книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

Рнс. 1.10. Конструкция ножа:

а, б — железобетонный, выполняемый		совместно с	панелью; в,	г — монолитный желе­
зобетонный со стенами нз панелей		(3) н блоков	(-0; д — монолитные железобетон­
ные нож	и степа; с — металлический	приставной;	/ —.стальной	резец; 2 — торкретшту-
катурка;	5 — губчатая резина; 5 —стальные штыри

Рис.	1.11.	Сборные сооружения, опускаемые в тиксотропной				рубашке:
/ — панель;		2 — форшахта; 3 — тиксотропная рубашка;			монолитный	железобетонный
пояс;	5 — блок;		6 — монолитный	железобетонный нож
панели		по	горизонтали,	т. е. первый ярус	панелей	со вторым,

с помощью двух горизонтальных металлических полосок с наружной и внутренней сторон колодца.

Размеры пустотелых железобетонных блоков зависят от конструкции сооружения и грузоподъемности механизмов, име­ ющихся на стройплощадке.

Через каждые 5—6 блоков по высоте делают монолитный железобетонный пояс, который вместе с замоноличенными сты­ ками объединяет стены сооружения в единую жесткую моно­ литную конструкцию.

Достоинство данной конструкции состоит в том, что при необходимости (в случае недостаточности массы сооружения) стены его можно утяжелять путем заполнения их грунтом, то­ щим бетоном, камнем, кварцитом и др.

В нижней части стен сооружения часто предусматривают выступ или паз для опирания железобетонной плиты днища. Ширина этого выступа, (паза) составляет 15—30 см (см. рис. 1.8). Уступ на наружной поверхности стен устраивают, как

правило, на расстоянии от банкетки ножевой	части, равном
1/5 высоты сооружения.	железобетонных
Для устройства монолитных и сборных

опускных сооружений применяют гидротехнический бетон мар­ ки не ниже 200. Для устройства сборных железобетонных опускных сооружений применяют гидротехнический бетон мар­ ки не ниже 300.

1.2.3. Производство работ

Работы по опусканию подземного сооружения состоят из подготовительных и работ по опусканию сооружения на про­ ектную глубину.

Вподготовительные работы входят оборудование строи­ тельной площадки, в пределах которой размещают оборудова­ ние для приготовления глинистого раствора, водоотлива, мон­ тируют краны, бункера и другое оборудование, необходимое для опускания сооружения.

Вподготовительный период монтируют ножевую часть со­ оружения. Для этого в месте опускания сооружения выравни­ вают поверхность и покрывают уплотненным крупнообломоч­ ным материалом (щебень, гравий) толщиной 0,2—0,3 м. Уст­ ройство достаточно жесткого основания необходимо для пред­ отвращения возможных просадок ножевой части опускного со­ оружения. На подготовленном таким образом основании воз­ водят конструкцию ножевой части, опирая ее на подкладки из деревянных брусков или шпал, на бетонные блоки или на мо­

нолитный бетонный пояс.

Брусья или блоки располагают на взаимном расстоянии 0,5—1 м, чтобы давление на основание не превышало несущей способности грунта. Их частично утапливают в подготовку и подбивают щебнем, гравием или песком.

Ножевую часть сооружения устанавливают строго горизон­ тально с допускаемыми отклонениями по высоте ± 2 мм и в плане ± 5 мм. Над ножевой частью возводят конструкцию сте­ ны опускного сооружения. Обычно при высоте стен колодца до 10 м их бетонируют за один прием, а при большей высоте — в несколько приемов. При этом стены разбивают по высоте на отдельные ярусы по 3—5 м.

Стены монолитного железобетона бетонируют в деревянной или металлической опалубке. Применяют также опалубку из тонких железобетонных плит. Наиболее целесообразно исполь­ зовать инвентарную скользящую опалубку, перемещающуюся домкратами или лебедками по мере бетонирования конструк­ ции. Бетонную смесь подают за опалубку кранами в бадьях объемом 1—2 м3 с откидным днищем или бетононасосами.

Оболочки сборной конструкции монтируют кранами из.от­ дельных элементов, объединяя их между собой с омоноличиванием стыков.

