Строительство ствола шахты главного коллектора в сложных инженерно-геологических условиях

M.D. Molev, V.A. Merkulova

CHOICING TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF FIRST UNDERGROUND WORKINGS WITH A HELP OF GEOPHYSICAL DATA

Science and practical foundations of the underground geophysical methods using for geomechanic state estimation of coal-containing massif are stated. Data of technical and economic effectiveness of the geophysical complex proposed are given.

Key words: parameters, technology, first underground workings, geophysical data.

Получено 12.11.12

УДК 622.831

М.Г. Попов, канд. техн. наук, ассист. mice8@yandex.ru

СТРОИТЕЛЬСТВО СТВОЛА ШАХТЫ ГЛАВНОГО КОЛЛЕКТОРА В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Рассмотрено строительство ствола большого диаметра. Описана технология сооружения постоянной крепи. Приведены основные характеристики ствола и проходческого оборудования.

Ключевые слова: ствол, крепь, строительство, сваи, грунт.

Через шахтные стволы при сооружении тоннельных коллекторов и метрополитенов осуществляется разворот основных подземных работ. Поэтому, несмотря на небольшую долю в общем объеме работ, быстрое и успешное проведение ствола шахты сокращает общие сроки строительства.

При строительстве подземных сооружений в условиях Санкт-Петербурга возникает множество проблем, связанных с наличием сложных водонсыщенных грунтов и плотной застройки. Это подчеркивает актуальность разработки новых и совершенствования существующих технологий строительства стволов шахт коллекторов.

Рассмотрени современный опыт строительства ствола шахты УРС-422, являющегося частью продолжения главного коллектора канализации северной части Санкт-Петербурга.

Шахта № УРС-422 диаметром 23/20 м и глубиной 91,9 м расположена на территории городской застройки в Северной части Санкт-Петербурга на Выборгской набережной между Гренадерской улицей и Крапивным переулком. Она предназначена для регулирования стоков продолжения главного коллектора Северной части города в зоне дюкера. К стволу примыкают микротоннель от шахты №414Б/4 на глубине 32,55 м до лотка и штольня от шахты №422/2 на глубине 90,0 м до лотка.

В геологическом строении территории принимают участие осадочные отложения четвертичного и дочетвертичного возрастов, залегающие на кристаллическом фундаменте. Общая мощность осадочных образований составляет в данном районе немногим более 200 м. Рельеф фундамента в пределах прохождения трассы спокойный, его отметки изменяются в пределах -206...-220 м. Выше кровли «кембрия» расположены неустойчивые водонасыщенные грунты четвертичного периода.

Из-за этих пересечений, а также из-за пересечения с тоннелями метрополитена в условиях общего понижения кровли верхнепротерозойских глин на значительной части верхового участка коллектора (тоннеля) не представлялось возможным построить самотечный коллектор с помощью традиционной технологии. В этой (верховой) его части зона строительства попадала в грунтовые условия, где требовались особые методы проходки и которые не исключали деформации существующих на поверхности земли зданий и сооружений и не обеспечивали надежность сооружения при эксплуатации.

Сооружение шахты диаметром 23/20 м глубиной 91,9 м с двухслойной обделкой из монолитного железобетона предусматривается выполнять с ограждением из буросекущих свай диаметром 1,5 м до глубины 36 м. Диаметр окружности по центрам свай составляет 24,5 м. В шахте предусматривается возведение второго слоя железобетонной обделки. Все монолитные бетонные и железобетонные элементы выполняются из бетона на основе сульфатостойкого портландцемента.

Горизонт грунтовых вод залегает первым от поверхности и включает безнапорные воды верхних частей разреза.

Водовмещающие породы - пески тонкие, пылеватые, реже мелкие, супеси, а также техногенные грунты, представленные строительным мусором и переотложенными грунтами. Мощность водовмещающих пород от 10 до 30 м. Подстилающим водоупором служат моренные отложения, которые представлены в основном супесями и могут рассматриваться лишь в качестве относительного водоупора. Ледниково-озерные ленточные отложения, представленные глинами и суглинками, являются местным водоупором.

Глубина залегания максимального уровня грунтовых вод составляет 1-3 м. Грунтовые воды оцениваются как агрессивные по отношению к бетону, железобетону и свинцовым оболочкам кабеля, к алюминиевым конструкциям.

