Часть II. Производство работ по сооружению тоннеля

2.1. Выбор способа производства работ.

Участок тоннеля №1: грунт – песчаник сильнотрещиноватый, f =5, L=470 м.

Для проходки выработки в скальных грунтах с коэффициентом крепости от 4 до 6 при строительстве автодорожного тоннеля применяется уступный способ (рис.4).

Рис.4. Схема сооружения тоннеля уступным способом

В курсовом проекте одновременно с проходкой колотты(1) на определённом расстоянии от её забоя производим разработку уступа на ширину пролёта выработки(2) и затем по всему периметру выработки за один приём бетонируем обделку(3). Длину уступа принимаем равной 130 м.

Участок тоннеля №2: грунт – песчаник плотный, f = 10, L=290 м.

При постройке тоннеля в крепком грунте не нужно не только немедленно после разработки грунта устанавливать временную крепь, но и в некоторых случаях можно обойтись без обделки. При проходке данного участка тоннеля мы будем использовать уступный способ, так как его длина менее 300 метров и нет необходимости менять способ выработки грунта (рис.5).

Рис. 5. Схема сооружения тоннеля уступным способом

Участок тоннеля №3: грунт – гипс, f = 1,8, L=410 м.

При проходке данного участка тоннеля будем разрабатывать грунт экскаватором с ковшом активного действия.

Рис.6. Схема сооружения тоннеля способом опорного ядра

Работы по проходке тоннеля в данном грунте будем проводить, используя способ опорного ядра. Данный способ предусматривает сооружение в первую очередь верхней части обделки – свода. Вначале проходят нижнюю штольню 1. Из неё при помощи вертикальных или наклонных ходков 2 открывают забой верхней штольни 3, на базе которой раскрывают верхнюю часть выработки – калотту 4. Затем разрабатывают грунт а средней штроссе 5 и в последнюю очередь – в боковых штроссах 6.

2.2.Буровзрывные работы.

Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости более 2 осуществляется буровзрывным способом. В курсовом проекте необходима детальная проработка проекта организации работ на участке с крепостью грунта f = 10. Как видно, грунт разрабатываем буровзрывным способом.

2.2.1. Определение параметров буровзрывных работ.

В соответствии с геологическими условиями в качестве ВВ выбираем аммонит №6 прессованный со следующими характеристиками:

· плотность, ∆=1,25 г/см³=1250 кг/м³;

· коэффициент работоспособности, е=0,9;

· диаметр патрона, d_п = 34 мм.

Определим удельный расход ВВ с учётом его работоспособности по формуле:

;

где е - коэффициент работоспособности ВВ;

ψ - коэффициент влияния плотности заряжения;

ω - коэффициент структуры и трещиноватости грунтового массива;

S - площадь сечения забоя.

Определим линию наименьшего сопротивления (ЛНС) отбойных шпуров по формуле:

;

где к - коэффициент зажима;

d - диаметр шпура, м;

γ - объёмная масса грунта, кг/м³.

Так как при обуривании забоя будем применять мощные бурильные установки и тяжёлые бурильные машины, вруб принимаем прямым призматическим с расстоянием между врубовыми зарядами 25 см с устройством незаряженной скважины в центре.

Расстояние между отбойными шпурами принимаем равным 0,7 м ((0,8-0,95)* W₀), между подошвенными - а_п =0,8 м ((0,7-0,9)* W₀), между контурными – а_к =0,3 м (0,6 W₀).

Вычисляем количество шпуров на забой по формуле:

,

где - количество контурных шпуров;

- количество подошвенных шпуров;

- количество отбойных шпуров;

- площадь сечения забоя, взрываемая отбойными шпурами;

- площадь сечения забоя, взрываемая контурными шпурами;

m - коэффициент сближения контурных зарядов;

- площадь сечения забоя, взрываемая подошвен-ными шпурами;

S_вр - площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами;

к_з - коэффициент заполнения шпура;

к_∆ - коэффициент уплотнения, для патронированных ВВ равен 1,0.

С учётом устойчивости кровли выработки длину комплекта шпуров назначаем равной l =3,75 м. Тогда глубина заходки определяется по формуле:

;

где η - коэффициент использования шпура.

Объём взрываемой породы равен:

.

Ориентировочно расход ВВ на взрыв равен:

.

Масса всех контурных зарядов

;

где к_к - концентрация заряда контурного шпура.

Средняя масса зарядов остальных шпуров

.

Масса зарядов врубовых, отбойных и подошвенных шпуров равна

;

;

.