В случае опускания сооружения в тиксотропной рубашке до начала погружения оболочки устраивают форшахту, заполняя ее глинистым раствором, уровень которого должен не менее чем на 1 м превышать уровень поверхности земли (если погру­ жения осуществляются с поверхности). Это делается для того, чтобы предотвратить обрушение' грунта в верхней части тик­ сотропной рубашки. Конструкцию форшахты выполняют из де­ ревянных щитов, железобетонных плит или из стальных лис­ тов, которые опираются на железобетонный пояс, устраивае­ мый по периметру опускаемой оболочки (рис. 1.12).

Опускание сооружения на проектную глубину начинают с заполнения форшахты глинистым раствором и снятия оболочки

с подкладок. Эта весьма ответственная операция должна		вы­
полняться очень тщательно, чтобы исключить	перекосы	обо­
лочки в начальный момент опускания. Следует	отметить,	что

при выполнении оболочки сооружения из монолитного бетона приступать к опусканию сооружения можно только после на­ бора бетоном конструкции 100%-ной прочности; 1 К удалению подкладок, расположенных под ножом колод­

ца, приступают только после снятия всех стоек, поддерживав­ ших опалубку внутренних стен сооружения.

Работы по удалению подкладок сводятся к постепенному симметричному относительно продольной и поперечной осей удалению подкладок, начиная с середины и концов колодца по направлению к расчетным (фиксированным) зонам опирания, которые расположены в соответствии с расчетной, схемой соору­ жения на изгиб. Подкладки из-под ножа можно удалять двумя способами. При расстояниях в свету между подкладками боль­ ше их диаметра подкладки удаляют через одну (рис. 1.13). За­ тем .выбивают стойки на оставшихся подкладках между фик­

сированными	зонами	опирания	и извлекают сами подкладки.
В последнюю	очередь	удаляют	одновременно стойки и под­

кладки в зонах опирания.

При расстояниях мёжду подкладками меньше их диаметра подкладки удаляют вместе со стойками участками в диамет­ рально противоположных направлениях.

Подкладки удаляют путем подкапывания их с боков, снизу и последующего извлечения их из-под ножа.

После извлечения каждой подкладки банкетку ножа немед­ ленно плотно подбивают песком снаружи и изнутри колодца для передачи нагрузки на грунт. На тщательность выполнения этой работы должно быть обращено особое внимание, чтобы избежать больших просадок опускного сооружения и связан­ ных с ними затруднений с удалением оставшихся подкладок.

Рис. 1.12. Конструкция форшахты:

1 — режущий башмак;		2 — железобетонное
кольцо;	3 — анкерный	болт; 4 — стальной
лист с	уголками; 5 —грунтовая засыпка;

5 — глинистый раствор

Рис. 1.13. Последовательность уда­ ления подкладок из-под опускной крепи круглого сечения:

А — план		расположения			подкладок;		Б —
подкладки		удалены		через	одну;	D — под­
кладки	удалены		между		фиксированными
зонами	опирания;			/ — песчаная		подушка;
2 — подкладки;			3 — стойка; 4 — оси				зон
опирания

После удаления подкладок, если таковые были, приступают

квыемке грунта изнутри сооружения и его погружению. Технология выемки грунта во многом зависит -от габаритов

сооружения.

В опускных сооружениях диаметром менее Ю м грунт мож­ но разрабатывать с помощью грейферов, при этом возможны сухой (рис. 1.14,0) и подводный (рис. 1.14,6) способы выемки

грунта.	с п о с о б р а з р а б о т к и грунта применяют в слу­
С у х о й
чаях, когда	гидрогеологические условия позволяют тем или

иным способом понизить уровень грунтовых вод или успешно применить открытый водоотлив.

П о д в о д н ы й с п о с о б р а з р а б о т к и грунта грейфе­ рами применяют в случаях, когда уровень грунтовых вод пони­ зить невозможно (отсутствует электроэнергия для откачки во­ ды, большие коэффициенты и фильтрации грунта), а грунты, слагающие площадку, рыхлые, легко поддающиеся разработке.

Разработку забоя при этом осуществляют	слоями		высотой
0,3—0,5 м, из центральной части забоя с оставлением		по конту­
ру опускного сооружения бермы шириной	0,5—0,6 м,		которая

Рис, 1.14. Разработка грунта в опускном сооружении:

/ — экскаватор; 2 — гидродомкраты; 3 — оболочка опускного сооружения; 4 — грейфер; 5 — уровень грунтовых вод

срезается режущим башмаком в процессе погружения. Опере­ жение забоем банкетки ножа не допускается.

