Глава 15. Маркшейдерские работы при сооружении тоннелей щитовым способом

Глава 15
Маркшейдерские работы при сооружении тоннелей щитовым способом

А. Монтаж щита и маркшейдерское оборудование его

15.01. При сооружении тоннелей щитовым способом маркшейдерские работы состоят:

а) в закреплении (в пределах монтажной камеры) проектной оси тоннеля, нормали к оси и отметок, необходимых для сооружения основания под щит и его монтажа;

б) в определении правильности геометрической формы основания под щит;

в) в определении правильности геометрических форм монтируемого щита: совмещение оси щита с осью тоннеля в плане, соответствие ее положения в профиле проектному положению, отсутствие поперечного уклона (крена), правильность продольного уклона, отсутствие эллиптичности щита;

г) в закреплении маркшейдерских знаков и приборов на щите;

д) в закреплении сзади щита ориентирных сигналов, необходимых для ведения его по проектной оси в плане и профиле;

е) в ведении щита в процессе проходки по трассе;

ж) в определении положения щита в плане и профиле после каждого продвига;

з) в определении положения колец тоннельной обделки после окончания укладки.

15.02. Маркшейдерские работы при сооружении щитовых камер (бетонных или железобетонных) аналогичны работам при строительстве тоннелей горным способом, а блочных или тюбинговых - работам при сборке прорезных колец или колец тоннельной обделки.

15.03. Монтажные работы по сборке щита в камере должны быть обеспечены следующими маркшейдерскими данными:

а) проектной продольной осью щита (тоннеля), закрепленной в своде камеры не менее чем тремя точками;

б) нормалью к продольной оси щита (тоннеля);

в) отметкой условного горизонта, связанной с проектным центром щита. При этом необходимо учитывать, что проектная отметка центра щита больше проектной отметки центра тоннеля на величину полуразности диаметров внутренней поверхности оболочки щита и внешней окружности кольца. Если в оболочке вырезана нижняя часть, то центр щита должен иметь иное возвышение над центром кольца; это подсчитывается по размерам соответствующих радиусов.

15.04. Щит монтируется на бетонном основании с направляющими рельсами или без них. Рельсы устанавливаются по проекту с точностью мм по радиусу щита.

15.05. Первые три сегмента щита устанавливают в плане и по высоте с точностью мм, не допуская кручения. Дальнейшая сборка ведется монтажниками без участия маркшейдера.

15.06. После окончания монтажа щита производится продольная и радиальная съемка, в результате которой должны быть получены:

а) длина ножевого кольца щита;

б) длина опорного кольца щита (или длина ножеопорного кольца, если оно монолитно объединяет оба кольца);

в) длина оболочки щита (от опорного кольца до хвоста щита);

г) по четыре диаметра: ножевой части, задней плоскости опорного кольца и хвоста оболочки щита;

д) совпадение центра вала режущего механизма с геометрической осью механизированного щита.

На основании результатов указанных измерений рассчитывается и закрепляется положение фактической продольной оси щита и определяются расстояния от этой оси до внешней и внутренней образующих ножа, опорного кольца и оболочки щита. Устанавливается ось вала режущего механизма в проектное положение. Отклонения положения вала относительно оси щита в плане и профиле на переднем и заднем концах его не должны превышать мм.

15.07. После окончания монтажных работ на щите в одной из верхних его ячеек должны быть установлены следующие маркшейдерские знаки и оборудование:

а) две металлические дуги с сантиметровыми делениями, радиусы которых зависят от диаметра щита. Дуги устанавливаются на передней и задней плоскостях опорного кольца; нулевые штрихи на дугах, располагающиеся в их середине, должны лежать в вертикальной плоскости, проходящей через геометрическую центральную ось щита. Если же на щите нет средней ячейки, вместо дуг ставятся шкалы в тех же плоскостях с одинаковыми смещениями от геометрической центральной оси щита как в плане, так и в профиле

Примечание. Вместо дуг могут применяться линейки с сантиметровыми делениями (см. приложение 15-4);

б) два специальных уровня, вмонтированных в металлические коробки, или уклономер - для определения продольного и поперечного уклонов щита;

в) три маркшейдерских знака 10, 11, 12 (рис. 15.1), фиксирующие фактическую продольную ось щита и одновременно служащие для нивелирования;

г) две контрольные нивелирные марки 14 и 15 (см. рис. 15.1) на задней плоскости опорного кольца - для определения поперечного уклона.

