SU1745952A1 - Способ возведени монолитных обделок тоннелей и бетоновод дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к горному делу при возведении монолитных бетонных обделок тоннел , существенно уменьша  операции по транспортированию бетона к месту бетонировани . Сущность изобретени : проход т снизу вверх скважины уплотнением грунта с последующей установкой в этой скважине трубы с лотком, служащими бетоноводом, который по мере увеличени  высоты обделки уменьшают на высоту обделки. 2 с.п., 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относитс  к строительству тоннелей метро и других подземных сооружений .

Известен способ возведени  бетонных крепей в капитальных горных выработках по авт.св. № 417570, заключающийс  в том, что бур т дренажные шпуры и затем нанос т бетонную смесь на стенки выработки. Недостатками известного способа  вл ютс  больша  трудоемкость работ, св занна  с необходимостью подачи бетона в тоннель с последующим его транспортированием по тоннелю к забою и подачи в опалубку. Особенно сложно бетонировать СРОД в плане подачи бетона вверх, его уплотнени  там. При этом происходит его разбрызгивание, что ухудшает услови  работы. Кроме того, сцепление набрызг бетона с поверхностью породы происходит только в том случае, если порода суха  или мало обводненна . Способ не предусматривает уплотнение бетона, поэтому его можно использовать (и авторы

рекомендуют) дл  противофильтрационно- го экрана, а не дл  креплени  тоннел .

Известен способ бетонировани ,обделок тоннелей по авт.св. Ms 929856, реализуемый бетоноукладчиком специальной конструкции, сущность которого заключаетс  в том, что бетон с поверхности подают в тоннель , где транспортируют к месту бетонировани , и уже бетоноукладчик специальной конструкции по наклонным направл ющим со скипом, одни концы которых шарнирно закреплены на боковых секци х, а другие посредством катков опираютс  на платформу , подает бетон в требуемую точку опалубки.

Недостаток известного способа - большие трудозатраты, св занные со спуском бетона в тоннель и транспортировкой его по тоннелю. Дл  обеспечени  этих операций необходимы капитальные затраты. Непосредственно операци  по возведению опалубки сопр жена с использованием

2 сл ю сл го

сложных и дорогосто щих бетоноукладчиков .

Наиболее близок к предлагаемому способ нагнетани  закрепл ющих растворов за тоннельные обделки по авт.св. № 929857, включающий бурение с дневной поверхности скважины, в которую ввод т трубопровод , причем нагнетательные скважины бур т попарно, диаметрально располага  относительно друг друга по длине обделки. При этом на самой высокой отметке свода бур т сливные скважины дл  контрол  полноты заполнени  пустот за обделкой. Способ не обеспечивает подачи бетонной смеси, содержащей твердые фракции (щебень ), а также не содержит операцию по уплотнению, поэтому он не может быть использован дл  возведени  монолитной обделки ,

Недостатками известного способа также  вл ютс : а) использование напорно-транс- портного трубопровода и оборудовани  дл  создани  напора; б) необходимость предварительного возведени  обделки в тоннеле; в) сложность попадани  с поверхности в требуемую точку за обделкой; г) необходимость бурени  обделки дл  проходки сливных скважин.

Цель изобретени  - упрощение работ при повышении производительности.

Это достигаетс  за счет того, что в тоннеле монтируют арматуру и опалубку, заполн ют полость за опалубкой бетоном по трубопроводу через скважину с поверхности , скважину проход т снизу вверх сквозь опалубку, в которую устанавливают трубу, и подают бетон по трубе за опалубку. При этом по мере увеличени  высоты обделки высоту бетоновода уменьшают на высоту тоннел . Такое выполнение операций позвол ет располагать устье скважины в месте , куда необходимо подавать бетон, и возводить монолитную опалубку, исключив при этом транспортирование бетона в горизонтальном направлении по тоннелю и его уплотнение.

Целесообразно уменьшать высоту бетоновода извлечением трубы и перестановкой вверх лотка. Така  операци  позвол ет подавать бетон на разную высоту тоннел , не примен   при этом сложную технику.

