Глава 14. Маркшейдерские работы при сооружении тоннелей горным способом со сборной обделкой

Глава 14
Маркшейдерские работы при сооружении тоннелей горным способом со сборной обделкой

А. Основные положения

14.01. При сооружении тоннелей горным способом применяются следующие виды сборных обделок:

а) тюбинговая чугунная;

б) тюбинговая железобетонная;

в) блочная железобетонная.

14.02. Все маркшейдерские работы по укладке колец сборной обделки должны основываться на подземной полигонометрии и высотных реперах. К моменту укладки колец должно быть произведено не менее двух ориентирований шахты или двух передач через порталы (боковые штольни), а также не менее двух передач отметки от исходных реперов.

14.03. Перед началом сооружения тоннеля из сборной обделки должно быть подготовлено маркшейдерское оборудование, соответствующее принятой методике работ. Заблаговременно должны быть произведены расчеты, необходимые для укладки и съемки колец.

Б. Рассечка и установка первых прорезных колец; укладка колец в тоннеле

14.04. Для разработки грунта под первые прорезные кольца производится разбивка от полигонометрических знаков продольной оси тоннеля и задание высотных костылей. Разбивки, связанные с разработкой породы в рассечке, производятся в соответствии с методикой, изложенной в главе 13.

По окончании разработки грунта в рассечке закрепляются: продольная ось, проходящая через геометрический центр тоннеля, нормаль к ней (пикетажная плоскость) и высотные отметки.

14.05. Для создания необходимой устойчивости одновременно монтируются 2-4 прорезных кольца; монтаж начинается с укладки первых лотковых сегментов. Установка их производится симметрично относительно продольной оси (по заранее рассчитанным расстояниям), на проектных отметках и проектном пикетаже, по заданному уклону.

При наличии неустойчивых грунтов рекомендуется завышение лоткового сегмента до 5 см.

14.06. Монтаж каждого последующего сегмента кольца контролируется измерением радиусов от проволоки, натянутой между закрепленными центрами тоннеля. От пикетажной плоскости (нормали) определяется горизонтальное опережение укладываемых сегментов. Контролируется кручение собранных сегментов (нивелированием сообщающимися сосудами или линейными промерами от вынесенного горизонта).

14.07. Последующая сборка прорезных колец может осуществляться при соблюдении следующих допусков:

1. Отклонение первого закладываемого кольца от проектного пикетажа не должно превышать мм.

2. Отклонения фактических расстояний от продольной оси тоннеля до симметричных сегментов не должны превышать мм.

3. Отклонения лотковых сегментов от проектной отметки должны находиться в пределах от 0 до +3 см.

4. Отклонения фактических радиусов укладываемых сегментов от проекта не должны превышать мм.

5. Горизонтальная эллиптичность незамкнутого кольца не должна превышать мм.

6. Кручение сегментов не должно превышать мм.

14.08. По окончании сборки прорезных колец производятся следующие определения:

а) стальной рулеткой измеряются горизонтальный (1-5), вертикальный (3-7), косые под углом 45° (2-6 и 4-8) диаметры кольца. Эллиптичность не должна превышать мм.

Для сохранения геометрической формы собираемых прорезных колец в необходимых случаях на горизонтальном диаметре ставятся специальные металлические стяжки с форкопами;

б) от закрепленного проектного центра кольца измеряются 8 радиусов до внутренней грани его. Для обеспечения более высокой точности измерения рекомендуется производить до центров специальных пробок, вставляемых в болтовые отверстия тюбингов. Отклонения измеренных радиусов от проекта не должны превышать мм;

в) по величинам измеренных радиусов 1 и 5 определяется отклонение центра кольца в плане, которое не должно превышать мм;

г) нивелируется лоток кольца. Отклонение фактической отметки лотка от проекта допускается от 0 до +30 мм;

д) определяются горизонтальное и вертикальное опережения смонтированного кольца.

Горизонтальное опережение и разность между вертикальным опережением и проектной его величиной не должны превышать мм;

е) от нормали определяется пикетное значение плоскости кольца на уровне горизонтального диаметра. Отклонение от проекта не должно превышать мм.

Примечание. Пикетаж прорезных колец при сооружении камер съездов изменяется на половину величины набегания колец по соответствующему тоннелю или камере;

ж) нивелированием при помощи сообщающихся сосудов определяется величина кручения кольца. Эта величина не должна превышать мм.

14.09. При соблюдении указанных в п. 14.08 допусков и надлежащего закрепления установленных колец разрешается равномерное двустороннее их бетонирование, в процессе которого необходимо следить за неподвижностью плоскостей колец.