15.08. Если конструкция щита позволяет вынести фактические центры его непосредственно, то они закрепляются в одной или двух его плоскостях, нормальных к оси щита.

15.09. После закрепления всех маркшейдерских знаков на щите необходимо определить следующие его элементы (см. рис. 15.1):

а) расстояния между осевыми (10-11, 11-12) и нивелирными знаками ();

б) расстояния от ножа и хвоста щита до каждого осевого и нивелирного знака;

в) длину ножа (), опорного кольца () и оболочки щита - от хвоста до опорного кольца ();

г) расстояния от осевых знаков до низа оболочки и до фактической центральной геометрической оси щита ().

Б. Определение поперечного уклона щита

15.10. Поперечный уклон (крен) определяется нивелированием марок 14, 15 на опорном кольце (см. рис. 15.1) при помощи уклономера (рис. 15.2) или по специальному уровню (рис. 15.3). По поперечному уклону определяют поправку m в измеренные отклонения щита от продольной проектной оси тоннеля:

; по малости угла ,

откуда

.

Практически деления на уклономере градуируются таким образом, чтобы отсчеты по нему давали непосредственно величину m.

В. Определение положений щита в плане на прямых участках трассы и на переходных кривых

15.11. Определение положения щита в плане производится при помощи осевых знаков (сигналов) (рис. 15.4), закрепленных в своде готового тоннеля или на тюбинге у горизонтального диаметра кольца в пределах возможной их видимости. Все осевые знаки для определения щита в плане и профиле выставляются в тоннеле только от знаков подземной полигонометрии.

15.12 Положение щита в плане на прямом участке трассы определяется с помощью щитового прибора (рис. 15.5) и двух специальных уровней (см. рис. 15.3), Порядок определения следующий:

а) нулевой индекс шкалы щитового прибора устанавливают на задней дуге на отсчет, соответствующий поперечному уклону щита;

б) оптическую трубу прибора перемещают вправо или влево по шкале прибора до тех пор, пока изображения двух сигналов, видимых в ней, не совместятся. После этого производят отсчет по шкале прибора, указывающий уклонение от оси центра щита в плоскости данной дуги;

в) затем прибор устанавливают на передней дуге и повторяют в той же последовательности все действия, что и на задней дуге;

г) имея отклонения в плане центров щита в двух его плоскостях, определяют отклонения ножа и хвоста, пользуясь номограммой (см. приложение 15-1) или табличкой, составленной по формулам (рис. 15.6);

нож: ;

хвост: ,

где - известные расстояния между осевыми знаками щита;

и - полученные уклонения осевых знаков 10 и 11 от проектной оси.

Примечание. В приложении 15-2 дано изображение модернизированных оптического щитового прибора и уровня (разработанных маркшейдерской службой Ленметростроя).

15.13. Определение положения щита в плане на переходных кривых осуществляется следующим образом:

а) на половине переходной кривой, примыкающей к прямолинейному участку трассы, определение положения щита производится точно таким же способом, как и на прямой, с той лишь разницей, что учитываются заранее вычисленные поправки за смещение оси тоннеля от линии тангенса или от стягивающей хорды. В необходимых случаях пользуются смещенной линией тангенса;

б) на половине переходной кривой, примыкающей к круговой кривой, определение положения щита в плане производится от линии стягивающей хорды или же ведется так же, как и на круговой кривой (см. раздел Г настоящей главы), но с учетом поправок за отклонение оси тоннеля от условного продолжения оси тоннеля на кривой. Эти поправки также вычисляются заранее;

в) горизонтальное опережение щита и колец тоннельной обделки определяется от нормали, выставляемой на переходной кривой теодолитом от линии тангенса, так, как это описано в главе 14 (см. п. 14.41).

Г. Определение положения щита в плане на участках круговой кривой. Оптический клин

15.14. На криволинейных участках трассы порядок определения положения щита тот же, что и на прямых, с той лишь разницей, что в этом случае на объектив трубы щитового прибора надевается оптический клин (см. приложение 15-3).

15.15. При пользовании оптическим клином в трубе щитового прибора вместо обычных двух сигналов могут быть видны четыре изображения. Для определения отклонения центра щита в плане относительно проектной оси тоннеля труба щитового прибора с клином перемещается вправо и влево до совмещения двух средних изображений.

Совмещение изображений свидетельствует о том, что труба щитового прибора находится на проектной оси кривой. Отсчет по шкале прибора указывает, на сколько и в какую сторону смещен центр щита относительно проектной оси.