Целесообразно лоток закрепл ть к трубе на высоте, соответствующей высоте тоннел . При этом дл  уменьшени  высоты бетоновода лоток поворачивают вокруг нижнего торца трубы. Такие операции позвол ют упростить подачу бетона в различные точки тоннел .

Целесообразно поворачивать лоток в двух плоскост х вокруг продольной оси тоннел  и вокруг вертикальной оси трубы. Такое выполнение операций позвол ет упростить перестановки дл  смены места подачи бетона в опалубку,

Бетоновод дл  реализации способа возведени  монолитных обделок тоннелей, содержащий трубу и лоток, выполнен на вертикальном участке с отражател ми, установленными со смещением друг относи0 тельно друга вдоль трубы. Такое выполнение конструкции бетоновода обеспечивает реализацию предложенного способа возведени  монолитных обделок за счет исключени  его расслоени .

5 Целесообразно лоток выполн ть составным , по крайней мере из двух элементов, с возможностью продольного смещени  друг относительно друга. Такое выполнение конструкции позвол ет, использу  одно обору0 дование, подавать бетон в разные точки тоннел , что повышает производительность , т.к. не нужно переналаживать оборудование .

Целесообразно устанавливать лоток на

5 трубе с возможностью поворота относительно последней. Такое выполнение бетоновода позвол ет подавать бетонную смесь на противоположные стенки тоннел .

Относительно существенности предло0 женных признаков.

В предложенном техническом решении используетс  совокупность признаков, обеспечивающа  решение поставленной задачи, поэтому разделение на отдельные

5 признаки нецелесообразно. Нам не известно техническое решение, которое содержало бы такую совокупность признаков.

Однако проведем сравнительный анализ отдельных признаков.

0 Признак: снизу вверх опалубки проход т сквозную скважину уплотнением ее стенок . Проходка скважин уплотнением грунта осуществл етс  пневмопробойником. Однако до насто щего технического решени  про5 -ходка скважин пневмопробойниками снизу вверх не осуществл лась. Не осуществл лась проходка сквозных скважин сквозь опалубку . Эти операции позвол ют устье скважины разместить в месте, куда необходимо пода0 вать бетон. Кроме того, использование пневмопробойников дл  этой операции обеспечивает проходку скважины в стесненных услови х непосредственно у забо . Проходка скважины снизу вверх обеспечи5 вает ее выход в месте, удобном дл  проведени  последующих работ (подачу бетона), что достигаетс  за счет запуска пневмопро- бойника под заданным углом. Необходимо также отметить, что при бурении скважины сверху вниз возможны услови  (например:

деревь , контактные линии электротранспорта ), когда бурова  установка не может быть размещена. В то же врем  выход пнев- мопробойника снизу возможен практически в любых услови ,;. При использовании пневмопробойников дл  проходки скважин пробивали покрытие дорог в зимнихуслови-  х. Нужно также отметить, что при проходке скважины снизу вверх всегда обеспечиваетс  требуема  точность про- ходки, в то врем  как сверху вниз операци  усложн етс  с точки зрени  точности проходки скважины.

Из авт.св. № 1027400 известно бурение шпура снизу вверх дл  размещени  в них зазоров, которым при взрыве уплотн ют оболочку. Шпуры глухие, предназначены дл  других целей и их производ т бурением. Все это не используетс  в известном техническом решении;

мере увеличени  высоты обделки уменьшают высоту бетоновода на высоту обделки. Этот признак-нов и существенен, т.к. позвол ет достичь поставленной цели, т.е. повысить производительность при сни- жении трудоемкости;

- уменьшение высоты бетоновода осуществл етс  извлечением трубы и перестановкой вверх лотка. Операци  специфична дл  предложенного способа, нова и сущест- венна.

- уменьшение высоты бетоновода осуществл ют поворотом лотка вокруг нижнего торца трубы, закрепленного к трубе на высоте , соответствующей высоте тоннел . Операци  нова и существенна.

