Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса 9
1.1 Существующие методы сооружения подземных транспортных объектов 9
1.2 Существующие типы механизированных щитов с активным пригрузом забоя 11
1.3 Существующие методы прогнозирования осадок земной поверхности 13
1.4. Существующие методы натурных измерений осадок земной поверхности 20
1.5 Постановка задачи, цели исследования 21
Глава 2 Пространственная методика прогнозирования осадок земной поверхности при сооружении тоннелей . 24
2.1 Построение геометрической схемы.. 25
2.2 Задание граничных условий и действующих сил 28
2.3 Моделирование грунтов 28
2.4 Моделирование конструкций . 34
2.5 Моделирование контактных поверхностей 34
2.6 Построение расчетной схемы 35
2.7 Моделирование этапов проходки 37
2.8 Моделирование технологических особенностей проходки 37
2.9 Оптимизация расчетной схемы 41
2.10 Построение плоских моделей 41
2.11 Выводы 42
Глава З Исследование влияния инженерно- геологических и технологических факторов на деформации земной поверхности при сооружении транспортных тоннелей с использованием разработанной методики 46
3.1 Пространственные математические модели 46
3.2 Тестовые расчеты (апробация методик расчета) 50
3.3 Исследование влияния инженерно-геологических и технологических факторов на деформации земной поверхности с использованием пространственных математических моделей ... 63
3.4 Анализ результатов экспериментальных исследований 67
3.5 Выводы 78
Глава 4 Прогнозирование осадок земной поверхности при строительстве подземных транспортных объектов с использованием разработанной методики 79
4 1 Расчет деформаций земной поверхности при сооружении Лефортовского тоннеля в г. Москва (оценка точностиразработанной методики) 79
4.2 Расчет деформаций земной поверхности при сооружении эскалаторного тоннеля (наклонного хода) в процессе строительства второго выхода станции «Маяковская» Московского метрополитена 92
4.3 Расчет деформаций земной поверхности при строительстве первой очереди метрополитена в г. Уфа ПО
4.4 Выводы 133
Заключение 135
Список использованной литературы
- Существующие типы механизированных щитов с активным пригрузом забоя
- Моделирование контактных поверхностей
- Исследование влияния инженерно-геологических и технологических факторов на деформации земной поверхности с использованием пространственных математических моделей
- Расчет деформаций земной поверхности при сооружении эскалаторного тоннеля (наклонного хода) в процессе строительства второго выхода станции «Маяковская» Московского метрополитена
Введение к работе
Актуальность прогнозирования деформаций земной поверхности при сооружении подземных объектов транспортного назначения обусловлена увеличением объемов строительства в крупных мегаполисах, которое осуществляется в сложных инженерно-геологических и градостроительных условиях. Проведение работ в таких условиях требует обеспечения минимальных деформаций земной поверхности и грунтового массива с целью сохранности существующих объектов. Для предотвращения повреждений зданий, сооружений и коммуникаций, попадающих в зону влияния строительства, необходимо заранее прогнозировать возможные деформации грунтового массива.
Проблема приобретает еще большую актуальность в связи с тем, что в настоящее время при строительстве подземных объектов используются новейшие оборудование и технологии, учесть влияние которых на деформации грунтового массива с помощью традиционных методов прогнозирования не всегда представляется возможным. Неточные расчеты осадок земной поверхности могут привести к неоправданным экономическим затратам.
Прогнозирование осадок земной поверхности, возникающих при подземном строительстве, являлось предметом исследований многих специалистов. Однако практически все существующие методы основаны на двухмерной постановке задачи. В определенных случаях использование двухмерной постановки задачи вполне оправдано. Но довольно часто плоские модели недостаточно точно и полно отражают ситуацию, а во многих случаях они просто неприменимы. Появившиеся в последнее время подходы, основанные на трехмерной постановке задачи, не позволяют в полной мере отразить сложный пространственный характер технологий строительства.
