«Тоннелестроение: Практическое руководство»

Рис. 67. — Схема, показывающая модификацию метода верхнего и нижнего уступов.

Еще одна модификация метода верхнего и нижнего уступов, часто применяемая американскими инженерами, показана на рис. 67. Она заключается в разделении сечения тоннеля на три части горизонтальными линиями. Полученные части — это, во-первых, верхний уступ, разрабатываемый вблизи кровли и такой же ширины, как все сечение тоннеля; во-вторых, верхний нижний уступ в середине и, наконец, нижний уступ, разрабатываемый до глубины проектного пола тоннеля. Разработка ведется в числовом порядке, начиная с верхнего уступа, который разрабатывался, как обычно, с помощью центрального вруба и боковых шпуров на полную ширину проектируемого тоннеля. Сначала удаляется верхний нижний уступ, затем нижний уступ с помощью вертикальных шпуров, пробуренных соответственно с пола верхнего уступа и пола верхнего нижнего уступа.

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ.

Различия между методом штольни и методом верхнего уступа при разработке тоннелей в скальных породах заключаются главным образом в способах разработки, крепления и транспортировки. При использовании метода штольни передовая галерея открывается вдоль пола тоннеля до того, как удаляется верхняя часть сечения, а при использовании метода верхнего уступа верхняя часть сечения полностью разрабатывается до того, как будет разработана какая-либо часть сечения ниже. При использовании метода штольни обычно применяется полигональное крепление, а при методе верхнего уступа — продольное крепление. В методе штольни транспортировка осуществляется одной системой путей на одном уровне, тогда как в методе верхнего уступа используются две системы путей на разных уровнях.

Пожалуй, невозможно без оговорок сказать, какой метод лучше. Европейские инженеры, работавшие как на тоннеле Мон-Сени, так и на тоннеле Сен-Готард, пройденных соответственно методами штольни и верхнего уступа, имели возможность на практике наблюдать преимущества и недостатки этих двух методов. Их вывод заключался в том, что метод штольни более удобен для тоннелей, проходящих через твердые и плотные породы, а метод верхнего уступа лучше для тоннелей в трещиноватых и разрушенных породах. Чтобы подтвердить это мнение, были проведены эксперименты в одном из тоннелей, ведущих к большому тоннелю Сен-Готард. В коротком тоннеле разработка велась методом штольни с одного портала, в то время как у другого применялся метод верхнего уступа. Хотя общее правило полностью подтвердилось, условия у порталов не были идентичными. Более убедительные эксперименты были проведены г-ном Айрой А. Шейлером, подрядчиком секции IV Нью-Йоркской скоростной железной дороги. У него была возможность прокладывать два параллельных тоннеля под Мюррей-Хилл на расстоянии всего 17 футов друг от друга. Восточный тоннель был пройден методом штольни, западный — методом верхнего уступа. После нескольких месяцев работы г-н Шейлер заявил, что в его случае метод штольни был более удобным. Он мог отказаться от бурения нескольких шпуров при каждом продвижении, тем самым достигая экономии времени, труда и материалов, не говоря уже о преимуществе более простой транспортировки породы. Он обещал опубликовать свои результаты на благо профессии, но, к сожалению, погиб в результате несчастного случая в тоннеле до завершения работ.

Преимущество, которое метод штольни дает в длинных тоннелях, заключается в том, что вода, которая обычно встречается в больших количествах под высокими горами, легко собирается в штольне и отводится в водосток, в то время как при методе верхнего уступа вода из передовой галереи, прежде чем попасть в водосток, построенный на полу тоннеля, должна пройти через все рабочие места. Это может быть серьезным неудобством, когда вода встречается в больших количествах, как, например, в тоннеле Сен-Готард, где приток составлял 57 галлонов в секунду.

ГЛАВА XII. РАЗРАБОТКА ТОННЕЛЕЙ В МЯГКИХ ГРУНТАХ; ОБЩЕЕ ОБСУЖДЕНИЕ; БЕЛЬГИЙСКИЙ МЕТОД.

ОБЩЕЕ ОБСУЖДЕНИЕ.

Можно считать общепризнанной истиной, что разработка тоннелей в мягких грунтах — самая сложная задача, стоящая перед инженером-тоннельщиком. Однако под общим термином «мягкий грунт» подразумевается большое разнообразие материалов, начиная от слоистых мягких пород и самых устойчивых песков и глин и заканчивая слоистой глиной наихудшего качества. Из этого очевидно, что некоторые виды тоннелестроения в мягких грунтах могут быть менее сложными, чем тоннелестроение в скальных породах, а другие могут представлять почти непреодолимые трудности. Однако, если рассматривать как легкие, так и сложные материалы вместе, точность сделанного ранее утверждения остается верной в общем смысле. Каким бы ни было мнение по этому вопросу, нет оснований оспаривать утверждение, что сложность проходки в более мягких и коварных глинах, торфах и песках выше, чем при проходке в твердых грунтах и скальных породах; и если мы опишем методы, которые успешно используются при проходке в очень неустойчивых материалах, не составит труда адаптировать их для работы с устойчивыми материалами.

Характеристики тоннелестроения в мягких грунтах.