2.2.2. Буровое оборудование.

Для бурения шпуров в забое выработки будем применять бурильные машины БУ-1 на базе самоходной бурильной установки СБУ-2к. Количество одновременно работающих бурильных машин принимаем равным четырём из расчёта 8 м² площади обуриваемого забоя на одну бурильную машину, находящуюся на установке(две СБУ-2к).

Бурение вертикальных шпуров уступа осуществляем самоходными бурильными установками СБУ-2к, так как высота уступа (3,8 метра) не превышает максимального хода подачи бура установки (4,0 метра).

2.3. Временное крепление выработки.

Для грунта крепости f=10 назначаем:

Клинощелевые анкера +металлическая сетка, с шагом а=1 м

2.4. Погрузка и транспорт породы.

Для выработок средних сечений (20-50 м²) рекомендуется применять для погрузки породы погрузочные машины типа ПНБ непрерывного действия. В курсовом проекте применяем машину ПНБ-3Д.

Вывозку породы будем производить автомобильным транспортом. Тогда для разминовки встречных транспортных средств и для поворота автотранспорта необходимо будет устраивать специальные ниши.

Транспортировку породы из забоя колоты до разрабатываемого нижнего уступа будем производить с помощью автосамосвалы МоАЗ-6401 с объёмом кузова 11 м³.

Для транспортировки породы из тоннеля будем использовать автомобильный транспорт – автосамосвалы МоАЗ-6401 с объёмом кузова 11 м³.

2.5. Организация работ в забое, определение

параметров проходческого цикла.

Принята последовательная схема ведения работ.

Так как основными операциями проходческого цикла являются бурение шпуров в забое и погрузка взорванной породы, продолжительность цикла определяется по формуле:

,

где Т_б, Т_п, Т_всп - продолжительность операций бурения, погрузки и вспомогательных

операций.

Продолжительность бурения определяется по формуле:

;

где N - число шпуров в забое;

l - средняя длина шпура;

φ - коэффициент использования бурильных машин во времени;

β - коэффициент одновременности работы бурильных машин;

n - число бурильных машин;

v_б - чистая скорость бурения шпура, пог. м шпура в ч.

Чистая скорость бурения шпура определяется по формуле:

пог. м в час;

где к₁ - коэффициент, зависящий от типа бурильной машины;

к₂ - коэффициент, учитывающий влияние сжатого воздуха;

к₃ - коэффициент, учитывающий влияние диаметра головки бура;

к₄ - коэффициент, учитывающий глубину шпура.

Продолжительность погрузки взорванной массы грунта определится по формуле:

;

где W₃ - глубина заходки за цикл, м;

S - проектная площадь сечения выработки, м²;

к_п - коэффициент перебора;

к_р - коэффициент разрыхления грунта;

Р_э - эксплутационная производительность погрузочной машины;

n - число погрузочных машин в забое;

β - коэффициент одновременности работы погрузочных машин.

Эксплутационная производительность определяется по формуле:

м³/ч;

где φ - коэффициент использования машины;

Р_т - техническая производительность погрузочной машины;

t₁, t₃ - продолжительность простоя машины и различные потери времени, отнесённые к 1 м³ породы;

v - объём самосвала;

η -коэффициент заполнения самосвала.

Время на вспомогательные операции, ч

;

где Т₁ - время на подготовительные операции;

- время на заряжение шпуров (N – число шпуров, l – средняя длина шпура, n – число заряжающих);

Т₃ - время на взрывание и проветривание;

Т₄ - время на прочие работы.

Тогда ч.

На базе полученных данных построена циклограмма – графическое изображение последовательности работ. Полученная циклограмма представлена на втором листе чертежей.

2.6. Цикличная организация работ по бетонированию обделки.

При параллельной схеме бетонирования скорость бетонирования принимается равной скорости ведения проходческих работ.

,

- участок бетонирования,

- время бетонирования,

- величина заходки за цикл,

- время цикла.

-принимаем равный 4,8 (м/сут)

2.7. Определение длины комплекта опалубки

Выбираем жесткую опалубку

где принимаем = 15суток

2.8. Мероприятия по охране труда и технике безопасности.

1. Выполнять подземные работы при отсутствии или недостаточном количестве аварийного запаса материалов, инструмента и инвентаря, противопожарных средств защиты запрещается.

2. Временное крепление подземных выработок следует производить по паспорту крепления. Он должен быть вывешен вблизи забоя.

3. Начальник смены, бригадир (звеньевой), закончившие работу, обязаны сообщить заступившим начальнику смены и бригадиру сведения о состоянии забоя.