Целью диссертационной работы является разработка методики прогнозирования деформаций грунтового массива, происходящих при сооружении под
земных транспортных объектов, которая учитывала бы пространственный характер напряженно-деформирован ного состояния системы «сооружение - грунтовый массив», а также основные технологические, инженерно-геологические и гидрогеологические факторы, определяющие процесс строительства. Задачи:
- на основе анализа современного состояния вопроса определить основные технологические, инженерно-геологические, гидрогеологические и конструктивные параметры, не учитываемые при двухмерной постановке задачи;
- провести тестовые расчеты на примере строительства Лефортовского транспортного тоннеля в г. Москва;
- установить с использованием разработанной методики зависимость параметров мульды сдвижения земной поверхности, образующейся при проходке тоннеля большого диаметра, от инженерно-геологических условий строительства, глубины заложения тоннеля и величины активного пригруза забоя;
- определить на основе разработанного подхода зависимость величин проектного и минимального давлений активного пригруза забоя при проходке тоннеля большого диаметра от инженерно-геологических условий и глубины заложения тоннеля;
- исследовать с помощью новой методики процесс деформации грунтового массива при сооружении эскалаторного тоннеля с учетом инженерно-геологических факторов и технологии строительства;
- внедрить разработанную методику в проектирование конкретных объектов подземного строительства.
Методы исследований.
Методика прогнозирования осадок земной поверхности основана на пространственных математических моделях. В теоретических исследованиях применено математическое моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ), реализованного с помощью программного комплекса «Plaxis 3D Tunnel». Поведение грунтового массива моделируется на основе упруго
пластических моделей Мора-Кулона и Упрочняющегося грунта. Результаты численных экспериментов обработаны с использованием метода тренд-анализа. Научная новизна.
- разработана новая пространственная методика прогнозирования деформаций земной поверхности при сооружении транспортных тоннелей различного назначения, позволяющая в рамках единой математической модели учесть этапность строительства, изменение инженерно-геологических и гидрогеологических условий по трассе тоннеля, угол наклона оси тоннеля к горизонту (эскалаторные тоннели), активный пригруз забоя (проходка щитами с активным пригрузом забоя), строительный зазор;
- с использованием пространственных моделей выявлены зависимости параметров мульды сдвижения земной поверхности от глубины заложения, типов грунтов и величины пригруза забоя при сооружении тоннелей большого диаметра в обводненных грунтах щитами с активным пригрузом забоя;
- на пространственных моделях проведены исследования влияния свойств грунтов и глубины заложения на величину активного пригруза забоя при сооружении тоннелей большого диаметра в обводненных грунтах щитами с активным пригрузом забоя;
- впервые в отечественной практике в пространственной постановке исследован процесс деформации грунтового массива при сооружении эскалаторного тоннеля с учетом технологии строительства.
Практическая ценность работы.
Разработанная методика расширяет возможности прогнозирования деформаций грунтового массива при строительстве подземных транспортных объектов.
Результаты, полученные с использованием разработанной методики, позволяют с достаточной для практических целей точностью прогнозировать величины и характер мульды сдвижения земной поверхности при сооружении транспортных тоннелей.
Прогнозы, выполненные на основе данной методики, могут быть включе
ны в Проекты наблюдательных станций, входящих в состав Проектов промышленной безопасности, являющихся составной частью Проекта организации строительства (ПОС) и предназначенных для обеспечения безопасности существующих сооружений в процессе строительства новых подземных объектов.
Полученные номограммы позволяют на стадии предварительного проектирования оценить деформации грунтового массива, а также величины проектного и минимального давлений пригруза забоя при строительстве транспортных тоннелей большого диаметра.
Достоверность полученных результатов обоснована:
- учетом требований действующих нормативных документов;
- строгостью исходных предпосылок применяемых методов исследований;
- использованием опыта и разработок ведущих отечественных и иностранных фирм в исследуемой области;
- тестовыми расчетами деформаций грунтового массива при строительстве Лефортовского тоннеля в г. Москва и станции «Маяковская» Московского метрополитена, подтвержденными натурными измерениями;
- достаточной для практических целей сходимостью полученных расчетных значений с данными натурных наблюдений.
Реализация результатов.