— Основными характеристиками, отличающими тоннелестроение в мягких грунтах, являются, во-первых, то, что материал разрабатывается без использования взрывчатых веществ, и, во-вторых, то, что выработка должна крепиться практически сразу после завершения. В коварных грунтах разработка также представляет другие характерные явления: материал, образующий стенки выработки, имеет тенденцию к обрушению и сползанию. Эта тенденция может проявиться сразу после разработки или может развиваться медленнее из-за выветривания и других естественных причин. В любом случае кровля выработки стремится обрушиться, бока стремятся обрушиться внутрь и сжаться, а подошва стремится вспучиться или подняться вверх. В материалах очень неустойчивого характера эти движения оказывают огромное давление на крепление, а в особо плохих случаях могут полностью разрушить и раздавить его. Снаружи тоннеля поверхность земли над ним оседает на значительном расстоянии с каждой стороны от линии тоннеля.

Методы тоннелестроения в мягких грунтах.

— Существует множество методов проходки тоннелей в мягких грунтах. Некоторые из них, такие как метод плывуна и щитовой метод, полностью различаются по характеру, в то время как в других, таких как бельгийский, немецкий, английский, австрийский и итальянский методы, разница заключается просто в различном порядке проходки штолен и верхних уступов, в разнице в количестве и размере этих передовых галерей и в различных формах используемого крепежного каркаса. В этой книге щитовой метод рассматривается отдельно; но описания бельгийского, немецкого, английского, австрийского, итальянского методов и метода плывуна сгруппированы вместе в этой и трех последующих главах для удобства сравнения.

БЕЛЬГИЙСКИЙ МЕТОД ПРОХОДКИ ТОННЕЛЕЙ В МЯГКИХ ГРУНТАХ.

Рис. 68 и 68А. — Схемы, показывающие последовательность разработки при бельгийском методе.

Бельгийский метод проходки тоннелей в мягких грунтах был впервые применен в 1828 году при разработке тоннеля Шарлеруа канала Брюссель-Шарлеруа в Бельгии, и он получил свое название от страны, в которой возник. Отличительной характеристикой метода является возведение свода до строительства боковых стен и обратного свода. Поэтому разработка начинается с проходки центрального верхнего уступа, который расширяется до тех пор, пока не будет открыто все сечение выше пят свода. Были разработаны различные модификации этого метода, и некоторые из наиболее важных из них будут описаны далее, но мы начнем его рассмотрение здесь с описания первоначального и обычного порядка действий.

Разработка.

— Рис. 68 представляет собой схему разработки при бельгийском методе проходки тоннелей. Разработка начинается с открытия центрального верхнего уступа № 1, который продвигается вперед на большее или меньшее расстояние, в зависимости от характера грунта, и немедленно крепится. Затем этот уступ углубляется путем разработки части № 2 до глубины, соответствующей пятам свода. Следующим шагом является удаление двух боковых частей № 3 путем атаки их с двух фронтов и с боков четырьмя бригадами проходчиков. Регулярность и эффективность описанного порядка действий заключаются в принятии таких размеров для этих нескольких частей сечения, чтобы каждая из них разрабатывалась с одинаковой скоростью. Когда верхняя часть сечения разработана, как описано, строится свод, пяты которого опираются на неразработанный грунт внизу. Эта часть сечения разрабатывается путем удаления сначала центральной траншеи № 4 до глубины подошвы тоннеля, а затем путем удаления двух боковых частей № 5. Поскольку эти боковые части № 5 должны поддерживать свод, их необходимо разрабатывать таким образом, чтобы не подвергать его опасности. С интервалами вдоль центральной траншеи № 4 выкапываются поперечные или боковые траншеи шириной около 2 футов, и вставляются стойки для поддержки каменной кладки, ранее поддерживаемой удаленным грунтом. Следующим шагом является расширение этих боковых траншей и установка стоек до тех пор, пока весь материал в частях № 5 не будет удален.

Когда проникаемый материал достаточно прочен, чтобы это позволить, план разработки, проиллюстрированный схемой на рис. 68А, заменяется на более типичный, только что описанный. Единственная разница в двух методах заключается в плане разработки верхней части профиля, который во втором методе состоит в проходке сначала центрального верхнего уступа № 1, а затем в удалении остальной части сечения выше пят свода за одну операцию, в то время как в первом методе это делается за две операции. Расстояние впереди обделки, на которое могут быть пройдены различные части, варьируется от 10 футов до, в некоторых случаях, 100 футов, будучи очень коротким в коварных грунтах и длиннее, чем устойчивее материал.

Крепление.

— Продольный метод крепления с затяжкой, идущей поперек тоннеля, всегда применяется в бельгийском методе проходки. При проходке первого центрального верхнего уступа через определенные интервалы устанавливаются пары вертикальных стоек, несущих поперечный верхняк. На этих верхняках располагаются два продольных бруса, которые, в свою очередь, поддерживают седловидные доски. По мере разработки части № 2, рис. 68, вертикальные стойки заменяются наклонными стойками А и В, рис. 69. Разработка частей № 3 начинается сверху, при этом затяжка a и b вставляется по мере продвижения работ. Для поддержки внешних концов этих затяжек вставляются продольные брусья X и Y, которые поддерживаются наклонными стойками C и D. Точно так же устанавливаются затяжка c и d, продольные брусья V и W и стойки E и F; и эта процедура повторяется до тех пор, пока вся верхняя часть сечения не будет закреплена, как показано на рис. 69, при этом поперечные распорки x, y, z и т. д. вставляются для надежного удержания радиальных стоек в нужном положении. Пяты различных радиальных стоек опираются на лежень MN. Эти веерообразные деревянные конструкции устанавливаются с интервалами от 3 до 6 футов, в зависимости от качества проникаемого грунта.

Рис. 69. — Эскиз, показывающий радиальное крепление кровли, бельгийский метод.

Рис. 70. — Эскиз, показывающий кружало свода, бельгийский метод.

Кружала.

