Опережающая бетонная крепь - Строительство тоннелей

При строительстве тоннелей горным способом в нарушенных скальных и мягких связных грунтах применяют опережающую бетонную крепь (ОБК). Ее устраивают путем бетонирования предварительно нарезанной контурной щели в пределах свода или свода и стен выработки. Отдельные бетонные оболочки конической формы перекрывают одна другую, образуя непрерывную крепь, которая после проходки тоннеля входит в состав постоянной конструкции [2].

Впервые ОБК применили во Франции в конце 70-х годов прошлого века и с тех пор с ее использованием построены многочисленные тоннели метрополитена, железнодорожные и автодорожные тоннели во Франции, Италии, Испании, Швейцарии, Венесуэле и Японии. С применением ОБК сооружен участок станционного комплекса "Адмиралтейская" в г. Санкт-Петербурге.

В последние годы рассматриваемая технология существенно усовершенствована за счет применения более мобильного и производительного щеленарезного и бетоноукладочного оборудования, увеличения размеров нарезаемой щели и бетонной оболочки, устройства криволинейных в продольном направлении оболочек и др. Во Франции щеленарезные машины "Супремек" и "Перфорекс" выпускает фирма "Сершар", в Германии - фирма "Вирт", в Японии - фирма "Ниппон кокудо кайхацу", в Италии - фирма "Родио".

Щеленарезные машины последнего поколения включают жесткую раму с направляющей дугой, по которой перемещается каретка с баровым рабочим органом. Мощность гидропривода таких машин изменяется от 120 до 400 кВт, скорость нарезания щели - от 1 до 10 м/мини более. Контроль за нарезанием щели осуществляется лазерными геодезическими приборами.

Щели глубиной от 1,5 до5,0 м и высотой от 0,1 до 0,4 м заполняют высокопрочным набрызг-бетоном или фибронабрызг-бетоном по "сухой" или "мокрой" технологии робот-методом или подают удобоукладываемую бетонную смесь бетононасосами. Время выстойки бетона в щели до требуемой прочности (8 - 10 МПа) изменяется от 4 - 6 до 10 - 15 ч.

В последние годы с применением ОБК построен ряд транспортных тоннелей. Два параллельных тоннеля Пеш Брюнет длиной 218 и 258 м пройдены в 1997 г. на автомобильной дороге А20 на юге Франции [43]. Тоннели для трехполосного движения пролетом 14,31 м и высотой 12 м заложены на глубине 7 - 21 м от поверхности земли в перемежающихся песчаных, глинистых и мергелистых грунтах прочностью от 0,2 до 2,4 МПа.

Для устройства контурной щели длиной 5 м и высотой 0,25м применили щеленарезную машину массой 165 т и мощностью привода 350 кВт с баровым рабочим органом. Скорость нарезания щели составила 30 м/смену. Щель заполняли набрызг-бетоном, создавая взаимно перекрываемые на 1,00 - 1,25 м бетонные оболочки.

Проходку тоннеля вели с использованием тоннельного экскаватора "Либхер-954" и автомобилей-самосвалов "Вольво А-25". Забой закрепляли набрызг-бетоном и фибергласовыми анкерамидиа метром 32 мм плотностью распределения 0,25 ед./м2. На участках неустойчивых грунтов устанавливали стальные арки и скальные анкеры длиной 5,5 ми диаметром 25 мм. Применение ОБК позволило пройти тоннель с осадками вышележащей грунтовой толщи не более 12 мм.

В горах Эль Пардо (Испания) ведется строительство двух параллельных автодорожных тоннелей для трехполосного движения каждый длиной по 300 м [44].Тоннели заложены на глубине 15 - 30 м в нарушенных скальных и осадочных мягких грунтах и сооружаются по технологии НАТМ с опережающей проходкой боковых штолен, в которых бетонируются стены тоннеля.

При раскрытии калоттного профиля применили ОБК в виде конических оболочек длиной 4,5 м и высотой 0,3 м с перекрытием в 1,0 м. Щель нарезали агрегатами массой 40 и 75 т и мощностью 225и 280 кВт и заполняли набрызг-бетоном робот-методом по "сухой" технологии. Через четыре часа прочность бетона на сжатие составила 9 МПа, а через 24 ч - 50МПа.

Под защитой ОБК раскрывали штроссу, разрушали внутреннюю крепь штольни, бетонировали центральную часть обратного свода и верхний свод. Скорость проходки тоннеля возросла с 1,3 м/сут в первые четыре месяца до 2,7 м/сут в дальнейшем. Мониторинг напряженно-деформированного состояния массива показал, что осадки кровли не превышали допустимых.

При строительстве автодорожного тоннеля длиной 3,3 км и площадью поперечного сечения 108 м2В г. Тулоне (Франция) на участке плотно застроенной территории на глубине до 35м от поверхности земли в мягких водоносных грунтах во избежание осадок поверхности земли применили ОБК [45].Контурную щель конической формы глубиной 4 м и высотой 0,22 м с перекрытием0,5; 1,0 и 1,5 м прорезали щеленарезной машиной с баровым рабочим органом и заполняли фибробетоном. Через четыре часа прочность бетона достигала 8 МПа. Забой закрепляли фибергласовыми анкерами длиной 18 м.

