборудования, применяемого для выполнения работ, все специальные способы могут быть разделены на четыре группы, предусматривающие:

- применение временных или постоянных ограждающих крепей без изменений физико-механических свойств вмещающих пород (забивная крепь, опускная крепь, «стена в грунте»);

- временное изменение физико-механических свойств горных пород на период выполнения работ по строительству горных выработок (замораживание горных пород, предварительное осушение с применением водопонизительных установок или сжатого воздуха);

- закрепление горных пород на более длительный период, на период строительства и эксплуатации выработок (тампонирование горных пород различными материалами);

- применение специального оборудования и физических процессов воздействия на массив горных пород (бурение, размыв, использование энергии взрыва и т.д.).

Строительство подземных сооружении способом стена в грунте:

Строительство подземных сооружений способом стена в грунте заключается в том, что вначале по контуру на всю глубину заложения сооружения в грунте отрывают траншею шириной 0,4 - 1,0 м. Для удержания стенок от обрушения траншею, по мере выемки грунта, заполняют глинистым раствором, который в дальнейшем заменяется постоянной крепью из монолитного бетона или сборного железобетона. Под защитой возведенных стен в дальнейшем производится разработка грунта внутри сооружения. В этом случае предварительно возведенная в грунте постоянная крепь играет роль грузонесущей конструкции подземного сооружения.

Возведение постоянной крепи в грунте может быть осуществлено по следующей последовательности:

Стены из секущихся буронабивных свай изготовляют в два этапа. На первом этапе выбуривают скважины нечетных номеров 1, 3, 5 и т. д., которые заполняют монолитным бетоном. Расстояние между скважинами-сваями принимают меньше их диаметра. После затвердения бетона в скважинах на втором этапе изготовляют сваи четных номеров таким образом, чтобы бетон соседних свай был подрезан. Сваи изготовленные на втором этапе, армируются. Для бетонирования используют медленносхватывающийся цемент (шлакопортландцемент или специальные добавки). Диаметр свай колеблется от 500 до 1300 мм и определяется расчетами.

При траншейной схеме возведения стены в грунте работы ведутся отдельными секциями (захватами) длиной 3 - 6 м в последовательном или в шахматном порядке, что зависит от принятого оборудования и условий производства работ.

Наибольшее распространение получил способ стена в грунте из монолитного железобетона- с толщиной 0,6 м. Такая толщина стены обычно отвечает требованиям, предъявленным к ее прочности, поскольку высота одноярусных подземных сооружений редко превышает 6 м, а многоэтажные помещения имеют высоту этажей от 2,5 до 5 м. Имеются примеры, когда толщина стены составляет 0,4, 0,8 и 1,0 м.

По контуру подземного сооружения устраивают пионерную траншею форшахты I шириной на 100 мм больше расчетной, толщины стен и глубиной 1,0 - 1,5 мм. Пионерная траншея служит направляющей для разработки грунта на полную глубину заложения стены и предохраняет верхний слой грунта от обвалов.

В дальнейшем в пределах секции производится выемка грунта экскаватором со специальным грейфером, 2 или буровым оборудованием с одновременным заполнением траншеи глинистым раствором.

Извлеченная из траншеи смесь глинистого раствора и грунта поступает на циклотрон (вибросито), где глинистый раствор отделяется от грунта для повторного его использования.

Плотность глинистого раствора подбирают таким образом, чтобы в каждой точке на стенке траншеи создать гидростатическое давление, превышающее активное давление окружающего грунта и грунтовых вод с учетом нагрузки от вблизи расположенных зданий и подземных коммуникаций.

После выемки грунта в секции (захватке) до проектной глубины в траншею краном опускают разделительные элементы 3. Затем опускают арматурный каркас 4 и производят бетонирование захватки 5. Вытесняемый при бетонировании траншеи глинистый раствор перекачивается специальным насосом в глиносборник для повторного использования.

Способом стена в грунте могут возводиться подземные сооружения как прямолинейным, так и криволинейным контурами.

Опыт проектирования и строительства подземных сооружении показал, что способ стена в грунте может быть успешно применен при строительстве следующих объектов: гражданских подземных помещений нежилого назначения, гаражей, торговых центров, складов, кинотеатров и др.; промышленных подземных помещений—дробильных цехов на обогатительных фабриках, установок для непрерывной разливки стали, скиповых ям, приемных бункеров для переработки навалочных грузов и др; водозаборных сооружений - насосных станций, очистных сооружений, подземных улиц и проездов, транспортных тоннелей мелкого заложения; фундаментов зданий н ограждении котлованов для устройства подземных помещений вблизи существующих зданий; сухих доков и шлюзов, набережных и других гидротехнических сооружений.

Применение способа стена в грунте ограничивается: при круп-нообломочных грунтах с незаполненными пустотами между отдельными камнями, когда исключается возможность образования экрана на стенках траншеи; при наличии в разрабатываемом грунте твердых включений, размеры которых более 1/3 ширины ковша машины. Если траншея разрабатывается бурофрезерными машинами, допустимая величина этих включений определяется возможностью их транспортирования эрлифтом; наличием текучих илов; наличием плывунных грунтов, залегающих у поверхности земли.

Затрудняется применение способа стена в грунте в имеющих большие коэффициенты фильтрации грунтах (большие скорости движения подземных вод), при которых имеют место большие утечки глинистого раствора, исключающие возможность образования экрана на стенках траншей, а также при наличии напорных вод с напором превышающим гидростатическое давление в траншее, в результате чего траншея работает как дрена.

При прокладке траншей для строительства подземных сооружений способом стена в грунте особое значение приобретает правильность выбора глинистого раствора. Глинистый раствор служит для:

удержания стенок траншей и скважин от обрушения на период их проходки и возведения в них строительных конструкций. Для этого необходимо в каждой точке на стенке траншеи создать гидростатическое давление.раствора, превышающее активное давление грунта и грунтовых вод;

укрепления поверхностного слоя грунта на стенках траншей и скважин путем создания на них водонепроницаемого экрана, состоящего 113 заглинизированного грунта и глинистой корки и для создания на стенках траншеи кальматационного слоя, состоящего из грунта и глины, способного настолько уменьшить (фильтрацию воды в окружающий грунт, чтобы за время производства работы кривая депрессии фильтрационного потока из траншеи окружающий грунт, поднимаясь, не достигла своего критического положения, при котором наступит обрушение стенок траншей;

использования его в качестве рабочей жидкости, взвешивающей и транспортирующей грунтовые частицы (при методах проходки с применением гидротранспорта разрабатываемого грунта).

Глинистый раствор приготовляют из бентонитовых глин или обычных местных комовых глин и полученных, из них на заводах глинопорошков.