Автореферат (1173113), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Горизонтальные перемещения в стенах тоннеляОсновные проблемы, возникающие при проходке тоннелей в сложных горно-геологических условиях, связаны с обеспечением устойчивости забоя. При применении защитного экрана перемещение забоя очень сильно влияет способ проходки.Установлено, что при проходке способом сплошного забоя без дополнительногозакрепления лба забоя, защитный экран не может полностью обеспечивать устойчивость. Однако при способе ступенчатого забоя под защитой экрана из трубнаблюдается минимальное забойное перемещение, разница составляет 45,62 %(рис.
14, б).а)б)Рис. 14. Минимальные горизонтальные перемещения по оси Y, возникающие в забое при проходке способом сплошного (а) и ступенчатого (б) забояВ пятой главе диссертации приведены рекомендации по применению опережающего экрана из труб при проходке тоннелей на участках разломов в условияхТаджикистана.Исходя из анализа современного опыта преодоления сложных участков,можно сделать вывод, что в горно–геологических условиях Таджикистана наиболее эффективным методом является опережающая крепь в виде защитного экранаиз труб, как по конструктивно – технологическим параметрам, так и по экономическим соображениям по сравнением с другими методами. Длина защитного экрана20из труб зависит от протяженности нарушенных участков. Длину труб защитногоэкрана не рекомендуется принимать более 15 м; оптимальными считаются стальные трубы длиной 12 м и 15 м, что связано с необходимостью повышения качествавыполняемых работ, а также, значительным уменьшением отклонения труб экранаот проектного положения.
Вместе с тем сокращается время установки труб экранав грунт, значительно повышается качество нагнетания цементного раствора втрубы и окружающий их грунт. Трубы требуемой длины формируют в процессе ихустановки в горный массив из отдельных звеньев длиной 1,5 – 6,0 м. Звенья соединяют свинчиванием, а не сваркой. Диаметр труб на участках разлома, принимаютв пределах от 100 до 200 мм, с толщиной стенок от 5 до 12 мм. Для увеличениянесущей способности труб их необходимо заполнять цементным раствором. В зонах разлома не рекомендуется размещение труб защитного экрана на взаимном расстояние более 0,5 м.
В соответствии с выполненными исследованиям на участках,где ширина разлома составляет больше 20 м, а угол от 30 ̊ до 45 ̊, где можно ожидатьзначительное горное давление, длину перекрывающей трубы необходимо принимать порядка половины дины труб экрана, что увеличивает несущую способностьэкрана и уменьшает высоту целика («зуба»). В некоторых случаях следует располагать трубы в 2 ряда по высоте. Угол сектора защитного экрана не должен бытьменее 120 ̊. В наиболее неблагоприятных условиях, рекомендуется увеличиватьугол до 180 ̊, т.е.
размещать трубы по контуру свода и стен тоннеля. Угол наклонатруб к оси тоннеля, также не рекомендуется больше 10 ̊, хотя исследования показали, что с увеличением угла наклона труб в обделке тоннеля и трубах снижаютсяперемещения, однако большой угол установки труб приводит к увеличению породного целика, что, в свою очередь вызывает увеличение поперечного сечения выработки и соответственно расходов.Защитный экран из труб предпочтительно устраивать из забоя под определенным углом, что обеспечивает возможность устройства соседних секций экрана, образуя при этом веерную крепь конической формы.
Для устройства защитногоэкрана из труб при строительстве тоннелей глубокого заложения, используют дваметода. Первый метод предусматривает вначале бурение всех скважин, а затем продавливание в них труб. Второй метод включает в себя выполнение обеих операцийодновременно что сокращает время на установку труб экрана и является более эффективным. Наиболее эффективные технологии для устройства экрана из трубпредлагают такие фирмы как Mitsubishi (Япония), Robit Rocktools (Финляндия),DSI (Германия). Суть этих технологий заключается в том, что бурение скважин и21установка труб защитного экрана выполняются параллельно и можно устанавливать несколько труб одновременно.Разработку забоя под защитой экрана из труб в слабых породах можно вести,как буровзрывным, так и механизированным способом с применением тоннелепроходческих машин (ТПМ) или тоннельных экскаваторов.
Применение буровзрывных работ в зонах разлома неизбежно связано с нарушением сплошности и устойчивости породного массива и не обеспечивает ровного контура выработки, что приводит к увеличению объемов разрабатываемого и удаляемого грунта и перерасходубетона и арматуры. Для сложных горно-геологических условий Таджикистанаможно рекомендовать в качестве способа строительства, технологию НАТМ подзащитой экрана из труб с разработкой забоя тоннелепроходческим комплексом срабочим органом избирательного действия.ОБЩИЕ ВЫВОДЫ1.