Результаты диссертационной работы включены в Проекты наблюдательных станций, принятых Заказчиками, на выполнение мониторинга состояния грунтового массива, зданий и коммуникаций, попадающих в зону влияния строительства второго выхода станции метро «Маяковская» Московского метрополитена и первой очереди строительства метрополитена в г. Уфа.
Апробация работы.
Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены:
- на заседаниях Секции «Тоннели и метрополитены» Ученого совета ОАО
ЦНИИСв2002-2005гг;
- на международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений», Россия, г. Екатеринбург, 18-20 мая 2004г.
- на международном симпозиуме "Metropolitan Habitats and Infrastructure", Shanghai, China. September 22-24, 2004r.
Публикации.
Основное содержание работы опубликовано в восьми печатных работах.
Объем работы.
Диссертация содержит 149 стр., 71 иллюстрацию, 16 таблиц и включает введение, 4 главы и заключение, а также список использованных источников из 106 наименований.
Работа выполнена в Филиале ОАО ЦНИИС «НИЦ «Тоннели и метрополитены». Автор выражает благодарность кандидату физ.-мат. наук Кашко А.А., кандидату технических наук Никонорову В.Б., кандидату технических наук Щекудо-ву Е.В., ст. науч. сотруднику Воробьеву Л.А. за ценные советы при проведении исследований.
Существующие типы механизированных щитов с активным пригрузом забоя
В настоящее время существует ряд способов, с помощью которых осуществляется строительство подземных транспортных объектов. Все эти методы можно разделить на две большие группы: сооружения, построенные открытым способом, и сооружения, построенные закрытым способом.
Открытый способ работ предполагает вскрытие земной поверхности во время строительства. Для этого при помощи специализированного оборудования устраивают котлованы или траншеи, которые засыпают после окончания работ. Стены котлованов в дальнейшем могут использоваться в качестве постоянной крепи подземного объекта.
Закрытый способ работ предполагает строительство подземных объектов без вскрытия земной поверхности. Это является существенным преимуществом перед открытым способом, так как такой способ обычно не требует выделения значительных территорий под горно-строительные работы и не вызывает значительных нарушений и изменений ландшафтов, как в случае строительства открытым способом.
В закрытом способе работ, в свою очередь, разделяют горный способ, комбайновый и щитовой способы. В последнее время все чаще предпочтение отдается механизированным способам: комбайновому и щитовому. В городских условиях горным способом сооружают, как правило, лишь эскалаторные тоннели. При этом чаще всего строительство ведется в замороженных грунтах.
К работам по проходке наклонного хода приступают только после полного замыкания замороженных цилиндров породы вокруг скважин, что определяется контрольными скважинами.
Первые два кольца эскалаторного тоннеля монтируют по точным марк шейдерским данным и закрепляют бетонированием по наружному контуру. Для выдачи грунта из наклонного хода устраивают по его оси наклонную эстакаду. Тюбинги подаются в тоннель на специальных тележках с бортами. Тюбинги на тележку грузят тельфером, передвигающимся по монорельсу, связанному с тельферной эстакадой.
Обделку тоннеля монтируют при помощи тюбингоукладчика (эректора). Заходки обычно делают на одно кольцо, а при крепких породах - на два кольца. Кровлю забоя крепят до уровня, близкого к горизонтальному диаметру. Нагнетание раствора за обделку производят на каждые вновь уложенные 2- 3 кольца с тщательным пикотажем за тюбинги деревянными клиньями, стружкой или паклей. При нагнетании за обделку в зоне замороженных грунтов в раствор добавляют 5-5-7% хлористого кальция.
Комбайновую технологию строительства тоннелей с механизированной разработкой горной породы используют в широком диапазоне крепких пород и пород средней крепости [79]. Преимуществом комбайновой технологии по сравнению с буровзрывной, также используемой в схожих инженерно-геологических условиях, является сохранение большей целостности законтурного массива, что создает наиболее благоприятные условия поддержания тоннеля, особенно при круговой форме поперечного сечения, и в ряде случаев позволяет отказаться от временной крепи. Благодаря этому исключается излишняя выемка породы и уменьшается толщина возводимой бетонной обделки, а также снижается объем заполнительной цементации.