- поворот лотка осуществл ют вокруг продольной оси тоннел  вокруг вертикальной оси трубы, причем обе оси проход т у нижнего торца трубы. Операци  нова и щественна;

вертикальном участке бетоновода установлены отражатели с перекрытием друг относительно друга и со смещением соседних отражателей вдоль трубы. При- знак нов и существенен, т.к. исключает расслоение бетона при его обрушении и одновременно позвол ет подавать бетон и уплотн ть его кинетической энергией падающей бетонной смеси;

- лоток выполнен составным, по крайней мере из двух элементов, которые выпол- нены с возможностью продольного смещени  друг относительно друга. Признак нов и существенен.

Предложенный способ возведени  монолитных оболочек тоннелей и бетоновод дл  реализации способа возведени  монолитных обделок тоннелей иллюстрируетс  следующими чертежами.

На фиг. 1 показана операци  по проходке скважины снизу вверх; на фиг. 2 - расширение скважины; на фиг. 3 - подача бетона на дно тоннел ; на фиг. 4 - монтаж лотка и подача бетона на опалуоку боковой стенки; на фиг. 5 - подача бетона за опалубку другой стенки тоннел ; на фиг. 6- подача бетона на свод тоннел ; на фиг. 7 - извлечение бетоновода; на фиг. 8 - готовый тоннель с засыпанной грунтом скважиной; на фиг. 9 - бетоновод с составным лотком, шарнирно прикрепленным к нижней части трубы, и выполнение последней с отражател ми.

Сущность предлагаемого способа проиллюстрируем на конкретном примере - устройстве подземного перехода между станци ми Красный проспект - Сибирска  Новосибирского метрополитена.

Тоннель 1 проходил на глубине 13 м от дневной поверхности (фиг. 1). При проходке тоннел  его стены и свод обшили дерев нной крепью. Установили опалубку 2, придав ей форму перехода - цилиндрический свод и вертикальные стенки. Между опалубкой и стенкой тоннел  имелась полость 3, которую необходимо было заполнить бетонной смесью, т.е. в дальнейшем в этой полости должна была разместитьс  обделка тоннел . Нужно отметить, что тоннель 1, особенно его свод, был закреплен крепью в виде поперечных балок, между которыми размещены в продольном направлении доски, установленные друг возле друга. Пневмоп- робойником 4 (марки ИП 4605), имеющим диаметр 90 мм, проходили скважину 5 снизу вверх. Дл  этого в крепи (в одной из досок) делали пролом диаметром примерно 200 мм и пневмопробойник 4 поджималс  к грунту пока не сцепл лс  с ним. Пневмопробойник 4 предназначен дл  проходки горизонтальных скзажин при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций. Он представл ет собой заостренный в передней части цилиндрический корпус, внутри которого совершает возвратно-поступательное движение ударник, нанос  в Своем переднем положении удар по корпусу, и тем самым забиваетс  в грунт. Сила отдачи при работе компенсируетс  силой сцеплени  корпуса с грунтом. Дл  сцеплени  достаточно внедрени  корпуса в грунт на примерно 1 /3 длины корпуса. Заостренна  передн   часть корпуса при своем движении вытесн ет грунт в радиальном направлении, и тем самым формируетс  скважина.

При запуске пневмопробойника 4 в грунт ему придают нужное направление, чтобы на выходе не было строений, деревьев и т.д., мешающих в дальнейшем подъезду бетоновоза. Так как отверстие мало, а нарушение в крепи незначительное, безопасность работ не нарушаетс . После выхода пневмопробойника 4 наружу (фиг. 2) на переднюю его часть монтируют расширитель

6и запускают вновь по скважине 5 вниз, расшир   ее до требуемого диаметра. При проведении работ расширение скважины 5 осуществл ли до диаметра 200 мм. Затем в скважину 4 сверху устанавливали трубу 7 диаметром 159 мм (фиг, 3). Ее сваривали из двух отрезков после того как первый был заглублен практически на всю длину. На верхней части монтировали приемное устройство 8 в виде воронки.

