СТО НОСТРОЙ 2.27.19-2011 Освоение подземного пространства. Сооружение тоннелей тоннелепроходческими механизированными комплексами с использованием высокоточной обделки (с Поправкой)

1 - ротор мехщита; 2 - воздушная подушка; 3 - бетонитовая суспензия; 4 - привод; 5 - камнедробилка; 6 - герметическая перегородка; 7 - кессонная шлюзовая камера; 8 - цилиндр управления; 9 - тюбингоукладчик; 10 - тюбинговый транспортер; 11 - транспортный насос; 12 - кран для тюбингов; 13 - силовой щит; 14 - кабельный барабан; 15 - транспортный трубопровод; 16 - питающий трубопровод

Рисунок 4.1 - Технологическая схема работы щита с гидропригрузом

1 - ротор мехщита; 2 - привод; 3 - герметическая перегородка; 4 - кессонная камера; 5 - шнековый транспортер; 6 - укладчик обделки; 7 - шнековая задвижка; 8 - тюбинговый транспортер; 9 - кран для тюбингов; 10 - лента транспортера; 11 - щитовые домкраты

Рисунок 4.2 - Технологическая схема работы щита с грунтопригрузом

5.5.1 Обделка должна состоять из однотипных колец. В зависимости от относительного положения плоскостей, в которых лежат торцы колец, кольца могут быть прямыми, если плоскости торцов колец параллельны, или  клиновидными, если плоскости торцов колец расположены под углом друг к другу (см. рисунок 5.1).

5.5.2 Клиновидные кольца могут предусматриваться "правыми" и "левыми" для расположения замковых блоков в верхней части кольца (выше горизонтального диаметра).

5.5.3 Допускаемые варианты относительного расположения соседних колец должны регламентироваться проектом конструкции обделки. Для заданного положения трассы следует подобрать соответствующую комбинацию последовательных поворотов колец вокруг оси тоннеля.

5.5.4 Разбивка обделки на блоки, расположение продольных швов и положение на ТПМК щитовых домкратов должны быть взаимно увязаны. Щитовые домкраты должны размещаться таким образом, чтобы обеспечивалась задвижка замка одним домкратом при любом допустимом повороте колец обделки относительно друг друга.

5.5.5 В обделках рекомендуется применять универсальные клиновидные кольца.

Примечание - Блокоукладчики современных ТПМК, как правило, позволяют устанавливать замковый (ключевой) блок в любой части кольца обделки.

5.5.6 Радиус поворота трассы тоннеля определяется углом между плоскостями торцов универсального кольца.

Примечание - Чем угол больше, тем меньше радиус поворота трассы (в пределах возможностей конструкции ТПМК).

5.5.7 Гидроизоляция стыков между блоками обделки (в кольце и между кольцами) должна осуществляться с помощью упругих прокладок специального профиля (см. 3.6), для которых по периметру каждого блока следует предусмотреть пазы трапецеидального сечения.

При монтаже обделки прокладки соседних блоков должны контактировать, сжиматься и находиться в упруго-сжатом состоянии.

Примечание - Герметичность стыков обеспечивается за счет постоянного обжатия контактов прокладок между собой и с поверхностью бетона блоков в пазах (см. рисунок 5.2).

5.5.8 Специальные канавки следует предусматривать на торцах блоков вплотную к внутренней поверхности обделки по контуру блоков  для создания резервного контура уплотнения стыков. Уплотнение стыков должно выполняться безусадочным цементным раствором или герметиком.

5.5.9 Должна быть обеспечена высокая точность изготовления блоков для эффективной работы герметизирующего уплотнения. Размеры швов в собранной обделке должны находиться в пределах, допускаемых конструкцией и материалом уплотнения, а также напором воды на обделку.

5.5.10 Перевязка* продольных стыков блоков соседних колец должна быть предусмотрена для исключения крестообразных соединений уплотнителей. Угол перевязки обычно кратен углу между соседними узлами связей по кольцевым стыкам (см. рисунок 5.2).

________________

* Смещение продольных стыков в соседних кольцах на определенный угол.

         Примечание - Образование протечек чаще всего наблюдается в углах блоков, при этом минимальной надежностью обладают крестообразные стыки, в которых сопрягаются четыре угла соседних блоков.

1 Связи могут быть постоянными и временными. Они условно делятся на связи растяжения и связи, фиксирующие относительное положение блоков в радиальном направлении. Связи растяжения и фиксирующие связи могут быть реализованы в одной конструкции.

2 В соответствующих инженерно-геологических (устойчивые грунты) условиях фиксирующие связи допускается не предусматривать.

3 Одной из важнейших функций связей растяжения является удержание в обжатом состоянии уплотнительных прокладок в стыках с момента монтажа блоков.

5.6.1 Связи растяжения в обделках транспортных тоннелей могут выполняться в виде наклонных монтажных болтов, которые ввинчиваются, например, при установке в резьбовые втулки из полимерного материала (дюбели), если они использовались в качестве временных связей. После завершения работ по возведению обделки допускается извлечение болтов для повторного использования (см.  рисунок 5.3).

5.6.2 Дополнительная фиксация относительно положения блоков в кольце и между кольцами в радиальном направлении может обеспечиваться связями (например, в виде сопряжений "паз-выступ" по всей длине кольцевых торцов или на коротких участках колцевых торцов: "выступ-рецесс" (см. рисунок 5.4), шпонок из полимерных материалов в радиальных и кольцевых стыках).

5.8.1 В центре каждого блока при их изготовлении должны быть установлены несъемные закладные детали для закрепления болтов захвата блокоукладчика или фиксаторы для вакуум-захватов.

5.8.2 Закладные детали для болтов захвата блокоукладчика после извлечения болтов захвата могут служить для нагнетания тампонажного раствора за обделку.

Пример - Закладная деталь в центральной части блока, используемая для захвата блока при монтаже и при нагнетании тампонажного раствора за обделку,* приведена на рисунке 5.5.

________________

* Обратный клапан на рисунке не показан.

- толщина блока

5.8.3 Отверстия для нагнетания тампонажного раствора должны снабжаться обратными клапанами, препятствующими попаданию тампонажного раствора из заобделочного пространства внутрь тоннеля после извлечения инъекторов.

6.1.1 Блоки обделки должны изготавливаться из тяжелого бетона по ГОСТ 26633 и соответствовать требованиям ГОСТ 13015.

6.1.2 Изготовление блоков должно производиться по специальным техническим условиям, разработанным для конкретной конструкции. Блоки вновь разработанной конструкции обделки с учетом требований 5.1 должны пройти испытания на прочность целиком в кольце или в фрагментах кольца на соответствие проектным нагрузкам.

6.1.3 Каждый блок должен иметь свою маркировку, которая наносится на внутреннюю поверхность оттиском от опалубки, а также маркировку на видном при складывании месте блока, наносимую несмываемой краской (вместо краски возможно использование этикетки).

6.1.4 Блоки должны соответствовать требованиям экологических, санитарно-гигиенических, противопожарных и других норм, действующих на территории Российской Федерации, и обеспечивать безопасную для жизни и здоровья людей эксплуатацию тоннелей.

6.1.5 Конструкция блоков должна соответствовать требованиям СП 63.13330, СП 120.13330, СП 32-105-2004 [2], 6.2 настоящего стандарта и технической документации производителя блоков.