— В бельгийском методе при укладке свода могут использоваться как дощатые, так и ферменные кружала, но формой кружал, обычно применяемой, является ферменное кружало, сконструированное так, как показано на рис. 70. Можно сказать, что оно состоит из фермы с центральной стойкой, опирающейся на модифицированную форму фермы с двумя стойками. Затяжка и ригель фермы с двумя стойками разнесены примерно на 7 футов, а сами стойки оставлены достаточно далеко друг от друга, чтобы обеспечить проход рабочих и вагонеток между ними. Затяжка фермы с центральной стойкой прикреплена к ригелю фермы с двумя стойками железными полосами. На стропилах двух ферм закреплены брусья, внешние края которых обрезаны по кривой свода. Эти кружала устанавливаются посередине между веерообразными крепежными рамами, описанными ранее. Обычно они строятся из квадратных брусьев. Затяжки обычно имеют сечение 6 × 6 дюймов, а стойки и подкосы — 4 × 4 дюйма. Причина придания больших сечений затяжкам, вопреки обычной практике строительства кружал, заключается в том, что они должны служить лежнем для распределения давления на основание из неразработанного грунта, которое поддерживает кружало. Иногда для поддержки кружала на грунте используется подлежень; и в любом случае для его поддержки используются клинья, которые можно удалить для снятия кружала. После завершения свода кружала могут быть удалены немедленно или могут быть оставлены на месте до тех пор, пока кладка полностью не схватится. В любом случае передовое кружало, над которым временно заканчивается кладка свода, оставляется на месте до тех пор, пока не будет построен следующий участок свода.

Каменная кладка.

— Кладка свода, которая является первой построенной частью, по необходимости начинается от пят, и первый ряд опирается на короткие отрезки тяжелых досок. Эти доски, помимо создания ровной поверхности, с которой можно начинать кладку, необходимы для обеспечения опоры стойкам, вставленным для поддержки свода, пока грунт под ними, часть № 5, рис. 68, разрабатывается. По мере того как кладка свода продвигается от пят вверх, радиальные стойки крепления удаляются и заменяются короткими стойками, опирающимися на затяжку кружал, которые поддерживают замковые брусья или продольные элементы до тех пор, пока кладка не будет на месте, после чего они и затяжка удаляются, а пространство между кладкой свода и стенками выработки заполняется камнем или хорошо утрамбованным грунтом.

Рассматривая теперь кладку боковых стен, следует помнить, что при разработке части № 5, рис. 68, сечения часто выкапывались боковые траншеи и вставлялись стойки, чтобы принять на себя вес кладки. Эти стойки вставляются под наклоном, их пяты находятся около центра пола тоннеля, так что кладка боковых стен может быть доведена за ними до высоты, максимально близкой к пятам свода. Когда это сделано, стойки удаляются, а пространство, оставшееся между верхом частично законченной боковой стены и сводом, заполняется. Это оставляет свод поддерживаемым чередующимися участками или столбами неразработанного грунта и законченной боковой стены. Следующим шагом является удаление оставшихся участков грунта между участками боковой стены и заполнение пространства кладкой. Рис. 71 представляет собой поперечное сечение, показывающее кладку, завершенную для одной половины, и наклонные стойки в положении для другой половины; а рис. 72 — продольный разрез, показывающий столбы неразработанного грунта между последовательными комплектами наклонных стоек и несколько других деталей обделки, крепления и разработки.

Рис. 71. — Эскиз, показывающий метод подведения боковых стен под свод.

Рис. 72. — Продольный разрез, показывающий строительство бельгийским методом.

Кладка обратного свода строится после завершения боковых стен. Это считается недостатком данного метода проходки тоннелей, поскольку боковые давления могут сжать боковые стены и деформировать свод до того, как обратный свод будет на месте, чтобы распереть их. Чтобы максимально предотвратить деформацию свода после снятия кружал, считается хорошей практикой раскреплять кладку горизонтальными балками, концы которых упираются в доски, как показано на рис. 71. Эти горизонтальные балки должны быть расположены с малыми интервалами и поддерживаться в промежуточных точках вертикальными стойками, как показано на рисунке. Поскольку пяты свода некоторое время поддерживаются непосредственно неразработанным грунтом внизу, возможна осадка, особенно при работе в мягком грунте. Этот факт может быть не очень важным, пока осадка равномерна и не настолько велика, чтобы вторгаться в пространство, необходимое для безопасного проезда транспорта. Чтобы предотвратить последнюю возможность, кружала устанавливаются на 9–15 дюймов выше их истинного положения, в зависимости от характера грунта, так что возможна значительная осадка без какой-либо опасности нарушения необходимого поперечного сечения. В заключение следует отметить, что обделка может быть построена в виде серии последовательных колец или как единая цилиндрическая масса.

Транспортировка.

— Поскольку в этом методе проходки тоннелей верхняя часть сечения разрабатывается и обделывается до начала разработки нижней части, верхняя часть всегда более продвинута, чем нижняя. Поэтому для вывоза грунта, разработанного в забое, приходится преодолевать подъем; и это обычно делается путем строительства наклонной плоскости, поднимающейся от пола тоннеля к полу верхнего уступа, как показано на рис. 72. Эта наклонная плоскость, конечно, должна перемещаться вперед по мере продвижения работ, и чтобы позволить это перемещение с как можно меньшим прерыванием других работ, используются две плоскости. Одна возводится с правой стороны сечения и служит для пропуска движения, пока левая сторона нижнего сечения разрабатывается на некотором расстоянии впереди и возводится другая плоскость. Уклон, придаваемый этим плоскостям, зависит от размера перевозимых грузов, но они всегда должны иметь как можно более пологий уклон. На этих плоскостях и вдоль пола верхней части сечения прокладываются узкоколейные пути, проходящие через центральный проем, упомянутый ранее как оставляемый в кружалах и креплении.

