Строительство Мацестинского тоннеля

I. Общее положение проекта.

1.1. Общие сведения о тоннеле.

Мацестинский тоннель - важное звено окружной автомобильной дороги Новороссийск-Тбилиси-Баку в обход г. Сочи.

Длина проектируемого тоннеля составляет 1315,6 м. В плане тоннель расположен на кривой радиусом 1000 м. общей длиной- 1088,38 м. с продольным уклоном i=16 % и на прямой- 227,1 м. (см. лист 1).

Экология местности- район строительства объекта относится к санитарной зоне №1А г.Сочи.

Геологические исследования показали, что на пути тоннеля могли бы встречаться слабые разрушенные породы, поэтому было выбрано данное направление тоннеля по кривой радиусом 1000м. (см. лист 1).

1.2. Горно-геологические условия.

Исследуемый район характеризуется сложным геологическим строением, вызванным неоднократными поднятиями и погружениями на различных этапах альпийского цикла орогена.

В геологическом строении района принимают участие палеогеновые (Олигоцен- Р3) и четвертичные отложения. Олигоценовые отложения распространены в Абхазской структурно-фациальной зоне, где в их составе выделены осадки Мацестинской, Сочинской и др. свит. Мацестинская свита отличается от других преобладанием в ее разрезе песчаников.

По литологическим признакам свита подразделена на две пачки:

а) песчаниковую- представленную песчаниками (80-95%) желтовато-серыми, кварцевидными, мелкозернистыми с тонкой параллельной слоистостью и плотными аргиллитами желтовато-серыми и серыми. В подошве некоторых пластов песчаников наблюдаются маломощные (5-10 см) черные гравелиты, обогащенные обуглившимися растительным детритом. Мощность пачки 150-180 м.

б) песчаниково-аргиллитовую, характеризующуюся резким уменьшением количества (до 20-50%) и мощности (от 1-5 см. до 20-30 см.) пластов песчаников. Мощность же аргиллитовых слоев увеличивается до 70 см. Вся мощность пачки 120-170 м. А общая мощность свиты с юго-востока на северо-запад уменьшается от 1000 до 180 м.

Гидрогеологические условия района тесно связаны с геологическим строением и климатом. Исследуемый район характеризуется огромным количеством выпадающих осадков, играющих одну из основных ролей в процессе накопления подземных вод.

В районе пролегания тоннеля грунтовые воды приурочены к коре выветривания скальной основы, к делювиальным и оползневым глинистым образованиям, а также частично невыветрелой или слабовыветрелой зоне многочисленным трещинам разной величины.

Проявление грунтовых вод в большом количестве, зафиксированы буровыми скважинами в делювиальных образованиях на разных глубинах.

На протяжении всего тоннеля ожидается приток воды в виде капежа и прерывистых струй по трещинам и тектоническим зонам.

На некоторых участках Qзаб достигает до 15 м3/ч. (см. л. 1).

При интенсивном выпадении атмосферных осадков, подземные воды оказывают на породы склона гидростатическое и гидродинамическое давление, а также приводят к уменьшению прочности пород - вследствие их переувлажнения.

Вдоль прослоек мергелей, аргиллитов и песчаников трещины напластования образуют своеобразный канал для интенсивного просачивания атмосферных осадков в глубокие толщи коренных пород.

По химическим показателям грунтовые воды района строительства тоннеля характеризуются малой минерализацией и не агрессивны к любому цементу по всем видам агрессии.

Ввиду близости к дневной поверхности (max глубина от поверхности земли 100-110 м.), горные породы в зоне заложения тоннеля и выше дегазированы и проявления взрывоопасных газов исключается.

1.3. Поперечное сечение тоннеля.

Сечение в проходке Sпр=110м2.

Внутреннее очертание обделок тоннеля запроектировано для автомобильной дороги I категории. Габарит приближения строения принят по ГОСТу 24451-80 при длине тоннеля свыше 300 м. Принятый габарит не требует уширения проезжей части на кривой радиусом R=1000 м. при длине автопоезда L=15,0 м.

Принятое внутреннее очертание обделки предусматривает подвеску осевых вентиляторов М8-6/I основной вентиляции. Студент Титченко Д.В. разрабатывает варианты проветривания.

В зависимости от инженерно-геологических условий и способа строительства запроектированы 4 типа тоннельных обделок. Типы обделок I-T; II-T; III-T; IV-T запроектированы соответственно для пород с коэф. крепости по Протодьяконову f=1,5; f=2; f=3; f=4. Эти типы обделок подковообразного очертания, замкнутые, с обратным сводом, имеют одинаковые геометрические размеры; друг от друга отличаются только армированием.

Размеры обделок тип I-T, II-T, III-T и IV-T составляют: ширина- 12,8 м., высота- 9,15 м., толщина в замке свода- 0,7 м., в стенах- 1,0 м, в обратном своде- 1,25 м.

