ВСЕСОЮЗНЫ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

РУКОВОДСТВО

ПО СООРУЖЕНИЮ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ МЕТОДОМ ПОГРУЖЕНИЯ КРЕПИ В ТИКСОТРОПНОЙ РУБАШКЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МЕТРОПОЛИТЕНОВ В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ

условиях

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

РУКОВОДСТВО

ПО СООРУЖЕНИЮ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ МЕТОДОМ ПОГРУЖЕНИЯ КРЕПИ В ТИКСОТРОПНОЙ РУБАШКЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МЕТРОПОЛИТЕНОВ В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

—    подробный геологический разрез по оси ствола с характеристиками пересекаемых'пород, уровнями и притоками грунтовых вод и структурой контакта неустойчивых и плотных подстилающих пород;

—    'рабочие чертежи конструкции ствола, включая чертежи опорного воротника, ноже;вого кольца, подвесного полка;

—    рабочие чертежи верхнего вентиляционного узла (для вентиляционных шахт метрополитена);

—    рабочие чертежи домкратной системы и опорной конструкции;

—    рабочие чертежи энергоснабжения, водоснабжения, водостока строительной площадки, согласованные с соответствующими организациями;

—    -рабочие чертежи организации работ с пояснительной запиской.

2.2.    В целях наиболее точного определения гидрогеологического строения пород, а также положения контактов водоносных пород и- водоупора относительно горизонтальной плоскости, необходимо закладывать -по периметру ствола не -менее трех геологоразведочных скважин.

2.3.    Наблюдение за состоянием подземных сооружений должно производиться в шурфах, «места заложения и число которых определяется проектом.

2.4.    Опорный воротник сооружается в котловане, отметка подошвы которого должна быть не менее чем на 50 см выше уровня грунтовых вод.

2.5.    Вес опорного воротника с учетом веса грунта, опирающегося на консоль -воротника (-грунтового пр игр уз а), должен превышать максимальные натрузки, создаваемые домкратной системой, не -менее чем на 20%. Вес грунтовой пригрузки, участвующей в восприятии нагрузок, следует -принимать с К — 0,3 от веса грунта засылки котлована.

Рекомендуется -применение опорного воротника, разработанного ПКБ Главстроймеханизации Минтрансстроя (рис. 2).

2.6.    При проектировании опорного -воротника и домкратной системы для погружения крепи в качестве определяющего параметра принимаются нагрузки на крепь ствола, обеспечивающие ее погружение.

Указанные нагрузки должны обеспечить преодоление сопротивлений, возникающих между породой и крепью (сопротивление трения), и сопротивление вдавливанию ножевой части в -породу. Нагрузки на крепь рассчитываются по приложению 8. Коэффициент трения в зоне тиксотропного раствора f_T следует принимать равным 0,01.

К)

	3670
Рис. 2. Конструктивная схема опорного воротника и дом-нратной системы: 1    — балочные пакеты (инвентарные) для подвески домкратов: 2    — опорный воротник: 3 — гидравлические домкраты; 4 — подвесной (инвентарный) кольцевой рабочий полок; 5 — тюбинговая крепь ствола; 6 — тиксотропный раствор

2.7. Допускаемые сосредоточенные нагрузки на крепь от одного домкрата не должны превышать 100 т.

■2.8. Угол заострения ножевого кольца не должен превышать 17°. Величину уширения ножевого кольца относительно наружного контура крепи (рекомендуется (принимать равной 100 мм. Высота ножевого кольца должна быть не менее 1 м. Рекомендуется применение ножевого кольца опускной крепи, разработанного ПКБ Главстроймеханиза-ции Минтрансстроя (рис. 3).

2.9.    При шрименении для упора домкратов конструкций балочных или иных систем балки, а также узлы сопряжения их с деталями, закрепляемыми в опорном воротнике, подвергаются поверочному |расчету.