Забетонированные прорезные кольца должны выдерживаться не менее трех суток, после чего приступают к сборке и монтажу очередных колец тоннеля.

14.10. По мере укладки последующих колец производятся определения:

1. Эллиптичности (по четырем диаметрам).

2. Положения центров колец в плане.

3. Положения лотка в профиле.

4. Горизонтального опережения.

5. Вертикального опережения.

6. Пикетажа.

7. Кручения.

Все данные относятся к передней (считая по ходу забоя) плоскости кольца. Положение левой и правой сторон тоннеля также определяется по взгляду на забой. Эллиптичность и положение в профиле определяются для каждого уложенного кольца. Положение в плане определяется один раз в сутки, но не реже чем через три кольца. Опережения и кручение определяются в соответствии с указаниями раздела Е настоящей главы.

Кольца нумеруются по мере их укладки. Номер подписывается в натуре масляной краской на каждом пятом кольце.

14.11. После выхода колец из-под эректора (блокоукладчика) повторно определяют их эллиптичность, производят инструментальное определение положения в плане и повторное нивелирование лотка каждого кольца. При наличии возможности производят съемку колец от проектного центра тоннеля по восьми радиусам (см. ниже рис. 14.1).

Результаты определений колец при укладке и за эректором записываются в специальную маркшейдерскую книгу-ведомость, форма которой приводится в приложении 14-1.

14.12. При сооружении тоннелей из сборного железобетона круглого очертания (вне зависимости от величины его поперечного сечения) допуски для отклонений колец от проекта сохраняются те же, что и для чугунной обделки. Для опережений (горизонтального и вертикального) установлены специальные допуски (см. раздел Е настоящей главы).

14.13. В процессе строительства ведется график сооружения тоннелей в масштабе 1:200 или 1:500.

В. Определение эллиптичности колец, способы ее устранения

14.14. Эллиптичностью называется разность между величинами фактического и проектного диаметров кольца. Для каждого кольца тоннельной обделки определяют эллиптичность по четырем диаметрам (рис. 14.1): горизонтальному (), вертикальному () и двум косым под углом 45° ( и ). Измерение диаметров производится стальной рулеткой.

14.15. Определение эллиптичности производится после замыкания кольца. Эллиптичность в укладке не должна превышать мм, а по выходе кольца из-под эректора (блокоукладчика) мм.

14.16. Устранение эллиптичности при укладке кольца производится надлежащей разработкой грунта, соответствующей подклинкой укладываемого сегмента кольца, высококачественным сболчиванием по фланцам, торцам, установкой металлических стяжек.

14.17. В целях соблюдения геометрии уложенных колец производится нагнетание за обделку тоннеля в каждое третье кольцо от забоя. В сложных геологических условиях и в особых случаях нагнетание производят непосредственно после замыкания каждого уложенного кольца.

Г. Определение положения колец в плане на прямолинейных и криволинейных участках трассы

14.18. Определение отклонений колец в плане может производиться:

а) от продольной оси, закрепленной в своде тоннеля;

б) от смещенной оси тоннеля;

в) от знаков полигонометрии.

14.19. Разбивка продольной оси производится от знаков подземной полигонометрии одним из способов, изложенных в главах 11 и 12.

Ось закрепляется маркшейдерскими гвоздями в чеканочных швах, деревянных пробках, вкладышах, отвесодержателях и др. (рис. 14.2).

14.20. Разбивка смещенной оси производится также от знаков полигонометрии. Величина смещения подбирается с расчетом беспрепятственного прохождения оси до забоя, с минимальным удалением от обделки (рис. 14.3).

14.21. Величины отклонений колец в плане определяются промерами на уровне горизонтального диаметра от створа проектной или смещенной оси до внутренних граней колец (рис. 14.4). При пользовании створом хорды (или смещенной хорды) вводят поправки за стрелу прогиба (см. ниже п. 14.31 и рис. 14.8)

14.22. В качестве визирных приспособлений при передаче створа оси в забой применяются световые сигналы (см п. 15.11). Световые сигналы устанавливаются под осевыми знаками таким образом, чтобы ось прорези совмещалась с отвесом, опущенным со знака. Положение сигналов должно проверяться не реже одного раза в трое суток.

14.23. Отклонение центра кольца в плане в укладке не должно превышать мм, а за эректором  мм.

14.24. Инструментальное определение положения колец в плане может быть произведено одним из следующих способов (рис. 14.5):

а) полярным;

б) параллельным лучом;

в) произвольным створом.

