ОПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ ДРАНОВСКОГО Российский патент 1994 года по МПК E21D1/08 

Изобретение относится к строительству подземных сооружений способом опускного колодца с преимущественным использованием при строительстве больших в плане сооружений типа гаражей, насосных станций, отстойников, гражданских зданий и т. п. в сложных инженерно-геологических условиях, характеризующихся неоднородностью слоев грунта по простиранию, наличием крутопадающих пластов, линз и прослоек по свойствами, отличающимися от свойств грунтов основного массива, а также при наличии в грунте включений в виде валунов, древесных стволов, старых свай и труб, прослоек сцементированных пород и т. п.

Наиболее близким к предлагаемому является опускная крепь, включающая основную оболочку, ножевое кольцо и манжеты из эластичного материала, размещенные снаружи основной оболочки и коаксиально к ней, причем оболочка и манжеты выполнены с соосными отверстиями, в которых установлены стопорные пальцы (авт. св. СССР N 945445, кл. Е 21 D 1/08, 1982).

Недостаток прототипа состоит в том, что при наличии твердых включений в грунте эластичные манжеты ненадежны, поскольку могут быть сорваны со стопорных пальцев, смяты и выведены из работы. Кроме того, отсутствует возможность управления процессом погружения, в результате чего возможны крены, самопроизвольное погружение и переопускание ниже проектной отметки.

Цель изобретения - повышение надежности погружения и улучшение условий статической работы сооружения в процессе погружения.

На фиг. 1 изображено предлагаемое сооружение; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - разрезы Б-Б и В-В на фиг. 3; на фиг. 6 узел II на фиг. 2 (положение панелей наружной оболочки зафиксировано относительно ствола); на фиг. 7 - то же, панель освобождена от фиксации и ствол погружен на величину свободного хода панели С; на фиг. 8 - последовательность освобождения панелей от фиксации при однородных по периметру сооружения грунтах; на фиг. 9 - план сооружения при неравномерном сопротивлении погружению по его периметру.

Опускное сооружение включает ствол 1 с ножевой частью 2 и наружной оболочкой из жестких панелей 3, установленных на внешнем выступе ножевой части 2, снабженном фартуком 4 (фиг. 1 и 2). Панели 3 расположены между направляющими 5, выполненными в виде двутавров, жестко закрепленных снаружи ствола 1 с помощью анкеров 6, заделанных в теле ствола 1 (фиг. 3).

В наружных полках направляющей 5 имеются нарезные отверстия для крепления с помощью болтов фиксаторов 7 и ограничителей 8, которые выполнены в виде стальных плашек с отверстиями для крепежных болтов (фиг. 3). Стопор 9 выполнен в виде уголка, одна сторона которого заделана в тело панели 3. Уголок установлен с возможностью вертикального скольжения внутренней плоскости другой свободной стороны по наружной плоскости направляющей 5. Для этого между свободной стороной уголка и поверхностью панели 3 имеется зазор, превышающий толщину полки направляющей 5 на 2-3 мм.

На внутренней поверхности панелей 3 и наружной поверхности ствола 1 имеются антифрикционные покрытия 10 и 11 соответственно. Ствол 1 снабжен системой труб 12 для подачи антифрикционного и тампонажного составов к его внешней поверхности (фиг. 1 и 2).

Способ возведения опускного сооружения осуществляют в следующей последовательности.

Выравнивают площадку, укладывают по периметру ствола 1 временные подкладки, например, из шпал. На них устанавливают опалубку и изготавливают монолитный ствол 1 с ножевой частью 2, фартуком 4, направляющими 5, системой труб 12. На внешнюю поверхность ствола 1 после разборки опалубки наносят антифрикционное покрытие 11.

В заводских условиях изготавливают панели 3 с антифрикционным покрытием 10 на их внутренней поверхности. В тело панелей 3 заделывают стопоры 9. Кроме того, панели снабжают другими закладными деталями, необходимыми для их транспортировки, монтажа, принудительного погружения (не показаны). Например, на торцах панелей 3 закрепляют детали, необходимые для соединения соседних по высоте панелей, если предусматривается несколько ярусов панелей по высоте сооружения. Панели 3 устанавливают между направляющими 5 на ствол 1. На направляющих 5 закрепляют болтами плашки фиксаторов 7 и ограничителей 8.