2.10.    При использовании метода погружения крепи в тиксотропной рубашке в зоне жилых домов, .промышленных сооружений и сложных подземных коммуникаций, -расположенных на расстоянии менее 25 м от ствола, при мощности неустойчивых пород более 10 м и глубине их залегания более 15 м

проектом должны быть предусмотрены специальные мероприятия на случай аварийной ситуации. Условия предотвращения выпуска неустойчивых пород три снятии гидропригруза должны соблюдаться в соответствии с графиками приложения 9.

3. МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПОДАЧИ В СТВОЛ ШАХТЫ ТИКСОТРОПНОГО РАСТВОРА

3.1.    Глины, служащие материалом для приготовления тиксотропного раствора, должны быть 'предварительно подвергнуты лабораторным исследованиям.

Пригодность глины для использования в тиксотропном растворе определяется следующими показателями:

гранулометрическим составам:

—    глинистых частиц размерами свыше 0,005 мм должно быть не менее 30—40%;

—    глинистых частиц размерами свыше 0,001 мм должно быть не менее 10%;

—    песчаных частиц размерами 1—0,05 мм должно быть не более 10%;

числом пластичности —*не менее 20;

набуханием — не менее 15—=20%;

удельным весом — 2,70—2,75 г1см^г\

•влажностью на пределе раскатывания — не менее 25%.

При наличии в глине частиц размерами более 2 мм удалять их во время приготовления глинистого раствора необходимо-путем сливания раствора в емкость по лотку, имеющему в конце металлическую сетку, или же пропуская раствор через вибросито.

3.2.    Пробы глин из местных карьеров для лабораторных исследований следует отбирать не менее чем из трех мест в каждом карьере; масса проб должна быть не менее 3 кг.

3.3.    Для приготовления глинистых растворов предпочтительно применять натриевые глины ввиду большой набухаемо-сти в воде и возможности получения <на их основе стабильных тиксотропных раствороз.

3.4.    Местные глины, характеристики которых отличаются от приведенных в и. 3.1, должны быть «улучшены» путем специальной обработки кальцинированной содой Ыа₂СОз в количестве 0,1—0,5% от массы раствора. Качество глинистых растворов может быть улучшено также их химической обработкой другими реагентами:

—    углещелочным (УЩР);

—    к арбокс и метил целлюлозой (КМЦ);

—    пирофосфатом натрия (Na₄P20₇);

—    силикатом натрия (жидкое стекло).

3.5.    При пересечении- гравийно-галечных пород для предотвращения больших потерь (ухода) глинистого раствора рекомендуется увеличивать его вязкость путем обработки жидким стеклом или известью по специальной рецептуре.

3.6.    Рецептура обработки раствора химическими реагентами для геологических условий каждого конкретного ствола (или другого объекта) должна определяться лабораторией глинистых растворов или химической лабораторией.

3.7.    Показатели качества, глинистых растворов для тиксотропных рубашек в зависимости от геологических и гидрогеологических условий в зоне погружения крепи ствола, (а также и других сооружений) должны удовлетворять значениям, приведенным в табл. 1.

3.8.    Расчет погребного количества тлины для получения 1 м³ глинистого раствора заданного удельного веса производится по формулам, приведенным в приложении 1.

3.9.    -В особых случаях при осложненных условиях проходки может возникнуть -необходимость использования глинистых растворов удельного веса 2,2—2,4 г/см*.

Повышение удельного веса достигается путем введения в раствор специальных утяжелителей: бария, гематита, магнетита и пиритовых огарков.

Потребное количество утяжелителя определяется по формуле:

7-т.    ’

где g — масса утяжелителя на 1 м³ глинистого раствора, г; у — удельный вес утяжелителя в порошке, т!м³\

Yi — удельный вес раствора после введения утяжелителя;

У2 — удельный вес раствора до введения утяжелителя.