Щитовую технологию строительства транспортных подземных сооружений применяют в широком диапазоне инженерно-геологических условий.
Основным элементом этой технологии является проходческий щит, представляющий собой передвижную временную крепь в виде цилиндрической оболочки, под защитой которой выполняют необходимые проходческие операции. Перемещение щита осуществляют по мере продвижения забоя. Как только щит переместят на расстояние, равное ширине кольца обделки, монтируют очередное кольцо. Таким образом, цикл работ постоянно повторяется: разработка и выемка грунта - передвижение щита - возведение обделки.
Возведение обделки сопровождается весьма важной вспомогательной операцией - нагнетанием за обделку цементно-песчаного раствора с целью заполнения кольцевого зазора между обделкой и поверхностью грунта.
Все проходческие щиты подразделяют на два основных типа: немеханизированные (или полумеханизированные) и механизированные. При использовании немеханизированных щитовых комплексов разработку грунта ведут с горизонтальных площадок и, в зависимости от крепости пород, либо отбойными молотками с пиками или лопатками, либо с помощью буровзрывных работ. Принципиальным отличием механизированных щитов от немеханизированных является наличие рабочего органа, посредством которого осуществляют разработку грунта, его удаление за пределы щита и погрузку в транспортные средства. Механизированные щиты применимы практически во всем диапазоне инженерно-геологических условий, встречающихся в подземном строительстве.
Моделирование контактных поверхностей
Увеличение модуля жесткости с ростом напряжений характеризует грунт как упрочняющийся материал: при снятии нагрузки и повторном нагружении жесткость намного больше, чем при первичном нагружении грунта.
Грунты относятся к геоматериалам, которые проявляют нелинейное поведение с самого начала процесса нагружения. Если модуль жесткости Ео, соответствующий начальному углу наклона кривой зависимости напряжения от деформации a = f(e), можно применять для материалов с большим диапазоном линейного упругого деформирования, то секущий модуль жесткости при 50% прочности материала Е50, как правило, используется при описании процесса нагружения грунтов (рис. 2.5). Во многих практических случаях можно принять: Ее« ЗЕ50 Среди всех моделей грунта наиболее используемой и удобной является упругопластическая модель Мора-Кулона (рис. 2.6). Во-первых, количественное описание идеально-пластического поведения грунта основано на параметрах, которые в большинстве практических случаев известны. Во-вторых, в пространстве напряжений идеально-пластическая среда имеет фиксированную поверхность текучести; формирование и разложение матрицы жесткости требуется только перед выполнением первого шага вычислений, что позволяет выполнить расчет с относительно высокой скоростью. Эту модель имеет смысл применять при первом анализе рассматриваемой задачи.
В соответствии с моделью Мора-Кулона физико-механические свойства грунта представлены пятью основными параметрами, получаемыми стандартными испытаниями образцов грунта:
Е - модуль деформаций, кН/м2; v - коэффициент Пуассона; р - угол внутреннего трения, град.; с - сцепление, кН/м2; \/ - угол дилатансии, град. Параметры Е и v используются для описания напряженного состояния в пределах поверхности текучести, когда поведение грунта является упругим и подчиняется закону Гука для изотропной линейной упругости. Параметры р и с участвуют в определении функций текучести и являются параметрами пластической деформации. Угол дилатансии \/ необходим для моделирования положительной пластической объемной деформации (необратимого увеличения объема грунта), фактически наблюдаемой в плотных грунтах.
Условие прочности по Мору-Кулону, когда материал перестает сопротивляться сдвигу, имеет следующий вид: (CFx - СТу)2 + 4Т2ху ( ?х + СТу + 2-C-Ctg ф)2 х sin2 p, где (Ух, (Ту, - действующие нормальные напряжения; Тху-действующие касательные напряжения. При невыполнении этого условия элементы грунтового массива переходят из упругой в пластическую стадию работы.