При разработке центрального верхнего уступа, конечно, есть еще один подъем к его полу от пола верхней части сечения. Там, где, как это обычно бывает в мягких грунтах, этот верхний уступ не продвигается очень далеко вперед, грунт из забоя обычно доставляется назад в тачках и высыпается в вагонетки, стоящие на путях внизу. В твердых грунтах, где уступ продвигается слишком далеко вперед, чтобы сделать этот метод транспортировки адекватным, пути также прокладываются по полу уступа, и строится наклонная плоскость, соединяющая его с путями на следующем уровне ниже. Вместо этих наклонных плоскостей, а также вместо тех, что между полом тоннеля и уровнем выше, иногда используется какая-либо форма подъемного устройства для подъема вагонеток с одного уровня на другой. Есть некоторые преимущества этого метода с точки зрения экономии, но подъемные машины нелегко обслуживать в темноте, и возможны несчастные случаи.

Рис. 73. — Схема, показывающая последовательность разработки в модифицированном бельгийском методе.

В передовом верхнем уступе и в верхней части сечения обязательно используются узкоколейные пути, и они могут быть продолжены вдоль пола законченного сечения, или постоянные ширококолейные железнодорожные пути могут быть уложены по мере завершения полного сечения. В первом случае постоянные пути не укладываются до тех пор, пока весь тоннель не будет практически завершен; а во втором случае, если не уложен третий рельс, грузы приходится перегружать с ширококолейных на узкоколейные пути или наоборот. Более общая практика — использовать третий рельс, а не перегружать каждый груз.

Модификации.

— Учитывая степень, в которой применялся бельгийский метод проходки тоннелей, неудивительно, что было разработано много модификаций стандартного порядка действий. Модификация, которая больше всего отличается от стандартной формы, пожалуй, та, что была принята при разработке тоннеля Розебек в Германии. Этот метод сохраняет главную характеристику бельгийского метода, которая заключается в строительстве верхней части сечения в первую очередь; но вместо строительства боковых стен снизу вверх, они строятся небольшими участками сверху вниз. Разработка начинается с проходки центрального верхнего уступа № 1, рис. 73, пол которого находится на уровне пят свода, а затем разрабатываются две боковые части № 2, открывая всю верхнюю часть сечения, в которой строится свод, как в обычном бельгийском методе. Следующим шагом является разработка части № 3, с креплением свода через частые интервалы. Между этими комплектами крепления строятся боковые стены, опирающиеся на доски на полу части № 3, а затем комплекты креплений удаляются и заменяются кладкой. Затем разрабатывается часть № 4, крепится и заполняется кладкой, как и часть № 3. Точно так же части 5, 6, 7 и 8 строятся в пронумерованном порядке. Чтобы предотвратить деформацию свода во время строительства боковых стен, он распирается горизонтальными стойками, как указано выше на рис. 71.

Преимущества.

— Преимущества бельгийского метода проходки тоннелей можно резюмировать следующим образом: (1) разработка ведется одновременно в нескольких точках, при этом различные бригады проходчиков не мешают друг другу, что обеспечивает быстроту и эффективность работы; (2) разработка выполняется путем проходки ряда штолен или частей малого сечения, которые немедленно крепятся, что вызывает минимальное нарушение окружающего материала; (3) свод тоннеля, который является частью обделки, подвергающейся наибольшим давлениям, строится первым.

Рис. 74. — Эскиз, показывающий разрушение свода путем раскрытия в замке.

Недостатки.

— Недостатки бельгийского метода проходки тоннелей можно резюмировать следующим образом: (1) свод, который сначала опирается на сжимаемый грунт, подвержен осадке; (2) до строительства обратного свода существует опасность деформации или сползания свода и боковых стен под боковыми давлениями; (3) кладку боковых стен приходится подводить под кладку свода.

Несчастные случаи и ремонт.

— Одним из наиболее частых несчастных случаев в бельгийском методе проходки тоннелей является осадка свода из-за его неустойчивого основания на неразработанном грунте нижней части сечения. Величина осадки может варьироваться от нескольких дюймов в твердом грунте до более чем 2 футов в рыхлых грунтах. Чтобы противодействовать эффекту этой осадки, общей практикой является строительство свода на несколько дюймов выше его нормального положения. Когда осадка становится достаточно большой, чтобы серьезно нарушить сечение тоннеля, приходится проводить ремонт; и единственный способ его выполнения — снести свод и перестроить его от боковых стен. Обычно считается лучшим не сносить свод до тех пор, пока не будет уложен обратный свод, так что после завершения обделки заново дальнейшие нарушения маловероятны.

Поворот свода вокруг его замкового камня или раскрытие свода в замке из-за сжатия пят боковыми давлениями — еще один характерный несчастный случай. Рис. 74 показывает характер полученной деформации; сегменты свода движутся навстречу друг другу, вращаясь на внутренних краях замкового камня, которые при этом ломаются и раздавливаются, в то время как внешние края раскрываются. Именно для предотвращения этого явления используются горизонтальные стойки, показанные на рис. 71. Способ ремонта этого повреждения различается в зависимости от степени повреждения. Когда внутренние края замкового камня лишь слегка раздавлены, ремонт выполняется, как показано на рис. 75. Однако, когда замковый камень полностью раздавлен, это указывает на то, что материал замкового камня, обычно кирпич, недостаточно прочен, чтобы противостоять давлению, и целесообразно заменить его при ремонте более прочным материалом, и строится каменный замковый камень, как показано на рис. 75. Средний камень этого замкового камня проходит через всю глубину кольца свода, а два боковых камня — только наполовину, их цель — лишь противостоять раздавливающим силам, которые наиболее велики у внутреннего очертания. Иногда, когда давления несимметричны, кольцо свода ломается как в пятах, так и в замке, как показано на рис. 75, который также указывает способ ремонта. Он состоит в сносе первоначального свода и перестройке его с каменными клинчатыми камнями, вставленными вместо кирпича, в котором произошел разрыв.