Проанализирован современный мировой опыт тоннелестроения, а такжеопыт строительства горных транспортных и гидротехнических тоннелей в Таджикистане в сложных горно-геологических условиях, характеризуемых многочисленными тектоническими нарушениями в виде разломов. В зонах разломов горная порода является раздробленной и неустойчивой и при проходке таких участков вероятность обвальных процессов очень велика, что зачастую приводит к аварийнымситуациям (обрушение и вывалы породы, разрушение временной и постояннойкрепи тоннеля), увеличению сроков и стоимости строительства.2. Для преодоления зон тектонических нарушений применяют способ сплошного и ступенчатого забоя в сочетании с различными видами опережающей контурной и забойной крепи, возводимой до раскрытия выработки (наклонные анкеры,бетонные своды, экраны из труб, стабилизированный грунт (замораживание, химическое закрепление, струйная цементация) и фибергласовые нагели).
Исходя изанализа современного опыта преодоления сложных участков, можно сделать вывод, о том, что в горно–геологических условиях Таджикистана наиболее эффективна опережающая крепь в виде защитного экрана из труб.3. Выполнены исследования влияния тектонических разломов на напряжено –деформированное состояние (НДС) крепи тоннеля без экранов и с экранами изтруб.
Для этого были разработаны две пространственные математические моделив программном комплексе Midas GTS NX 2017, на основе МКЭ. Первая модель22имитировала работу системы «тоннель – грунтовый массив», а вторая – «тоннель –экран – грунтовый массив». Грунты рассматривались как изотропные материалы всоответствии с моделью Друкера-Прагера, а временная и постоянная крепь – какупругоизотропные материалы.4. Для исследования НДС крепи тоннеля без экранов из труб в зоне тектонического разлома на основе варьирования инженерно-геологических факторов основного грунта и грунта участка разлома, геометрических, а также технологическихфакторов была составлена матрица планирования численного эксперимента, включающая 31 серию расчетов.
Инженерно-геологические данные приняты в соответствии с условиями строительства горных автодорожных тоннелей в Таджикистане.По результатам расчетов были построены графики зависимости вертикальных и горизонтальных перемещений, а также максимальных и минимальных напряжений врасчетных узлах тоннельной обделки и выявлены соответствующие закономерности изменения НДС системы «тоннель-массив».5. Выявлено, что НДС тоннельной обделки и грунтового массива в зонах разлома зависит не только от физико-механических свойств грунта разлома, но и отсвойства грунтов, окружающих эту зону.
Основными влияющими факторами являются модуль общей деформации (Eo) и коэффициент сцепления (C) грунта. Былоустановлено, что при Е01/Е02=5, максимальные вертикальные перемещения в расчетном узле свода на ~ 50 % больше, чем при Е01/Е02=20. При увеличении соотношения С/Ср в 2 раза, вертикальные перемещения в расчетных узлах увеличились всреднем на ~ 48 %, а максимальные напряжения в замке – на 18 %.6. Установлены зависимости НДС тоннельной обделки и грунтового массиваот геометрических параметров разлома (ширины Вр и угла наклона разлома αр поотношению к оси тоннеля). Наибольшие значения напряжений и деформацийнаблюдаются на участке разлома при угле наклона от 30 до 45 ̊, наименьшее значение – при αр=90 ̊.
С увеличением Вр, вертикальные перемещения, максимальные иминимальные напряжения в расчетных узлах также линейно возрастают. Выявлено, что при ширине разлома до 5 м разница между вертикальными и горизонтальными перемещениями в верхнем своде и стенах составляет ~ 80 – 85 %. При увеличении ширины разлома до 15 м, разница между вышеуказанными значениям составляет ~ 12 – 14 %. Можно констатировать, что с увеличением ширины участкаразлома, значение максимальных горизонтальных перемещений в стенах приближается к значениям вертикальных перемещений в верхнем своде.237. Для установления оптимальных параметров опережающих экранов из трубвыполнены комплексные теоретические исследования НДС системы «тоннельэкран- грунтовый массив». Для этого была разработана пространственная математическая модель системы «тоннель-экран-массив» на участке зон разлома в ПКMidas GTS NX и матрица планирования из 25 серий численных экспериментов сварьированием параметров защитного экрана из труб.
Смоделирован участок разлома шириной 20 м при угле наклона 45 ̊.8. При исследовании опережающего экрана из труб на участке разлома выявлены следующие закономерности: при сплошном способе проходки тоннеля при наличии экрана наблюдается увеличение перемещения забоя, в связи с чем целесообразно применение опережающих фибергласовых нагелей по всей площади забоя; при ступенчатом способе проходки тоннеля по сравнению с проходкой безэкрана из труб, полные перемещения забоя уменьшается в среднем на 45 %, чтосвидетельствует о его эффективности на участке разлома; влияние защитного экрана из труб на полные перемещения обделки тоннеля внаибольшей степени наблюдается в обратном своде и стенах тоннеля, где полные перемещения уменьшаются от 3,8 до 7,5 % и от 21,18 до 39 %, соответственно; на деформацию труб защитного экрана влияет угол наклона труб причем чембольше угол наклона, тем меньше в них перемещения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