На дне тоннел  сваривали арматуру 9. Нижний конец трубы 7 был у дна тоннел . Затем в воронку 8 направл ли бетонную смесь непосредственно из бетоновоза (на чертежах не показан). Эта смесь под действием силы т жести падала на дно тоннел . Нужно отметить, что после установки трубы

7в скважину 5 между внешней поверхностью тоннел  1 и грунтом практически не было зазора, т.е. в процессе установки об- рушалась часть грунта. Способствовала этому и релаксаци  грунта. Вывала грунта в тоннель не наблюдалось. Зазор между трубой 7 и дном тоннел  1 не измен лс  в процессе подачи бетона. Необходимо было разравн ть бетон на дне тоннел  и уплотнить его. Спуст  некоторое врем  после того , как бетон схватывалс , трубу 7 подрезали снизу и устанавливали лоток 10 (фиг. 4) с наклоном, например, к левой стенке тоннел  1. Длина лотка 10 превышала рассто ние между трубой 7 и опалубкой 2, что обеспечивало подачу бетона за опалубку 2. Затем бетон оп ть подавали от бетоновоза через воронку 8, трубу 7, лоток 10 за опалубку 2, в полость 3. Под действием силы гравитации бетонна  смесь развивала определенную энергию, благодар  которой происходило его самоуплотнение. После заполнени  с одной стороны заопалубочной полости 3 лоток 10 разворачивали на другую сторону (фиг. 5) и повтор ли операцию. Затем трубу 7 укорачивали на высоту туннел  1, закрывали отверстие в опалубке, в которой размещалась труба 7, и подавали сверху бетонную смесь, котора  заполн ла полость в своде 11 тоннел  1. При подъеме трубы 7 на высоту тоннел  1 в трубе на уровне дневной поверхности прорезали автогеном окно 12, через которое подавали бетонную смесь вниз (фиг. 6). Затем трубу 7 извлекали из скважины (фиг. 7) ударным узлом 13. Скважину 5 в верхней части засыпали грунтом. Со временем она зат гивалась грунтом полностью . В св зи с тем, что скважина была образована уплотнением грунта, после релаксации прочность грунта была равна прочности массиву. Засыпка нужна только с поверхности. Затем, выждав врем , когда схватитс  бетон, отступали вдоль тоннел  1

на 3-5 мм и процесс повтор ли в той же последовательности. Тоннель показан на фиг. 8. В св зи с тем, что бетон подавали по сравнительно малому диаметру замкнутой трубы, все составл ющие его падали вме0 сте, т.е. расслоение бетона не наблюдалось. Это объ сн етс  тем, что воздух с нижнего торца трубы 7 практически не оказывал сопротивлени  движущемус  сплошному потоку бетонной массы, а ускорение

5 свободного падени  дл  всех тел одинаково . Во вс ком случае гравитационна  подача бетона на глубину до 13 м не вызывала его расслаивание. Как известно, в насто щее врем  широко примен ют неглубокое

0 заложение метро и переход под дорогами. Можно сначала бетонировать дно тоннел , а затем устанавливать опалубку 2 дл  возведени  стенок тоннел . Это зависит от организации работ.

5Конструкци  бетоновода представл ет

собой вертикально установленную трубу 7, в нижней части которой смонтирован лоток 10, а в верхней - приемна  воронка 8. Лоток 10 установлен у нижней части трубы с воз0 можностыо поворота вокруг трубы в гори- зонтальной плоскости (фиг. 4, 5) и с возможностью либо осевого смещени  вдоль трубы, либо разворота относительно трубы в вертикальной плоскости (фиг. 9), В

5 первом случае по мере возведени  рбделки уменьшают длину трубы на высоту обделки, а лоток 10 присоедин ют к трубе на более высокой отметке. В последнем случае труба своим нижним торцом располагаетс  на

0 уровне свода тоннел  1 и имеет шарнир 14, обеспечивающий вращение лотка 10 в горизонтальной плоскости, и шарнир 15. обеспечивающий вращение лотка в вертикальной плоскости. Лоток 10 выполнен при этом со5 ставным из нескольких, например двух, частей 16, 17, имеющих возможность продольного взаимного перемещени . Труба 7 выполнена с отражател ми 18, установленными со смещением друг относительно

0 друга вдоль трубы и перекрытием друг относительно друга.