Рис. 75. — Эскизы, показывающие методы ремонта разрушений свода.

Увеличенная иллюстрация

ГЛАВА XIII. НЕМЕЦКИЙ МЕТОД — РАЗРАБОТКА ТОННЕЛЕЙ В МЯГКИХ ГРУНТАХ (продолжение); ТОННЕЛЬ БАЛТИМОРСКОЙ ПОЯСНОЙ ЛИНИИ.

Немецкий метод проходки тоннелей был впервые использован в 1803 году при строительстве канала Сен-Кантен. В 1837 году тоннель Кёнигсдорф железной дороги Кёльн — Ахен был разработан тем же методом. Успех метода в этих двух сложных участках тоннелестроения в мягких грунтах привел к его широкому распространению по всей Германии, и по этой причине его постепенно стали называть немецким методом. Кратко объясняя, метод заключается в разработке сначала кольцевой галереи, в которой боковые стены и свод строятся полностью до удаления центрального ядра и строительства обратного свода.

Рис. 76. — Схемы, показывающие последовательность разработки в немецком методе проходки тоннелей.

Разработка.

— Разработка тоннелей немецким методом начинается либо с проходки двух нижних боковых штолен, либо с проходки центрального верхнего уступа. Рис. 76 показывает порядок действий при использовании нижних боковых штолен для начала работ. Две боковые штольни № 1 делаются шириной от 7 до 8 футов и высотой около одной трети общей высоты полного сечения; ширина каждой штольни должна быть достаточной для строительства кладки и крепления, а также для прохода узких вагонеток с породой вдоль них. Эти штольни увеличиваются в высоту до пяты свода путем разработки двух штолен № 2. Затем проходится центральный верхний уступ № 3, и, наконец, разрабатываются два уступа пяты № 4. Центральное ядро № 5 используется для поддержки крепления до тех пор, пока боковые стены и свод не будут завершены, после чего оно сносится и удаляется. В случае очень рыхлого материала, где первые боковые штольни нельзя провести на высоту одной трети высоты сечения, обычной практикой является делать их высотой около одной четверти и удалять боковые части кольцевой галереи в три приема, как показано на рис. 76.

Рис. 77. — Схема, показывающая последовательность разработки в водоносном материале, немецкий метод.

План начала разработки с центрального верхнего уступа обычно используется в твердых материалах или когда в верхней части сечения встречается водоносный горизонт. В последнем случае сначала проходится небольшая нижняя штольня А, рис. 77, для служения дренажем; но в любом случае собственно разработка тоннеля состоит в проходке сначала центрального верхнего уступа № 1, а затем путем работы в обе стороны вдоль профиля удаляются части № 2, 3, 4 и 5. Часть № 6 оставляется для поддержки крепления до тех пор, пока не будут построены боковые стены и свод, после чего она также разрабатывается.

Крепление.

— Когда разработка начинается с нижних боковых штолен, эти штольни крепятся путем установки вертикальных стоек вплотную к стенкам штольни и размещения верхняка поперек кровли штольни. Боковые стойки обычно поддерживаются лежнями, уложенными поперек подошвы штольни. Эти каркасы из стоек, верхняка и лежня устанавливаются через короткие интервалы, а кровля и, при необходимости, стенки штольни между ними поддерживаются с помощью продольной затяжки, идущей от одной рамы к следующей. Верхняки крепления для нижних штолен служат лежнями для точно такого же крепления уступа непосредственно выше. Для поддержки дополнительного веса и обеспечения строительства боковых стен крепление нижних штолен усиливается путем вставки промежуточной стойки между первоначальными боковыми стойками каждой рамы. Эти промежуточные стойки вставляются не в центре рам или комплектов, а вплотную к линии кладки стены, как показано на рис. 78. Это эксцентричное положение стойки позволяет избежать помех при транспортировке, а также позволяет удалить соседнюю боковую стойку при строительстве кладки.

Рис. 78. — Эскиз, показывающий работу по разработке и креплению штолен и уступов.

Рис. 79. — Эскиз, показывающий метод крепления кровли.

Применяются два метода крепления свода выработки, один из которых является модификацией продольной системы, используемой в английском методе проходки тоннелей, описанном в следующей главе, а другой — модификацией бельгийской системы, описанной ранее. Рис. 79 показывает метод использования радиального крепления бельгийской системы. В начале центральный верхний уступ крепится прямоугольными рамами, подобными тем, что используются для крепления штолен. По мере расширения этого уступа путем удаления секций пяты вставляются радиальные стойки, как показано на рис. 79, который также указывает метод крепления боковых траншей, когда разработка ведется вниз от центрального верхнего уступа, а не вверх от нижних боковых штолен.

Каменная кладка.

— Какой бы план разработки или крепления ни использовался, строительство каменной обделки в немецком методе проходки тоннелей начинается от оснований боковых стен и ведется вверх к своду. Обратный свод, если он требуется, строится после удаления центрального ядра грунта.