3.10. Для проведения лабораторных исследований показатели качества глинистого раствора, должны определяться следующими приборами:

удельный вес, у» г/см³ — ареометрами АГ-1 или АГ-2; вязкость Т, сек — вискозиметром СП'В-5; водоотдача В, см³ — прибором ВМ-6; толщина глинистой корки /С, мм — .прибором ВМ-6;¹ статическое напряжение сдвига 0, мг/см² — прибором СНС-2;

1	2	3	4
Суточный ОТСТОЙ. О	%	2 -3	0-2
Водоотда*а, В	см'	12-13	15-20
Прсиелынос статическое напрЯ'Же-«ие сдвига за 1 мим и за 10 мим, е	мУс.и	20 Ю 40-80	30 -50 50—90
Толщина глинистой норки. К	ММ	2-5	2 3
Стабильность. С	см'	0,02—0,01	0-0.03
Расплып по ко- кусу Дании, цилиндру НИИОСП. Р	см	17-20	17-20

5	6	7	8	9
1-3	Не более 2	01	0-1	Для погружения крест шахтных
12-13	10-12	Не более 10	10-12	стволов в сложных гидрогеологических хтломеях
20—60	30—80	50-130	73-150	ларзмотры глинистого раствора должны быть определены лабораторией с учетом конкретных уело-
60-S0	50-100	150-200	150 200	ний каждого ство-
2-4	2-3	1-2	1.0	ла
0,01-0,02	0,02-0,03	0,01-0.02	0.01-0,02
13-17	13-17	Нс более 17	17-20

содержание песка Л, % — отстойником Лысенко;

стабильность С, г/см³ — цилиндром ЦС, ареометрами АГ-1 или АГ-2;

суточный отстой О, % — мерным цилиндром;

расплыв Р, см — по конусу АзНИИ или цилиндром НИИОСП.

3.1*1. Количество глинистого раствора следует рассчитывать с учетом размеров полости между крепью и породой, возможных местных расширений этой полости, а также потерь раствора при проникновении его в породы. Ориентировочно расход глинистого раствора, потребный для заполнения всей закрепной полости, должен приниматься с коэффициентом запаса 1,5. Исходя из этого производится расчет необходимого количества -глины на весь объем работ.

3.12.    Для приготовления тиксотропных глинистых растворов рекомендуется применение глинопорошков заводского изготовления (приложение 2). Глинопорошки должны храниться в сухом состоянии и отвечать техническим условиям на глинопорошки для бурения (приложение 3).

3.13.    При применении глинопорошков заводского изготовления для быстрого и качественного приготовления глинистого раствора рекомендуется использовать быстродействующие растворомешалки емкостью 0,75 м³ типа РМ-750 или емкостью 1,0 м³ типа РМ-1000 конструкции треста «Гидроспецстрой» МЭИЭ СССР.

3.14.    Приготовленный глинистый раствор должен сливаться в емкость объемом 2—4 м³, а затем насосом перекачиваться в закрепную полость.

■3.15. Вода для приготовления глинистых растворов должна быть чистой и соответствовать требованиям на воду для зат-ворения бетона (ГОСТ 4797-69 «Бетон гидротехнический, материалы для его приготовления»).

3.16.    К растворомешалке должен быть подведен водопровод. Воду в растворомешалку следует подавать через дозировочное устройство.

3.17.    При производстве работ в зимнее время для тиксотропной рубашки может быть рекомендован раствор карнали-товой соли Березниковского калийного комбината. Для приготовления 1 м³ раствора удельным весом 1,05—1,08 г/см³ необходимо 500 кг карналита и 50 кг каустика. Раствор не замерзает до температуры — 35°С.

3.18.    Подачу'глины к загрузочному устройству (люку) глиномешалки следует механизировать.

3.19.    Для приготовления и хранения химических реагентов следует иметь на площадке соответствующую емкость.

3.20. Для подачи глинистого раствора, из емкости в полость тиксотропной рубашки рекомендуется применять насосы типов С-263, С-317 или НФ-4.

3. -21. Для подачи глинистого раствора рекомендуется применять ip укав а напорные (тип «В» по ГОСТ 8318-67) внутренним диаметром 50 мм.

