СПОСОБ УШИРЕНИЯ ТУННЕЛЯ
METHOD TO EXPAND TUNNEL

Изобретение относится к горному делу, а именно: проходка туннелей, туннели или выработки с креплением или без него; способы или устройства для их проходки, планировка туннелей или выработок с дополнительными бурильными или режущими устройствами.
Традиционно уширение туннеля проводится несколькими способами, например бурением ряда шпуров по проектному контуру, закладкой в шпуры взрывчатых веществ, локальными взрывами и цикличной отбойкой пород до проектного сечения; использованием тяжелого бурового инструмента, который циклично срезает породу ударным способом.
Известен патент на изобретение США №4206947, МПК E21C 27/02 «Ударный резак». Ударное бурение производят с использованием удлиненного бурового инструмента с жестким наконечником, где силу удара уравновешивают. Бурение включает в себя несколько этапов: бурение инструментом с тупым углом атаки, перемещение бурового инструмента осуществляют по дуге с изменением угла атаки и возвращение бурового инструмента в исходное положение.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является заявка на изобретение ЕР 0066156, МПК E21D 9/10 «Способ вырезания туннеля в твердой породе с использованием механизма для бурения». Способ резки туннеля в скале с помощью машины, включающей в себя жесткий инструмент для бурения, устройство для передачи ударов на него, поворотное устройство, где порода выбирается с внутренней стороны туннеля путем вырезания полос глубиной от 0 до 30 мм в виде полуцилиндров посредством вращения и ударов жестким инструментом. Для формирования следующей полосы инструмент перемещают на определенный шаг, где расстояние между полосами равно диаметру инструмента, а если расстояние между полосами больше диаметра инструмента, то образующийся между ними хребет разрушают с помощью отдельного инструмента. Каждый последующий вырубленный слой определяет внутреннюю поверхность туннеля, формирующуюся параллельно предыдущему слою.
Недостатками данного способа являются: большие трудозатраты и сроки выполнения работ по уширению туннеля, а главное - опасность возникновения трещин и обрушений как в самом туннеле, так и на поверхности из-за воздействия ударным инструментом на породу или стены туннеля.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение сроков проведения работ и соответственно повышение производительности, а также безопасности работ, особенно в сейсмически неустойчивых зонах, и сохранение прочности туннеля.
Поставленная задача решается за счет того, что способ уширения туннеля включает в себя бурение жестким инструментом шпуров, формирование хребтов путем последовательного вырезания как минимум двух полос и срезание хребтов, при этом вырезание полос, формирующих хребты, и срезание хребтов производят алмазным канатом, который надевают на вращательный инструмент и ролики, которые затем закрепляют внутри предварительно пробуренных по проектному контуру шпуров, при этом вращательный инструмент закрепляют в противоположной от роликов стороне, после чего вращательный инструмент приводят в движение, за счет которого движется алмазный канат, вырезая полосы и после этого срезая хребты. Шпуры пробуривают по проектному контуру, состоящему из точек, расположенных попарно, сверху и снизу с последовательным смещением в сторону на определенный шаг. Для вырезания полос используют как минимум два шпура, расположенных на одном уровне или на разных уровнях. Для срезания хребтов используют как минимум две вырезанные полосы, расположенные перпендикулярно или под некоторым углом друг к другу.
Суть заявляемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен туннель в сечении.
На фиг.2 - туннель с нанесенным на внутреннюю стену проектным контуром.
На фиг.3 - туннель с проектным контуром, двумя вырубленными шпурами, расположенными в перпендикулярной плоскости, и вращательным инструментом.
На фиг.4 - туннель с проектным контуром, четырьмя вырубленными шпурами, вырезанной полосой, расположенной в перпендикулярной плоскости, и вращательным инструментом.
На фиг.5 - туннель с проектным контуром, четырьмя вырубленными шпурами, двумя параллельными вырезанными полосами, расположенными в перпендикулярной плоскости, и вращательным инструментом.