Кружала.

— В немецком методе проходки тоннелей обычно используются тоннельные кружала, распространенная конструкция которых показана на рис. 80. По сути, это ферма с двумя стойками, затяжка которой опирается на поперечный лежень, как показано на рисунке. Поперечный лежень поддерживается вдоль своей центральной части неразработанным центральным ядром грунта, а по концам — либо непосредственно на вертикальных стойках, либо на продольных балках, опирающихся на эти стойки. Диагональные элементы фермы с двумя стойками образуют нижние пояса небольших ферм с центральной стойкой, которые используются для наращивания внешнего элемента кружала для более точного приближения к кривой свода.

Рис. 80. — Эскиз, показывающий кружала свода и строительство свода.

Транспортировка.

— Когда используется план разработки с нижними боковыми штольнями, порода из забоя штольни удаляется в узкоколейных вагонетках, движущихся по путям, уложенным как можно ближе к центральному ядру. Эти же вагонетки используются для вывоза породы из штолен выше через отверстия, оставленные в потолочном креплении нижних штолен. Порода из секций свода может удаляться теми же линиями вагонеток, что используются при разработке штолен, или для этой специальной цели может быть уложен узкоколейный путь поверх центрального ядра. В последнем случае пути свода обычно соединяются с помощью наклонных плоскостей с путями на подошвах боковых штолен. Однако, как правило, отдельная линия вагонеток для свода не используется, если материал не настолько прочен, что уступы и штольни можно продвигать на большое расстояние впереди кладочных работ. При плане начала разработки с центрального верхнего уступа путь для вагонеток, конечно, должен быть уложен поверх центрального ядра. Само центральное ядро удаляется с помощью путей для вагонеток вдоль пола законченного тоннеля.

Преимущества и недостатки.

— Как и бельгийский метод проходки тоннелей, немецкий метод имеет свои преимущества и недостатки. Поскольку разработка состоит сначала только из узкой кольцевой галереи, равновесие грунта не сильно нарушается, и крепление не должно быть таким тяжелым, как в методах, где проем намного больше. Ненарушенное центральное ядро также обеспечивает отличную опору для крепления и для кружал, на которых строятся своды. Еще одним важным преимуществом метода является то, что строительство каменной обделки начинается логично снизу и продвигается вверх, и возможна более однородная и устойчивая конструкция. Большим недостатком метода является малое пространство, в котором приходится выполнять транспортировку. Вагонетки с породой практически заполняют узкие штольни при движении к забою и обратно и сильно мешают работе плотников и каменщиков. Другим возражением против метода является то, что обратный свод — самая последняя часть обделки, которая должна быть построена. Это может не быть серьезным возражением в достаточно плотных и устойчивых материалах, но в очень рыхлых грунтах всегда существует опасность сжатия боковых стен до того, как кладка обратного свода будет на месте, чтобы удержать их. В целом трудности имеют такой характер, который ведет к увеличению стоимости метода, и именно поэтому сегодня он редко используется даже в стране, где был впервые разработан и некоторое время широко применялся. Для ремонта несчастных случаев, таких как обрушение законченных тоннелей, немецкий метод проходки тоннелей часто используется из-за легкости, с которой выполняется крепление. В таких случаях стоимость используемого метода играет небольшую роль, пока он безопасен и оперативен.

ТОННЕЛЬ БАЛТИМОРСКОЙ ПОЯСНОЙ ЛИНИИ.

В последние несколько лет в этой стране для строительства нескольких железнодорожных тоннелей использовалась модификация немецкого метода. Модификация заключается в разработке двух боковых штолен до пяты свода проектируемого тоннеля. Затем вблизи замка разрабатывается центральный уступ, который впоследствии расширяется до всего сечения тоннеля. В то же время в боковых штольнях строится кладка от основания вверх. С пола уже разработанной и закрепленной верхней части сечения верх кладки штолен достигается с помощью небольших боковых выработок; таким образом, обделка делается непрерывной до замкового камня. Центральное ядро или нижний уступ удаляется после того, как тоннель был обделан.

Наиболее важным тоннелем, пройденным этим методом, был тоннель Балтиморской поясной железной дороги, описание которого приводится ниже:

Компания Baltimore Belt Ry. Co. была организована в 1890 году должностными лицами железных дорог Baltimore & Ohio и Western Maryland, а также балтиморскими капиталистами для строительства 7 миль двухпутной железной дороги, проходящей преимущественно в черте города Балтимор. Эта железная дорога частично состояла из открытых выемок и насыпей, а частично — из тоннеля; ее целью было предоставить указанным компаниям возможность доставлять своих пассажиров и грузы в центр города. Для выполнения работ заинтересованными сторонами была организована компания Maryland Construction Co., и в сентябре 1890 года эта компания заключила контракт на строительство с фирмой Ryan & McDonald из Балтимора, штат Мэриленд. Основные трудности при производстве работ были сосредоточены на строительстве тоннеля под Говард-стрит длиной 8350 футов, проходящего под главной деловой частью города.

Пройденные грунты.