4. При приближении забоев подземных выработок к зонам местных геологических нарушений, а также при проходке этих участков службе технического надзора надлежит проводить предупредительные мероприятия:

а) закладывать в забоях передовые разведочные скважины длиной 5-6 м по схеме, утвержденной главным инженером строительной организации;

б) наблюдать за изменением геологической характеристики грунтов с зарисовкой напластований в забое и состоянием временной крепи и обделки тоннеля.

В местах сдвигов, сбросов, зонах тектонических разломов грунтов, а также при повышении степени трещиноватости грунтов должны приниматься дополнительные меры по обеспечению безопасности: уменьшение длины заходки, увеличение несущей способности временной крепи, прекращение проходки до возведения обделки вплоть до забоя и др.

5. Загромождение рабочих мест в выработках материалами и оборудованием запрещается.

6. При разработке забоя ручным или механизированным инструментом, а также при буровзрывном методе проходки забой должен разрабатываться сверху вниз.

На время выполнения взрывных работ бригада и механизмы располагаются в надежном укрытии на расстоянии 150-200 метров от забоя при наличии вытяжной вентиляции, в противном случае, удаляются из тоннеля.

Взрывник выполняет взрыв из укрытия на расстоянии не мене 75 метров от забоя.

Пост охраны располагается в месте размещения бригады.

Продолжение работ в забое допускается после его проветривания в течение 30-40 минут и осмотра места взрыва взрывником.

Образовавшиеся продукты взрыва могут служить причиной отравления людей. Для взрывных работ в подземных условиях гостехнадзором допущены к применению взрывчатые вещества, при взрыве 1 кг. которого выделяется не более 40 кубических метров ядовитого газа. Борьбу с газами ведут тщательным проветриванием выработки с целью разбавления ядовитых газов до ПДК. Ядовитые газы могут задерживаться в массе взорванной породы и не устраняться проветриванием. Поэтому перед началом работ по уборке породы из выработки, породу тщательно продувают сжатым воздухом, а также обрызгивают водой. Тогда окислы азота переходят в азотную и азотистые кислоты. Водой обрызгивают забой и выработку, прилегающую к нему на расстоянии до 20м.

Воздух подземной выработки должен содержать по объему не менее 20 % кислорода и не более 1,5 % углекислого газа, и иметь температуру не менее + 2^оС зимой и не более 25^оС летом.

Правилами безопасности требуется не реже одного раза в неделю делать лабораторный анализ воздуха выработки на содержание кислорода, углекислого газа, окиси углерода и метана.

При использовании в выработке оборудования с двигателями внутреннего сгорания обязательно применение нейтрализаторов отработанных газов.

При отсутствии взрывных работ и действующих двигателей внутреннего сгорания в выработку следует подавать в 1 минуту не менее 6 кубических метров сжатого воздуха на каждого рабочего, находящегося под землей.

Допуск рабочих в забой разрешается по достижении концентрации условной окиси углерода 0,008 % по объему, но не ранее чем через 15 минут после взрывания. Эта концентрация в 5 раз превышает ПДК при продолжительном пребывании (0,0016%). Поэтому после допуска рабочих в забой необходимо непрерывное проветривание в объеме не менее 60% от первоначального.

Производительность труда и безопасность работ зависит от освещенности рабочих мест и длины откаточных путей, которая должна составлять не менее 15 метров. Все подземные выработки обеспечивают стационарным электрическим освещением, не требующим усиления вентиляции и безопасности при выделении газов. В выработках высотой более 4 метров допускается применять прожекторы с матовыми стеклами так, чтобы была исключена возможность их ослепляющего действия. В виду опасности поражения электрическим током, напряжение в сети освещения принимают равным 42 В. Лишь в готовой части сухих тоннелей допускается напряжение 220 В с осветительной проводкой, выполняемой изолированным проводом на фарфоровых изоляторах или роликах с высотой подвески не менее 2,5 метров от УГР. Для перехода от напряжения наружной сети к напряжению принятому в выработках все пределов рабочей зоны устанавливают трансформаторы с низковольтными распределительными подстанциями.

Список используемой литературы.

1. “Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом.” Методические указания. Ю.С Фролов, ЛИИЖТ, 1983.

2. “Тоннели и метрополитены” под редакцией В.Г. Храпова и д.р. М., Транспорт,1989;

3. СНиП 32-04-97 “Тоннели железнодорожные и автодорожные” (Государственный комитет РФ по жилищной и строительной политике (Госстрой России)) М., 1997.