6.2.1 Блоки обделки должны удовлетворять установленным при проектировании прочностным требованиям, которые обеспечиваются соблюдением комплекса нормируемых и проектных показателей, характеризующих прочность бетона, толщину защитного слоя бетона, размеры сечений, расположение арматуры, диаметр и механические свойства стали, основные размеры арматурных изделий. Эти показатели проверяются в процессе входного, операционного и приемочного контроля, выполняемых производителем блоков.

6.2.2 Каждый блок должен снабжаться упругими герметизирующими прокладками в виде рамок, вклеиваемыми в специальные пазы, расположенные по периметру на торцах блоков.

На обращенном в тоннель кольцевом торце каждого блока должны крепиться распределительные прокладки.

6.2.3 Блоки обделки следует изготавливать из бетона класса по прочности на сжатие не менее В 40, допускается увеличение прочности бетона на сжатие в 28-суточном возрасте по сравнению с проектной.

Допускается изготовление блоков из бетона, армированного стальной фиброй (см. 3.14) или фиброй из синтетических материалов (см. 3.15). Такие блоки должны изготавливаться по специальным техническим условиям, согласованным с проектной организацией.

6.2.4 Бетонная смесь должна отвечать требованиям ГОСТ 7473.

Марка бетона обделки по морозостойкости должна приниматься с учетом СП 32-105-2004 [2] (пункт 5.6.2.5 и таблица 5.20.3) и определяться по ГОСТ 10060.4.

Марка бетона обделки по водонепроницаемости должна приниматься с учетом СП 32-105-2004 [2] (таблица 5.20.2) и определяться по ГОСТ 12730.5. В зависимости от конкретных условий проектная организация может назначить иную марку бетона с дополнительными требованиями по морозостойкости и водонепроницаемости.

6.2.5 Прочность бетона следует определять по ГОСТ 18105 (схема А). Блоки обделки разрешается отправлять потребителю и устанавливать в обделку при условии достижения бетоном проектной прочности.

6.2.6 Форма и размеры арматурных и закладных изделий, а также их положение в блоках обделки должны соответствовать указанным в рабочих чертежах.

6.2.7 Соединения арматуры в арматурных изделиях (сетках) и пространственных каркасах следует выполнять с помощью сварки или вязкой. Вид и способ соединения стержней сваркой должны определяться в соответствии с ТУ на изготовление блоков или арматурных каркасов.

6.2.8 Допускаемые отклонения геометрических параметров арматурных каркасов для диаметров обделки до 7 м указаны в таблице 1.

Таблица 1

     В миллиметрах

Измерения следует выполнять в соответствии с ГОСТ 26433.0.

6.2.9 Проектная толщина защитного слоя бетона до арматуры в блоках обделки должна соответствовать рабочим чертежам и обеспечиваться с помощью фиксаторов.

Фиксаторы не должны ослаблять блоки обделки и снижать водонепроницаемость бетона в местах их установки.

6.2.10 Болтовые и другие резьбовые соединения, дюбели, глухие полости, углубления в теле блоков обделки должны быть защищены от коррозии, попадания воды и грязи.

6.2.11 Сопроводительная техническая документация на закладные детали, уплотнительные прокладки и т.п. должна подтверждать пригодность этих деталей для использования в блоках обделки.

6.2.12 Отклонения фактических размеров блоков обделки от номинальных, установленных в рабочих чертежах, не должны превышать величин, указанных в таблице 2. Измерения следует выполнять в соответствии с ГОСТ 26433.0.

Таблица 2

6.2.13 Требования к качеству поверхностей приведены в таблице 3. На поверхностях блоков обделки не допускаются жировые и ржавые пятна.

Таблица 3

     В миллиметрах

6.2.14 В бетоне блоков обделки, не имеющих специального защитного покрытия, допускаются только одиночные усадочные и другие поверхностные технологические трещины в пределах защитного слоя бетона, ширина которых не превышает 0,1 мм.

Примечание - Одиночными считаются трещины в количестве не более трех-четырех штук на 1 м.

Внутри пазов под герметизирующие прокладки трещины не допускаются.

6.2.15 При изготовлении блоков обделки должны применяться следующие материалы:

- портландцемент марки не ниже М 500 Д0-Н или класса по прочности на сжатие 52,5 МПа по ГОСТ 30515 и ГОСТ 10178;

- крупный заполнитель - щебень по ГОСТ 8267 и ГОСТ 26633, при этом бетонная смесь должна включать две фракции крупного заполнителя от 5 до 10 мм и от 10 до 20 мм. Марка щебня по морозостойкости должна соответствовать проектной марке бетона и быть не ниже F 200;

- природный песок с модулем крупности от 2,4 до 2,8 Мк. Допускается добавление высевок размером до 5,0 мм по ГОСТ 8736 (до 20% от массы природного песка), а также мелкодисперсных порошковых добавок (например, кварцевой пыли по ГОСТ 9077);

- вода для бетонной смеси по ГОСТ 23732;

- химические добавки, обеспечивающие эффект действия в соответствии с ГОСТ 24211.

6.2.16 Все материалы должны иметь сертификаты (паспорта) качества.

6.2.17 Гидроизолирующие прокладки должны изготавливаться по специальным ТУ поставщика. Свойства прокладок в рабочем (обжатом) состоянии должны сохраняться на весь срок службы тоннеля.

6.3.1 Для предупреждения воздействия на работников вредных веществ, применяемых при производстве блоков обделки, должны соблюдаться требования ГОСТ 12.1.005, паспортов безопасности материалов и ТУ на материалы.

6.3.2 Изготовление, контроль, складирование и транспортировка блоков должны проводиться в соответствии с требованиями СП 49.13330.

6.4.1 Затвердевший бетон, закрепленные детали (рамки уплотнительные, распределительные прокладки) не должны выделять в окружающий грунт и воздушную среду токсические вещества.

6.4.2 Радиационная безопасность блоков обделки должна подтверждаться сертификатом на исходные материалы с указанием активности радионуклидов и класса материалов в соответствии с требованиями ГОСТ 30108.

6.5.1 Приемка блоков обделки должна осуществляться поштучно.

6.5.2 Принятый блок обделки должен иметь штамп и документ о качестве в соответствии с ГОСТ 13015.

6.5.3 Производитель должен предъявить документы о качестве материалов (акты испытаний, сертификаты, паспорта качества и т.д.), результаты контрольных испытаний по определению отпускной и марочной прочности бетонов, их морозостойкости и водонепроницаемости.

6.5.4 Контроль качества блоков обделки должен осуществляться визуальным осмотром блоков и измерением геометрических размеров блоков и их дефектов (в соответствии с 6.2.12 и 6.2.13).

Поверхность герметизирующих уплотнителей должна быть ровной, без надрывов, надрезов, трещин. Уплотнители должны быть вклеены в пазы по всей длине.

Распределительные прокладки должны располагаться на торцах точно в соответствии с проектом и быть плотно приклеены к поверхности бетона. Лента защитная уплотнительная самоклеящаяся должна плотно прилегать к поверхности бетона по всему периметру торцов блока.

6.6.1 Погрузочно-разгрузочные работы, хранение и перевозку блоков обделки следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.009, ГОСТ 13015 и правилами, действующими на автомобильном и железнодорожном транспорте с соблюдением мер, исключающих возможность повреждения блоков.