— Грунты, пройденные тоннелем, были почти всех видов и консистенций, но преимущественно представляли собой песок различной степени зернистости с прослойками суглинка, глины и гравия. Некоторая глина была настолько твердой и вязкой, что ее можно было удалить только путем взрывных работ. В нескольких местах также была встречена скальная порода. Однако по большей части работы велись в мягких грунтах, дающих большее или меньшее количество воды, что потребовало принятия необычных мер предосторожности во избежание просадки улицы и, как следствие, повреждения зданий вдоль трассы. Было встречено большое количество воды. Как правило, эту воду можно было отвести с помощью дренажа и насосов, а предотвратить наплыв грунта — путем заполнения пространства между креплением сеном или другими материалами. В местах, где приток был наибольшим и грунт наплывал, несмотря на заполнение сеном, был применен метод забивки 6-дюймовых перфорированных труб в борта выработки и нагнетания через них цементного раствора в грунт для его закрепления. Эти трубы проникали в грунт примерно на 10 футов, и этот метод оказался весьма эффективным для предотвращения притока воды.

Разработка выработки.

— Разработка велась по немецкому методу тоннелестроения. Сначала проходились нижние боковые выработки, которые затем расширялись до уровня пят свода. Далее проходился центральный верхний забой, и разрабатывались участки пяты свода. Цель начала разработки с нижних боковых выработок заключалась в осушении грунта верхней части сечения. Центральное ядро удалялось после завершения боковых стен и свода, причем его удаление велось с отставанием от передового забоя на 50–75 футов. Размеры самих боковых выработок составляли около 8 × 8 футов, но их часто проводили значительно ниже уровня пола, чтобы обеспечить прочное основание для боковых стен.

Крепление.

— Боковые выработки крепились с помощью рам, состоящих из двух наклонных стоек, опирающихся на доски, и имеющих верхняк, проходящий поперек кровли выработки. Эти рамы устанавливались с шагом около 4 футов. Разработка продвигалась обычным способом путем забивки затяжек в кровле и по бокам с небольшим наклоном наружу и вверх, так чтобы следующую раму можно было легко вставить, оставив достаточно места между ней и обшивкой для установки следующего комплекта затяжек. Эти затяжки забивались как можно плотнее друг к другу, чтобы максимально предотвратить приток воды и грунта.

Рис. 81. — Схема, показывающая метод разработки и крепления тоннеля Балтиморской поясной железной дороги.

Увеличенная иллюстрация

Центральный верхний забой крепился таким же образом, как и боковые выработки. Расположение крепления, используемого при расширении центрального верхнего забоя, четко показано на рис. 81, на котором также показан способ крепления боковых выработок и забоя, а также возведения каменной кладки.

Кружала.

— При возведении свода использовались как деревянные, так и железные кружала. Деревянные кружала были изготовлены из брусьев квадратного сечения, как показано на рис. 82. Конструкция железных кружал показана на рис. 83. Каждое из железных кружал состояло из двух уголков 6 × 6 дюймов, соединенных встык и изогнутых в форме арочного ребра. Шесть таких ребер устанавливались с шагом 4 фута. Они состояли из двух полуребер, соединенных встык в замке, и удерживались в вертикальном положении на надлежащем расстоянии друг от друга с помощью распорных стержней. Самое заднее ребро крепилось к завершенной каменной кладке свода и, в свою очередь, поддерживало передние ребра во время укладки опалубки.

Рис. 82. — Возведение свода с использованием деревянных кружал, тоннель Балтиморской поясной железной дороги.

Каменная кладка.

— Боковые стены обделки возводились в первую очередь в нижних боковых выработках, как показано на рис. 81. Обычно их устанавливали на бетонное основание толщиной от 1 до 2 футов. Как правило, боковые стены возводились не более чем на 20 футов впереди свода, но иногда это расстояние увеличивалось до 90 футов. Свод обычно состоял из пяти рядов кирпича, но в некоторых местах в особо неустойчивых грунтах применялось восемь рядов кирпича. Свод возводился концентрическими секциями длиной около 18 футов. Весь лес крепления над сводом и снаружи боковых стен оставлялся на месте, а пустоты заполнялись бутовой кладкой на цементном растворе. На возведение 18-футовой секции свода требовалось около 125 человеко-часов каменщиков. Рис. 82 и 83 показывают различные детали работ по каменной кладке свода.

Рис. 83. — Возведение свода с использованием железных кружал, тоннель Балтиморской поясной железной дороги.

Из-за очень неустойчивого характера грунта при возведении каменного обратного свода возникли значительные трудности. Примененный процесс был следующим: два параллельных бруса 12 × 12 дюймов сначала укладывались поперек тоннеля, упираясь в продольные брусья или клинья, опирающиеся на боковые стены. Затем снаружи этих брусьев в дно тоннеля забивался короткий шпунт, образуя ограждение, подобное кессону, из которого можно было извлечь грунт, не нарушая окружающую породу. После извлечения грунта укладывался слой бетона толщиной 8 дюймов, и на нем возводился кирпичный обратный свод. В менее устойчивых грунтах каждый из вышеописанных кессонов разделялся поперечными брусьями и шпунтом на три меньших кессона. Здесь сначала возводилась кладка средней секции, а затем строились боковые секции. Там, где грунт был наихудшим, требовалась еще большая осторожность, и дно приходилось покрывать настилом из 1 1/4-дюймовых досок, удерживаемых распорками, упирающимися в большие поперечные брусья. На этом настиле возводилась кладка обратного свода. В боковых стенах были устроены ниши-убежища высотой 9 футов, шириной 3 фута и глубиной 15 дюймов.

Аварии.