4.    ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

4.1.    Для сооружения шахтных стволов методом погружения К)репи в тиксотропной рубашке необходимо иметь оборудование, обеспечивающее выполнение следующих работ:

—    разработку забоя с выдачей породы на поверхность;

—    бункеризацию породы;

—    погружение крепи;

—    монтаж тюбинговых колец;

—    приготовление и транспортировку тиксотропного раствора;

—    подъемно-транспортные операции, связанные с сооружением ствола.

4.2.    В качестве рабочего органа для разработки забоя, выдачи породы на поверхность и погрузки ее в автотранспорт рекомендуется применять одноканатные проходческие четырехчелюстные грейферы типа «Темп» конструкции института «ЦНИИиодземмаш» ем-костью 0,5—0,8,и³.

4.3.    Конструкция этих грейферов позволяет разрабатывать породы под слоем воды методом подводного землечерпания.

Основные технические параметры грейферов типа «Темп» (рис. 4) приведены в табл. 2.

Таблица 2

Показ плели Единица изме рения Тип грейфера .Теми-1" .Темп-2" Полезогая емкость з/3 0,S 0,5 Высота: при открытых челюстях мм 3550 2645 при закрытых челюстях мм 3075 1630 Дни метр: при открытых челюстях мм 2280 1720 при закрытых челюстях мм 2100 1Г.90 Масса грейфера т 3,75 2,-340 Масса грейфера с породой т 5,50 3,200

Рис. 4. Грейферы «Темп-1» (а) и «Темп-2» (б): 1 — труба упорная; 2 — каретка.

4.4.    Грейфер «Темп-1» разгружается только при опирании его на площадку (схема работы грейфера приводится на рис. 5).

4.5.    Грейфер «Темп-2» (рис. 6) оборудован специальным устройством для фиксирования разгрузки на заданной высоте — на весу.

4.6.    Для более эффективной разработки забоя и особенно плотных глинистых пород рекомендуется применять грейфер «Темп-1».

4.7.    Грейферы типа «Темп» являются сменным навесным рабочим органом крана, используемого в качестве грузоподъемного механизма по спуску грейфера в забой и выдаче породы на поверхность.

4.8.    При применении грейферов типа «Темп-1» следует использовать кран грузоподъемностью 20—25 г. При применении грейферов типа «Темп-2» возможно использование кранов грузоподъемностью 12—16 т.

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА, 1974

л - спуск в забой, б — подъем загруженного грейфера к месту разгрузки (автосамосяал или бункер); в — разгрузка.

Руководство предназначается для проектирования -и производства работ по сооружению вертикальных стволов шахт в сложных гидрогеологических условиях методам погружения крепи в тиксотропной рубашке при строительстве .метрополитенов, а также .может быть использовано при сооружении вертикальных стволов шахт, рудников и других подземных сооружений различного назначения.

Руководство разработано в соответствии с приказом № 245 Миятраясстроя от 29 декабря 1972 г. по теме Т.М--05-73 следующими органнза.цими: .Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦН.И.И.С), Центральным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом проходческих машин и комплексов для угольной, горной промышленности и подземного строительства (ЦНИИподземмаш), |Государственным ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени строительством Московского метрополитена (Мосметрострой) и ордена Трудового Красного Знамени .научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова (НИИСЮП).

Руководство составлено доктором техн. наук, проф. Я- А. Дорианом (руководитель темы, ЦНИИС), канд. техн. наук X. И. Абрамсоном (руководитель раздела, ЦИИИиодземмаш) и инж. Э. В. Саидуковским (руководитель раздела, Мосметрострой) при участии: кандидатов техн. наук Э. А. Малояяа (ЦНИИС), С. А. Маршака ('ЦНИИподземмаш), В. Л. Самойлова, С. А. Тер-Галустова (НИИОСП), доктора техн. наук Т. Н. Цай (Минтяжстрой OOGP), инженеров 1П. А. Васюкова, Д. А. Гольденберга, Ю.-А. Кошелева (Мосметрострой), Е. А. Василенко, Б. А. Пригорода (Метрогипротранс), П. В. Сахарова (ПКБ Плаветроймеханизации).

