СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ В УГЛУБЛЕНИЯХ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ИСКУССТВЕННЫХ ВЫЕМКАХ Российский патент 1998 года по МПК E21D9/00 

Изобретение относится к строительству и горной промышленности, в частности к использованию выработанного пространства недр и углублений земной поверхности для возведения подземных сооружений открытым способом.

Известен способ возведения подземных сооружений, включающий предварительное бурение скважин по контуру сооружения, водопонизительные работы, выемку грунта открытым способом, размещение в контуре выемки подземного сооружения и рекультивацию поверхности [1].

Недостатками данного способа являются увеличенные затраты на бурение скважин, низкая надежность и долговечность сооружения по причине отсутствия его изоляции от воздействия внешних источников и возможности обрушения вмещающих пород.

Известен способ возведения подземных сооружений, включающий отработку карьера с предварительным закреплением его бортов, размещенные в выработанном пространстве карьера корпуса подземного сооружения с прочным перекрытием, его засыпку и рекультивацию поверхности [2]. По данному способу корпус сооружения кольцевого сечения оснащают средствами дополнительного силового воздействия, выполненными в виде арок, расположенных с каждой боковой стороны корпуса и обращенных выпуклостью вниз.

Недостатком данного способа является низкая надежность и долговечность сооружения ввиду возможности обрушения бортов карьера, отсутствие сообщения полости сооружения с поверхностью и повышенные затраты на возведение подземного сооружения ввиду размещения в карьере корпусов кольцевого сплошного сечения с дополнительными крепежными устройствами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ возведения подземных сооружений с возведением по бортам выемок подпорных стенок с анкерением или без него, заключающийся в возведении сплошного ряда опор типа набивных свай большого диаметра на всю высоту стенки до выработки грунта из котлована, закреплении из и производстве строительных работ [3].

Недостатком данного способа является большой и дорогостоящий объем подготовительных работ и необходимость возврата части грунта из отвалов в котлован после завершения строительства подземного сооружения.

Целью изобретения является повышение безопасности проведения работ в карьерах и котлованах при прокладке магистралей открытым способом путем укрепления бортов карьеров, исключение двухкратного перемещения вынимаемого грунта из котлована в место складирования и возврат его после укладки магистралей, предохранение зданий от разрушений в зоне прохождения подземных магистралей.

Указанная цель достигается тем, что в способе взведения подземных сооружений, включающем формирование опорных элементов в бортах выемки, монтаж перекрытия над выемкой и рекультивацию крыши, борта углубления или выемки укрепляют пустотелыми подпорными блоками, с анкерованием или без него, с установленными в них монорельсами, создавая из них подпорную стенку в виде клина вершиной вниз, при этом в вершине клина пустотелые блоки устанавливают вдоль оси выемки, создавая продольную магистраль, подпорную стенку создают комбинированными блоками, формируя из них подъемные магистрали с монорельсами и чередуя их пустотелыми функциональными кассетами блоков, а саму полость выемки заполняют конструктивными функциональными пустотелыми блоками, создавая распорное усилие; что борта выемки укрепляют пустотелыми подпорными блоками с анкерением в массив; что при формировании крутых или вертикальных подпорных стенок подпорными пустотелыми блоками пустотелые блоки выполняют в виде пустотелой трапеции и устанавливают, чередуя длинное и короткое основания трапеций в сторону подработанного массива, при этом блоки, установленные коротким основанием к массиву, скрепляют с массивом анкерами, что замки анкеров закладывают за пределом зоны сдвижения породы, что длину анкеров, крепящих к массиву короткое основание пустотелых блоков в подпорной стенке, принимают переменной, уменьшающейся по мере увеличения расстояния анкера от земной поверхности таким образом, чтобы замок каждого анкера находился на расстоянии не менее 10 диаметров скважины (пробуренной для установки анкера) в массиве пород за потенциальной поверхностью скольжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 показано возведение подземных сооружений в магистральных котлованах с прямым наклонным профилем бортов карьера, на фиг. 3 приведена схема возведения подземных сооружений в стесненных городских условиях с возведением подпорных стенок из пустотелых блоков с анкерами; на фиг. 4 приведена схема возведения подземных сооружений с ломаным профилем бортов котлована магистрали; на фиг. 5 приведена схема закрепления подпорной стенки анкерами и пример системы развязки движения автотранспорта в подземном сооружении (например, в гараже или на складе).