6.6.2 Блоки обделки должны складироваться в штабель и храниться на специально оборудованных складах. Габариты штабеля, размеры прокладок и подкладок, место их установки должны быть определены схемой складирования блоков, предусмотренных проектом, а размеры проходов и проездов между штабелями должны соответствовать установленным в СП 49.13330.

6.6.3 Готовые блоки могут храниться на открытом воздухе. При хранении следует защитить блоки от воздействия солнечных лучей, попадания влаги на распределительные прокладки, исключить попадание воды, образование льда в глухих отверстиях блоков.

6.6.4 Блоки обделки следует перевозить на автомобильных или железнодорожных транспортных средствах, снабженных специальными крепежными и опорными устройствами, обеспечивающими неподвижность блоков обделки и их сохранность.

6.7.1 В тоннелях запрещается производить сварочные работы, которые могут привести к повреждению уплотнения и трещинам в бетоне.

6.7.2 Внутренние поверхности блоков обделки в тоннеле должны быть воздушно сухими. При появлении признаков просачивания воды с продуктами выщелачивания цементного камня, пятен ржавчины на сырых местах и явных течей в виде капежа должны быть приняты меры по ликвидации течей путем ремонта блоков обделки, уплотнения швов, нагнетания за обделку и в тело блока обделки специальных растворов, в соответствии со специально разрабатываемым для этой цели технологическим регламентом. Ремонтные работы следует проводить после выполнения всех операций по нагнетанию за обделку.

6.7.3 Железобетонные конструкции не должны подвергаться воздействию открытого огня и высоких температур, а в случае возникновения и устранения такого воздействия необходимо произвести оценку их несущей способности и других заданных проектом свойств.

6.7.4 При обнаружении в железобетонных блоках новых трещин (помимо усадочных, технологических и расчетных) следует немедленно установить цементные маяки и организовать наблюдения за их состоянием, проводить измерения деформации обделки и привлечь проектную организацию для принятия мер по обеспечению работоспособности обделки.

6.7.5 Обделка из блоков должна сохранять проектные свойства на весь период эксплуатации.

7.1.1 При подготовке к монтажу должны быть выполнены следующие операции:

- визуальная проверка соответствия требованиям раздела 6 укладываемых блоков, их герметизирующих прокладок и распределительных прокладок кольцевых стыков;

- проверка наличия на внутренней поверхности блоков их индивидуальных буквенных обозначений, маркировочной нумерации и монтажных разметок и соответствия сопроводительной документации;

- снятие пробок с блоков в монтажных отверстиях;

- очистка от грязи и посторонних предметов лотковой части оболочки щита и щеточного уплотнения.

7.1.2 Сборка очередного кольца обделки должна производиться в соответствии со схемой его положения в плоскости поперечного сечения тоннеля относительно ранее уложенного кольца. Взаимное положение колец регламентируется допускаемым углом поворота вокруг оси тоннеля, задаваемого программным комплексом системы контроля продвижения щитового комплекса, при наблюдении технадзора или сменного маркшейдера. Не допускается совпадение осей замковых блоков.

7.1.3 Перед началом монтажа блоки должны быть уложены в накопитель в соответствии с порядком установки блока в кольцо. Последним к накопителю блоков доставляется замковый блок.

7.1.4 Блоки должны транспортироваться к блокоукладчику при помощи накопителя блоков.

7.2.1 Монтаж тоннельной железобетонной обделки должен производиться с применением блокоукладчика в последовательности, установленной требованиями 7.2.2-7.2.12.

7.2.2 Пульт управления блокоукладчиком переключается в рабочий режим "монтаж кольца". Только после активации режима работы "монтаж кольца" разрешается осуществлять управление проходческими домкратами при помощи пульта управления блокоукладчиком.

7.2.3 Проходческие домкраты устанавливаются в положение установки первого блока.

7.2.4 Блок с накопителя блоков берется при помощи захвата блокоукладчика.

7.2.5 Захват блоков должен осуществляться механической системой или вакуумным захватом. При вакуумном захвате предусматривается механическая фиксация блоков к захвату блокоукладчика в тангециальном и продольном (вдоль оси тоннеля) направлениях.

7.2.6 Блокоукладчик передвигается к месту монтажа кольца в хвостовой части щита, блок выравнивается по маркерным разметкам по отношению к соседнему кольцу и устанавливается в таком положении, при котором его маркировочные номера соответствуют по заданному варианту раскладки номерам блока предыдущего кольца обделки.

7.2.7 Монтируемый блок должен быть точно выверен по отношению к соседним блокам в радиальном направлении на отсутствие уступов (по линейке), до соприкосновения уплотнителей монтируемого блока с соответствующими уплотнителями соседних блоков, а затем устанавливаться в проектное положение. В процессе монтажа, после соприкосновения резиновых уплотнительных прокладок монтируемого и соседних блоков не допускается перемещение блока блокоукладчиком в радиальном направлении.

Примечание - Относительное перемещение блоков в радиальном направлении после соприкосновения соответствующих уплотнительных прокладок может привести к выдавливанию прокладок из пазов и нарушению герметизации стыков.

7.2.8 Проходческие домкраты следует выдвинуть и прижать ими блок к ранее смонтированному кольцу. Усилие прижатия блоков устанавливается по значению, указанному в проекте, и контролируется средствами измерений щита.

7.2.9 Болты связей, крепящие блок к предыдущему кольцу, ввинчиваются и затягиваются. Момент затяжки определяется проектом и обеспечивается требуемой настройкой гайковерта по ГОСТ 10210.

7.2.10 Блокоукладчик отпускает закрепленный блок.

7.2.11 Остальные блоки монтируются в шахматном порядке справа и слева от установленного блока, последним монтируется замковый блок (см. рисунок 7.1).

         7.2.12 Если в конструкции герметизирующих прокладок не предусмотрены вставки из антифрикционного материала, на поверхность герметизирующих прокладок скошенных торцов замкового блока следует нанести смазку, уменьшающую трение между прокладками. Смазка должна быть консистентной и инертной по отношению к материалу прокладок.

7.3.1 При монтаже кольца обделки должны выполняться следующие операции контроля:

- проверка правильности установки блоков по разметке;

- маркшейдерский контроль геометрических размеров смонтированного кольца.

7.3.2 Проверка правильности установки блоков по разметке осуществляется визуальным контролем совпадения маркерной разметки блоков соседних колец и измерением размеров уступов и раскрытия стыков в продольном и кольцевом стыках.

7.3.3 Маркшейдерский контроль геометрических размеров смонтированного кольца следует производить после окончания передвижения щита перед монтажом нового кольца в соответствии с требованиями раздела 9.

8.1.1 Нагнетание тампонажного раствора в строительный зазор между грунтом и обделкой тоннеля должно обеспечивать геометрическую неизменяемость обделки, совместную работу обделки с окружающим грунтом, предотвращение осадок дневной поверхности при проходке, сохранность, долговечность и повышение водонепроницаемости обделки на период эксплуатации тоннеля.

8.1.2 Сооружение тоннелей ТПМК с пригрузом забоя предусматривает только первичное* нагнетание раствора за тоннельную обделку.

_______________

* В один этап.

