Проходка в неустойчивых грунтах

К неустойчивым грунтам относятся грунты с коэффициентом крепости до 0,6, такие, как гравий и пески, слабые суглинки и супеси, лёсс, мелкий водонасыщенный песок-плывун и т. п. Проходка в таких грунтах чрезвычайно сложна, требует высокой квалификации рабочих и особой тщательности выполнения всех операций. Главная задача при этом – не допустить непроизвольного выпуска грунта из забоя. Особенно ответственными являются работы при мелком заложении тоннеля, проходящего под железнодорожными путями или вблизи фундаментов зданий и сооружений.

Проходку в подобных случаях ведут методом вдавливания щита в грунт, разрабатывая забой под защитой выступающей по своду ножевой части щита – аванбека – заходками 250–500 мм с тщательным креплением кровли и лба забоя. В сухих и влажных песках для крепления кровли устраивают козырьки из стальных балок или рельсов, прочно скрепленных с ножевым кольцом щита. Козырек вдавливается в грунт при передвижке щита.

Устойчивость лба забоя может быть обеспечена двумя способами:

1. сплошным креплением горизонтальными досками, прижатыми к грунту забойными гидроцилиндрами щита;
2. устройством на щите дополнительных горизонтальных площадок, на которых образуются осыпи грунта под углом естественного откоса.

В первом случае грунт в каждой ячейке щита закрепляют горизонтальными досками толщиной 50–60 мм, которые плотно прижимают ко лбу забоя забойными домкратами через вертикальные и наклонные брусья сечением не менее 120×120 мм. Такая крепь получила название шандорной крепи (рис. 2.3). Технология проходки с применением шандорной крепи заключается в следующем. Ножевое кольцо щита (1) или козырек (2) вдавливают в забой на величину заходки, обычно равную 250–300 мм, и начинают выемку грунта на эту заходку. Работы ведут сверху вниз одновременно во всех ячейках одного яруса, выполняя операции в определенном порядке: после выемки порции грунта две-три доски шандорной крепи (3) переносят вперед в новую плоскость забоя и прижимают короткими брусьями (4), распирая рошпанами (5) или винтовыми домкратами на корпус щита; затем эту же операцию производят со следующими нижерасположенными двумя-тремя досками. По мере увеличения высоты закрепляемого забоя доски шандорной крепи перекрепляют на более длинные брусья (6), прижимая забойными гидроцилиндрами (7). На штоках гидроцилиндров устанавливают деревянные распорки (8). Эти распорки предотвращают ослабление усилий при падении давления в гидравлической сети. Разработанный грунт перекидывают через люки на площадках щита и направляющие лотки к зоне действия погрузочной машины или непосредственно в вагонетку. Закончив работы в ячейках верхнего яруса, переходят на следующий.

Рис. 2.3 – Шандорная крепь при щитовой проходке в неустойчивых грунтах: а – крепь средней ячейки щита; б – деталь шандорной крепи

При выполнении всех работ в забое тоннеля рабочие должны находиться на выдвижных платформах щита. Работы в ячейках среднего и нижнего ярусов ведут под защитой выдвинутых платформ. Накапливать грунт и материалы в ячейках щита и выдвижных платформах запрещается.

Щит передвигают после каждого перекрепления забоя. Для этого вначале убирают в исходное положение платформы щита, включают забойные гидроцилиндры на рабочий ход и снимают временные распорки на штоках этих гидроцилиндров. Затем включают щитовые гидроцилиндры. Передвижение щита при включенных забойных гидроцилиндрах обеспечивает постоянное и равномерное их давление на забой.

После трех-четырех передвижек собирают очередное кольцо обделки, и цикл повторяется.

Основным недостатком проходки в неустойчивых грунтах обычным щитом со сплошным креплением лба забоя являются большая трудоемкость работ, выполняемых вручную, и, как следствие, низкие темпы проходки. Поэтому такой способ может быть рекомендован лишь на отдельных незначительных по протяженности участках тоннеля.

