Набрызг-бетоном и анкерами при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов

3.17. Водоцементное отношение набрызгбетона следует принимать в пределах от 0,4 до 0,5 (с учетом влажности заполнителей) .

При определении необходимого количества воды следует учитывать, что оптимальная жесткость набрызгбетонной смеси составляет от 20 до 60 с по ГОСТ 10181—76.

3.18. При нанесении набрызгбетона на слабые или склонные к размоканию породы, а также при низких температурах окружающей среды количество воды следует уменьшать до В/Ц=0,35—0,40. Равномерное смачивание сухой смеси при этом достигается путем подачи в сопло или в камеру смешения распыленной паровоздушной смеси.

3.19. Расчетный (теоретический) состав набрызгбетона необходимо корректировать по величине отскока путем проведения контрольных нанесений материала согласно методике, приведенной в приложении 8.

Рекомендуется величину отскока принимать не более 20% от массы сухой смеси при нанесении на стены выработки и 30%—при нанесении на свод. В случае получения отскока больше приведенных величин состав набрызгбетона следует изменять в сторону уменьшения размера крупного заполнителя.

Наиболее экономичным составом набрызгбетона будет такой, когда при наименьших расходе цемента и величине отскока достигается проектная прочность. Правильно нанесенное покрытие из набрызгбетона с рекомендуемым водоцементным отношением имеет жирный блеск без сухих пятен и оплываний. При нанесении смеси отсутствует напыление.

Расчет набрызгбетонных конструкций 3.20. Классы и марки набрызгбетона по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости должны назначаться как для конструкций из монолитного бетона, укладываемого с применением опалубки, в соответствии с требованиями СНиП II-40—80; СНиП 2.05.05; СНиП 2.03.01—84; СНиП 2.06.08—87.

3.21. При расчете крепи нормативные и расчетные характеристики набрызгбетона (прочность, модуль упругости) при отсутствии опытных данных в условиях строительства назначают в зависимости от класса бетона по прочности по таблицам СНиП 2.03.01—84 (приложение 9, табл. 1—3).

При определении прочности набрызгбетона по образцам следует руководствоваться ГОСТ 18105—86, при определении морозостойкости—ГОСТ 10060—86, водонепроницаемости— ГОСТ 12730.5—84.

3.22. Возраст набрызгбетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, следует назначать при проектировании, исходя из возможных реальных сроков загружения конструкции проектными нагрузками, способа возведения и условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс набрызгбетона может устанавливаться в возрасте 28 суток по табл. 2.

Таблица 2

Классы набрызгбетона по прочности

на сжатие

В25

В30

В35

В40

В 50

Средняя прочность на сжатие бетонов, МПа, при коэффициенте вариации 0,135

32,7

39,2

45,7

52,4

65,4

3.23. Марку набрызгбетона по водонепроницаемости W следует назначать не менее: W4—при градиенте гидростатического напора (отношение максимального напора воды в метрах к толщине обделки в метрах) от 5 до 10; W6—от 10 до 20; W8—от 20 до 30.

3.24. Марку набрызгбетона по морозостойкости F надлежит назначать в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха в соответствии с п. 1.8 СНиП 2.03.01—84, F 300—для температуры ниже минус 40°С; F 200— от минус 40 до минус 20°С; F 150—от 20°С и выше.

3.25. Толщина набрызгбетона, применяемого в качестве защитного покрытия против выветривания породного обнажения, принимаемая без расчета, должна быть не менее 3 см.

Толщина набрызгбетона в качестве защитного слоя для рабочей арматуры должна быть не менее 2 см.

Толщину набрызгбетона, применяемого в качестве расчетной несущей конструкции самостоятельно или в сочетании с анкерами или арками, следует назначать не менее 5 см.

Расчет набрызгбетонного покрытия как несущей конструкции 3.26. Нагрузки на набрызгбетонную крепь принимают по результатам натурных исследований в условиях строительства.

До проведения указанных исследований нагрузки на набрызгбетонную крепь могут быть оценены расчетным путем в соответствии с действующими нормами проектирования тоннельных сооружений.

3.27. Толщину набрызгбетонного покрытия, используемого в качестве несущей конструкции, определяют следующим образом.

Если по условиям технологии проходки выработки возможно обеспечение гладкого контура (механизированная проходка), то набрызгбетонное покрытие следует проектировать как распорную конструкцию, работающую совместно с прилегающим грунтом, в которой предельное состояние покрытия обуславливается работой на сжатие. В этом случае для определения толщины покрытия следует руководствоваться положениями п. 3.28.

Если по условиям технологии проходки нельзя гарантировать создание гладкого контура выработки и, следовательно, работу покрытия как распорной конструкции, то покрытие из набрызгбетона следует рассчитывать как жесткую пластину, работающую в упругопластическом режиме от нагрузки в виде локального вывала. В этом случае для определения толщины набрызгбетонного слоя следует руководствоваться положениями п. 3.30.