В качестве альтернативы модели Мора-Кулона для описания поведения грунтов может быть использована модель «Упрочняющегося грунта». Эта модель является усовершенствованной по сравнению с классической упругопла-стической моделью Мора-Кулона. Она наилучшим образом описывает поведение грунта в процессах, связанных с его разгружением, поэтому наиболее предпочтительна в случае проходки тоннеля или экскавации грунта. Основная особенность модели «Упрочняющегося грунта» заключается в зависимости же-сткости грунта от напряжений. При пластическом деформировании среды с упрочнением поверхность нагружения (поверхность текучести для упрочняющихся материалов) перемещается в пространстве напряжений вслед за напряжениями, соответствующими процессу, в котором возникают пластические деформации, что составляет основное отличие рассматриваемой модели от модели Мора-Кулона. Формирование и разложение матрицы жесткости производится на каждом шаге вычислений, что значительно замедляет расчеты, особенно в трехмерном случае.
Модель упрочняющегося грунта основана на тех же параметрах пластичности, что и модель Мора-Кулона - сцепление с, угол трения р и угол дилатан-сии у/. Однако, в описании жесткости грунта участвуют сразу три модуля жесткости вместо одного: секущий модуль жесткости при трехосном нагружении j0, касательный модуль жесткости при первичном одометрическом нагружении Eoed и модуль жесткости при разгрузке (повторном нагружении) Е. Поскольку жесткость грунта в модели с упрочнением зависит от траектории напряжений, то при снятии нагрузки и повторном нагружении жесткость намного больше, чем при первичном нагружении грунта.
Исследование влияния инженерно-геологических и технологических факторов на деформации земной поверхности с использованием пространственных математических моделей
Для проведения исследования были построены тридцать математических моделей (в соответствии с описанными в п. 3.1), с использованием которых проводились расчеты осадок земной поверхности в зависимости от величины пригруза забоя, физико-механических свойств грунта (типа массива) и глубины заложения тоннеля. На каждой глубине заложения в каждом типе грунтового массива моделировалась проходка транспортного тоннеля с двумя величинами пригруза: минимальным (Рщш) и проектным (Ррг). Для этого на предварительном этапе с помощью дополнительных расчетов подбирались значения пригру-зов, отвечающие определениям минимального и проектного (см. п. 3.1).
Основные результаты расчетов представлены в таблице 3.6. Здесь деформации земной поверхности и ширина мульды в плоскости X - Z даны для основного (среднего) участка модели. Эти же величины для участков входа щита в тоннель и выхода его из тоннеля несколько отличаются от основного участка и представлены в таблице 3.7. Отличие объясняется, прежде всего, влиянием граничных условий, а также наличием бетонных стенок по краям, моделирующих монтажную и демонтажную камеры. Типичная картина деформаций после сооружения тоннеля на всю длину представлена на рисунке 3.13. Также в таблице 3.7 приводятся размеры всех деформационных зон по длине тоннеля (про тяженность и ширина мульды осадок). В среднем на участки входа и выхода приходится около 50 м -5- 70 м на каждый и их протяженность не зависит от общей длины модели. Вертикальные деформации в этих местах несколько выше, чем деформации на среднем участке. На основном участке наблюдаются установившиеся деформации, не меняющиеся на всем его протяжении. Здесь также необходимо отметить, что подобные результаты с использованием плоских расчетных схем получить невозможно.
После проведения всей серии из тридцати расчетов и получения необходимых экспериментальных данных нужно было провести их анализ и построить зависимости давлений пригруза забоя и деформаций земной поверхности от глубины заложения тоннеля и инженерно-геологических свойств грунта. Для анализа был выбран средний участок с установившимися деформациями грунтового массива.
Одним из широко распространенных и доступных математических методов, используемых для исследования различных закономерностей, является метод тренд-анализа. Этот метод позволяет аппроксимировать экспериментальные данные различными математическими функциями. Такая необходимость возникает в связи с обязательным присутствием в полученных данных случайной составляющей («информационного шума»), скрывающей искомые закономерности. Появление «шума» может быть вызвано несовершенством математической или физической модели, случайными ошибками вычислений, влиянием факторов, учет которых в рассматриваемой задаче невозможен и другими причинами.
Для нахождения искомых закономерностей чаще всего используются следующие приемы сглаживания: метод наименьших квадратов; метод последовательных приближений; сплайн-аппроксимация; метод скользящего среднего; аппроксимация алгебраическими полиномами или другими аналитическими функциями и т.д.