На чертежах показаны выемка или выработка 1, пустотелые блоки 2, монорельсовые подъемники 3, пустотелые функциональные кассеты блоков 4, связка 5, водоотводы 6, блоки транспортных магистралей 7, перекрытие 8, боксы 9, магистральные путепроводы 10, верхнее перекрытие 11, грунт для рекультивации 12, система заездов 13, автомобили 14, подъемники 15, анкера 16 и потенциальная поверхность скольжения или отрыва 17.

Строительство подземных магистралей (транспортных сооружений) ведется следующим способом: выкапывается траншея необходимой глубины, в ней устанавливается бетонная конструкция тоннеля, траншея засыпается землей.

Двухкратное перемещение огромных масс грунта - главная причина высокой стоимости таких транспортных сооружений.

Сущность предлагаемого решения по повышению эффективности строительства и ускорению окупаемости капитальных затрат заключается в исключении повторного перемещения грунта после выемки грунта из выработки 1, вдоль наклонных стенок устанавливают пустотелые блоки 2, например, из железобетона или каркасные с ограждениями, оборудованные монорельсовыми подъемниками 3 и пустотные функциональные кассеты блоков 4. Нижние основания блоков соединяются связкой 5 с водоотводами 6. По оси устанавливают (монтируют) пустотелые блоки 7, необходимые для устройства транспортной магистрали. На них возводят верхнее перекрытие 8. Пространство над перекрытием до земной поверхности послойно заполняется пустотелыми блоками хозяйственного назначения, например боксами для автомобилей или складов 9, открытыми со стороны магистральных путепроводов. Внутри блоков на каждом этаже оборудуются магистральные путепроводы 10, с которых устроены заезды в блоки 9.

После заполнения блоками хозяйственного назначения всего объема выработки укладывается верхнее перекрытие 11, на которое насыпается грунт 12 и ведется рекультивация в установленном порядке. На перекрытии 11 формируется система заездов 13 автомобилей 14 к подъемникам 15.

После окончания монтажа возникает клиновидная объемная конструкция, распределенный равномерно вес которой полностью воспринимается боковыми откосами выработки, что, в свою очередь, полностью защищает сформулированную в нижней части клина транспортную магистраль от геомеханического воздействия и тем самым повышает безопасность ее эксплуатации. Использование всего объема траншеи для хозяйственных целей позволит получить дополнительную прибыль при эксплуатации построенной транспортной магистрали и в несколько раз снизить сроки окупаемости капитальных вложений на ее строительство.

При необходимости, например, в стесненных городских условиях боковые стенки магистрального котлована могут быть вертикальными или ломаными (см. фиг. 3 и 4). В этих условиях повышенного горного давления и недостаточной устойчивости пород перед началом выемки грунта в траншеях вдоль ее внешних контуров способом поочередного секционного заглубления кассет пустотелых функциональных блоков 4 и блоков 2 с монорельсовыми подъемниками 3 и формируется внешняя подпорная стенка, под защитой которой производится выемка грунта, заполнение объема пустотелыми блоками хозяйственного 7 назначения.

Возводится верхнее перекрытие 11 и производится рекультивация поверхности 12. При этом для обеспечения устойчивости внешнего ограничения и безопасности эксплуатации системы в целом пустотелые блоки 2 и 4 выполняются в виде трапеции (фиг. 5) и устанавливаются поочередно короткой и длинной стороной наружу в сторону горного массива. Блоки, установленные короткой стороной в сторону массива, укрепляются анкерами 16 любой известной конструкции таким образом, чтобы замки анкеров были закреплены на расстоянии не менее 10 диаметров скважины, пробуренной для установки анкера, в массиве горных пород за пределами потенциальной поверхности скольжения или отрыва 17. Положение этой поверхности при проходке траншеи открытым способом определяют по известным методикам в зависимости от свойств пород и глубины траншеи.