Руководство утверждено Главтоннельметростроем и согласовано Мегрогипротраисом, Главным техническим инспскто-

ром Минтрансстроя и отделом охраны труда ЦК профсоюза рабочих железнодорожного транспорта.

Замечания и предложения по руководству просьба направлять по адресу: 129329, Москва, Игарский проезд, 2, Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства (ЦНИИС).

Зам. директора ЦНИИСа    Г.    ХАСХАЧИХ

Ззм. директора ЦНИИподземмаш    Н.    МАЛЕВИЧ

ВВЕДЕНИЕ

При строительстве вертикальных шахтных стволов и других аналогичных об*1>ектов -наиболее сложными являются работы но пересечению слоев неустойчивых, водоносных и плывунных пород. В этих условиях обычно применяют специальные способы — предварительное замораживание пород, различные «варианты способа опускного колодца, химическое закрепление пород и др.

•Применение специальных способов и особенно предварительного замораживания, 'которое в практике строительства метр споли те нов имеет преимущественное распространение, вызывает значительные капитальные затраты и требует длительного времени на выполнение .подготовительных работ.

В последние «годы в мировой практике промышленного и гражданского строительства находит применение метод по. г ружей и я опускных сооружений в тиксотропной -рубашке. В нашей стране за период 1965—1973 гг. с применением тиксотропной рубашки погружено около 100 опускных колодцев.

Сущность этого метода (проф. Н. В. Озеров) состоит в том, что -в процессе погружения зазор между опускаемым колодцем и породой заполняется глинистым раствором (тиксотропной -рубашкой), резко снижающим сопротивление трения.

Технологическое преимущество способа опускного -колодца заключается в том, что для его осуществления (особенно при сооружении шахтных стволов, размеры которых ограничены по площади в сравнении с опускными сооружениями на промышленных и гражданских объектах, «где диаметр опускного колодца достигает 50 м и .более) не требуется сложного оборудования и больших затрат «времени на подготовительные работы.

Применение тиксотропной рубашки позволило коренным образом усовершенствовать способ опускного колодца, обеспечить необходимую надежность, повысить безопасность работ, достичь значительной экономии средств и материалов при высокой экономической эффективности, снизить затраты вре-

меии на сооружение ствола в зоне неустойчивых водоносных и плывунных пород, 'уменьшить трудоемкость работ, повысить производительность и улучшить условия труда проходчиков. Новая технология позволила -в наиболее полном объеме осуществить сооружение стволов при отсутствии людей в забое.

Глинистый раствс-р, применяемый при погружении опускных сооружений в тиксотропных рубашках, должен обеспечивать:

—    снижение сил трения опускной К|репи о породу;

—    гидродинамическое давление >на -породные стенки выработки, исключающие их обрушение и оползание;

—    кальмотаж (глинизацию) породных стенок;

—    снижение водопроницаемости пород за счет проникновения в породу по контактной зоне;

—    гидроизоляцию сооружения за счет создания водонепроницаемого экрана вокруг сооружения.

Впервые в отечественной -практике погружение крепи шахтного ствола в тиксотропной рубашке было осуществлено на Мосметрострое в 1969 г. Ждановско-Краснопресненского диаметра. К настоящему времени по этой технологии в Москве сооружено 8 стволов, в Киеве — 3 ствола, а в Донбассе при сооружении устья ствола шахты им. Челюскинцев -крепь из монолитного железобетона была погружена на глубину 31 м.

В связи с успешным внедрением в практику нового метода, в проектах сооружения стволов при строительстве Московского и Киевского метрополитенов в последние -годы практически отказались от применения способа предварительного замораживания пород при (равных условиях. При этом следует иметь в виду, мто гидрогеология Москвы, Киева и 1ряда других городов, где строятся метрополитены, отличается значительной сложностью. На трассе ствола, как правило, до глубины 20— 25 м залегают мощные напластования водоносных и плывунных пород со значительным дебитом грунтовых вод.