Примечание - При неудовлетворительном качестве заполнения строительного зазора, определенном по результатам контрольных испытаний и обследования, выполняется дополнительное (контрольное) нагнетание раствора за обделку через предусмотренные при изготовлении или специально пробуренные в блоках обделки отверстия.

8.2.1 Требования к тампонажным растворам для нагнетания (подвижность, время схватывания, прочность тампонажного камня) должны учитывать инженерно-геологические условия трассы, технологические параметры проходки тоннеля (скорость проходки, объем нагнетания раствора) и характеристики ТПМК (количество точек одновременного нагнетания, конструкция хвостового уплотнения щита, характеристики смесительного оборудования, технологическая схема приготовления и нагнетания, протяженность коммуникаций для транспортировки раствора к месту нагнетания и т.п.).

8.2.2 Требования к тампонажным растворам необходимо корректировать при уточнении инженерно-геологических условий проходки, конструкции ТПМК, технологии проходки, приготовления и нагнетания растворов, номенклатуры и характеристик строительных материалов, используемых для приготовления растворов, и по результатам лабораторных испытаний.

Примечание - Общие требования к растворам для нагнетания за обделку могут быть определены поставщиком ТПМК с учетом инженерно-геологических характеристик трассы проектируемого тоннеля и технических характеристик ТПМК.

8.2.3 Тампонажный раствор должен соответствовать требованиям, диктуемым инженерно-геологическими условиями трассы, технологией нагнетания и эксплуатацией раствора в пространстве между тоннельной обделкой и грунтом и следующим характеристикам:

- время схватывания или гелеобразования должно гарантировать заполнение строительного зазора в полном объеме до момента схватывания и исключать налипание раствора на щитовую оболочку;

- прочность раствора (через сутки после нагнетания) должна обеспечивать восприятие нагрузки  на обделку;

- прочность тампонажного камня в ранние сроки и 28-суточном возрасте должна исключать его разрушение и размыв на период сооружения и эксплуатации тоннеля;

- подвижность раствора должна назначаться по условиям транспортировки приготовленного на растворном узле тампонажного раствора по трубопроводам к забою.

Необходимые характеристики тампонажного раствора должны достигаться путем использования для приготовления растворов разных видов исходных материалов и изменением соотношения компонентов в растворе, а также применением добавок, корректирующих те или иные свойства растворов.

8.2.4 Однорастворная система нагнетания должна применяться для заполнения строительного зазора при проходке перегонных тоннелей, двухрастворная - при проходке наклонных (эскалаторных) тоннелей и перегонных тоннелей в сложных гидрогеологических условиях с гидростатическим давлением грунтовых вод более 0,3 МПа.

Примечание - Применение одно или двухрастворной системы нагнетания зависит от инженерно-геологических условий трассы, конструкции и характеристик ТПМК.

8.2.5 Однорастворная система нагнетания должна предусматривать использование тампонажных многокомпонентных растворов на основе цемента или бесцементных растворов.

8.2.6 Использование двухрастворной системы нагнетания для заполнения строительного зазора рекомендуется при проходке перегонных и наклонных эскалаторных тоннелей в неустойчивых водонасыщенных грунтах.

Примечания.

8.2.7 Необходимые характеристики тампонажных растворов в зависимости от их состава, применяемых материалов и технологии нагнетания должны определяться по указанным в таблицах 4-7 методикам измерений (испытаний) и соответствовать указанным в них требованиям.

8.2.8 Опытно-производственная проверка оценки стабильности характеристик тампонажного раствора и соответствия требованиям таблиц 4-7 с отбором проб (по ГОСТ 28013) на всех этапах (от его приготовления до подачи в заобделочное пространство) должна быть проведена в обязательном порядке после разработки состава раствора в лабораторных условиях.

8.3.1 Требования к оборудованию для приготовления и нагнетания тампонажных растворов должны определяться скоростью передвижения щита, расходом раствора на один погонный метр проходки, составом и технологическими параметрами растворов, технологией их нагнетания.

8.3.2 Оборудование для приготовления тампонажных растворов должно обеспечивать:

- механизированное дозирование исходных материалов;

- приготовление растворов в необходимом объеме с требуемыми технологическими параметрами;

- транспортировку растворов к забою.

8.3.3 Дозирование сыпучих материалов перед подачей в растворомешалку должно производиться весовыми дозаторами. Дозирование воды и водных растворов компонентов и добавок - объемными дозаторами. Погрешность дозирования компонентов тампонажной смеси (вяжущего), воды и добавок должна быть не более 3%, а для песка и минеральных заполнителей - до 5%.

8.3.4 Введение компонентов в растворомешалку при приготовлении многокомпонентных растворов (в зависимости от состава) должно выполняться со следующей очередностью: вода - бентонитовый глинопорошок - химические добавки - цемент - минеральные добавки (зола-уноса, шлаки и др.) - заполнитель.

8.3.5 Загрузка в емкость растворомешалки (растворонагнетателя) каждого последующего компонента раствора должна производиться при получении однородной смеси после загрузки предыдущих компонентов в полном объеме. Оптимальное время перемешивания тампонажного раствора уточняется опытным приготовлением его на строительной площадке.

8.3.6 Бентонитовый глинопорошок для повышения выхода цементного камня следует вводить в виде заранее приготовленной в растворомешалке суспензии (вода - бентопорошок).

8.3.7 Химические добавки по ГОСТ 24211 для улучшения свойств растворов следует готовить заранее в виде раствора повышенной концентрации и вводить в воду затворения в количестве, обеспечивающем рабочую концентрацию их в нагнетаемом растворе.

Примечания.

8.3.8 Приготовленный раствор должен непрерывно перемешиваться или находиться в движении до момента его нагнетания за обделку. Раствор, не израсходованный до начала схватывания, нельзя использовать для нагнетания.

8.3.9 Возможность попадания в растворы воды, грунта и инородных предметов, а также потери раствора и его составляющих при загрузке материалов в смесительное оборудование при приготовлении и нагнетании растворов, должны быть исключены.

8.3.10 Контроль правил приготовления и показателей свойств тампонажного раствора (правильность дозирования компонентов, подвижность раствора, время схватывания, отбор образцов раствора и их испытания) должны выполняться с привлечением строительной лаборатории (в соответствии с ВСН 132 [9]).

8.4.1 Операции подготовки и нагнетания тампонажного раствора в проходческом цикле должны выполняться параллельно со всеми операциями цикла проходки. Заполнение строительного зазора тампонажным раствором технологически связано с продвижением ТПМК и выполняется в последнее смонтированное кольцо одновременно с передвижкой щита.

Передвижение щита без нагнетания тампонажного раствора за обделку не допускается.

8.4.2 Заполнение строительного зазора ТПМК в зависимости от технических характеристик следует производить одновременно через патрубки, расположенные в четырех - восьми точках нагнетания раствора по периметру кольца обделки при однорастворной системе, или через отдельные сдвоенные патрубки, расположенные в четырех - восьми точках хвостовой оболочки щита, при двухрастворной системе нагнетания.

Количество точек нагнетания должно приниматься в зависимости от сечения тоннеля и конструкции ТПМК.

8.4.3 Насосное оборудование для нагнетания раствора за обделку должно быть оснащено регистрирующей контрольно-измерительной аппаратурой для контроля давления и расхода нагнетаемых растворов.

