Влияние инженерно-геологических условий на производство подземных работ.
Развитие подземного гидротехнического строительства
Подземные работы в гидротехническом строительстве.
Способ кессона
Способ кессона применяют в сильнообводненных, крупнообломочных или скальных грунтах, когда нежелательны осадки расположенных вблизи сооружений или имеется опасность наплыва грунта в колодец.
Последовательность производства кессонных работ заключается в том, что сначала сооружают кессонную камеру, на потолке которой монтируют шахтную трубу и шлюзовой аппарат. От компрессорной станции в камеру нагнетают сжатый воздух, вытесняя из нее воду. Грунт в кессоне разрабатывают гидромеханическим способом или вручную. По мере погружения кессона на его потолочной части возводят надкессонное строение (50).
Рис. 50. Кессон
а – для заглубленного здания; б – для фундамента глубокого заложения; 1 – шлюзовой аппарат; 2 – шахтная труба; 3 – гидроизоляция; 4 – надкессонное строение; 5 – кессонная камера; 6 - монолитный массив фундамента
Первые подземные гидротехнические сооружения были построены в 1929 – 32 году: Краснокертская, Дзорагентская (Армения), Ульбинская ГЭС на Урале.
В 1935 - 36 годах были построены Рионская и Баксанская ГЭС. В 1939 году начато строительство ГЭС НИВа -3. В 1940 ÷ 50 годах построены НИВа -3, Севанская, Арзнинская, Ладжанурская ГЭС. В 1960 ÷ 70 годы начато строительство Токтогульской, Чарвакской, Чиркейской, Ингурской (Рис. 51.), Татевской, Копчагайской, Атбашинской, Нурекской ГЭС. Планом развития гидротехнического строительства было предусмотрено строительство целого ряда крупных ГЭС с подземными комплексами.
Рис. 51. Строительство Ингурской ГЭС
а – продольный профиль по деривации Ингурской ГЭС: 1 – водоприемник; 2 – деривационный напорный туннель диаметром 9,5 м; 3 – уравнительная шахта; 4- напорная шахта; 5 - подземный машинный зал ГЭС на пять агрегатов по 260 тыс. кВт; 6 – отводящий туннель; I, II – перепадные ГЭС на отводящем канале; б – поперечный разрез по поземному машинному залу Ингурской ГЭС: 1 – турбинные водоводы; 2 - агрегаты по 260 тыс. кВт; 3 – машинный зал; 4 – железобетонный свод; 5 – отводящая камера; 6 – шинная шахта.
При строительстве гидротехнических туннелей и подземных ГЭС сооружаются шахты и камеры различного назначения, транспортные туннели и т.п. Большой объем подземных работ неизбежен при строительстве высоких плотин в горных условиях; к этим работам относится устройство разведочных штолен и шахт, цементационных штолен, водосбросных шахт и туннелей, туннелей для отвода реки в период постройки плотины, туннелей и шахт для укрепления склонов и т.п.
Таким образом, подземное строительство является весьма обширной и важной областью гидротехники. Вместе с тем это строительство весьма сложно и специфично, так как в большой степени зависит от геологических условий, недоучет которых может привести к авариям и катастрофам.
Инженерно-геологическая характеристика породного массива определяется в процессе изысканий, до начала проектирования в соответствии с «Руководством по инженерно-геологическим изысканиям для строительства подземных гидротехнических сооружений». В процессе изысканий описывается геологическое строение района, состав пород, характер и интенсивность трещиноватости, тектоническая особенность массива, наличие и мощность нарушенных зон, геотермальные условия, величина и состав покровных отложений, гидрогеологические условия, загазованность.
Инженерно-геологическая характеристика массива складывается из ряда показателей, характеризующих пригодность его размещения подземных сооружений. Одной из важнейших характеристик горных пород является прочность, величина которой оценивается коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова:
f = Rcж/100 ~tgϯ, (39)
где R – временное сопротивление породы сжатию в кГ/см2;
ϯ – угол внутреннего трения породы.
Природный массив обычно ослаблен трещинами, заполненными слабо связанным материалом, и плоскостями напластований. В следствии этих факторов, значение f может быть много меньше чем в образке и определяется по формуле:
fм=f kс
где kс - коэффициент ослабления породы.
Значение kс принимается в пределах от 0,2 до 0,9 в зависимости от величины расстояний между поверхностями ослабления.
Величина коэффициента крепости определяет сопротивление породы бурению. Ориентация основных систем трещин оказывает влияние на величину горного давления. Величина горного давления определяется величиной объема вывала горной породы (Рис.52), а следовательно, определяет выбор типа временной крепи и постоянной обделки.
Рис. 52 Схемы проходки туннелей в горных массивах.
а - вывалы в слоистой породе; б – туннель, идущий в крест простирания пластов; в – туннель, идущий вдольпростирания пластов; г – туннель вдоль сбросовой трещины; д – туннель через синклиналь и антиклиналь; г – туннель в антиклинали; ж – туннель через карст: 1 – известняки; 2 – карстовая пещера; 3 – фундамент; 4 - засыпка.