3.28. Для предварительной (ориентировочной) оценки несущей способности набрызгбетонного покрытия как распорной подземной конструкции, работающей преимущественно на сжатие, следует использовать проверку условия:

где V_н—минимальное радиальное смещение контура выработки, м (рекомендуется пользоваться программой типа FOK-4 и FAK-1, приложение 10); Rв—расчетное сопротивление набрызгбетонного покрытия на сжатие по первой группе предельных состояний, МПа (см. приложение 9); R—радиус свода выработки, м; Е_н—модуль упругости набрызгбетона (начальный) на сжатие, МПа (см. приложение 9).

Если указанное условие выполняется, то полагают что прочность набрызгбетонного покрытия будет обеспечена. В противном случае рекомендуется применение анкер-набрызгбетонной крепи.

Если прочность грунта недостаточна для обеспечения устойчивости выработки, то при ровном контуре толщину набрызгбетона следует назначать, исходя из расчета набрызг-бетонного покрытия как монолитной обделки. При этом, учитывая, что технология возведения набрызгбетонной обделки по сравнению с опалубочным бетонированием позволяет существенно снизить разуплотнение массива, особенно в сводовой части выработки, и тем самым способствует большей стабилизации напряженно-деформированного состояния массива, допускается принимать расчетную нагрузку на крепь в этом случае на 30% меньше по сравнению с нагрузкой на монолитную обделку для этих же условий. Учет влияния неровностей фактического контура выработки на несущую способность такой крепи следует проводить в соответствии с п. 3.29.

Рис. 2. Определение параметров неровностей контура выработки при расчете

набрызгбетонной крепи:

— — — проектное очертание выработки

3.29. Отклонение реального контура поверхности выработки от гладкого может явиться причиной появления в вершинах неровностей нежелательных растягивающих напряжений. В этом случае необходимо обеспечить корректировку толщины набрызгбетонного покрытия h_н из условия недопущения растягивающих напряжений в вершинах неровностей.

Характеристиками неровностей являются их среднее число на контуре К_к и их средняя амплитуда

где а_i при i=1, ... К_к определяется как расстояние от наиболее выступающей точки реального контура до хорды, стягивающей два соседних наиболее глубоких участка впадин (рис. 2). При этом в расчетах рекомендуется учитывать неровности с амплитудой а_i ³ 10 см, число которых находится, как правило, в пределах от 8 до 20.

При отсутствии фактических данных среднее число неровностей на контуре К_к рекомендуется определять расчетным путем как половину отношения длины контура к расстоянию между контурными шпурами.

В этом же случае среднюю амплитуду неровностей рекомендуется принимать равной допустимой норме перебора.

Расстояние между шпурами в метрах при опытных взрывах в зависимости от крепости и трещиноватости грунта ориентировочно следует определять по табл. 3, а допустимую норму перебора в сантиметрах—по табл. 4.

Таблица 3

Коэффициент

Степень трещиноватости пород

крепости пород

нетрещиноватые

слаботрещиноватые

трещиноватые

и сильнотрещиноватые

4—6

0,6

0,7

0,8

6—8

0,5

0,6

0,7

8—10

0,4

0,5

0,6

10—12

0,3

0,4

0,5

Таблица 4

Выработка

Величина перебора, см

1 £ f £ 4

4 £ f £ 12

Тоннели

10

15

Штольни

8

8

Результатом опытных взрывов должно явиться определение окончательного расстояния между контурными шпурами и других режимов взрывания, которые обеспечивают достижение заданных критериев состояния поверхности контура тоннелей.

При наличии статистических данных по отклонениям контура тоннеля от проектного при проходке в аналогичных условиях толщину набрызгбетонного покрытия рекомендуется корректировать из условия отсутствия растягивающих напряжений в вершинах неровностей

где —приведенный радиус выработки, м; S_в—площадь поперечного сечения выработки, м²; l*—коэффициент, характеризующий соотношение жесткостей породы и набрызгбетона, определяемый по табл. 5.

Таблица 5

Породы

Средний радиус выработки r_ср, м

3

6

9

12

Туфы

2,4

4,8

7,2

9,6

Глинистые сланцы

4,8

9,6

14,4

19,2

Известняки плотные

7,8

14,4

21,6

28,8

Песчаники

10,8

21,6

32,4

43,2

Граниты, диориты

84

118

252

336

Гнейсы

51

102

153

204

Если данное условие не выполняется, необходимо уменьшить межанкерное (межарочное) расстояние а, исходя из необходимой толщины слоя набрызгбетона h_н.