При двухрастворной системе нагнетания должен осуществляться постоянный контроль за расходом каждого раствора (компонента А и компонента Б) и их соотношением.

8.4.4 Конструкция сдвоенных патрубков при двухрастворной системе нагнетания за обделку должна обеспечивать равномерное перемешивание компонента А с компонентом Б в заобделочном пространстве. При перемешивании компонентов следует контролировать их расход.

8.4.5 Параметры нагнетания тампонажного раствора (расход раствора и скорость подачи за обделку) при проходке следует определять в зависимости от скорости проходки щита и расхода тампонажного раствора на один погонный метр проходки.

8.4.6 Среднее давление нагнетания тампонажного раствора должно быть выше расчетного давления пригруза забоя по оси забоя, предусмотренного проектом или установленного нормативно-технической документацией (технологическим регламентом на проходку).

Предельное давление нагнетания не должно превышать несущую способность обделки с учетом коэффициента запаса.

8.4.7 Регулирование давления нагнетания должно производиться включением и выключением нагнетательных насосов. При высоком давлении (более 0,3 МПа) следует на короткое время выключить насос и приостановить нагнетание для снижения давления до допустимого.

Если давление после повторного включения насоса возрастает, необходимо проверить наличие "пробок" в нагнетательной системе.

При низком давлении (менее 0,1 МПа) скорость передвижения щита необходимо снижать или останавливать щит, пока давление нагнетания не достигнет требуемого значения.

8.4.8 Во время нагнетания тампонажного раствора должен осуществляться постоянный контроль за тем, чтобы раствор не попадал в пространство между обделкой и хвостовой оболочкой.

Проходка должна быть прекращена, если раствор попадает в пространство между обделкой и хвостовой оболочкой, и возобновлена после устранения неисправности хвостового уплотнения.

8.4.9 Запрещается использовать для нагнетания тампонажный раствор, не израсходованный до начала его схватывания.

8.4.10 Система нагнетания растворов должна предусматривать автоматическую регистрацию давления нагнетания и расхода раствора.

8.5.1 Контроль выполнения работ по приготовлению и нагнетанию растворов за тоннельную обделку должен производиться систематически на всех этапах производства работ в виде входного, операционного и приемочного контроля (СП 48.13330).

Примечание - Работы по приготовлению и нагнетанию растворов за тоннельную обделку относятся к скрытым работам.

8.5.2 Входной контроль в соответствии с ВСН 132-92 [9] должен включать:

- проверку соответствия материалов, используемых для приготовления раствора, требованиям проекта и документам, подтверждающим их свойства (стандартам, техническим условиям, сертификатам качества);

- проверку соблюдения требований к транспортировке и хранению компонентов тампонажного раствора;

- испытание материалов и подбор составов тампонажных растворов.

Примечание - Контроль соответствия материалов для приготовления раствора и характеристик тампонажного раствора выполняется с обязательной фиксацией данных испытаний в журнале контроля параметров тампонажного раствора (в соответствии с ВСН 132 [9]).

8.5.3 При операционном контроле следует проверять:

- соответствие фактических показателей тампонажного раствора заданным проектом и технологическим регламентом;

- качество заполнения строительного зазора нагнетаемого за обделку тампонажного раствора;

- хода нагнетания тампонажного раствора и состояние смонтированной обделки.

8.5.4 Приемочный контроль должен включать:

- контроль качества выполнения работ по заполнению строительного зазора;

- контрольное нагнетание тампонажного раствора;

- оформление необходимой исполнительной документации.

8.6.1 При производстве работ по приготовлению и нагнетанию тампонажных растворов за тоннельную обделку должны выполняться общие правила техники безопасности и охраны труда, предусмотренные нормативными документами, проектом сооружения тоннеля и инструкциях по эксплуатации ТПМК, СП 49.13330.

8.6.2 При приготовлении и нагнетании растворов все открытые и движущиеся части смесительного и нагнетательного оборудования должны быть снабжены ограждениями, исключающими возможность попадания в него посторонних предметов и травмирования людей.

8.6.3 Электродвигатели и пусковая аппаратура смесительного и нагнетательного оборудования должны быть защищены от попадания на них воды и раствора.

8.6.4 До начала работ все трубопроводы по транспортировке и нагнетанию раствора (раствороводы), работающие под давлением, должны быть испытаны при давлении, в 1,5 раза превышающем максимальное рабочее давление. Предел измерений манометров, которыми оснащены насосы, должен превышать максимальное рабочее давление нагнетания в 1,5-2 раза.

8.6.5 При проведении работ по приготовлению и нагнетанию растворов необходимо соблюдать следующие правила:

- приготовление растворов из химических добавок в виде порошка следует производить с соблюдением мер, предупреждающих его распыление;

- пуск насоса должен производиться при полностью открытом кране растворовода;

- на нагнетательных трубопроводах насосов необходимо устанавливать предохранительные клапаны, отрегулированные на расчетное давление;

- концы нагнетательных рукавов должны быть прочно и надежно закреплены, чтобы исключить возможность их срыва при работе насоса.

8.6.6 При проведении нагнетания раствора запрещается:

- смазывать механизмы, чистить или проводить какой-либо ремонт во время работы установки;

- пользоваться рукавами, имеющими вздутие, и неисправными манометрами;

- производить быстрое перекрывание кранов на коммуникациях растворовода;

Примечание - Краны следует перекрывать плавно, они должны быть снабжены указателями направлений "открыто - закрыто".

- осуществлять разборку и ремонт нагнетательной системы под давлением.

8.6.7 При использовании химических веществ в качестве добавок к растворам для нагнетания за обделку следует соблюдать следующие меры предосторожности:

- работу с химическими веществами следует выполнять в предохранительных очках и резиновых перчатках;

- на месте работ должны быть приготовлены свежие растворы питьевой соды (от 5% до 10%) и такой же концентрации растворы борной кислоты (объемом не менее 1 л);

- при попадании химического вещества или раствора на кожный покров необходимо промыть кожу водой или содовым раствором, при попадании в глаза - промыть водой и раствором борной кислоты.

8.7.1 Все компоненты тампонажных смесей (вяжущее, заполнители, минеральные и химические добавки) по степени влияния на организм человека в соответствии с ГОСТ 12.1.007 должны относиться к малоопасным вредным веществам 4-го класса, быть пожаро и взрывобезопасны.

8.7.2 Санитарно и радиационно-гигиеническая безопасность тампонажных смесей должна устанавливаться на основании разрешительных документов уполномоченных надзорных органов исполнительной власти и оцениваться по безопасности тампонажных смесей или их составляющих.

Безопасность минеральных составляющих тампонажных смесей должна оцениваться по суммарной удельной эффективной активности радионуклидов (ГОСТ 30108), безопасность химических добавок в составе сухих смесей - по санитарно-гигиеническим характеристикам добавок.

8.7.3 Приготовленные тампонажные растворы не должны выделять во внешнюю среду вредные химические вещества в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК).

8.7.4 Затвердевший тампонажный камень не должен загрязнять окружающую среду и должен быть экологически безопасным материалом.

8.7.5 Запрещается сбрасывать тампонажные смеси, а также отходы от промывки оборудования в водоемы санитарно-бытового использования и канализацию.