Ствол 1 снимают с временных подкладок, начинают разработку грунта в полости ствола и погружение ствола вместе с панелями 3 наружной оболочки. До тех пор пока сопротивление погружению меньше собственного веса ствола 1 и наружной оболочки 3, их погружают совместно. При этом силы трения, действующие на внешнюю поверхностью панелей 3, пытаются их сместить вверх относительно ствола 1. Однако стопоры 9, упираясь в фиксаторы 7, обеспечивают совместное погружение ствола 1 с наружной оболочкой под действием их собственного веса. Затем, когда процесс погружения под собственным весом становится невозможным из-за возрастания сопротивления погружению, часть панелей 3 освобождают от закрепления на стволе 1, снимая соответствующие фиксаторы 7 с направляющих 5. Для снятия фиксаторов 7 освобождаемую панель 3 пригружают статическим усилием, например, устанавливая на нее панель следующего по высоте яруса. За счет этого происходит отжатие стопора 9 от фиксатора 7 и облегчается извлечение болтов крепления. Во время снятия фиксаторов 7 земляные работы производят в центре котлована, не затрагивая грунты вблизи ножевой части 2. Погружение сооружения на этот момент приостанавливается.

После того как панель 3 освобождают от фиксации, трение по ее внешней поверхности сменяется на трение по ее внутренней поверхности. Следовательно, сопротивление погружению сооружения уменьшается на величину, равную разности между силами трения по внешней и внутренней поверхностям панелей 3, освобождаемых от фиксации. Увеличение по мере погружения количества таких панелей уменьшает силы сопротивления погружению. Затем производят разработку грунта в области ножа и осуществляют погружение ствола 1 вместе с остальными закрепленными на нем панелями под действием их собственного веса. При этом освобожденные от фиксации панели 3 остаются в том же положении относительно грунтового массива, в котором они находились в момент освобождения от фиксации. Глубина погружения ствола за одну посадку равна свободному ходу с панелей (фиг. 3, 6 и 7). Величина С определяется расстоянием от нижней плоскости фиксатора 7 до нижней плоскости ограничителя 8 и не должна превышать фартука 4, иначе осыпающийся грунт будет попадать за фартук.

После погружения ствола 1 на одну посадку С стопоры 9 панелей 3, освобожденных от фиксации, упираются в ограничители 8 и снова закрепляют положение панелей 3 на стволе 1. Все панели 3 наружной оболочки оказываются зафиксированными и сопротивление погружению возрастает настолько, что процесс погружения автоматически приостанавливается. Для продолжения процесса погружения производят поочередное принудительное погружение панелей 3, ранее освобожденных от фиксации, на величину одной посадки. Принудительное погружение панелей 3 осуществляют с помощью статической или домкратной нагрузки, либо с помощью вибропогружателей.

Выбор средств для принудительного погружения зависит от вида грунтов, глубины сооружения, размеров в плане панелей наружной оболочки, наличия технических средств и механизмов. На строительстве одного объема могут быть применены разные средства в зависимости от глубины погружения. Например, в верхних слоях грунтового массива-статическая пригрузка с помощью штучных грузов, а глубже - домкратная нагрузка, а при проходке песков - вибропогружение. Вибропогружение может быть наиболее эффективным при выправлении кренов. При использовании домкратов упорные балки закрепляют на направляющих. В качестве упорных балок могут быть использованы панели вышележащих ярусов, временно закрепляемые на направляющих.

В тех случаях, когда необходимо предельно снизить трение при неожиданно высоком сопротивлении погружению, в работу вводят систему труб 12, подавая к наружной поверхности ствола 1 антифрикционный состав, например глинистую суспензию. Она смазывает поверхности на контакте панель-ствол 1, панель 3 - направляющие 5 и заполняет полость, образующуюся при перемещении панели 3 относительно ствола 1 под нижним торцом панели. При принудительном погружении панели 3 глинистая суспензия выдавливается из этой полости через щели и попадает на внешнюю поверхность панелей 3, фартука 4 и ножевой части 2.

