Горный способ проходки тоннелей

Горные способы сооружения тоннелей являются классикой горнопроходческого дела. Они возникли еще в XIX веке и успешно применялись на строительстве первых транспортных тоннелей в Европе. До сегодняшнего дня эти способы сооружения тоннелей не утратили своей актуальности, хотя и были модифицированы в соответствии с современным уровнем развития науки и техники.


Содержание статьи

Ручной способ
Бурозврывной способ
Способ проходки с помощью проходческих комбайнов
Способ полного профиля
Способ опертого свода
Способ опорного ядра
Способ опорного ядра с податливой оболочкой


При горных способах проходки тоннелей разработка породы осуществляется в различных инженерно-геологических условиях под защитой временной крепи с использованием ручного инструмента или механизмов, а также с применением буровзрывных работ.

Горный споб проходки тоннелей


По степени механизации горные способы проходки можно условно разделить на 3 группы: ручной, буровзрывной, с использованием средств механизации. Как правило, все они так или иначе дополняют друг друга в зависимости от особенностей реализуемого проекта.


Ручной способ

Разработка ведется с помощью отбойных молотков, кирок, лопат и тому подобных инструментов. Применяется преимущественно в слабых породах.

Бурозврывной способ

Забой обуривается скважинами (шпурами), в которые закладываются взрывчатые вещества, разрушающие породу. Применяется в скальных и полускальных породах. Обеспечивает высокую производительность труда и скорость проходки, однако взрывная волна нарушает целостность окружающего породного массива, увеличивает переборы, неровности контура выработки и объем разрабатываемой породы.

Способ проходки с помощью проходческих комбайнов

Разработка ведется с использованием самоходных проходческих комбайнов на гусеничном ходу. Применяется в породах средней крепости.

Горный споб проходки тоннелей


По последовательности проходки горной выработки и особенностями устройства тоннельной конструкции в слабых неустойчивых грунтах и полускальных породах горные способы строительства тоннелей делятся на 4 основные группы: способ полного профиля, способ опертого свода, способ опорного ядра и способ опорного ядра с податливой оболочкой.


Способ полного профиля

Впервые этот способ был применен столетие назад при строительстве тоннелей в Австрии в 1827 году, поэтому зачастую его называют «австрийским». Применяется в слабых неводоносных грунтах, когда невозможно применение механизации и не требуются взрывные работы. При данном способе разработка сечения тоннеля идет в строго установленной последовательности. Благодаря устройству временной (деревянной) крепи удается избежать обрушения разработанной породы.

Трасса тоннеля на всей своей протяженности разбивается на несколько участков (заходок), в пределах которых последовательно выполняются работы по выемке грунта, возведению временной крепи и бетонированию обделки снизу вверх. Преимуществом способа является высокие темпы строительства за счет широкого фронта работ.  К недостаткам можно отнести большой объем крепежного лесоматериала и сильные деформации всей системы деревянной крепи, приводящие к неизбежным осадкам кровли выработки. В связи с этим австрийский способ запрещено применять в городских условиях, где осадка земной поверхности должна быть минимальной.


Основные правила установки временной крепи: крепить быстрее, крепче и туже.


Конструкция деревянной временной крепи в слабых пучинистых грунтах

Конструкция деревянной временной крепи в слабых пучинистых грунтах: 1 – марчеваны; 2 – филаты; 3 – клинья; 4 – верхняк; 5 – стойки дверных окладов; 6 – лежни; 7 – лонгарины; 8 – бонтины; 9 – штендеры; 10 – рошпаны

Способ опертого свода

Впервые был внедрен на сооружении судоходного тоннеля в Бельгии в 1828 году, поэтому нередко называется «бельгийским». В практике подземного строительства используется чаще всего в породах средней крепости. При данном способе освобождается верхняя часть выработки (калотта), затем сооружается свод тоннеля, под прикрытием которого разрабатывается нижняя часть (штросса) и возводятся стены.

Как и в «австрийском» методе, трасса тоннеля разбивается на небольшие (до 6,5 м) участки (заходки), в пределах которых ведется разработка грунта и сооружается обделка. На первом этапе производится проходка направляющей штольни (горизонтальной подземной выработки), затем – раскрытие калотты (верхней части выработки) и устройство бетонного свода, опирающегося на породу в средней части сечения (ядре) выработки. Раскрытие калотты сопровождается применением сложных конструкций деревянной крепи, которая удерживает всю площадь свода до возведения бетонной обделки.

Основным достоинством способа опертого свода является обеспечение безопасности ведения проходческих работ при разработке нижней части выработки (штроссы) под защитой уже возведенного в калотте верхнего свода. Недостаток такого способа заключается в сложности подводки стен под пяты свода, что требует выполнения трудоемких ручных работ.

Технологическая последовательность раскрытия сечения тоннеля cпособом опертого свода

Технологическая последовательность раскрытия сечения тоннеля cпособом опертого свода: а – на стадии эксплуатации; б – на стадии проходки

Способ опорного ядра

Один из старейших в тоннелестроении – применяется в наиболее слабых породах (глинах, супесях, слабых известняках и др.) с 1803 года. Нередко его называют «германским». Суть способа заключается в поэтапной разработке породы по контуру выработки, при этом временная крепь опирается на ненарушенный грунтовый массив в средней части сечения тоннеля (ядре). Обделка тоннеля сооружается снизу вверх в несколько этапов. После завершения работ по устройству обделки и под ее защитой разрабатывается ядро и обратный свод (лотковая часть).

Достоинством способа является возможность быстрого возведения жесткого бетонного свода, что повышает безопасность и минимизирует осадки дневной поверхности. Главный недостаток – трудоемкость и сложность устройства стен тоннеля.

Технологическая последовательность раскрытия сечения тоннеля

Технологическая последовательность раскрытия сечения тоннеля cпособом опорного ядра (слева) и cпособом полностью раскрытого профиля (справа)

Способ опорного ядра с податливой оболочкой

В современном тоннелестроении широко применяется способ опорного ядра с податливой оболочкой (НАТМ) или, как его часто называют, новоавстрийский способ. Он начал применяться в конце 1960-х годов при проходке тоннелей в слабых грунтах и породах средней крепости.

Раскрытие выработки проводится по частям, сначала по контуру выработки с установкой первичной обделки, состоящей из тонкого слоя набрызгбетона в сочетании с анкерами, металлической сеткой или арками. Такая податливая обделка хорошо деформируется, что позволяет снизить горное давление и осадки контура выработки. После разработки ядра сразу сооружается обратный свод, а затем возводится окончательная обделка из монолитного бетона или набрызгбетона.

НАТМ позволяет сооружать тоннели и подземные сооружения разной формы и протяженности в неблагоприятных инженерно-геологических условиях с минимальными осадками земной поверхности. Способ широко применяется при строительстве тоннелей во многих странах мира (Австрии, Германии, Японии, Италии и др.).

тоннели, укрепление грунтов

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен с политикой конфиденциальности
и согласен на обработку персональных данных. Подробнее

Наверх