9.2.1 Плановое обоснование должно создаваться в следующей последовательности:

- методами тоннельной триангуляции и тоннельной полигонометрии (в зависимости от длины трассы тоннеля между порталами) или использованием GPS - технологии (использование спутниковой системы позиционирования);

- методом основной полигонометрии (относительная невязка в периметре хода основной полигонометрии не должна превышать 1:35000).

9.2.2 Высотное обоснование должно создаваться методом геометрического нивелирования второго класса, по которому невязка в ходах между опорными реперами или в замкнутых полигонах не должна превышать ±5 мм на 1000 м тоннеля.

9.2.3 Планово-высотное обоснование для строительства тоннеля должно опираться на пункты и репера планово-высотной сети, используемые для строительства всего линейного сооружения. Для обеспечения точности работа должна выполняться в "две руки" (см. 3.37).

9.2.4 Техническая документация по опорной планово-высотной геодезической сети на поверхности должна быть передана лицу, осуществляющему проходку тоннеля, по акту не менее чем за десять дней до начала горнопроходческих работ.

9.10.1 Установка навигационного оборудования в тоннеле и на щите и работа с ним должны выполняться в соответствии с руководством по эксплуатации используемого навигационного оборудования.

9.10.2 Консоль для установки лазера при задании направления проходки щита должна монтироваться на стабильных строительных конструкциях тоннеля.

9.10.3 Проверка стабильности положения электронного тахеометра для задания направления проходки должна выполняться ежесменно перед началом смены.

9.10.4 Текущие значения планово-высотного положения, кручения и уклона щита должны определяться с помощью навигационной системы.

9.11.1 Уступы между блоками в кольце и между кольцами по внутренней поверхности обделки в зоне монтажа за блокоукладчиком не должны превышать ±5 мм от проектного положения, а в зоне монтажа после стабилизации внешней эксплуатационной нагрузки ±10 мм.

Уступы между блоками по кольцевому стыку при монтаже не должны превышать 1,0 мм.

Излом передней плоскости кольца* при монтаже не должен превышать ±0,8 мм.

_______________

* По пикетажу.

Примечания.

А.2.1 Щиты с суспензионным (бентонитовым) пригрузом оснащены в основном роторным исполнительным органом, посредством которого разработка грунта происходит по всей площади забоя. В щитах с суспензионным пригрузом и роторным исполнительным органом используются два различных способа регулирования давления активного пригруза - объемный и воздушный.

А.2.2 В щитах японских фирм давление пригруза формируется и регулируется путем изменения подачи в призабойную камеру первичной бентонитовой суспензии и выдачи из нее шлама, образуемого в призабойной камере смешиванием суспензии с разработанным грунтом*.

_______________

* Объемное регулирование.

В щитах германских фирм регулирование давления пригруза выполняется изменением давления в воздушной подушке, расположенной в специальном отсеке призабойной камеры, отделенной от призабойной камеры полупогружной перегородкой*.

_______________

* Воздушное регулирование.

А.2.3 Схема механизированного щита с суспензионным пригрузом забоя приведена на рисунке А.1.

А.2.4 Щиты с объемным и воздушным способом регулирования давления пригруза наиболее эффективны в водонасыщенных песчаных и гравелистых (мелких и средних) грунтах при условии, что количество частиц размером менее 0,02 мм в разрабатываемом грунте не превышают по весу 10%.

А.3.1 В настоящее время используются следующие разновидности грунтового пригруза:

- чисто грунтовый пригруз - разрабатываемый грунт используется без изменения его состава и с добавлением в забой некоторого количества воды;

- глинисто-грунтовый (грязевый) пригруз - в разрабатываемый грунт, с целью его кондиционирования, нагнетают глинистую пасту с объемным весом от 1,3 до 1,5 г/см, образованную из воды и смеси порошков бентонита и глины или бентонита и каолина;

- пеногрунтовый пригруз - в разрабатываемый грунт, с целью его кондиционирования, нагнетается пена, представляющая собой смесь пузырьков сжатого воздуха и жидкого пенообразователя, состоящего, например, из целлюлозы и поверхностно-активного вещества.

Для измерения давления грунта в призабойной камере щита в герметической диафрагме щитового корпуса устанавливаются датчики.

А.3.2 Принцип действия герметичного щита с грунтопригрузом заключается в том, что в его призабойной камере, благодаря интенсивному силовому перемешиванию происходит качественное изменение разработанного грунта (как некондиционированного, так и кондиционированного) - повышается его пластичность и понижается проницаемость. В результате обеспечивается эффективное крепление забоя.

А.3.3 Выведение разработанного грунта из призабойной камеры производится с помощью шнекового конвейера, скорость вращения винта которого регулируется для управления давлением в образованной грунтовой пробке. При этом режущая головка исполнительного органа создает дополнительное силовое воздействие на забой, повышающее его устойчивость.

А.3.4 Применение проходческих щитов с чисто грунтовым пригрузом эффективно в глинистых и илистых грунтах повышенной влажности с относительно небольшим содержанием песчаных частиц, при наличии в этих грунтах не менее 30% мелких фракций диаметром менее 0,05 мм.

А.3.5 Благодаря применению технологии кондиционирования грунта достаточно эффективным становится применение щитов с такими разновидностями грунтового пригруза, как глинисто-грунтовый и пеногрунтовый. Их применение распространяется на песчаные и гравелистые грунты, а также на плотные и даже сильно налипающие глинистые грунты.

Установка на лучах исполнительного органа дисковых резцов обеспечивает возможность проходки даже в полускальных и скальных грунтах.

А.4.1 Щиты с воздушным пригрузом делятся на три вида:

- щиты с роторным исполнительным органом;

- щиты с экскаваторным исполнительным органом;

- щиты с фрезерно-штанговым исполнительным органом.

А.4.2 Особенности работы такого типа щитов заключаются в том, что в призабойную камеру щита нагнетается сжатый воздух, давление которого уравновешивает давление грунтовой воды лишь на каком-либо одном уровне, например, на уровне горизонтального диаметра щита. Ниже этого уровня давление грунтовой воды превышает давление воздуха, и возможно произвольное поступление в призабойную камеру воды из зернистого грунта с суффозией частиц грунта, что может привести к потере устойчивости забоя. Выше этого уровня сжатый воздух стремится профильтроваться через грунт и произвести его осушение, что может вызвать осыпание высохшего грунта через щели или окна исполнительного органа в призабойную камеру и, как следствие, потерю устойчивости забоя.

Эти явления в некоторой степени могут быть устранены за счет давления фронтальной поверхности исполнительного органа на забой.

В связных грунтах или при нахождении над щитом слоя водонепроницаемого грунта вышеуказанные явления будут выражаться значительно слабее или вообще не будут иметь места.

А.4.3 На рисунке А.2 приведена схема щита с воздушным пригрузом.

А.4.4 Основными элементами щитов с воздушным пригрузом и экскаваторным исполнительным органом являются щитовой корпус с герметической диафрагмой, щитовые гидроцилиндры, экскаваторный исполнительный орган с гидроприводом, шнековый конвейер, поворотные плиты забойного крепления и блокоукладчик.

Разработанный грунт из приемного лотка поступает в роторный питатель, а из него - сразу на конвейер-перегружатель, находящийся уже в зоне атмосферного давления.

