Разработка грунта бестраншейным методом

В обычных условиях для прокладки трубопроводов, прокладки коммунальных и транспортных туннелей и т. п. отрывают траншею.

Иногда отрыть траншею не представляется возможным, например при пересечении трассой трубопровода транспортной магистрали с интенсивным движением, которое невозможно прервать даже на относительно короткий срок. В этих условиях прибегают к так называемому бестраншейному (закрытому) методу разработки грунта.

Бестраншейный метод предусматривает устройство подземных Выработок непосредственно в грунте, т. е. без его вскрытия. Бестраншейный метод реализуется в основном способами прокола, продавливания и горизонтального бурения (рисунок 6.5.1).

Динамическое воздействие на прокладываемую трубу (вибрационное, ударное, виброударное) может сочетаться с традиционным статическим воздействием (статико-динамические установки). Применяются комплекты оборудования с гидродомкратами, особенно широко - с пневмопробойниками, работающими на сжатом воздухе (рисунок 6.5.2). Они просты и надежны в эксплуатации, могут применяться в стесненных условиях и обеспечивают высокую скорость проходки скважин (до 50 м/ч).

Трубы диаметром до 325 мм, как правило, продавливают с закрытым торцом, а более 325 мм (в современной практике - до 1720 мм) - с открытым торцом, извлекая грунт из трубы.

Для прокладки инженерных коммуникаций методом направленного горизонтального бурения используют специальную установку (буровую машину). Ее рабочий орган — ножи пропеллерного типа с центральным резцом. При помощи этой установки можно укладывать стальные трубы диаметром от 800 до 1400 мм, длина проходки - до 120м.

Для нужд коммунального хозяйства городов и промышленности, для транспортных целей иногда приходится строить тоннели, подземную проходку которых производят щитовым или традиционным буровзрывным, (горным) способом, а иногда – штольневой проходкой (рисунок 6.5.3).

Рисунок 6.5.1 - Схемы закрытой прокладки труб:

прокол: а — гидравлическими домкратами: б — виброуширителями с тракторной тягой; продавливание: в - гидродомкратами с шомполами (стальных труб); г — то же. с удлинительными патрубками (железобетонных труб); горизонтальное бурение: д— машиной УГБ-2; 1— насосная установка; г — рабочий и приемный котлованы; 3 — наконечник; 4 — приямок для стыковки труб (сбора пульпы при гидроразмыве); 5 — прокладываемые трубы; 6 — направляющие рамы, 7 — удлинительный патрубок: в — упорные балки; 9 — гидродомкраты; 10 — упоры свайные; 11— упорные плиты; 12 — шомпол внутренний (наружный); 13—штырь: 14 — тяговые канаты с отводными блоками к тягачам; 15 — виброуширитель; 16 — наголовник; 17 — ножевая секция: 18 — трубоукладчик: 19-буровая машина; 20 — тяговая лебедка; 21 — полиспасты: 22 — якорь; 23—буровая коронка со шнеком; 24 — катки.

Суть щитового способа проходки заключается в том, что все работы по сооружению тоннеля выполняются под защитой очень прочной металлической крепи - щита. Щит состоит из трех отсеков - рабочего (режущая часть с козырьком), опорного (домкратного) и хвостового и представляет собой передвижной стальной цилиндр (на строительстве БАМа применялся щит диаметром 8,5 и длиной около 5 м) с оболочкой, под защитой которой в головной части разрабатывается и отбирается грунт при одновременном креплении забоя. Внутри цилиндра закреплены горизонтальные и вертикальные перегородки, придающие ему необходимую жесткость. Они же служат рабочими площадками для разработки и Погрузки породы. В задней части цилиндра по его внутренней окружности установлены мощные гидравлические домкраты, которые передвигают щит. В некоторых случаях щитовая проходка контролируется и управляется дистанционно.

Механизированные щиты оснащены дисковым или роторным рабочим органом, который позволяет проходить достаточно плотные грунты и породы. Установка на роторном рабочем органе дисковых шарошек, а в самом щите камнедробилок позволила использовать щиты для проходки прослоек твердых пород и валунов больших размеров.

Средние скорости сооружения тоннелей в странах СНГ достигают 55 - 63 м в месяц, в мировой практике – выше 200 м.

При проходке тоннеля буровзрывным способом по всей площади его сечения в направлении продвижения с помощью самоходных портальных буровых рам бурятся шпуры - отверстия диаметром 40 — 45 мм на глубину 2 — 3 м. Шпуры заряжаются взрывчаткой. В результате взрыва горная порода разрушается на куски различной величины, которые машинами грузятся в вагонетки али автосамосвалы и вывозятся из тоннеля. После этого на вновь образованном после взрыва участке тоннеля устанавливается временное крепление, предохраняющее выработку от обрушения, и цикл работ повторяется. После взрыва включаются мощные вентиляторы, чтобы удалить образовавшиеся вредные для человека газы, например оксиды углерода и азота, сернистый газ.

На основании многолетней практики установлено, что несовпадение встречных осей тоннеля не должно превышать 5 см на несколько километров трассы. На помощь здесь приходит геодезия - наука об измерениях на поверхности земли. Один из ее разделов - маркшейдерия - изучает измерения при ведении подземных работ. На поверхности земли по трассе тоннеля строится так называемая триангуляционная цепочка, знаки которой имеют определенные координаты. Цепочка позволяет установить точное положение самых главных, припортальных точек оси тоннеля. От них с помощью теодолитов или специальных лазерных приборов и ведут расчеты маркшейдеры.

Рисунок 6.5.2 – Пробивка скважин пневмопробойниками:

а - без расширителя; б - с расширителем; в - забивка стальных труб; г - протаскивание асбестоцементных труб: 1 - приемный приямок;; - пиевмопробойник; 3 - шланг; 4 - стартовое устройство; 5 - входной приямок; 6 - расширитель; 7 - скважина; 8 - наголовник; 9 - секция труб; 10 - направляющий швеллер; 11- хвостовик-расширитель; 12-муфты; 13 -опорный стакан; 14-трос.

Рисунок 6.5.3 - Щитовая и штольневая проходка:

а — схема щита: б — размещение домкратов; л — схема щитовой проходки со сборной крепью {тюбингами); в — обделка тоннеля при устройстве фекального коллектора: г — то же, при прокладке водоводов; е — схема устройства монолитной крепи прессованном бетоном, ж — схема штольни; 1 — нож; 2 — гидродомкраты с маслопроводами; 3 — блоки (тюбинги); 4 — золотниковый переключатель; 5 — блокоукладчик; 6 — ленточный (скребковый) конвейер; 7 — вагонетки: 8 — мотовоз; 9 — шахта; 10 — цементно-песчаный раствор; 11 — монолитная облицовка тоннеля; 12 — облицовка из уборных колец; 13 — прессовочное устройство; 14 — монорельс; 15 — бетоноподатчинки; 16 — приемный бункер; 17 — склад сухих компонентов с бетонным узлом; 18 — компрессор: 19 — опалубочные секции; 20 — лебедка; 21 — трубы; 22 - тяговый канат; 23 — тележка; Р — режущая часть щита; О — опорная часты; Х — хвостовая часть.