В марте 1996 г. При проходке через нарушенную зону в тоннеле произошел вывал породы с образованием двух воронок на поверхности. Это потребовало усиления конструкции тоннеля обратным сводом, радиальными скальными анкерами длиной 3 - 5 м и стальными решетчатыми арками. После этого проходка тоннеля была завершена без нарушения поверхностных условий.

Односводчатую станцию Римского метрополитена "Убальди" длиной 120 м, пролетом 21,5 м и высотой 16 м сооружали по технологии НАТМ с проходкой вначале боковых штолен, в которых возводили стены станции, а затем калоттного профиля. Схема сооружения станции показана на рис. 24.

схема сооружения станции

Рис. 24 Схема сооружения станции "Убальди" Римского метрополитена: 1 - стальные арки; 2 - фибергласовые нагели; 3 - сборная железобетонная обделка; 4 - опережающая бетонная крепь; 5 - уровень головки рельсов; 6 - стены тоннеля

После раскрытия калоттного профиля устраивали ОБК путем нарезания контурной щели глубиной 3,5 м и высотой 0,2 м и заполнения ее фибробетоном. Под защитой ОБК возводили обделку свода станции из железобетонных блоков с последующим обжатием в грунт замковым элементом с усилием 3000 кН. За восемь месяцев было возведено 45 секций ОБК и смонтированы 134 секции сборной обделки. В последнюю очередь раскрывали штроссу и бетонировали обратный свод.

В Японии разработана новая технология устройства ОБК в виде серии жестких арочных оболочек, образующих непрерывную первичную крепь, под прикрытием которой разрабатывают грунт и возводят вторичную крепь - обделку [46]. Технологическая схема устройства такой крепи представлена на рис. 25.

технологическая схема устройства опережающей бетонной крепи в виде жестких арочных оболочек

Рис. 25 Технологическая схема устройства опережающей бетонной крепи в виде жестких арочных оболочек: 1- забой тоннеля; 2 - арочная бетонная крепь; 3 - привод рабочего органа щеленарезной машины; 4 - тоннельный экскаватор; 5 - автобетоносмеситель; 6 - автобетононасос;7 - щеленарезная машина

По сравнению с плоской арочная крепь характеризуется более высокой жесткостью и несущей способностью за счет проявления арочного эффекта не только в поперечном, но и в продольном направлении. Таким образом достигается стабилизация забоя тоннельной выработки, предотвращаются осадки породного массива и сводятся к минимуму нарушения близлежащих зданий и сооружений.

Для устройства криволинейных в продольном направлении прорезей в породном массиве созданы автоматизированный щеленарезной агрегат PLS с баровым рабочим органом дугового типа, перемещающимся по направляющей арке, и бетоноукладочное оборудование. Радиус кривизны направляющей дуги составляет 6,5 м, глубина нарезаемой щели - 3,8 м, высота -0,4 м.

Новая технология была апробирована при строительстве участка двухполосного автодорожного тоннеля в городском районе на глубине до 11 м от поверхности земли. Трасса тоннеля пересекает трубопроводы и автомобильные дороги. Тоннель сводчатого очертания пролетом 13,01 м и высотой 8,67 м проходит частично в слабоустойчивых несвязных грунтах, а частично в аргиллитах. Допустимые осадки поверхности земли составляют 20 мм.

Устройство опережающей крепи вели со скоростью 3 м/сут. При появлении в забое слабоустойчивых грунтов выполняли набрызг-бетонирование лба забоя, устанавливали опережающие фибергласовые анкеры и выполняли струйную цементацию с поверхности земли. В процессе строительства тоннеля осуществляли мониторинг деформаций ОБК и осадок поверхности земли. На участках тоннеля с глубиной заложения менее 11 м вертикальные смещения крепи не превышали 9 мм, а осадки поверхности земли - 19мм в слабых грунтах и 6 мм в аргиллитах.

Опыт применения новой технологии устройства ОБК показал ее высокую эффективность и целесообразность распространения па другие объекты в сложных градостроительных и инженерно-геологических условиях. В качестве примера можно привести автодорожный тоннель Ходогайя, проходящий на глубине 2 - 17 м от поверхности земли в сложных инженерно-геологических условиях [47]. Проходку вели под защитой ОБК способом сплошного забоя. По контуру выработки щеленарезной машиной PLS создавали щель длиной 2,8 м и высотой 0,4 м; на длине 2,1 м щель заполняли бетонной смесью.

Благодаря применению ОБК повышенной жесткости удалось ограничить осадки поверхности земли над строящимся тоннелем до 8 - 18 мм и избежать повреждений наземных зданий и сооружений.

Похожие статьи




Опережающая бетонная крепь - Строительство тоннелей

Предыдущая | Следующая