Обеспечение устойчивости забоя щитов такого типа происходит следующим образом.

Сжатый воздух, заполняющий призабойную камеру с давлением, соответствующим, например, гидростатическому давлению на уровне 1/3 высоты забоя, отжимает грунтовую воду из грунта забоя, принимающего наклонное положение в соответствии с углом естественного откоса.

Для того чтобы сжатый воздух произвольно не уходил через шнековый конвейер в тоннель при открытии его затвора, в нижней части призабойной камеры постоянно сохраняется защитный слой.

Для снижения фильтрации воздуха через грунт на поверхность забоя, сложенного зернистым грунтом, набрызгивается через сопла, установленные на герметической диафрагме и на стреле экскаваторного органа, бентонитовая суспензия или специальная пена, создаваемая с помощью пеноприготовительного оборудования, размещенного на одной из платформ защитового комплекса.

Выходящие в призабойную камеру валуны больших размеров (негабариты) удаляются через шлюзовую камеру с предварительным их разрушением, при необходимости, непосредственно в призабойной камере.

А.4.5 Основными элементами щитов с воздушным пригрузом и фрезерно-штанговым исполнительным органом являются щитовой корпус с герметической диафрагмой и хвостовым кольцевым уплотнением, щитовые гидроцилиндры, фрезерно-штанговый исполнительный орган, конвейер-перегружатель, заключенный в герметический кожух, оснащенный двухлопастным затвором, блокоукладчик. В щитовой корпус вмонтирована шлюзовая камера. К щиту подведены трубопроводы для подачи в призабойную камеру сжатого воздуха.

Особенности работы щитов с воздушным пригрузом и фрезерно-штанговым исполнительным органом заключаются в следующем.

Сжатый воздух, заполняющий призабойную камеру, удерживает грунтовую воду от произвольного поступления в эту камеру.

Грунт, разработанный фрезерной головкой исполнительного органа, падает в нижнюю часть ножевого кольца щитового корпуса и винтовой навивкой этой головки или специальным погрузочным органом нагребается на приемную часть конвейера-перегружателя. С этого конвейера разработанный грунт поступает в двухлопастной затвор и далее на тоннельный конвейер.

А.4.6 Проходческие щиты с воздушным пригрузом забоя независимо от типа исполнительного органа применяются в основном в условиях неустойчивых связных и частично смешанных грунтах. Эти щиты могут быть успешно применены и при проходке в песчаных и даже гравелистых грунтах при естественном или искусственно созданным над тоннелем слоем водонепроницаемого грунта.

Возможно использование этих щитов в связных устойчивых и даже в нарушенных малопрочных скальных грунтах.

Щиты с воздушным пригрузом и экскаваторным исполнительным органом успешно применяются также при встрече на трассе проходки крупных валунов, топляков, старых фундаментов и других препятствий.

А.5.1 Проходческие щиты с комбинированным пригрузом забоя создаются для расширения области их эффективного применения.

Пример - Проходческий щит PDS 740-0S/RM состоит из постоянных и съемных элементов, которые монтируются на постоянных элементах или демонтируются с них непосредственно в тоннеле, например, при возникшей необходимости изменения вида пригруза забоя из-за смены инженерно-геологических условий. К постоянным элементам в данном щите относятся шарнирный по длине щитовой корпус, щитовые гидроцилиндры, роторный исполнительный орган с приводом, две герметические диафрагмы, шлюзовая камера и питательный трубопровод для подачи, при необходимости, в призабойную камеру бентонитовой суспензии. К съемным элементам для работы в режиме суспензионного пригруза относятся приемная камера с защитной решеткой, концевой отрезок транспортного трубопровода для выдачи шлама из призабойной камеры, погружная стенка и камнедробилка. Для перехода в режим грунтового пригруза забоя съемные элементы демонтируют, а вместо них устанавливают шнековый конвейер и щитовой конвейер-перегружатель. При встрече с неводоносными грунтами может быть осуществлен переход на открытый режим проходки - без пригруза забоя. Для этого демонтируют винт шнекового конвейера, а вместо него в защитную трубу вводится щитовой конвейер-перегружатель, использовавшийся в режиме грунтового пригруза. Под концевую часть этого конвейера подводится приемная часть тоннельного конвейера. Таким образом, данный щит может работать в различных режимах проходки. Кроме того, ввиду оснащения щита герметическими диафрагмами и шлюзовой камерой без перемонтажа съемных элементов может быть осуществлен переход с режима грунтового пригруза на режим проходки с воздушным пригрузом.

Следует выделить три основных условия эффективности проходки:

1. а) точную оценку горно-геологических условий по трассе строительства тоннеля, на основании которой принимается решение о конструкции машины;

   Примечание - Несмотря на то, что диапазон грунтов для той или иной конфигурации машины достаточно широк, неправильно полагать, что возможно создать некую универсальную машину, способную работать во всех грунтах.

2. б) правильный выбор конструкции проходческого щита. Так, например, для работы в слабых, смешанных и водонасыщенных грунтах оптимальной является технология активного пригруза забоя. При применении современных и экологически нейтральных реагентов для тиксотропных растворов, щиты с гидро и грунтопригрузом позволяют уверенно контролировать забой и достигать высоких скоростей проходки в меняющейся геологии (глины, пески, известняки) и давлении около 0,3 МПа;

3. в) планирование и организация работ. Важнейшей составляющей высокоскоростной проходки является тщательное и правильное предварительное планирование и организация работ, включающая расстановку персонала, откатку грунта на поверхность и дальнейшую транспортировку, своевременную и четкую подачу блоков обделки, тампонажного раствора, реагентов для кондиционирования грунта и т.д. Проходческие щиты для стесненных городских условий и относительно небольших по длине тоннелей должны иметь возможность собираться и разбираться в короткие сроки и запускаться из относительно небольших котлованов. Такая машина должна иметь модульную компоновку защитового оборудования, что позволило бы начинать проходку, не дожидаясь сборки всей хвостовой части комплекса, который в этом случае наращивается в стартовом котловане модуль за модулем по мере продвижения машины.

А.6.1 ТПМК для сооружения конкретного тоннеля или нескольких тоннелей, расположенных в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, условиях возможного размещения строительных площадок. Фирмы-изготовители могут разработать и изготовить ТПМК для конкретных тоннелей, строительство которых определяется рядом особых, нестандартных условий проходки. Заданная трасса тоннеля в полной мере определяет условия сооружения тоннеля (инженерно-геологические, гидрологические, производственные и территориальные) и поэтому может служить достаточным основанием при выборе для приобретения или обоснования возможности применения имеющегося ТПМК. Выбор комплекса должен выполняться на основе сравнения его области применения и гидрогеологических условий трассы. В таблице А.1 ориентировочно приведены области применения щитов в различных инженерно-геологических условиях.

Таблица А.1

           А.6.2 Эффективность и экономическая целесообразность выбора ТПМК определяется подробностью и достоверностью представленных данных по условиям сооружения тоннеля, а также результатами анализа этих данных. К рассмотрению проблемы применения ТПМК следует подходить с особой тщательностью, с привлечением квалифицированных исследовательских коллективов и представителей авторитетных фирм, являющихся разработчиками и изготовителями ТПМК и сопутствующего оборудования.