При разработке плывунов рекомендуется поднимать уро­ вень воды в сооружении на несколько метров выше существую­ щего уровня грунтовых вод путем закачки в него воды специ­ альными насосами. Горизонт воды внутри сооружения выше уровня грунтовых вод создает ее обратное течение из соору­ жения, препятствующее интенсивному наплыву грунта в него.

Если после этого резко понизить уровень воды в сооруже­ нии путем интенсивной ее откачки насосами, то собственная масса сооружения увеличится, и- оно будет погружаться в грунт.

Разработку мелкопесчаных грунтов необходимо вести как можно интенсивнее, чтобы опускание сооружения было непре­ рывным. Каждая задержка в работе служит причиной наплы­ вов грунта внутрь сооружения и, следовательно, ведет к уве­ личению стоимости работ и сроков строительства.

В опускных сооружениях диаметром более 10 м разработку грунта можно осуществлять с применением экскаваторов и бульдозеров или же с применением способа гидромеханизации.

При использовании экскаваторов (рис. 1.15) разработан­ ный грунт выдают на поверхность в бадьях при помощи стре­ ловых кранов, башенных (типа БК и БКСМ), монтажных (ти­ па МКГ и СКГ), а также кранов-экскаваторов и др. В случае, когда встречаются пропластки крепких плотных грунтов, пред­ варительное их рыхление можно осуществлять с применением буровзрывных работ.

Рис. 1.15. Схема разработ­ ки грунта в опускном соо­ ружении:

/ — оболочка; 2 — кран; 3 — форшахта; 4 — тиксотропная ру­ башка; 5 — бадья; 6 — экскава­ тор; 7 — леса; д — бульдозер

Этот способ обёспечивает максимальную механизацию ра­ бот по разработке и выдаче грунта и высокую скорость погру­ жения сооружения практически в любых гидрогеологических и геологических условиях. Обязательным условием применения этого способа является осушение забоя.

Для разработки грунта в'Зависимости от размеров опускно­ го сооружения и геологической характеристики площадки при­ меняют экскаваторы Э-652, Э-304, «Беларусь», оборудованные1 прямой и обратной лопатами, или экскаваторы-драглайны.

Для разработки грунта в опускных сооружениях диаметром 12—16 м применяют экскаваторы «Беларусь», диаметром 15—

20 м — экскаваторы	Э-304, в сооружениях	диаметром свыше
20 м — экскаваторы	Э-652. В забое опускных	сооружений диа­

метром свыше 30 м целесообразно размещать два экскаватора; Разработка грунта способом гидромеханизации заключается в том, что под действием струи воды, создаваемой насосом вы­

сокого давления, размывают грунт, который вместе с водой (пульпа) по трубам транспортируется в отвал. Гидромеханизи­ рованный способ разработки грунта при погружении опускных сооружений рационально применять в песчаных и супесчаных

грунтах, а также	при разработке песчано-гравелистых		грунтов
с небольшим содержанием гравия. Одним		гидромонитором
можно обеспечить	в песчаных и супесчаных	грунтах	150—

250 м2, а в глинистых	грунтах— 100— 150 м2 площади		опуск­
ного сооружения.
Предельный радиус	действия гидромонитора	для песчаных
и супесчаных грунтов	10—12 м, для суглинков	и глин	6—7 м.

Рабочее давление воды в гидромониторе во время работы принимают в зависимости от вида разрабатываемого грунта:

для	песков — 0,06—0,2 МПа, для суглинков 0,4—1	МПа, а для
глин	0,5—2 МПа (верхний и нижний пределы	обусловлены
большей или меньшей связностью грунтов).

Грунт из опускного сооружения транспортируют при помо­ щи гидроэлеватора или землесосов. Консистенция пульпы при этом достигает 1 : 4—1: 5.

Независима от способа разработки грунта в забое опускно­ го сооружения в процессе погружения необходимо придержи­ ваться следующего основного правила: сначала грунт разраба­ тывают в средней части опускного сооружения, а затем у ноже­

вой части и в последнюю	очередь — непосредственно под бан­
кеткой ножевой части.	опускного сооружения разрабатыва­
Грунт в средней части

ют на 1,5—2 м ниже поверхности, оставляя по периметру бер­ му шириной 1—2 м, которую разрабатывают в последнюю оче­ редь.