Система труб 12 используется и в том случае, если за фартук попадает грунт и ограничивает величину свободного хода панелей 3. В этом случае полость за фартуком 4 промывают водой, вытесняя затем грунтовую суспензию погружаемой панелью 3. После погружения сооружения на проектную отметку производят фиксацию его положения, нагнетая по трубам 12 тампонажный раствор.

Панели 3 могут быть как стационарными, так и инвентарными. В последнем случае панели 3 извлекают на поверхность, нагнетая по мере их извлечения в образующуюся снизу полость тампонажный раствор. При использовании панелей наружной оболочки как инвентарных при строительстве нескольких подземных сооружений может быть достигнуто значительное снижение расходов.

П р и м е р 1. При однородном массиве, когда сопротивление погружению возрастает постепенно по мере углубления сооружения, панели 3, расположенные симметрично относительно одной из осей круглого сооружения (фиг. 8), освобождают от фиксации попарно и одновременно. Каждую очередную пару панелей освобождают от фиксации через равные интервалы по глубине погружения.

На фиг. 8 панели, входящие в пару, обозначены одинаково, например а₁ или б₂. Сначала погружение производят, когда все панели 3 закреплены на стволе 1 с помощью фиксаторов 7. Затем при возрастании сопротивления погружению, одновременно освобождают от фиксации панели а₁. Производят, разрабатывая грунт, погружения ствола 1 вместе с остальными панелями. После каждой очередной посадки ствола 1 панели а₁ погружают принудительно на величину одной посадки. Причем принудительное погружение панелей а₁ выполняют поочередно в любой последовательности. Затем при еще большем возрастании сопротивления погружению освобождают одновременно от фиксации панели а₂, погружают ствол вместе с закрепленными на нем панелями б, в, г, а панели а₁ и а₂ погружают принудительно. Затем освобождают от фиксации панели б₁, б₂, в₁, в₂, в₃, в₄, г₁-г₄. При этом в любой момент процесса погружения ствол 1 оказывается нагружен симметрично, силы сопротивления погружению распределены равномерно, что исключает крен сооружения.

П р и м е р 2. При однородных по периметру сооружения, но неоднородных по глубине массива грунтах сопротивление погружению возрастает скачкообразно, например при погружении в слой плотных глин, если над ним залегают слои более слабых и рыхлых грунтов.

В этом случае при резком возрастании сопротивления погружению производят увеличение числа панелей, освобождаемых от фиксации одновременно. Например, вначале, когда грунты относительно слабые, освобождают от фиксации попарно панели а₁, затем через определенный интервал по глубине а₂ и т. д. При резком увеличении сопротивления погружению производят увеличение числа панелей, одновременно освобождаемых от фиксации. Например, одновременно освобождают от фиксации все панели г (г₁ и г₂). При еще более резком скачкообразном возрастании сопротивления погружению одновременно освобождают от фиксации все панели б (б₁-б₄). Освобожденные от фиксации панели погружают, как и в примере 1, принудительно и поочередно.

В тех случаях, когда грунты по периметру сооружения оказывают неравномерное сопротивление погружению, количество панелей, одновременно освобождаемых от фиксации, принимают в зависимости от эпюры сопротивления погружению (фиг. 9). На участках периметра сооружения, где сопротивление погружению больше, освобождают от фиксации большее количество панелей, чем на тех участках, где сопротивление меньше. Этим также достигается симметричное нагружение сооружения в процессе его погружения, исключающее появление кренов.

Количество одновременно освобождаемых панелей на разных участках периметра определяют статическим расчетом из условия: суммарный момент сопротивления погружению относительно любой оси симметрии сооружения должен быть равен нулю. Момент сопротивления погружению равен произведению силы сопротивления погружению относительно рассматриваемой оси сооружения. На фиг. 9 показан такой случай. На ней обозначено эпюра 13 сопротивления погружению при трении по наружной поверхности оболочки, эпюра 14 сопротивления погружению при трении по поверхности ствола 1. Эпюра сопротивления погружению строится отдельно для каждого характерного горизонта погружения и включает сопротивление под ножом, по боковой поверхности ножа и фартука, по боковой поверхности наружной оболочки или ствола, когда панели 3 освобождены от фиксации. В соответствии с этими эпюрами определяют необходимое количество панелей, подлежащих освобождению от фиксации.