14.25. Для определения положения кольца полярным способом производится геодезическая привязка отвеса, закрепленного в плоскости кольца. Смещение закоординированной точки (отвеса) от оси на прямом участке и ее пикетаж определяются:

;

Смещение центра кольца в плане на кривых определяется решением обратной геодезической задачи по проектным координатам центра кривой и фактическим координатам центра кольца . Пикетажное значение его получают по формуле

,

где S - длина дуги кривой;

- центральный угол в секундах;

.

14.26. Для определения колец в плане способом параллельного луча над полигонометрическим знаком устанавливают теодолит и откладывают угол , равный разности дирекционных углов линии полигонометрии и оси тоннеля.

Домеры a определяются теодолитом путем отсчетов по рейке, прикладываемой горизонтально к ребрам (бортам) колец на уровне горизонтального диаметра. Домеры можно также производить от створа, вынесенного по смещениям полигонометрических знаков и закрепленного световыми сигналами.

Смещения центров колец определяются следующими формулами:

(при расположении полигонометрического знака слева от оси тоннеля);

(при расположении знака справа от оси тоннеля)

Здесь m - смещение центра кольца в плане;

D - измеренный внутренний диаметр кольца;

- смещение знака от проектной оси тоннеля;

a - расстояние (домер) от параллельного луча до кольца.

Если m имеет знак плюс, центр кольца смещен вправо от проектной оси тоннеля, если знак минус - влево.

Примечание. При продвижении забоя против хода пикетажа трассы для получения знаков величин m в соответствии с требованиями п. 14.10 при откладывании угла дирекционный угол трассы необходимо изменять на 180°.

14.27. Для определения смещений колец в плане от линии произвольного створа измеряется угол при полигонометрическом знаке на произвольно закрепленный отвес; затем измеряются домеры от линии произвольного створа до ребер (бортов) колец. В полученные расстояния а вводятся поправки по формуле:

,

где l - расстояние, подсчитанное как разность пикетажа кольца и полигонометрического знака;

- разность дирекционных углов трассы и направления с полигонометрического знака на отвес.

Смещения определяются по формулам:

а)

(случай, когда линия произвольного створа приближается к оси тоннеля);

б)

(случай, когда линия произвольного створа удаляется от оси).

При расположении полигонометрического знака на левой стороне тоннеля формулы соответственно видоизменяются:

а) ;

б) .

Значения m, D, , a - те же, что и в п. 14.26.

14.28. На участках переходных кривых инструментальная съемка колец в плане производится от линии тангенса или от стягивающей хорды.

14.29. Съемка колец в плане на переходной кривой от линии, параллельной тангенсу (рис. 14.6.), производится аналогично изложенному в п. 14.26. Смещение полигонометрического знака определяется относительно прямолинейного участка тоннеля. Величина m смещения центра кольца в плане находится по формулам:

или ;

,

где D, , a - те же, что и в п. 14.26;

- расстояние от НПК до определяемой точки;

C - параметр переходной кривой;

q - смещение оси тоннеля относительно оси пути;

L - длина переходной кривой.

О расчетах ординат переходной кривой см. раздел Д главы 11.

14.30. Если съемка колец на переходной кривой производится от линии, параллельной стягивающей хорде (рис. 14.7), смещение кольца в плане определяется по формулам:

или ;

; ,

где - стрела прогиба переходной кривой на пикете определяемого кольца.

Примечание. При определении знаков величин смещений необходимо учитывать указания п. 14.10 о направлении хода забоя.

14.31. На круговой кривой съемка колец в плане производится от линии, параллельной хорде (на рис. 14.8 - линия ПЗ 125-М). Для задания ее в натуре теодолит устанавливается над первым полигонометрическим знаком, на втором знаке откладывается величина разности смещений знаков от разбивочной оси (), полученную точку М направляется визирная ось трубы и производится съемка колец аналогично п. 14.26.

Отклонения центров колец в плане от проектной оси вычисляются по формулам:

или

;

; .

Здесь D, a - те же, что и в п. 14.26;

- смещение полигонометрического знака от разбивочной оси;

- стрела прогиба дуги на пикете определяемого кольца;

- стрела прогиба в середине хорды;

- расстояние от середины хорды до стрелы (разность пикетажных значений середины хорды и определяемого кольца);

S - длина всей хорды;

R - радиус разбивочной кривой;

z - смещение оси пути от разбивочной оси;

q - смещение оси тоннеля от оси пути.

Примечания: 1. Если смещение знака вычислено относительно оси тоннеля, q и z в формулах исключаются. Для упрощения обработки съемки колец на участках круговых кривых удобно пользоваться таблицами (А.П. Мазурок. "Таблицы для вычисления ординат путейских реперов и отклонений оси тоннеля от проекта на круговых кривых метрополитена", Ленинград, 1957 г.).