15.16. На криволинейных участках трассы, при пользовании оптическим клином, осевые знаки-сигналы закрепляются на концах хорд, расстояния между которыми определяются по формуле

,

где S - длина хорды между сигналами;

- радиус кривой, уменьшенный на величину z + q

;

- угол оптического клина.

15.17. При пользовании оптическим клином на кривых последующий осевой сигнал может быть предварительно установлен с помощью рулетки и трубы щитового прибора с клином и обязательным последующим уточнением его положения от знаков полигонометрии.

15.18. Осевые сигналы на кривых при определении положения щита без применения оптического клина закрепляются в створе заранее рассчитанных хорд.

Д. Определение положения щита в профиле; продольный уклон щита

15.19. Положение щита в профиле определяется одним из следующих способов:

а) с помощью нивелира;

б) щитовым прибором;

в) визуальным способом.

15.20. Для определения положения щита в профиле нивелируют какой-либо из осевых знаков 10, 11, 12 (см. рис. 15.1). Заранее вычисляют проектные отметки того знака, который будет нивелироваться для определения положения щита (пользуясь для этого одним из расстояний ). Сравнивая абсолютную отметку знака с проектной, определяют отклонение в соответствующей точке щита. Затем, пользуясь величиной - алгебраической разности фактического (см. п. 15.23) и проектного продольного уклона, определяют отклонения ножа и хвоста в профиле. При значительном поперечном уклоне (крене) щита в результат определения должна вводиться соответствующая поправка.

15.21. Отметку щитового прибора определяют при помощи его оптической трубы, снабженной уровнем, и нивелирной рейки, подвешенной к своду готового тоннеля. Отметка нуля рейки должна быть определена от реперов подземной высотной основы. По отметке горизонта инструмента щитового прибора и по известному расстоянию от него до низа оболочки вычисляют абсолютную отметку оболочки в данной точке. Дальнейшие действия производят аналогично описанному выше (см. п. 15.20).

15.22. Для визуального определения отклонений щита в профиле используют горизонтальные щели (грани) сигналов (см. п. 15.11) и вертикальную реечку с ползунком и диоптром, укрепляемую на щите. Горизонтальные щели сигналов должны быть установлены от реперов подземной основы в соответствии с проектным уклоном тоннеля. Удаление нуля реечки от центра щита должно быть равно расстоянию от горизонтальных щелей до центра тоннеля, уменьшенному на величину смещения центра щита относительно центра тоннеля. Установив ползунок диоптра в створе горизонтальных щелей, производят отсчет по реечке, который и является величиной отклонения щита в профиле в точке закрепления реечки. По величине (см. п. 15.20) определяют отклонения ножа и хвоста.

При работе на участке вертикальной кривой горизонтальные щели сигналов закрепляют на линии, параллельной тангенсу вертикальной кривой. В полученные отклонения ножа и хвоста вводят поправки за вертикальную кривую, определяемые по формуле

,

где l - расстояние от начала (или конца) вертикальной кривой до ножа или хвоста;

R - радиус вертикальной кривой.

Расстояния l получаются как разности соответствующих пикетажных значений: ножа, хвоста и начала (конца) вертикальной кривой.

15.23. Фактический продольный уклон щита определяется по уклономеру (см. рис. 15.2) или по специальному уровню (см. рис. 15.3). Градуировка делений производится из расчета получения непосредственно величины уклона. Он может быть также определен путем нивелирования двух маркшейдерских знаков (см. рис. 15.1), расположенных в своде щита и установленных так, чтобы при горизонтальном положении щита превышение между марками равнялось нулю. Тогда уклон щита подсчитывают по формуле

,

где h - превышение между марками;

l - расстояние между ними.

Может применяться и следующий способ определения продольного уклона щита. Под оболочкой вблизи задней плоскости опорного кольца и вертикального диаметра щита подвешивается отвес. От него измеряются в двух уровнях расстояния до плоскости опорного кольца - верхний замер на уровне сводовой части, нижний - на уровне лотковой части щита. Разность отсчетов делится на вертикальное расстояние между уровнями замеров; полученное частное и будет уклоном щита (с соответствующим знаком).