Принцип работы бетоновода при реализации способа возведени  монолитной обделки .

5 При необходимости возведени  обделки на глубинах, превышающих 13 м, можно использовать трубу 7 с отражател ми 18. В этом случае падающа  бетонна  смесь, удар  сь в отражатели, будет одновременно уменьшать скорость падени  и перемешиватьс . Отметим, что экспериментально установлено , что при глубинах до 13 м расслоени  бетона не происходит. Поэтому можно использовать трубу 7 без отражателей 18 (фиг. З-б). При бетонировании дна тоннелей 1 бетоновод имеет длину от поверхности практически до дна тоннел . Это достигаетс  за счет удлинени  лотка 10 и установки его вертикально, После затвердевани  бетона , уложенного в дно тоннел , разворачивают лоток 10 вокруг горизонтальной оси шарнира 15 и одновременно удлин ют его за счет смещени  одного элемента 16 (периферийного ) относительно другого 17. Таким образом, высота бетоновода уменьшаетс , однако его длина обеспечивает выход переднего торца лотка 10 за опалубку 2, что гарантирует подачу бетона в необходимое место, При необходимости подачи бетона на другую сторону тоннел  1 лоток разворачивают относительно вертикальной оси, т.е. трубы 7, использу  шарнир 14. Иными словами , поворот лотка 10 относительно вертикальной оси обеспечивает подачу бетона на левую или правую сторону тоннел  1, а поворот относительно горизонтальной оси - подачу бетона на разную высоту тоннел  1. Удлинение лотка 10 обеспечивает подачу бетона за опалубку 2.

Предложенный способ опробован на переходе между станци ми метро Красный проспект и Сибирска . Переход длиной 130 м состоит из двух тоннелей. Изготовлено около 1600 скважин высотой по 13 м. Экономический эффект составил около 800 рублей на погонный метр тоннел . Улучшились услови  работ, т.к. была исключена операци  по транспортированию бетона в горизонтальном направлении по тоннелю. Кроме того, при возведении свода тоннел  резко улучшились услови  труда, т.к. отказались от операции метани  вверх бетона, от которого забрызгивались рабочие. Уменьшились капитальные затраты (они не вошли в указанный выше эффект), т.е. исключена

из технологического процесса машина дл  набрызг-Ьетона, не нужны тележка и укладка рельс дл  транспортировани  бетона по тоннелю, исключена операци  по уплотне- 5 нию бетона в своде и стенках.

Claims (6)

1.Способ возведени  монолитных обделок тоннелей, содержащий монтаж арматуры и опалубки в тоннеле, заполнение

0 полости за опалубкой бетоном через скважину по бетоноводу, имеющему лоток, о т- личающийс  тем, что, с целью повыше- ни  производительности при уменьшении трудоёмкости, сквозную скважину проход т

5 снизу вверх сквозь опалубку до дневной поверхности и по мере увеличени  высоты обделки уменьшают высоту бетоновода на высоту обделки.

2.Способ по п. 1,отличающийс  0 тем, что уменьшение высоты бетоновода

осуществл ют частичным извлечением трубы его и перестановкой вверх лотка.

3.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что уменьшение высоты бетоновода

5 осуществл ют поворотом лотка вокруг нижнего торца трубы бетоновода, закрепленного к ней на высоте, соответствующей высоте тоннел .

4.Бетоновод дл  возведени  монолит- 0 ных обделок тоннел  по пп. 1-3, содержащий трубу и лоток, отличающийс  тем, что на внутренней поверхности трубы бетоновода установлены отражатели с возможностью перекрыти  и со смещением

5 соседних отражателей относительно друг друга.

5.Бетоновод по п. 4, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что лоток выполнен составным, по крайней мере, из двух элементов, которые

0 установлены с возможностью продольного смещени  относительно друг друга.

6.Бетоновод по п. 4, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что лоток установлен с возможностью поворота относительно бетоновода в

5 двух плоскост х.

/ВЯ./