Отличительной особенностью сооружения стволов шахт при строительстве -метрополитенов в условиях больших городов является требование надежности способа производства работ, исключающее деформацию поверхности. -Стволы шахт часто размещаются (вблизи крупных -и уникальных зданий и сооружений. Кроме того, в непосредственной близости от стволов шахт нередко-размещается густая сеть -подземных инженерных коммуникаций. Эти обстоятельства и обусловили особые требования к способам производства работ при сооружении стволов шахт-в метростроении. Стволы шахт, где была применена новая технология работ, сооружали в сложных гидрогеологических условиях. Глубина погружения крепи -на одном из ство-6

лов шахт достигла 32 м. На отдельных объектах на расстоянии 10—15 м от оси ствола располагались крупные здания и сооружения (-рис. 1).

Ркс. 1. План шахтной площадки в период проходки ствола JST® 832 методом погружения крепи в тиксотропной рубалгке в зоне неустойчивых и плывунных пород: 1 — контора; 2 церковь (памятник архитектуры); 3 — зона действии крана при максимальном вылете стрелы: 4 — бункер; 5 склад инструмента: 6 — глиномешалка: 7 — склад бентонитовой глины; 8 — кран К-252; 9 --ствол № 832.

Несмотря на сложные условия погружения, ни на одном из объектов не было обнаружено деформаций поверхности. Kipenb стволов после погружения не имела недопустимых отклонений от вертикальной оси.

Новая технология сооружения шахтных стволов в условиях сложной гидрогеологии прошла достаточно широкую проверку, в результате которой доказана техническая и экономическая целесообразность этого .метода.

1.2.    Настоящее Руководство распространяется на проектирование и производство работ по погружению крепи из чугунных тюбинтовых колец, применяемых три сооружении вертикальных стволов в метростроении.

1.3.    Руководство содержит требования, предъявляемые к проектированию и производству «работ, материалам, конструкциям, оборудованию и imp исп ос об лени ям, необходимым при сооружении вертикальных стволов шахт методом погружения кропи з тиксотропной рубашке.

1.4.    Тиксотропные рубашки могут применяться при погружении крепи ствола без водоотлива в условиях затопления ствола, а также с открытым водоотливом и с применением предварительного водопонижения.

При водопои и же ни и иглофильтрами последние следует располагать на расстоянии «не «менее, чем 1,5 ж от внешнего контура крепи.

1.5.    Все работы по сооружению вертикальных стволов в сложных гидрогеологических условиях методом погружения крепи в тиксотропной рубашке должны выполняться с соблюдением требований следующих разделов СНиП:

Н-Б.5-67 «Свайные фундаменты из забивных свай. Нормы проектирования»;

П-Д.3-68 «Метрополитены. Нормы проектирования»;

Ш-Д.3-68 «Метрополитены. Правила срганиза'ции строительства , .производства и приемки работ»;

Ш-Б.7-62 «Опускные колодцы и кессоны. Правила производства и приемки работ»;

III-A.11-70 «Техника безопасности в строительстве».

1.6.    Основные положения технологии работ по сооружению стволов, рекомендуемые для условий метростроения, могут быть использованы в случае применения этого метода для погружения крепи шахтных стволов или других сооружений.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2.1. Проект производства работ по сооружению ствола шахты методом погружения крепи в тиксотропной рубашке должен содержать следующие данные:

— план строительной площадки со всеми наземными подземными сооружениями с нанесенным на нем местоположением ствола и привязкой его оси к полигонометрии трассы. На плане должны быть указаны места установки контрольных геодезических «реперов для наблюдения за деформациями дневной поверхности земли и «сооружений. Отвод земельного участка под строительную «площадку должен «быть согласован с соответствующими организациями;