Е. Наблюдения за щитом во время его движения по трассе; использование модулированного луча и лазера при проходке

15.24. Наблюдение за положением щита в плане и профиле во время его движения по трассе производится с помощью щитового прибора (см. рис. 15.5) и двух специальных уровней (см. рис. 15.3) или же с помощью уклономера (см. рис. 15.2), а также двух боковых продольных реек, укрепленных на оболочке щита примерно на уровне горизонтального диаметра таким образом, что их нулевые концы упираются в опорное кольцо щита (рис. 15.7). Применение боковых реек обеспечивает надежное определение горизонтального опережения щита (при обязательном учете опережения последнего кольца тоннельной обделки).

Горизонтальное опережение щита следует определять непрерывно, так как оно оказывает большое влияние на положение щита относительно проектной оси тоннеля. Попутно определяется величина продвига щита, пикетаж ножа и хвоста.

Для удобства начало счета рейки можно отнести к передней плоскости ножа щита (отсчет на задней плоскости кольца будет равен расстоянию от ножа до этой плоскости).

15.25. Передвижка щита разрешается только при выполнении следующих условий:

а) разработки забоя по всему периметру (в средних и твердых породах);

б) очистки лотка тоннеля перед ножом;

в) замыкания последнего кольца обделки;

г) установки и затяжки всех болтов в кольцах тюбинговой обделки;

д) при наличии нагнетания за третье кольцо не менее чем до горизонтального диаметра. Нагнетание за обделку тоннеля следует производить вслед за передвижением щита, начиная с первого кольца, сошедшего с оболочки щита. В сложных геологических условиях нагнетание должно производиться за последнее уложенное кольцо (не сошедшее с оболочки).

Примечание. Первоначальное выдвижение щита из монтажной камеры разрешается после надежного закрепления упоров - полных колец или полуколец.

15.26. Уклонения середины щита от проектного направления трассы в плане и профиле не должны превышать мм. Учитывая, что кольца тоннельной обделки, собираемые в оболочке щита, по выходе из нее подвергаются вертикальной осадке, рекомендуется вести щит в профиле выше проекта на 2-3 см. Этот размер может быть изменен в ту или другую сторону на основании опыта проходки в данных геологических условиях.

15.27. При проходке, в слабых породах рекомендуется вести щит с превышением проектного уклона от +0,010 до +0,030. Величину этого "угла атаки" следует определять опытным путем при первых передвижках щита. В особо слабых породах рекомендуется сооружать перед щитом бетонную или железобетонную подушку.

15.28. Механизированные щиты со скоростью проходки 200-400 м в месяц могут определяться в плане и профиле от луча лазера (типа "ОКГ", "ЛГ" и др.) или модулированного луча (типа "ПУЛ" и т.п.), дающих возможность закрепить проектную ось тоннеля на определенном участке трассы. Эта ось автоматически фиксируется на приемном электронном устройстве, расположенном на щите. Приемное устройство снабжено световым табло, на котором дается непрерывная информация о положении щита в плане и профиле. Автоматические устройства разрешается применять, если они обеспечивают необходимую точность сооружения тоннельной обделки как на прямых, так и на криволинейных участках трассы. Автоматические приборы для ведения и определения тоннельных щитов устанавливаются только от подземной маркшейдерской основы и систематически проверяются маркшейдерской службой.

Ж. Сооружение тоннеля из монолитно-прессованной обделки при помощи щита

15.29. При сооружении тоннеля из монолитно-прессованной обделки при помощи щита устанавливается металлическая опалубка. Установка производится от знаков подземной полигонометрии и реперов с точностью  мм в плане и профиле.

15.30. Внешняя поверхность установленной металлической опалубки проверяется от закрепленного центра тоннеля радиальными промерами не менее чем в восьми точках.

15.31. Отклонения готового тоннеля от проекта в плане и профиле не должны превышать  мм.

З. Маркшейдерская документация при сооружении тоннелей щитами

15.32. В маркшейдерскую книгу заносятся все данные по контрольным измерениям четырех диаметров щита:

а) в ножевой части щита;

б) у опорного кольца;

в) в свободной части оболочки щита.

Измерения производятся стальной рулеткой с точностью мм. Указанные измерения производятся систематически, не реже одного раза в месяц, с целью выявления деформации щита и принятия необходимых мер.

15.33. Все данные наблюдений и результаты вычислений по определению положения щита и колец записываются в щитовом журнале, форма которого приведена в приложении 15-5. Результаты съемки колец за эректором заносятся в книгу-ведомость, форма которой дана в главе 14 (см. приложение 14-1).

15.34. График сооружения тоннелей ведется в масштабе 1:200 или 1:500. Дополнительно на графике показываются положения (по пикетажу) ножа и хвоста щита.