В данной работе был использован метод аппроксимации аналитическими функциями. Для всех типов грунтов зависимости осадок земной поверхности от глубины заложения тоннеля аппроксимируются логарифмическими зависимостями, а величины активного пригруза забоя - линейными.
Для песчаных грунтов (Ml) получены следующие формулы: у= 13,847 1п(х) + 3,8134 - осадки поверхности при Pmin; y=12,409Ln(x) + 2,0785 - осадки поверхности при Ррт; у=456х + 2,48 - минимальное давление Рщш; у=7,2х + 5,3 - проектное давление Ррт. Для глинистых грунтов (М2): у=17,591п(х) - 0,8145 - осадки поверхности при Р ; y=16,572Ln(x) - 8,9174 - осадки поверхности при Ррт; у=4,5х +1,7 - минимальное давление Рш ; у=8,4х +12,1 - проектное давление Pj . Для смешанных грунтов (МЗ): у=17,056 1п(х) - 1,8307 - осадки поверхности при Р ; у=11,916Ln(x) - 2,2856 - осадки поверхности при Ррг; у=4,42х + 2,06 - минимальное давление Рщш; у=8,55х + 8,85 - проектное давление Ррг, где X — глубина заложения тоннеля.
На рисунках 3.14 - 3.16 искомые зависимости давления и осадок земной поверхности от глубины заложения тоннеля и физико-механических свойств грунтов объединены в номограммы отдельно по каждому типу грунтового массива. Также на номофаммах даны искомые аналитические функции и величи-ны достоверности аппроксимации (R ). На рисунках 3.17-3.22 отдельно представлены зависимости для давлений и для осадок земной поверхности в различных типах грунтового массива.
Расчет деформаций земной поверхности при сооружении эскалаторного тоннеля (наклонного хода) в процессе строительства второго выхода станции «Маяковская» Московского метрополитена
Строительство второго выхода станции «Маяковская» Московского метрополитена относится к объектам с весьма сложной технологией строительства, которая в большой степени определяется сложными инженерно-геологическими и градостроительными условиями. В связи с этим, с целью избежания повреждений существующих зданий и сооружений на поверхности земли, необходимо своевременно и с достаточной степенью точности прогнозировать возможные деформации грунта и перераспределения напряжений в грунтовом массиве.
Грунтовый массив до строительства характеризуется начальным напряженным состоянием, обусловленным собственным весом грунта, гидростатическим давлением и нагрузками на поверхности. Разработка грунта приводит к деформации массива и высвобождению напряжений вблизи выработки.
Одним из важнейших этапов строительства второго выхода является сооружение наклонного хода эскалаторного комплекса.
Эскалаторный тоннель диаметром 8,5 м имеет обделку из чугунных тюбингов и расположен под углом 30 к горизонту. Строительство осуществляется в замороженных грунтах путем разработки и выемки породы и возведения сначала временной, а затем постоянной крепи.
Инженерно-геологи ческие условия.
Строительство второго выхода станции метро «Маяковская» ведется в сложных инженерно-геологических условиях, обусловленных наличием толщи обводненных песков и известняков [7, 61].
Грунтовый массив сложен следующими слоями (сверху вниз): -насыпной слой мощностью 2 м; -четвертичные пески крупные и гравелистые с прослоем суглинков мощностью около 16 м; -юрские суглинки мощностью 6 м; -юрская супесь текучая мощностью 1 м; -юрские глины полутвердые мощностью 8 м; -верхнекаменноугольные известняки мощностью 3 м; -верхнекаменноугольные глины мергелистые, мергели и известняки общей мощностью около 24 м. Четвертичные пески содержат грунтовые воды, глубина залегания уровня которых 6 м.
Слои известняков также являются водоносными горизонтами, содержащими напорные воды. При этом пьезометрические уровни этих вод находятся ниже горизонтальной оси станции.