В предлагаемом способе в отличие от известных, при которых производят принудительное погружение сооружения, не требуется применения большого количества мощной техники. Поочередное погружение панелей 3 может быть осуществлено стандартными домкратами или легкими вибропогружателями. Поскольку поочередное принудительное погружение панелей не требует остановки земляных работ и производится с ними одновременно, сроки строительства зависят главным образом от земляных работ.

По сравнению со способами погружения в тиксотропной рубашке с заполнителем из гравийной смеси применение предлагаемого способа безопасно. Способ позволяет добиться такого же снижения сил трения по поверхности ствола, как и при наружной оболочке из токситропного раствора.

Способ наиболее эффективен при применении инвентарных панелей наружной оболочки.

Использование: в строительстве подземных сооружений. Сущность изобретения: опускное сооружение включает ствол с ножевой частью и наружной оболочкой, выполненной из жестких панелей, смонтированных на внешнем выступе ножевой части. Панели установлены между направляющими с возможностью вертикального перемещения меджду ними. Направляющие представляют собой двутавры, закрепленные на внешней поверхности ствола. В наружной полках направляющих выполнены нарезные отверстия для болтового крепления фиксаторов и ограничителей перемещения панелей, имеющих вид плашек с отверстиями под болты крепления. Стопор выполнен в виде уголка, заделан одной стороной в панель и установлен с возможностью вертикального скольжения внутренней плоскости другой стороны по наружной плоскости направляющей. На внутреннюю поверхность панелей и внешнюю поверхность ствола нанесены антифрикционные покрытия, кроме того, ствол снабжен системой труб для подачи антифрикционного и тампонажного составов к его внешней поверхности. Способ возведения опускного сооружения включает разработку грунта в полости ствола, погружение ствола под действием его собственного веса и наружной оболочки. По мере возрастания сопротивления погружению часть панелей наружной оболочки освобождают от фиксации, погружают ствол вместе с остальными закрепленными на нем панелями под действием собственного веса, после чего производят поочередное принудительное погружение панелей, освобожденных от фиксации, до упора в выступ ножевой части. Для создания наиболее благоприятных условий статической работы ствола панели расположенные симметрично относительно одной или двух осей симметрии сооружения освобождают от фиксации одновременно. Принудительное поочередное погружение панелей, освобожденных от фиксации на стволе, производят статической нагрузкой, домкратном или с помощью вибропогружателей. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Опускное сооружение, включающее ствол с ножевой частью и наружную оболочку, установленную на внешнем выступе ножевой части с возможностью вертикального перемещения и фиксации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности погружения, оно снабжено направляющими, жестко прикрепленными к стволу, ограничителями, фиксаторами, закрепленными на направляющих, и фартуком, закрепленным на внешней стороне ножевой части, а наружная оболочка выполнена разрезной по периметру в виде жестких панелей, установленных в направляющих с возможностью ограниченного вертикального перемещения каждой панели и фиксации, причем каждая панель имеет стопор, установленный с возможностью взаимодействия с ограничителем, при этом на внутренние поверхности панелей и внешнюю поверхность ствола нанесено антифрикционное покрытие, а ствол снабжен системой труб для подачи антифрикционного и тампонажного составов к его внешней поверхности. 2. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что направляющие выполнены из двутавров, к наружным полкам которых прикреплены фиксаторы и ограничители посредством болтовых соединений, а стопор выполнен в виде уголка, одна сторона которого закреплена в панели с ее внешней стороны, а другая сторона установлена над полкой двутавра с возможностью вертикального скольжения по ней. 3. Способ возведения опускного сооружения, включающий погружение ствола и части установленной на нем наружной оболочки под действием собственного веса при освобождении от фиксации остальной части наружной оболочки, отличающийся тем, что после погружения ствола вместе с установленными на нем панелями наружной оболочки производят поочередное принудительное погружение остальных панелей наружной оболочки, ранее освобожденных от фиксации, до упора в выступ ножевой части. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что панели, расположенные симметрично относительно одной или двух осей симметрии опускного сооружения, освобождают от фиксации одновременно. 5. Способ по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что принудительное поочередное погружение панелей производят статической нагрузкой. 6. Способ по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что принудительное поочередное погружение панелей производят домкратами. 7. Способ по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что принудительное поочередное погружение панелей производят вибропогружателями.