Тогда блоки, установленные длинной стороной наружу, воспринимают горное давление и создается подпорная стенка, устойчивость которой будет возрастать пропорционально увеличению горного давления.

Особая ограждающая конструкция имеет значительно более высокую, чем, например, стенка из литого железобетона, и способность сопротивляться внешним нагрузкам. Сместив оси соседних модуле, можно сформировать многоступенчатый профиль и тем самым многократно увеличить прочность ограждающего сооружения (фиг. 3, 5). Геомеханическая безопасность сооружения дополнительно может быть обеспечена путем установки горизонтальных предварительно напряженных металлопластиковых или железобетонных анкеров, (фиг. 3, 4, 5) скважины под эти анкеры могут буриться со станков, установленных на монорельсовых, подъемниках, с них же производятся все монтажные работы. Это мероприятие позволяет полностью или в значительной степени компенсировать гидростатическое давление пород на подпорную стенку. Величина предварительного натяжения анкеров определиться реальной величиной внешнего давления. Как видно из фиг. 3, 4, 5, подобная конструкция обеспечит полную неподвижность массива пород в зоне потенциального сдвижения и гарантирует долговременную устойчивость сооружения. Предложенный способ возведения подземных сооружений полностью исключает перемещение грунта в место хранения и обратно, что повышает экономическую эффективность и окупаемость подобного строительства.

Способ предназначен для возведения подземных сооружений в углублениях земной поверхности и искусственных выемках, включая формирование опорных элементов в бортах выемки, монтаж перекрытия над выемкой и рекультивацию крыши. Борта углубления или выемки укрепляют пустотелыми подпорными блоками с установленными в них монорельсами, создавая из них подпорную стенку в виде клина вершиной вниз. В вершине клина пустотелые блоки устанавливают вдоль оси выемки, создавая продольную магистраль. Подпорную стенку создают комбинированными блоками, формируя из них подъемные магистрали с монорельсами и чередуя их пустотелыми функциональными кассетами блоков. Полость выемки заполняют при этом конструктивными функциональными блоками, создавая распорное усилие. При формировании крутых или вертикальных подпорных стенок подпорными пустотелыми блоками последние выполняют в виде пустотелой трапеции и устанавливают, чередуя их длинное и короткое основание в сторону подработанного массива, скрепляя короткие основания с массивом анкерами. Применение способа позволяет повысить экономическую эффективность строительства и обеспечить долговременную устойчивость сооружения. 1 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ возведения подземных сооружений в углублениях земной поверхности и искусственных выемках, включающий формирование опорных элементов в бортах выемки, монтаж перекрытия над выемкой и рекультивацию крыши, отличающийся тем, что борта углубления или выемки укрепляют пустотелыми подпорными блоками с установленными в них монорельсами, создавая из них подпорную стенку в виде клина вершиной вниз, при этом в вершине клина пустотелые блоки устанавливают вдоль оси выемки, создавая продольную магистраль, подпорную стенку создают комбинированными блоками, формируя из них подъемные магистрали с монорельсами и чередуя их функциональными кассетами блоков, а саму полость выемки заполняют конструктивными функциональными пустотелыми блоками, создавая распорное усилие. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что борта выемки укрепляют пустотелыми блоками с анкерением в массив. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при формировании крутых или вертикальных подпорных стенок подпорными пустотелыми блоками, пустотелые блоки выполняют в виде пустотелой трапеции и устанавливают, чередуя длинное и короткое основания трапеций в сторону подработанного массива, при этом блоки, установленные коротким основанием к массиву, скрепляют с массивом анкерами. 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что замки (якоря) анкеров закладывают за пределами зоны сдвижения породы. 5. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что длину анкеров, крепящих к массиву короткое основание пустотелых блоков в подпорной стенке, принимают переменной, уменьшающейся по мере увеличения расстояния анкера от земной поверхности таким образом, чтобы замок каждого анкера находился на расстоянии 10 диаметров скважины (пробуренной для установки анкеров) в массиве пород за потенциальной поверхностью скольжения.