Юрские глины являются неблагоприятной средой для строительства в них тоннелей. При взаимодействии с водой они быстро размокают, теряя прочность и устойчивость. В результате деформаций глин в забое и в грунтовом массиве на поверхности могут образовываться значительные мульды оседания. Технология производства работ.
При возведении всего комплекса сооружений второго выхода самым сложным этапом является строительство наклонного хода.
Эскалаторный тоннель пересекает все слои грунта, в том числе неустойчивые обводненные. Длина проходки по каждому слою в 2 раза больше, чем толщина слоя. Учитывая эти обстоятельства, для предотвращения недопустимых деформаций и значительных мульд оседания поверхности при проходке эскалаторных тоннелей массив закрепляют посредством искусственного замораживания.
Для замораживания пород по контуру обделки тоннеля пробуривают замораживающие скважины. Скважины подключают к замораживающей установке через специальный рассолопровод. Охлажденный до температуры -20 —25 рассол хлористого кальция поступает в скважины и, циркулируя между замораживающей установкой и скважинами, постепенно охлаждает породу, образуя вокруг тоннеля ледогрунтовый цилиндр.
К работам по проходке наклонного хода приступают только после полного замыкания замороженных цилиндров породы вокруг скважин, что определяется контрольными скважинами.
Первые два кольца эскалаторного тоннеля монтируют по точным маркшейдерским данным и закрепляют бетонированием по наружному контуру.
Для выдачи грунта из наклонного хода устраивают по его оси наклонную эстакаду. На эстакаде укладывают путь для скипа (емкостью 1,5-2 м3), а в конце эстакады располагают металлический бункер с пластинчатым транспортером. Скип, поднятый на эстакаду, опрокидывается над бункером и грунт из бункера грузится транспортером в автомашину.
Тюбинги подаются в тоннель на специальных тележках с бортами. Тюбинги на тележку грузят тельфером, передвигающимся по монорельсу, связанному с тельферной эстакадой.
Обделку тоннеля монтируют при помощи тюбингоукладчика (эректора). Эректор монтируют на полукольцах оголовника и перемещают по кронштейнам вдоль наклонного хода лебедками, установленными на эректоре, или при помощи домкратов. В замороженных породах забой крепят только при наличии отслаивания незамороженных пород в центре сечения выработки. Заходки обычно делают на одно кольцо, а при крепких породах - на два кольца. Кровлю забоя крепят до уровня, близкого к горизонтальному диаметру. Применяют либо инвентарные металлические кронштейны, прикрепляемые болтами к тюбингам предыдущего кольца, либо дощатую затяжку, один конец которой заводят за тюбинги предыдущего кольца, а второй - в штрабу, разрабатываемую на глубину 10-15 см по контуру кровли забоя.
При укладке тюбинговой обделки наклонного хода учитывают «набегание» колец в пределах ± 1мм на каждое кольцо.
Нагнетание раствора за обделку производят на каждые вновь уложенные 2-3 кольца с тщательным пикотажем за тюбинги деревянными клиньями, стружкой или паклей. При нагнетании за обделку в зоне замороженных грунтов в раствор добавляют 5-7% хлористого кальция.
Гидроизоляционные работы ведут сверху вниз. К чеканке обделки наклонного тоннеля в замороженных породах приступают после выключения подачи хладоносителя в замораживающие скважины. Для ускорения оттаивания грунта в скважины иногда нагнетают нагретый раствор хлористого кальция. Чеканку производят расширяющимся цементом, начиная с верхней половины свода, предварительно заменив все болты с металлическими шайбами на новые болты с битумными сферическими шайбами.
Основные особенности моделирования.
К основным особенностям моделируемой задачи относится наклон тоннеля эскалаторного комплекса по отношению к горизонту, замораживание грунтов по периметру тоннеля и разработка грунта с установкой как временной, так и постоянной крепи. Строительство осуществляется до расчетной глубины заложения -37,5 м.
Для сравнения плоской и пространственной моделей и результатов расчетов мульд оседания по этим моделям выбрана система координат, в которой ось тоннеля имеет наклон 30 к оси Z, оси X и Y расположены в перпендикулярной к оси Z плоскости и являются, соответственно, горизонтальной и вертикальной осями координат (рис. 4.10).