На фиг.6 - туннель с проектным контуром, четырьмя вырубленными шпурами, двумя параллельными вырезанными полосами, расположенными в перпендикулярной плоскости, одной вырезанной полосой, расположенной в параллельной плоскости, и вращательным инструментом.
На фиг.7 - туннель с четырьмя вырезанными полосами, образующими проем по периметру вырезанных полос.
На фиг.8 - туннель с расположением роликов и алмазного каната для срезания части хребта.
На фиг.9 - туннель с расположением роликов и алмазного каната для срезания оставшейся части хребта.
На фиг.10 - туннель с вырезанным хребтом.
На фиг.11 - крепление ролика в шпуре.
На фиг.12 - рейка с каретками и вращательным инструментом.
Способ уширения туннеля 1 включает в себя бурение жестким инструментом шпуров 2, последовательное вырезание полос 3, которые формируют хребты 4, и срезание хребтов 4 (см. фиг.1, 8, 9, 10).
Вырезание полос 3, формирующих хребты 4, и срезание хребтов 4 производят алмазным канатом 5, который надевают на вращательный инструмент 6 и ролики 7, которые закрепляют внутри предварительно пробуренных шпуров 2. Вращательный инструмент 6 закрепляют в противоположной от роликов 7 стороне, после чего вращательный инструмент 6 приводят в движение, за счет которого движется алмазный канат 5, вырезая полосы 3 и срезая хребты 4 (см. фиг.3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).
Шпуры 2 пробуривают по проектному контуру 8, состоящему из точек, расположенных попарно, сверху и снизу с последовательным смещением в сторону на определенный шаг Н (см. фиг.2).
Для закрепления в шпурах 2 ролики 7 предварительно закрепляют на трубки 10 меньшего диаметра, чем диаметр шпура 2. Трубки 10 удерживают ролики 7 внутри шпура 2 посредством, например, распорки 11, расположенной на стороне ролика 7, а на противоположной от ролика 7 стороне, снаружи, трубку 10 закрепляют на рейке 12, а рейку 12, в свою очередь, крепят к внутренней стене 13 туннеля 1, например, анкерным креплением 14 с клинощелевым замком 15. Для вырезания полос 3 используют как минимум два шпура 2, расположенных на одном уровне или на разных уровнях. Для срезания хребтов 4 используют как минимум две вырезанные полосы 3, расположенные перпендикулярно или под некоторым углом друг к другу (см. фиг.11).
Суть заявляемого изобретения состоит в том, что в существующей внутренней стене 13 уширяемого туннеля 1 пробуривают шпуры 2 по проектному контуру 8 снизу и сверху внутренней стены 13 туннеля 1 вдоль всей ее длины, между которыми вырезают полосы 3 алмазным канатом 5. Алмазный канат 5 состоит из звеньев, соединенных между собой шарнирно, например, посредством кардана (на фиг. не показано). Резание осуществляется за счет трения алмазного каната 5 о стену туннеля 1. Трение возникает за счет движения плотно посаженного и натянутого алмазного каната 5 в последовательности: ролик 7, ролик 7 и вращательный инструмент 6, который приводят в действие двигателем вращательной системы (на фиг. не показано), при этом на вращательном инструменте 6 алмазный канат 5 намотан, например, спирально, что способствует лучшему натяжению (на фиг. не показано). Вращательный инструмент 6 в заявляемом способе всегда располагают на противоположной стороне от роликов 7. Ролики 7 закрепляют в пробуренных шпурах 2. Для закрепления в шпурах 2 ролики 7 предварительно закрепляют на трубки 10 меньшего диаметра, чем диаметр шпура 2. Трубки 10 удерживают ролики 7 внутри шпура 2 посредством, например, распорки 11, расположенной на стороне ролика 7, а на противоположной от ролика 7 стороне, снаружи, трубку 10 закрепляют на рейке 12, а рейку 12, в свою очередь, крепят к внутренней стене 13 туннеля 1, например, анкерным креплением 14 с клинощелевым замком 15.