После того, как грунт из центральной части сооружения бу­ дет выбран, берма у ножевой части останется единственной опорой опускного сооружения, если не учитывать сил трения стен сооружения о грунт. Начало разработки бермы можно считать началом погружения опускного сооружения.

Берму разрабатывают слоями шириной 20—30 см равномер­ но по всему периметру опускного сооружения.

В процессе опускания подземных сооружений возможны их перекосы, для исправления которых разрабатывают породу со стороны,, противоположной крену, на длине менее половины пе­ риметра сооружения и на глубину 50—70 см с одновременным торможением опережающей части ножа путем подведения под него подкладок. Иногда для исправления положения оболочки применяют односторонний пригруз, оттяжку тросами, метод «качения» и др.

В процессе опускания сооружения осуществляют тщатель­ ный геодезический контроль за положением опускаемой кон­ струкции. Для этого на наружной поверхности стен через 0,5 м по высоте устанавливают контрольные марки или стальные рейки. Отклонение оболочки на всех стадиях опускания опре­ деляют по данным нивелирования четырех марок одного гори­ зонта. При этом тангенс угла отклонения оболочки от вертика­ ли не должен превышать 0,01, а горизонтальное смещение не должно составлять более 1% глубины погружения.' Точность погружения опускных сооружений зависит от толщины тиксо-

тропной рубашки и скорости опускания и повышается с умень­ шением этих величин.

Для повышения точности опускания колодцев в тиксотроп­ ной рубашке предпринимают попытки использования вибропригруза ножевой части. Для этого на оболочке закрепляют мощные вибропогружатели ВПП-2, которые соединяют с ноже­ вой частью жесткими стальными штангами или шпунтинами, помещенными снаружи или изнутри оболочки.

Более эффективным является метод принудительного регу­ лирования с использованием анкерных свай. При этом до воз­ ведения оболочки по ее контуру пробуривают скважины (иног­ да с уширением) ниже днища будущего сооружения. В сква­ жинах заделывают тяжи из высокопрочной проволоки, созда­ вая анкерные сваи. При возведении оболочки опускного соору­ жения через оставленные в ней вертикальные каналы пропус­ кают тяжи, закрепляя их в замках гидравлических домкратов, установленных на обвязочном поясе.

По мере погружения оболочки разрабатывают грунт, а за­ тем включают домкраты и заделывают оболочку на высоту од­ ного яруса. Изменяя усилия различных домкратов, регулируют глубину задавливания ножевой части, т. е. управляют процес­ сом погружения.1После опускания оболочки на проектную от­

метку тяги заделывают в		каналах, превращая их		в анкеры,
препятствующие всплытию опускного сооружения.				являются
При опускании сооружений, оболочкой			которых
металлические	тюбинги	с незначительной	массой	(стволы
шахт), для регулирования их опускания			широко используют
гидродомкраты	для принудительного задавливания. Для это­
го применяют	специальные конструкции опорного			воротника
(см. рис. 1.14).

Число гидродомкратов, обеспечивающих необходимое уси­ лие задавливания, определяют расчетами.

После погружения оболочки в проектное положение с за­ глублением ножа в водоупор не менее, чем на 1 м, бетонируют днище опускного сооружения, возводят междуярусные пере­ крытия и перегородки. Иногда во избежание самопроизвольной посадки колодца на проектную отметку опускание его прекра­ щают на расстоянии 1— 1,5 м от этой отметки, после чего воз­ водят днище, на которое сажают колодец. Для этого в верхней части оболочки устраивают воротник, который опирается на грунт при достижении колодцем окончательного положения. Обычно устройство днища колодцев в сухих грунтах не вызы­ вает затруднений, а в водонасыщенных грунтах требует при­ менения специальной технологии. При этом вначале устраива­ ют бетонную подушку, используя метод вертикально переме­ щающейся трубы или восходящего раствора, а затем насухо бетонируют железобетонную плиту днища.

1.2.4. Расчет опускных конструкций

Конструкции опускных сооружений рассчитывают по проч­ ности, деформациям и трещииостойкости, а также по услови­ ям погружения и устойчивости против всплытия. В первую оче­ редь проверяют прочность конструкции наружной оболочки, но­ жевой части, днища и внутренних перекрытий и перегородок.