При эксплуатации ТПМК следует с особой тщательностью изучить реальные технические возможности проходческого комплекса (инструкцию по эксплуатации) с учетом квалифицированно выполненного анализа фактических условий сооружения тоннеля на заданной трассе.

Б.1.1 Расчетная оценка величины пригруза забоя в современных ТПМК является, по существу, предметом соответствующих исследований (учитывая крайне низкую надежность исходных данных, которые подлежат уточнению по исполнительной геологии в процессе проходки). Учитывая высокую степень неопределенности инженерно-геологических и гидрологических условий по трассе проходки, все современные ТПМК оборудованы специальными системами защиты и контроля состояния забоя, в частности датчиками давления рабочего тела в призабойной камере щита.

Сложные системы управления современных автоматизированных тоннелепроходческих комплексов позволяют не только управлять давлением пригруза, но и следить за тем, чтобы переборы грунта при проходке не приводили к опасному нарушению состояния грунтового массива или (при недоборах) к "защемлению" оболочки щита, что может повредить проходческую машину.

Б.1.2 В связи с этим расчетные значения пригруза забоя следует (согласно положениям, принятым ведущими фирмами, разрабатывающими и использующими современные ТПМК) рассматривать как прогноз, который подлежит в процессе проходки постоянной корректировке.

Б.1.3 Подробный характер расчета, заложенный в данной методике, предоставляет возможность при анализе результатов прогнозирования значений пригруза осуществлять варьирование инженерно-геологическими параметрами, используя результаты расчетов в качестве инструмента численного моделирования условий проходки. Неопределённость исходных данных часто бывает обусловлена наличием нескольких горизонтов уровня грунтовых вод (УГВ), активизация каждого из которых в значительной степени может определяться не только надежностью инженерно-геологических данных, но и режимами или технологическими возможностями проходки.

Б.1.4 Исследование зависимости пригруза от инженерно-геологических условий методом моделирования (рассматривая результаты расчетов как совокупность экспериментальных данных) позволяет при назначении пригруза избежать грубых ошибок.

Б.1.5 В расчетах пригруза указывается, как правило, минимальное давление, а максимально возможное давление определяется условиями проходки ("выпором" грунта на земной поверхности при мелком заложении трассы или прочностью самой конструкции проходческой машины, например, при высоком давлении грунтовых вод, когда требуется применение водопонижения).

Б.2.1 При расчетах и назначении давления пригруза забоя в общем случае следует учитывать:

- глубину заложения трассы тоннеля;

- особенности сложения массива (однородность грунта, наличие пластов с разными физико-механическими свойствами, наличие локальных неоднородностей, коммуникаций и пр.);

- гидрогеологические свойства пород (грунтов), слагающих массив (наличие водоупорных и водоносных слоев);

- величину давления грунтовых вод (УГВ, действующих напорных горизонтов);

- физико-механические характеристики грунтов массива;

- возможные технологические отклонения в сторону уменьшения от номинального значения суммарного давления на забой домкратов передвижки щита (по эксплуатационной документации щита).

Б.2.2 По опыту эксплуатации современных щитов давление пригруза , МПа, назначают согласно условию:

,                                                                    (Б.1)

где - расчетное значение давления грунтовых вод в забое на рассматриваемом уровне, МПа;     

- расчетное значение горизонтального давления грунта в забое на рассматриваемом уровне, МПа.

Б.2.3 Расчетное давление грунтовых вод должно быть уравновешено пригрузом. В исходных данных для расчета следует указывать расчетное давление грунтовых вод с коэффициентом надежности, равным единице, которое принимается как давление высоты водяного столба над шелыгой свода ("в запас" по надежности) на величину от 1 до 2 м выше.

Если забой щита расположен в глинах и проницаемость этих грунтов не создает в забое свободного водного притока, требующего учета горизонтального давления грунтовых вод в забое на рассматриваемом уровне , как отдельной составляющей бокового давления, уравновешиваемого пригрузом в забое, то горизонтальное давление грунтовых вод в забое на рассматриваемом уровне отдельно от давления грунта не рассматривают.

Б.2.4 Значение горизонтального давления грунта , МПа, вычисляют по формуле:

,                                                                   (Б.2)

где - коэффициент горизонтального давления грунта на расчетном уровне;

- вертикальное давление грунта на расчетном уровне, для которого определяют значение , МПа.

Б.2.5 Величину вертикального давления грунта на уровнях выше шелыги свода тоннеля определяют, принимая вертикальное давление от вышележащих грунтов с учетом эффекта "зависания" давящих грунтов над тоннелем*. Вертикальное давление , с учетом эффекта "зависания", рассчитывается по модели Янсена-Кеттера**.

_______________

* "Арочного эффекта" по интерпретации некоторых фирм.

** В отечественной литературе по тоннелестроению - схема "опускающегося столба пород".

Б.2.6 Обобщенная модель "опускающегося столба" позволяет анализировать несущую способность отдельных слоев (например, количественно оценивать защитные свойства горизонтов, содержащих более прочные породы).

Б.2.7 При вычислении вертикального давления грунтов по обобщенной модели массив разбивают по высоте на горизонтальные слои, в пределах которых с достаточной для практических расчетов точностью характеристики грунтов (удельный вес, угол внутреннего трения, сцепление и пористость) принимаются неизменяющимися.

Б.2.8 При вычислении вертикального давления грунта в слоях, проницаемость которых обуславливает свободный водный приток (см. Б.2.2), объемный вес грунта следует учитывать во взвешенном состоянии по формуле:

,                                                              (Б.7)

где - удельный вес материала скелета.

Б.3.1 Для щита с жидкостным* пригрузом по формуле (Б.2) горизонтального давления грунта в забое строят (в пределах высоты забоя, диаметра щита) расчетную эпюру давления пригруза в виде линейной огибающей, учитывающей изменение давления весомой рабочей жидкости** по высоте забоя. По полученной огибающей уточняют требуемое давление пригруза на уровне шелыги свода и на уровне лотка . Эти результаты используют в качестве исходных данных для назначения давления пригруза с учетом требований инструкции по эксплуатации данного конкретного щита.

_______________

* Бентонитовым.

** Бентонитовой суспензии.

Б.3.2 Для щита с грунтовым* пригрузом по и назначают параметры пригруза с учетом требований инструкции по эксплуатации данного конкретного щита. Часто (по опыту) используют среднее по высоте забоя давление пригруза, то есть давление на оси тоннеля, принимая его с коэффициентом надежности 1,2.

_______________

* Пеногрунтовым.

1 Пунктирной линией обозначена эпюра давления грунтовых вод.

2 Штрих пунктирной линией обозначена эпюра вертикального бытового давления грунта (на глубинах выше шелыги свода тоннеля) и от полного веса "столба" грунта (в пределах высоты забоя).

3 Двойной линией обозначена эпюра вертикального давления грунта по обобщенной модели "опускающегося столба" (на глубинах выше шелыги свода тоннеля) и от полного веса "столба" грунта (в пределах высоты забоя).

4 Сплошной линией обозначена эпюра активного горизонтального давления грунта в массиве, заштрихована.

5 Исходные данные для программы расчета должны быть заданы в единицах: тонны, метры, секунды.

Пример Б.1

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Характеристики грунтов массива

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

ПРИНЯТОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИГРУЗА

ДИАГРАММА ДАВЛЕНИЙ