Для эффективной работы вращательного инструмента 6 он может быть закреплен, например, на каретках 16 с подвижными и неподвижными обоймами блоков 10 - полиспастом, для выигрыша в силе, скорости и запасе длины алмазного каната 5, что необходимо для работы со следующим проектным контуром 8. Каретки 16, в свою очередь, закреплены на рейке 18 и осуществляют поступательное линейное перемещение по ней для натяжения алмазного каната 5. Движение кареток 16 по рейке 18 осуществляется посредством двигателя. Рейку 18 крепят либо ко дну, либо к стене туннеля посредством, например, анкерного крепления (на фиг. не показано).
Для вырезания полос 3 вдоль стены туннеля 1 ролики 7 с надетым на них алмазным канатом 5 закрепляют в двух шпурах 2, расположенных в параллельной плоскости, а для вырезания полос 3 поперек стены туннеля 1 один из роликов 7 закрепляют в шпуре 2, находящимся в перпендикулярной плоскости относительно предыдущего шпура 2, и т.д. Вырезанные полосы 3 образуют прямоугольный проем 9 по периметру, при этом внутри проема образуется объемный хребет 4, по форме напоминающий параллелепипед.
После этого ролики 7 закрепляют в шпурах 2, расположенных диагонально, на разных уровнях, по отношению друг к другу, при этом алмазный канат 5 проходит таким образом, что он огибает один из углов образованного хребта 4 внутри проема 9, образованного вырезанными полосами 3. Вращательный инструмент 6 располагают в противоположной стороне со смещением вправо или влево на определенный расчетный шаг относительно шпуров 2, в которых закреплены ролики 7 для обеспечения правильного направления натяжения алмазного каната 5. В процессе движения алмазный канат 5 начинает срезать хребет 4 с угла, свободного от ролика 7. Срезав часть объема 4 примерно до диагонали параллелепипеда, не меняя расположения роликов 7, алмазный канат 5 располагают так, чтобы он огибал угол, противоположный срезанному углу внутри вырезанных полос 3. При этом вращательный инструмент 6 переносят на определенное, расчетное расстояние в противоположную сторону для обеспечения правильного направления натяжения алмазного каната 5. После чего начинают срезать оставшуюся часть хребта 4.
Когда хребет 4 полностью срезан, ролики 7 закрепляют в следующих шпурах 2, пробуренных в соответствии с проектным контуром 8. Затем повторяют все вышеописанные операции способа уширения туннеля.
Промышленная применимость заключается в том, что для осуществления заявляемого способа используют известное оборудование, применяемое в различных областях и не требующее дополнительного изготовления и доработки.
Природная порода, либо бетон при традиционных способах резки, разрушается хрупко вследствие роста трещин. Любое ударное воздействие на породу или бетон вызывает появление растягивающихся напряжений, что генерирует и фиксирует дефекты, и в конечном итоге может привести к зарождению трещин и дальнейшему разрушению породы или бетона. Предлагаемый рациональный технологический способ с использованием алмазно-абразивной резки обеспечивает сохранение прочности туннеля, повышение производительности при минимальной энергоемкости и безопасность производимых работ.
Все вышеизложенное свидетельствует о решении поставленной задачи, а именно: снижение трудозатрат и уменьшение сроков проведения работ, а также повышение безопасности работ, особенно в сейсмически неустойчивых зонах.
Перечень позиций
1. Туннель
2. Шпур
3. Полоса
4. Хребет
5. Алмазный канат
6. Вращательный инструмент
7. Ролик
8. Проектный контур
9. Проем по периметру вырезанных полос
10. Трубка
11. Распорка
12. Рейка
13. Внутренняя стена туннеля
14. Анкерное крепление
15. Клинощелевой замок
16. Каретка
17. Обоймы блоков
18. Рейка
Н - шаг смещения точек по проектному контуру