В качестве материала тоннельных обделок принят бетон класса по прочности на сжатие В22,5 , марки по водонепроницаемости W6, марки по морозостойкости F150.

Подземные воды в районе строительства не обладают агрессивностью по отношению к бетону, поэтому применение специальных цементов не требуется.

С обеих сторон тоннеля шагом 150 м. в шахматном порядке размещены 9 камер размером 3,5х3х2,7 (h)м. Обделка камеры принята из монолитного бетона класса В22,5. В левой стене тоннельной обделки (по ходу пикетажа) шагом 40 м. устраиваются 33 ниши, размерами 1,4х1,4 (h)м., глубиной 0,3 м. для размещения пожарных кранов.

На пк16+00 с левой стороны тоннеля (по ходу пикетажа) расположена электрокамера размерами 8,3х4,5х3,7 (h)м. Свод электрокамеры железобетонный, а стены и плоский лоток бетонные.

1.4. Существующее положение.

Исходные данные для решения проекта:

С южного портала:

-сооружена припортальная стройплощадка (см. л. 2);

-пройдена верхняя часть тоннеля на 200 м. и возведена вре-

менная крепь;

-предстоит осуществить дальнейшую проходку и сбойку.

С северного портала:

-соорудить пром. площадку;

-предстоит осуществить врезку тоннеля, проходку и сбойку.

Учитывая изложенное считаем, что данный дипломный проект отвечает условиям производства, он является актуальным, что и побудило автора заняться разработкой данного проекта.

Данная технология отвечает условиям производства и горно-геологической ситуации.

Учитывая сложность данного дипломного проекта, студент Титченко Д.В. применительно к данному тоннелю разрабатывает вопросы проветривания. Таким образом, данную работу следует рассматривать как комплексную.

II. Сооружение тоннеля.

2.1. Выбор и обоснование способа сооружения тоннеля.

В данном случае выбрана схема сооружения тоннеля способом опертого свода с опережающей калоттой. Достоинством данного способа является возможность быстрого возведения жесткого бетонного свода, что позволяет уменьшить осадки кровли и окружающего грунта и обеспечивает безопасность ведения работ по разработке остальной части сечения выработки. В целом способ опертого свода характеризуется надежностью, простотой и экономичностью выполнения работ.

В основу разработки данного проекта положено, что со стороны

южного портала пройдено 200 м. верхней (калоттной) части тоннеля.

Проходка верхней (калоттной) части тоннеля осуществлялась с применением взрывных работ. Для этой цели применялась буровая установка “Максиматик” (см. л. 3), представляющая собой машину на пневматическом ходу, передвигающаяся от электрического источника тока подключаемого к машине, напряжением 380 В, 50 Гц. Буровая установка имеет 2 манипулятора для размещения на них буровых машин и 3-ий манипулятор для обслуживания лба забоя, т.е. для оборки забоя, прочистки и заряжания шпуров и т.д.

С помощью буровой установки “Максиматик” бурятся шпуры глубиной 1,2 м., обеспечивающие подвигание забоя до 1м. Применяемое ВВ- аммонит №6ЖВ или аммонит-200.

Технологический отход машин ПНБ-3Д2, “Максиматик” и технологической тележки перед взрывными работами - 50 м. Во время взрывания конструкции обделки и техники не страдают.

Проветривание забоя и вывозка породы путем погрузки ее породопогрузочной машиной ПНБ-3Д2 в подземные автопоезда типа МоАЗ.

После уборки породы возводится временная крепь, состоящая из арки I№30, которая состоит из 4-х сегментов. Для того чтобы быть собранной, 4 части арки устанавливают на 4 направляющие рандбалки и соединяют между собой болтами. Затем установленную арку раскрепляют 14-тью металлическими рошпанами с ранее установленной аркой (см. л. 4).

Эти 4 направляющие рандбалки прикрепляют к концам двух верхних сегментов арки скобами, приваренными к двум предыдущим аркам (см. л. 3).

В последствии проходки эти направляющие рандбалки передвигаются дальше к забою (опираясь на 2 предыдущие арки) и на них устанавливают следующую арку.

Затем набирается опалубка из досок по внутренней полке арки и укладывается бетон класса В25 с помощью бетоноукладчика.

Работы по установке временного крепления ведутся с рабочих площадок технологической тележки.

Технологическая тележка установлена на рельсовом ходу. Основная несущая часть представляет собой портальную раму к которой крепятся две боковые площадки и одна сверху. Эти площадки предназначены для установки временной крепи, возведения элементов деревянной опалубки и др. работ.

Временный путь под технологическую тележку выполняется из рельс Р53 на полушпалах с шагом 0,5 м.

