Исследование влияния тампонажа на несущую способность обделки тоннелей

БУД1ВНИЦТВО, РЕКОНСТРУКЦ1Я ТА ЕКСПЛУАТАЦ1Я КОНСТРУКЦ1Й I СПОРУД ЗАЛ1ЗНИЧНОГО

ТРАНСПОРТУ

УДК 624.19

Дружко Е.Б., д.т.н., профессор

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТАМПОНАЖА НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЕЙ

Тампонаж закрепного пространства является необходимым технологическим элементом возведения сборных обделок тоннелей, который обеспечивает плотный контакт обделки с породным контуром и устойчивость блочных обделок, повышает водонепроницаемость последних. Кроме того опыт проведения и эксплуатации выработок различного назначения показал, что тампонаж закрепного пространства существенно повышает их устойчивость [1]. Последнее объясняется с одной стороны улучшением условий загружения и работы крепи, а с другой - усилением самой конструкции за счет включения в работу монолитной песчано-цементной или породобетонной оболочки.

В данной статье рассматривается геомеханический аспект роли тампонажа - его влияние на несущую способность обделки. Для исследования была взята, широко применяемая на шахтах Донбасса, метало-арочная крепь [2], которая может быть использована как при строительстве перегонных тоннелей Донецкого метрополитена, так и других тоннелей транспортного назначения. Конструкция обделки представляет собой трехзвеньевую арку из спецпрофиля с приваренными ограничителями, превращающими её из податливой конструкции в жёсткую. В качестве межрамного ограждения используется шахтная железобетонная затяжка. Эта конструкция возводится непосредственно в

забое тоннеля, выполняя роль временной ограждающей крепи. Затем с отставанием, зависящим от габаритов проходческого оборудования (комбайн, буровая и погрузочная техника), производится тампонаж закрепного пространства песчано-цементным раствором.

Для исследования влияния тампонажа закрепного пространства рассматривались следующие конструкции обделок:

- арочная податливая из спецпрофиля СВП-22 с железобетонной затяжкой; плотность установки 1 и 2 рамы на метр выработки; сечение в свету 8св=9,3м ;

- арочная податливая из спецпрофиля СВП-33 с железобетонной затяжкой; плотность установки 1 и 2 рамы на метр выработки; сечение в свету 8св=13,2м2.

Выбор расчетной схемы производился, исходя из следующих положений: взаимодействие обделки с окружающей средой проявляется в виде активной нагрузки на крепь; совместная работа обделки с окружающими породами учитывается при статическом расчете в виде реакции упругого Винклеровского основания по контуру обделки, которое характеризуется коэффициентом постели К.

Рассмотренным выше положениям в наибольшей степени отвечает метод статического расчета подземных конструкций Бодрова-Матэри, модифицированный институтом Южгипрошахт. Он позволяет учитывать сцепление крепи с породой, появляющееся в результате тампонажа закрепного пространства, за счет введения по контуру (на концах прямолинейных элементов) дополнительных упругих стержней. Если касательные усилия превышают силы сцепления тампонажного камня с породой, то происходит их срез и по контуру действуют только усилия, определяемые коэффициентом трения. Расчетная схема к принятому методу показана на рисунке 1.

Рассмотренные выше конструкции крепей рассчитывались при двух статических схемах загружения (Х1=0; Х2=0,5) для случаев, когда тампонаж закрепного пространства отсутствует и когда толщина тампонажного слоя составляет 300, 400, 500мм.

Физико-механические характеристики материала крепи были приняты следующими: класс тампонажного камня В7,5, модуль упругости тампонажного камня

Ет=0,95*104МПа, коэффициент постели

3

затампонированных пород К=500мН/м .

Окончательные результаты расчётов выполненных на ЭВМ сведены в табл. 1. Для сравнительной оценки величина несущей способности

конструкции обделки с тампонажом закрепного пространства сопоставлялась с несущей способностью той же обделки без тампонажа.

К

Ко'Кп Кп Ко х

Рисунок 1 - Расчетная схема к методу Бодрова-Матери

Таблица 1 - Несущая способность обделки с тампонажем закрепного пространства, кПа

Схема загружения Арочная податлибая крепь из СВП-22 с ЖБ затяжкой, 5о6=9,Зм2 Арочная податлибая крепь из СВП-33 с ЖБ затяжкой, 5с5= 13,2м2

Толщина тампонажного слоя, см Толщина тампонажяого слоя, см

30 40 50 50 40 50 30 40 50 30 40 50

1 рама на метр 2 рами на метр 1 рама на метр 2 рами но метр

0,5ц 9 0,5 ц 610 746 929 772 842 1030 569 659 763 698 799 890

550 640 785 600 696 812 514 585 666 585 664 758

Анализируя результаты приведенные в таблице 1 можно сделать выводы:

- предлагаемая комбинированная обделка с оболочкой из тампонажного камня толщиной 30см имеет несущую способность в 5 раз большую, чем обычная метало-арочная крепь;

- каждое последующее увеличение толщины тампонажной оболочки на 10см увеличивает несущую способность обделки на 15-20%.

Таким образом комбинированная обделка из метало-арочной крепи, из спецпрофиля СВП и оболочки из тампонажного камня имеет перспективы применения в сложных инженерно-геологических условиях с повышенными нагрузками на обделку тоннелей.

Поскольку решалась статическая задача с заранее заданными нагрузками по контуру, а в реальных условиях нагружения обделки происходит постепенно, то задачей дальнейших исследований является определение другого геомеханического и технологического параметра -времени отставания тампонажных работ от проходческих с учётом срока набора расчетной прочности бетоном.

Список литературы

1. Заславский Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок. М.: Недра, 1989 - 256с.

2. Литвинский Г.Г., Гайко Г.Н., Кулдыркаев Н.И. Стальные рамные крепи горных выработок. - К.: Техшка, 1999 - 216с.

УДК 624.137

Карманов М.В., аспирант

ПОДАТЛИВАЯ ПОДПОРНАЯ СТЕНА

Постановка задачи исследования. Существующие конструкции подпорных стен устанавливаются с целью предотвращения смещения грунта на ограждаемый участок. Однако такие конструкции не могут быть использованы для устранения недопустимых кренов зданий.

С целью устранения кренов зданий используются гибкие подпорные стены. Однако такая конструкция подпорной стены не позволяет