2. При определении знаков величин смещений m необходимо учитывать указания п. 14.10 о направлении хода забоя.

3. О расчетах стрел прогиба на круговой кривой см. раздел Д главы 11.

14.32. Отклонение центра кольца в плане на круговой кривой можно получить и путем определения значения фактического радиуса от центра кривой до центра кольца из решения обратной геодезической задачи (по координатам фактического центра кольца и проектным координатам центра кривой). Сопоставляя полученный фактический радиус с проектным, определяют смещение кольца .

14.33. На круговых кривых съемка колец в плане может производиться и с помощью оптического прибора с клиновидной насадкой (см. главу 15).

14.34. Для составления исполнительных чертежей используются данные окончательной съемки колец от проектного центра тоннеля по восьми радиусам. На криволинейных участках трассы данные используются через 10 м, а на прямых - через 20 м и в характерных местах трассы. Указанная съемка может производиться только от окончательно уравновешенной полигонометрии (после сбоек тоннелей). По результатам съемки определяют соответствие сооруженной обделки габаритным условиям.

14.35. При наличии железнодорожного пути в тоннеле целесообразно радиальную съемку вести от центра, положение которого в натуре фиксируется с помощью передвижного шаблона, устанавливаемого на отрихтованных рельсах.

Д. Определение положения колец в профиле

14.36. Определение положения кольца в профиле производится нивелированием лотка и сравнением полученной отметки с проектной. Проектные отметки тоннеля (на уровне головки рельсов или лотка сооружения) заранее рассчитываются: на прямых участках - через 10 м, на участках вертикальных кривых - через 2 м. Для участков вертикальной кривой подсчет проектных отметок рекомендуется вести с помощью таблиц (В.В. Беляев. "Таблицы расчета вертикальных кривых при сооружении железных дорог и тоннелей", Ленинград, 1957 г.).

Определение положения кольца в профиле можно также производить при помощи реечки с диоптрийным устройством, по горизонтальным щелям сигналов (см. раздел Д главы 15).

14.37. Отклонение лотка в профиле при укладке не должно превышать мм, а после выхода кольца из-под эректора мм.

14.38. Данные нивелирования колец за эректором должны быть сопоставлены с результатами радиальной съемки (см. п. 14.34). Полученные результаты определения положения колец в профиле записываются в книгу-ведомость (см. приложение 14-1).

Е. Определение горизонтальных и вертикальных опережений колец; клиновидные прокладки; исправление отклонений тоннеля при помощи прокладок; определение кручения колец

14.39. Вследствие неизбежного возникновения зазоров между кольцами при их укладке возникает так называемое "набегание колец", составляющее для чугунной обделки величину порядка 0,7-1,0 мм на одно кольцо, а для железобетонной - до 3 мм. Набегание неравномерно распределяется по фланцам (плоскости) кольца и вызывает горизонтальное, а также вертикальное опережения. Наличие опережений вызывает нарастающее отклонение тоннеля от проекта в плане и профиле.

14.40. Горизонтальным опережением () кольца называется уклонение его плоскости от нормали к продольной оси. Величина опережения определяется путем промеров от нормали до плоскости кольца. Нормаль разбивается при полигонометрическом знаке и закрепляется примерно на уровне горизонтального диаметра тоннеля (рис. 14.9).

Одновременно определяется и пикетаж кольца - прибавлением к пикету нормали среднего значения боковых промеров и .

14.41. На участке переходной кривой горизонтальное опережение колец определяется относительно нормали, выставляемой теодолитом от линии тангенса под углом (рис. 14.10). Угол определяется по формуле

,

где - угол в минутах;

I - расстояние от начала переходной кривой до нормали (в метрах);

C - параметр переходной кривой;

- радиан в минутах.

14.42. На криволинейном участке трассы для получения величины горизонтального опережения в промеры и должны быть введены поправки за разность радиусов внешней и внутренней стен тоннеля:

.

Пример. Внутренний диаметр тоннеля м; радиус кривой R = 800 м; , (здесь левая сторона - наружная по отношению к центру кривой, правая - внутренняя); пикетаж нормали: ПК 17 + 56,819.

м;

м.

Горизонтальное опережение мм правое. Пикетаж плоскости определяемого кольца: . Для переходной кривой , где С - параметр переходной кривой. Промеры и берутся от нормали НПК.

14.43. Определив угловую величину горизонтального опережения , можно с достаточным приближением предвычислить положение в плане последующих колец. В случае необходимости опережение устраняется путем постановки клиновидной прокладки (см. п. 14.44).