Доставка строительных материалов в забой производится автотранспортом и погрузодоставочной машиной ПД-5. Бетонная смесь доставляется автобетоносмесителями (миксерами) с перегрузкой в бетоноукладчик или автобетоноукладчиками.

Продолжительность проходческого цикла осуществляется приблизительно за полутора суток. Продолжительность рабочей смены 6 ч. Обычно при этом задалживается 8-10 рабочих в смену.

После возведения временной обделки с отставанием от забоя 30-40 м. производится первичное и контрольное (повторное) нагнетание (см. л. 4) с помощью растворонагнетателей находящихся на технологической тележке. Для выполнения этой работы также привлекаются 8-10 человек, которые работают вслед за проходческой бригадой.

С отставанием от забоя до 50 м. заходками по 10-15 м. бетонируются полосы под стены постоянной обделки (основание выработки) с закладкой в них элементов гидроизоляции обделки.

Эта технологическая схема отвечает производственным и геологическим условиям сооружения тоннеля. Поэтому считаем возможным эту технологическую схему использовать при решении всех вопросов в нашей работе.

Расчет буровзрывных работ.

• определение количества шпуров:

N= ; где q= 1,5; S= 69 м2; = 0,78.

N= = 133 шп.

• количество ВВ: Qобщ= qSLзах= 1,5691,0= 103,5 кг.

• количество ВВ в шпур: Q= = = 0,78 кг. в шпур;

• количество патронов: n= = 2,6 3 патрона

Принимаем патроны по 300 гр.

- общее количество патронов: nобщ= Nшпn= 1333= 399 шт.

• Qф= Nn0,3= 13330,3= 119,7 кг.

• расход ВМ на 1 м3: Q1м3= = = 1,7 кг.

• глубина шпуров: Lшп= = = 1,2 м.;

врубовые шпуры принимаем 1,3 м.

- общая длина шпуров: Lобщ= 1271,2+ 71,3= 161,5 шпм.

- количество ЭД: N== 133 шт.

- количество ЭД на 1 м3: Nэд 1м3= = = 1,9 шт/м3.

Меры безопасности:

1. перед заряжанием:

• обесточить все машины и механизмы в тоннеле, кроме освещения 36В;

• вывести всех людей за зону оцепления;

• взрывник свистком подает сигнал - предупредительный.

2) после заряжания и монтажа цепи взрывник подает второй сигнал - боевой.

3. после взрыва взрывник подает третий сигнал – отбой (три коротких);

• проветривание не менее 30 мин.;

• осмотр забоя – 10 мин.;

• допуск людей в забой через 40 мин.;

4) При обнаружении «отказа» принимаются меры согласно правил ТБ при ЕПБ взрывных работ.

2.2. Определение трудоемкости работ на 1 п.м.

Зная объемы работ и нормы времени, определяем продолжительность цикла в забое по следующей формуле:

t= ; где n- количество проходчиков;

- бурение шпуров t= = 17,7 ч.

- уборка породы t= = 1,38 ч.

- установка арки t= = 4,8 ч.

- набор опалубки t= = 0,95 ч.

- укладка бетона t= = 2,99 ч.

- разборка опалубки t= = 0,73 ч.

 t= 28,55 ч. 29 ч.

Определение общего срока строительства верхней (калоттной) части тоннеля.

Зная, что длина тоннеля 1315 м. и lзах= 1м. имеем:

Т= 1315 29= 38135 ч. 1589 дн. 52,9 мес. 4,4 года.

Т.к. продолжительность цикла составляет 29 часов, т.е. 5 смен (продолжительность смены 6 ч.), то количество проходчиков работающих в забое составляет: n= 30/5 6 чел. В состав работающих в смену 6-ти проходчиков входят еще 3 рабочих из других бригад работающих в эту же смену: дежурный слесарь, электрик и сварщик. Бригада взрывников вызывается отдельно от рабочей смены непосредственно перед ведением взрывных работ.

Производительность работ 1-го рабочего с учетом всех людей работающих в забое: П= = 0,02 м. за цикл.

2.3. Сооружение врезки со стороны Северного портала.

Для безопасного ведения работ по врезке тоннеля выполняются работы по закреплению лобового откоса и устройству свода из труб на участке врезки (см. л.6).

Во избежания падения породы по лобовому откосу укладывается металлическая сетка (за исключением сечения тоннеля) размером 1001005. Устанавливаются балки из  №20 по нижней грани которых набирается опалубка и укладывается бетон крепления лобового откоса марки В12,5. Укладка бетона также производится с устройством проема по сечению тоннеля.