Стены опускных сооружений проверяют на действие боко­ вого давления грунта, гидростатического давления и давления бентонитовой суспензии, если опускание ведется в тиксотроп­ ной рубашке.

Учитывая, что интенсивность этих нагрузок изменяется с глубиной по линейному закону, рассчитывают отдельные сек­ ции опускного сооружения. Для этого выделяют расчетные звенья (пояса) высотой 1 м и загружают их усредненной по высоте внешней нагрузкой. Если оболочка опускного сооруже­ ния состоит из сборных элементов, то в качестве расчетного звена принимают одно из колец.

После определения нагрузки звенья рассчитывают в зависи­ мости от очертания оболочки в плане по схеме замкнутой пря­ моугольной рамы или кольца в упругой или податливой среде аналогично тому, как рассчитывают конструкции тоннелей или других горизонтально расположенных подземных сооружений.

Расчет опускных сооружений овального, эллиптического, по­ лигонального или другого очертания в плане производят по правилам строительной механики.

Помимо расчета по прочностистены опускных колодцев, погружаемых в тиксотропной рубашке, проверяют на устойчи­ вость формы. Ножевую часть опускных сооружений рассчиты­ вают, как консоль, заделанную в оболочку по всему периметру кольца, эллипса или прямоугольника в зависимости от формы сооружения в плане. В первом приближении расчет ножевой части можно производить по двум схемам: как балки, заделан­ ной в стены, и как элемента горизонтальной рамы на изгиб в горизонтальной плоскости.

Днище опускных сооружений рассчитывают, как плиту на упругом основании, защемленную или свободно опертую на стены оболочки и загруженную собственным весом и давлени­ ем воды (при наличии гидростатического напора).

Конструкцию оболочки и ножевой части опускных сооруже­

ний рассчитывают	на прочность и проверяют на	устойчивость
в процессе погружения. При этом рассматривают		наиболее не­
выгодные условия	работы сооружения, при которых в элемен­

тах конструкции возникают наибольшие усилия.

Расчет стен сооружения производят на растягивающие уси­ лия, которые могут возникнуть при заклинивании (зависании) сооружения в грунте. В этом случае проверяют прочность се­

чения стен в месте заклинивания под действием массы свобод­ но подвешенной части после удаления грунта из-под ножа.

Расчет погружения сооружения производят на расчетные нагрузки по формуле

бр + Qp 4~ бн ~f~ Зпр
Tv + TR + Rb + Ra ^		я*
Вес оболочки погружной крепи (кН)
G0= 10Шоууо,
где П — параметр		оболочки	опускного			сооружения,			м; ô0 —
толщина	крепи оболочки, м;		у — высота			погружаемой			оболоч­
ки, м; Yo — плотность материала оболочки, т/м3.
Вес тиксотропного раствора				(кН)
Gp= 10Пбр{/рУр,
где бР=0,1ч-0,15 м — зазор между					поверхностью		опускного			со­
оружения	и грунтом; у?— высота				тиксотропного		раствора,			м;
YP — плотность тиксотропного раствора, т/м3.
Вес ножевой части опускного сооружения (кН)
GR= 10П0н£ун,
где бн — приведенная толщина				ножевой		части,	м;	L — длина
ножевой	части, м;	YH— плотность			материала ножа,			т/м3.
Здесь	Qnp — активная нагрузка,				которая может быть созда­
на с помощью гидродом,кратов,				пригрузки		и т. д.,	кН;		Тр— со­

противление погружению оболочки сооружения на участке тик­ сотропного раствора, кН.

Tv= U y J v,

где /р — нормативная удельная сила трения оболочки сооруже­ ния о грунт, принимаемая при навале оболочки на грунт рав­ ной 2 кН/м2.

Сила трения по наружной поверхности ножевой части опу­

скного сооружения	(кН)
Т-а= В Д „ ,
где Пн — периметр	ножевой части,	м; /н — удельная сила	тре­
ния материала ножевой части о грунт, кН/м2.
Величина /н ориентировочно может быть определена			из
табл. 1.2.
Выталкивающая сила при погружении сооружения в обвод­
ненных породах (кН)
Яв = 10П0о# вув,
где Нв— уровень воды в опускном		сооружении, м; YB— плот­
ность воды, т/м3.