14.44. На криволинейных участках трассы, при необходимости изменить направление оси тоннеля, применяются клиновидные прокладки (рис. 14.11). Плоскости AВ и СД клиновидной прокладки образуют определенный угол, при этом плоскость AВ перпендикулярна к оси тоннеля. Опережением t клиновидной прокладки называется разность величин a и b; t = a - b. Угловая величина опережения клиновидной прокладки определяется по формуле

или ,

где - внешний диаметр тоннеля;

.

14.45. На криволинейных участках трассы передняя плоскость каждого укладываемого кольца должна опережать плоскость предшествующего на величину

,

где l - ширина укладываемого кольца;

- внешний диаметр кольца;

R - радиус кривой трассы.

14.46. Центр передней плоскости каждого нормального кольца, уложенного после клиновидной прокладки, будет смещаться на величину, определяемую формулой

.

14.47. Расстояние L между двумя смежными клиновидными прокладками определяется формулой

.

Пример. t = 60 мм; R = 600 м; м.

м.

14.48. Количество клиновидных прокладок n для данной кривой определяется формулой

,

где - центральный угол;

- угловая величина поворота, создаваемого клиновидной прокладкой.

14.49. Вертикальным опережением кольца называется уклонение фактической плоскости кольца от вертикальной. Величина фактического вертикального опережения кольца определяется измерением расстояния от отвеса, опущенного с плоскости сводового сегмента кольца до плоскости лоткового сегмента (рис. 14.12).

14.50. В пределах вертикальной кривой изменение проектного положения каждого последующего кольца относительно предыдущего определяется формулой

,

где l - длина кольца;

R - радиус кривой;

- внешний диаметр кольца.

По величине и значению t (см. п. 14.44) рассчитывается расстояние между двумя смежными клиновидными прокладками, при котором кольца тоннельной обделки будут укладываться в соответствии с проектным профилем.

Пример. l = 1 м; R = 4000 м; м; t = 60 мм.

мм.

м.

14.51. При уклонениях тоннеля от проекта в плане или профиле положение его может быть исправлено путем изменения направления передней плоскости колец с помощью клиновидных прокладок (рис. 14.13).

14.52. Горизонтальное опережение и пикетаж колец, а также вертикальное опережение определяются через каждые 8-10 м и обязательно после каждой установленной прокладки. При отклонениях тоннеля, приближающихся к предельно допустимым, а также при укладке колец на кривых небольших радиусов определению опережений должно быть уделено особое внимание.

Величины опережений плоскостей колец не должны превышать: для чугунной обделки мм, для обделки из сборного железобетона мм.

14.53. При укладке колец может возникнуть постепенное нарастание кручения их вокруг продольной оси тоннеля. Причинами кручения могут быть: одностороннее воздействие домкратов (при передвижках щита на криволинейных участках), односторонняя укладка сегментов кольца, одностороннее сболчивание торцов укладываемых сегментов и др.

Кручение колец отрицательно сказывается на положении эректора (блокоукладчика), вызывая его перекос, нарушает сопряжения с боковыми притоннельными сооружениями, приводит к несовпадению по высоте торцов тюбингов в проемных частях станции и т.д.

14.54. Кручение колец определяется нивелированием симметричных сегментов. Величина допуска устанавливается для каждого сооружения проектной организацией.

14.55. Исправление кручения колец производится с помощью ограничителей, постановкой специального кольца, у которого болтовые отверстия просверлены со смещением в одну сторону, односторонним монтажом сегментов, односторонним усиленным сболчиванием торцовых болтов кольца, прокладками и др.

Ж. Съемка тоннельной обделки при применении способа обжатия колец

14.56. При сооружении тоннеля из сборного железобетона способом обжатия колец изменяется геометрия его, увеличивается периметр, сводится к минимуму зазор между обделкой и породой.

14.57. В процессе монтажа обжатие кольца осуществляется:

а) путем вдавливания домкратом специального клина вместо обычного ключевого (замкового) сегмента (рис. 14.14). Предзамковые сегменты имеют торцовые скошенные плоскости, аналогичные клину;

б) при помощи специального пресса с домкратами (рис. 14.15), устанавливаемого на стыке сегментов, у горизонтального диаметра, прижимающего к породе верхнюю и нижнюю половины собранного кольца. В образовавшиеся щели между торцами сегментов вставляются клиновидные прокладки.

14.58. После обжатия кольца клином производится съемка его геометрического очертания обычным способом, по восьми радиусам. Дополнительно измеряются радиусы до середины клина и смежных сегментов, примыкающих к клину. Для контроля нивелируются лоток и свод кольца.