Сверху вниз производится бурение скважин защитного экрана (см. л. 6). Бурение скважин осуществляется станком Тони-Боринг. Количество скважин принимается конструктивно. Первоначально шарошкой  191 мм. бурятся скважины длиной по 1,5 м., в которые устанавливаются кондукторы (или направляющие) из труб  1684 длиной 1,8 м. Кондукторы омоноличиваются цементно-силикатным раствором. После выстойки продолжается бурение скважин шарошкой  145мм. с буровой трубой  1147. По достижению скважиной проектной глубины буровая труба оставляется в скважине и через кондуктор производится прокачка скважин цементно-силикатным раствором. Нагнетание производится насосом НБ-4. Состав раствора на 1 м3: вода- 750 л., цемент- 750 кг., жидкое стекло- до37,5 кг. Давление нагнетания- до 10 атм. Нагнетание производится до отказа, либо до появления выходов раствора по лобовому откосу.

После завершения работ по созданию свода из труб, срезаются балки крепления лобового откоса в пределах верхнего уступа (на высоту 3,05 м.), разрабатывается грунт верхнего уступа в пределах оголовка. Для крепления лба забоя верхнего уступа на время бетонирования оголовка, а также при проходке на участке врезки станком НКР-100М бурятся 5 скважин глубиной 20 м., в которые устанавливаются анкерные трубы 764,5 мм. (см. л. 6). Зазор между трубой и грунтом законопачивается паклей и производится нагнетание раствора составом 1:0 с добавками бентонитовой глины. Нагнетание производится насосом НБ-4 давлением до 10 атм. до излития раствора через законопаченное пространство между трубой и грунтом. Срезаются балки крепления лобового откоса в пределах нижнего уступа, и разрабатывается грунт нижнего уступа в пределах оголовка. Устанавливаются 2 сводовых части арок на верхнем уступе и 3 полных арки временной крепи тоннеля из I №30. По боковым граням оголовка устанавливаются вертикальные балки наружной опалубки (см. л.6) из I №20 шагом 1м., которые соединяются с арками временной крепи с помощью горизонтальных связей из стали  10мм. По внутренним граням арок и балок из I №20 набирается опалубка и бетонируется оголовок. Монтажные работы ведутся с помощью крана “Като”.

Врезка в горный массив ведется способом опережающего верхнего уступа с применением самоходной буровой установки “Максима-тик”. Уборка породы- порододоставочной машиной ПД-5. Разработка ведется заходками по 1м. с отставанием нижнего уступа от верхнего на 3-4 м. Арки временного крепления устанавливаются с шагом 1 м. После сооружения врезки дальнейшая проходка осуществляется сплошным забоем.

2.4. Северная пром. площадка. (см. л.5).

2.5. Производство работ в тоннеле.

1) Производство работ по возведению постоянной обделки сводовой части тоннеля.

С опережением 30-40 м. от участка бетонирования с помощью оборудованной передвижной технологической тележки на временную крепь (черновой бетон) наносится двухслойная гидроизоляция (1слой- дренажный слой геотекстиля, 2 слой- гидроизоляционная лента).

С помощью технологической тележки, оснащенной подъемником, впереди опалубки “Сага” (см. л. 7) монтируются армокаркасы. На установленные армокаркасы надвигается опалубка “Сага” и укладывается бетон класса В25.

Бетон доставляется автобетоносмесителями и укладывается за опалубку двумя пневмобетоноукладчиками равномерно на обе стороны. Уплотнение бетонной смеси производится вибраторами, смонтированными на опалубке, и при необходимости глубинными вибраторами типа ИВ-47.

2) Производство работ по разработке нижней части тоннеля.

Разработка нижней части тоннеля осуществляется в 3 этапа (см. л. 7). Работы ведутся буро-взрывным способом с подведением металлических ножек под арки временного крепления и их бетонирования.

В 1-ый этап начинается разработка средней штроссы (ядра). Для этого бурятся вертикальные шпуры глубиной 3,7м. Длина заходки- 1м. Бурение осуществляется с помощью буровой установки “Максиматик”. Применяемое ВВ- аммонит №6 ЖВ. После взрывных работ порода убирается погрузочной машиной ПНБ-3Д в автосамосвалы.

Во 2-ой и 3-ий этапы разрабатывают боковые штроссы. Сначало обуривается забой левой бермы горизонтальными шпурами глубиной 1,2м. После взрыва-ния и уборки породы подрабатывается порода под металлические ножки арок. Затем устанавливается ножка арки, набирается опалубка и бетонируется. Аналогично разрабатывают правую берму.

Расчет паспорта буровзрывных работ по разработке ядра.

• количество шпуров N= = = 16,6 шп  17 шп.;

• длина шпуров Lшп= = = 3,7 м.;

• расход ВВ Q= q S lзах; где:

q= 1,50,8= 1,2

S= 8,3 1,0= 8,3 м

Lзах= 1 м.

Q= 1,2 8,3 1= 9,96 10 кг.;

- количество ВВ в шпур Qшп= = = 0,59 кг. в шпур;

- количество патронов


29-04-2015, 04:15