3.30. Ориентировочно, с последующей корректировкой по результатам наблюдений, толщину набрызгбетонного покрытия при неровном контуре выработки (не выполняются требования п. 3.28) рекомендуется определять по формуле, м:

0,03 < h_H < 0,20 м, f_кр.р ³ 2,

где m₁, т₂, т₃ — коэффициенты условий работы, учитывающие соответственно общую конструкцию крепи (обделки); качество сцепления покрытия с грунтом; армирование покрытия; т₁=1—при анкер-набрызгбетонной крепи; 1,15—при арочно-набрызгбетонной крепи или арочно-анкер-набрызгбетонной крепи; 3,3/f_кр.р—в инженерно-геологических условиях, когда допустимо применение в качестве крепи одного набрызгбетона (обеспечивается эффективное использование несущей способности пород); m₂=1—когда гарантируется хорошее сцепление покрытия с грунтом; 1,5—когда имеется опасность нарушения сцепления покрытия с грунтом например при обводненной поверхности выработки; т₃=1—покрытие без учета армирования или без армирования; 0,8—с учетом армирования покрытия сеткой, стержнями, устанавливаемыми конструктивно; и—характерный размер возможного вывала, м; g_гр—объемный вес грунта вывала, МН/м³ (при отсутствии фактических данных рекомендуется принимать g_гр=0,0245 МН/м³=2,5 тс/м³); R_bt—расчетное сопротивление набрызгбетона на осевое растяжение по первой группе предельных состояний, МПа (см. приложение 9, табл. 1); f_кр.р— расчетное значение коэффициента крепости грунта “в массиве” (приложение 11);

Значение и принимают в зависимости от следующих условий:

в случае анкер-набрызгбетонной крепи и принимают равным наибольшему расстоянию между анкерами;

в случае арочно-набрызгбетонной крепи и принимают равным шагу арок;

в случае комбинации анкеров, арок и набрызгбетона и принимают либо по межанкерному расстоянию, либо по шагу арок в зависимости от того, какой из этих элементов конструкции крепи принят за определяющий (основной);

в случае применения набрызгбетона как самостоятельной крепи, покрытие рассчитывают на вывал в своде, принимая u=B/4, где B—пролет выработки “вчерне”, м.

По конструктивно-технологическим соображениям в общем случае принимают толщину h_H покрытия одинаковым в своде и в стенах. Допускается принимать разную толщину набрызгбетонного покрытия в своде и в стенах, если это целесообразно по результатам наблюдений за состоянием крепи.

Данная формула получена расчетом по предельному состоянию круговой пластины, работающей в упругопластическом режиме, защемленной по краям. При этом учитывается несовершенство защемления пластины по контуру; неровность поверхности и изменения толщины покрытия по площади пластины; частичное включение в работу пластинки омоноличиваемого в процессе набрызга поверхностных слоев грунта (коэффициент надежности по нагрузкам на пластину в расчетах принят равным 1,6).

3.33. При повышенных требованиях к надежности расчетов набрызгбетонной крепи (например, при использовании в качестве обделки) следует применять соответствующее математическое обеспечение по расчету крепей и обделок на ЭВМ (см. прил. 10).

Организация работ 3.34. В комплекс работ по возведению набрызгбетонного покрытия (крепи) входит: подготовка поверхности выработки, послойное нанесение покрытия, уход за свеженанесенным покрытием, контроль качества. В конструкциях крепи, содержащих помимо крепи другие элементы (анкеры, арки, металлическую сетку) в комплекс работ входит также установка и монтаж этих элементов.

3.35. Допустимое отставание возведения набрызгбетонного покрытия от забоя и порядок выполнения операций устанавливается проектом, исходя из конкретных инженерно-геологических условий. Наибольший эффект от применения набрызгбетона достигается при нанесении покрытия сразу после обнажения пород.

3.36. В невыветривающихся грунтах с устойчивостью выше средней допускается наносить набрызгбетонное покрытие с отставанием от забоя на 50 м и более (уточняется в процессе проходки).

В слабовыветривающихся грунтах средней устойчивости и ниже набрызгбетонное покрытие следует наносить без отставания от забоя. При буровзрывном способе покрытие наносят сразу после уборки породы.

В сильновыветривающихся грунтах, склонных к образованию локальных вывалов, интенсивному разуплотнению и трещинообразованию, отставание в нанесении набрызгбетонного покрытия не допускается. При буровзрывном способе проходки первый слой набрызгбетона следует наносить на свод и доступную часть стен после взрывания сразу после проветривания и оборки; последующие слои покрытия наносят после уборки породы.

Для крепления тоннельных выработок в плотных глинах естественной влажности (типа протерозойских) рекомендуется применение дисперсно-армированного набрызгбетона с армирующими волокнами и арматурными стержнями, которые устанавливаются по своду выработки и опираются одними концами в штрабу лба забоя, а другие их концы заводятся между грунтом и набрызгбетоном предыдущей заходки (рис.3).

3.37. Доведение набрызгбетонного покрытия до проектной толщины может выполняться сразу или поэтапно, что должно быть определено проектом, исходя из скорости проявления горного давления и особенностей технологии работ.