Существенно снижается трудоемкость работ и повышаются темпы проходки, если в ножевой части щита (2) (рис. 2.4, а) по площади забоя установить горизонтальные рассекающие площадки (1). Они позволяют умело использовать свойство слабых грунтов – осыпаться под определенным углом α к горизонту. При внедрении площадки осыпавшийся на нее под этим углом грунт уже больше не сползает, а как бы поддерживает своим весом забой. Чем чаще расположены площадки, на которых удерживается грунт, тем меньше возможность его обрушения.

Рис. 2.4 – Схема проходки тоннеля обычным щитом с рассекающими площадками: а – схема образования осыпей на площадках; б – технологическая схема сооружения тоннеля; 1 – горизонтальные площадки; 2 – проходческий щит; 3 – щитовые гидроцилиндры; 4 – блокоукладчик; 5 – породопогрузочная машина; 6 – передвижная платформа; 7 – нагнетатель раствора; 8 – шахтные вагонетки вместимостью 1,5 м³; 9 – электровоз; 10 – чеканочная тележка; 11 – перегородки щита

Технология проходки тоннелей со щитами, оборудованными дополнительными горизонтальными площадками в ножевой части, заключается в следующем (рис. 2.4, б). Щит передвигают заходками по 250–300 мм, рассекая забой вдавленными в него площадками на ряд ярусов. Площадки расположены по высоте через 0,8–1,2 м и несколько выдвинуты за ножевое кольцо щита. При передвижке с рассекающими площадками ведут наблюдение за состоянием откосов грунта на его площадках. Откосы не должны выходить за пределы кромки ножа щита и не должны доходить до краев площадок с противоположной стороны забоя на 200 мм. По мере передвижки щита песчаный грунт поступает из верхних ячеек через люки в площадках и направляющие желоба в среднюю нижнюю ячейку, откуда убирается породопогрузочной машиной в вагонетки. Для непрерывной погрузки грунта взамен породопогрузочных машин периодического действия целесообразно применить породопогрузочные транспортеры.

Важным достоинством применения щитов с рассекающими площадками является обеспечение высокой скорости проходки (до 400 м/мес при щите 5,8 м), снижение затрат труда и материалов.

Наибольшие трудности вызывают работы по проходке тоннелей немеханизированными щитами в водонасыщенных грунтах. В этом случае для повышения устойчивости массива применяют сжатый воздух или специальные способы осушения или закрепления грунтов.

Проходка в мягких грунтах

К мягким грунтам относятся грунты с коэффициентом крепости от 0,5 до 2,0 такие, как супеси, суглинки, пластичные и твердые глины, слабые сланцы.

Грунт разрабатывают впереди щита на величину заходки, равную в большинстве случаев ширине кольца обделки. Для разработки грунта используют пневматические отбойные молотки, оснащенные лопатками или пиками. Работы ведут по ярусам в направлении сверху вниз с выдвижных платформ щита. Разработку забоя начинают со средней ячейки верхнего яруса. Кровлю крепят марчеванами из досок толщиной 40–50 мм. Одним концом их опирают на наружную поверхность ножевого кольца, а другим – на грунт в штрабе забоя. Закончив разработку грунта в пределах средней ячейки, приступают к креплению лба забоя. Лоб забоя крепят горизонтальными или вертикальными досками, установленными вразбежку. Доски прижимают ко лбу забоя через деревянные брусья забойными гидроцилиндрами, штоки которых удлиняют коротышами из стальных труб, прикрепленных к опорной части штока. На штоки гидроцилиндров устанавливают деревянные распорки, предотвращающие ослабление гидроцилиндра при падении давления в гидравлической сети.

Закончив разработку грунта и крепление в средней ячейке верхнего яруса, аналогично разрабатывают и крепят забой одновременно в боковых ячейках щита. Нижние ярусы разрабатывают с породного уступа по всей ширине забоя. Грунт сбрасывают в зазор между лбом забоя и площадками щита в зону действия погрузочной машины, используя для этого направляющие лотки из наклонно установленных досок. Разработку грунта очередного яруса ведут под защитой выдвинутых платформ щита. В нижней части забоя грунт перекидывают к погрузочной машине вручную.

В глинистых грунтах, обеспечивающих достаточную устойчивость при разработке забоя, по контуру выработки оставляют нетронутым кольцевой уступ, который при передвижке щита срезается ножевым кольцом.