Строительство ствола шахты №УРС-422 выполняется в 4 этапа. На первом этапе сооружают ограждение ствола буросекущими сваями на глубину 36 м (рис. 1).

На втором этапе сооружают ствол на глубину 10 м. Грунт в забое разрабатывают экскаватором Hyundai R 210 L-7 LONG REACH,

перемещающимся по бровке котлована, и миниэкскаватором Bobcat X 442, находящимся внутри котлована (рис. 2).

Грунт транспортируют до отвала автосамосвалами. По мере разработки заходки монтируют по периметру шахты инвентарную опалубку и бетонируют обделку. Доставка бетона на площадку осуществляется автобетоносмесителями, подача до места бетонирования - бетононасосом БН-1 по бетоноводам. С шагом 6,0 м в обделке ствола устраивают армированные пояса высотой 0,5 м с привязкой арматуры к каркасам буросекущих свай. Спуск и подъем людей в котлован от лестничного отделения до отметки - 6,6 м осуществляется по приставным лестницам.

Рис. 1. Первый этап строительства: план буросекущих свай

Разработка слоев производится следующим образом: сначала разрабатывается средняя часть с оставлением бермы и планировкой поверхности к зумпфу, затем в шахматном порядке разрабатываются и бетонируются боковые заходки; далее разрабатывается грунт оставшейся средней части, разрабатываются и бетонируются боковые заходки.

На третьем этапе сооружают ствол шахты до глубины 34,2 м (рис. 3).

Проходку ствола шахты ведут заходками по 2 м с разработкой забоя по секторам. Одновременно с разработкой грунта монтируют в секторах инвентарную опалубку и бетонируют участки обделки. С шагом 6 м по высоте устраивают армированные пояса высотой 0,5 м. Монтаж-демонтаж опалубки выполняют башенным краном КБ-573 и лебедками, установленными на бровке котлована и в забое.

Экскаватор Hyundai

Опорноя ромо из I N70

Рис. 2. Второй этап строительства: разработка грунта до отметки - 6,6 м

Буросекущиеся сбои

>С^БАШЕННЫЙ КРАН КБ-573 '

Рис. 3. Третий этап строительства: разработка грунта до отметки -30,87м

На четвертом этапе сооружают ствол шахты до проектной глубины 91,9 м. При разработке первой заходки устраивают опорный армированный пояс h=1,5 м с установкой в него вертикальных элементов арматуры для нижележащих заходок железобетонной обделки.

Далее проходка шахты ведется заходками по 2 м с разработкой грунта экскаватором Hyundai R 210 LC-7 и с погрузкой его мини -экскаватором Bobcat X 442 в бадьи. По периметру ствола оставляют бермы, их затем разрабатывают в шахматном порядке. По мере проходки ствола устраивают монолитные железобетонные опорные башмаки высотой по 1,5 м с шагом 4,5 ...8,5 м.

Проходка ведется с применением двух бадьевых подъемов. Лестнично-бадьевые секции монтируют с отставанием от забоя около 5,0 м.

При достижении забоем проектной отметки - 88,5 м устраивается монолитное бетонное днище толщиной 2,0 м.

Монтаж-демонтаж опалубки производится лебедками, установленными в забое, подача арматуры и материалов - башенным краном КБ- 573.

После окончания проходки ствола производится технологическое оснащение шахты: возведение монолитной железобетонной обделки толщиной 0,7 м с внутренним диаметром 20 м, устройство перекрытий, лифтовых подъемников, насосов, трубопроводов и другого оборудования, необходимого для работы узла опорожнения. Над верхним перекрытием шахты сооружают павильон со служебными помещениями.

При строительстве крупных объектов, таких, как ствол шахты УРС-422, в сложных инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга необходимо проводить наблюдения за состоянием зданий и сооружений, которые находятся в зоне влияния подземных работ.

Применение современных технологий строительства вертикальных шахтных стволов и специальных способов строительства позволяет на сегодняшний день решать сложнейшие задачи в области освоения подземного пространства мегаполисов.

M.G. Popov

CONSTRUCTION OF THE MAIN SEWER SHAFT AT THE COMPLEX GEOTECHNICAL CONDITIONS

Construction of a large diameter shaft is considered. The technology of permanent support construction is described. The main parameters of the shaft and excavation equipment are given.

Key words: shaft, lining, construction, piles, soil.

Получено 12.11.12