— В этом тоннеле из-за слишком быстрого снятия кружал было обнаружено, что каменная обделка сплющилась в замке и выпучилась по бокам. Это объяснялось недостаточным временем, отведенным для схватывания раствора в бутовом заполнении. Пробовали использовать грунтовое заполнение, но результаты оказались еще хуже. Наконец, было принято решение использовать сухое бутовое заполнение, что дало удовлетворительные результаты. Некоторая просадка поверхности была неизбежна. Это произошло отчасти из-за необходимости замены и удаления лесоматериалов, а также из-за сжатия и прогиба лесоматериалов под действием больших нагрузок. Замок свода также осел на 2–6 дюймов из-за сжатия раствора в швах. Максимальная просадка поверхности улицы над тоннелем составила около 18 дюймов; обычно она составляла от 1 до 12 дюймов. Был нанесен некоторый ущерб водопроводным и газовым магистралям. Этот ущерб обычно не был серьезным, но, конечно, требовал немедленного ремонта, а в некоторых случаях было признано лучшим переложить магистрали на некотором участке. В одном месте вдоль тоннеля, где был встречен очень коварный грунт, просадка поверхности вызвала обрушение соседнего здания, что потребовало его восстановления.

ГЛАВА XIV. МЕТОД РАЗРАБОТКИ ПОЛНОГО СЕЧЕНИЯ: АНГЛИЙСКИЙ МЕТОД; АМЕРИКАНСКИЙ МЕТОД; АВСТРИЙСКИЙ МЕТОД.

АНГЛИЙСКИЙ МЕТОД.

Английский метод тоннелестроения в мягких грунтах, как следует из его названия, возник в Англии, где благодаря повсеместному распространению сравнительно прочных мелов, глин, сланцев и песчаников он получил необычайную популярность. Отличительными характеристиками метода являются разработка полного сечения тоннеля за один раз, использование продольного крепления и поочередное выполнение каменных работ и разработки. В Америке этот метод обычно называют методом продольных брусьев из-за способа крепления, который получил особое распространение в Америке и обычно применяется здесь, даже когда способ разработки является специфически немецким или бельгийским в других отношениях.

Рис. 84. — Схема, показывающая последовательность разработки при английском методе тоннелестроения.

Разработка выработки.

— Хотя, как указано выше, отличительной характеристикой английского метода является разработка полного сечения за один раз, разработка обычно начинается с проходки небольшого забоя или выработки для определения и установления оси тоннеля, а также для облегчения дренажа в обводненных грунтах. Эти передовые галереи могут проходиться как в верхней, так и в нижней части сечения, в зависимости от местных условий и выбора инженера. Расположение передовой галереи в верхней или нижней части сечения не влияет на способ расширения профиля. Эти работы всегда начинаются в верхней части сечения. Проходится центральный верхний забой, который крепится путем установки стоек, несущих продольные брусья, поддерживающие поперечные затяжки. Этот забой немедленно расширяется путем выемки грунта с каждой стороны, и крепления проема временными стойками, опирающимися на подкладки и несущими продольные брусья, поддерживающие затяжки. Этот процесс расширения продолжается таким образом до тех пор, пока не будет раскрыто полное сечение кровли, № 1, рис. 84, после чего укладывается тяжелый поперечный лежень и от него возводятся постоянные стойки к продольным брусьям, а временные стойки и подкладки удаляются. Затем начинается разработка части № 2 путем раскрытия центральной траншеи и ее расширения с обеих сторон, при этом устанавливаются временные стойки для поддержки лежня выше. Как только часть № 2 полностью разработана, ниже первого укладывается второй поперечный лежень, и между ними устанавливаются стойки. Разработка части № 3 выполняется точно так же, как и части № 2. Длина различных секций, № 1, 2 и 3, обычно составляет от 12 до 20 футов, в зависимости от характера грунта.

Крепление.

— Крепление при английском методе тоннелестроения состоит из поперечного каркаса, установленного вплотную к забою выработки, который поддерживает один конец продольных брусьев свода, другие концы которых опираются на готовую обделку. Поперечный каркас состоит из трех горизонтальных лежней, расположенных и поддерживаемых, как показано на рис. 85. Нижний лежень А поддерживается вертикальными стойками, опирающимися на подкладки на полу выработки. От нижнего лежня вверх поднимаются вертикальные стойки для поддержки среднего лежня B. Верхний лежень, или лежень горняков C, поддерживается вертикальными стойками или распорками, поднимающимися от среднего лежня B. Вертикальные стойки обычно представляют собой круглые лесоматериалы диаметром от 6 до 8 дюймов; а лежни — это брусья квадратного сечения, достаточного для восприятия вертикальных нагрузок, и обычно состоящие из двух стоек, соединенных внахлест и встык для облегчения их перемещения. В прочных грунтах стойки между лежнями устанавливаются вертикально, но стойки по краям сечения кровли — наклонно. Однако в рыхлых грунтах, где борта выработки должны быть закреплены, между одной или несколькими парами лежней применяется V-образная распорка, показанная на рис. 85, по мере необходимости. Способ удержания поперечного каркаса в вертикальном положении довольно ясно объясняется рис. 85; используются наклонные подкосы, простирающиеся от готовой каменной кладки к лежням каркаса. К каждому лежню используются два подкоса. Иногда, в дополнение к показанным подкосам, еще один почти горизонтальный подкос простирается от замка свода каменной кладки к средней части крепления.

Рис. 85. — Схемы, показывающие конструкцию крепления, английский метод.

Обращаясь к рис. 85, можно заметить, что продольные брусья свода находятся выше экстрадоса свода. Поэтому, когда каменная обделка завершена вплотную к поперечному каркасу, последний удаляется, оставляя брусья свода опирающимися на каменную кладку свода; и разработка, которая была остановлена во время возведения каменной кладки, продолжается еще на 12–20 футов, а поперечный каркас возводится у забоя и раскрепляется или подпирается к готовой обделке, как показано на рис. 85. Следующим шагом является установка брусьев свода, и это делается путем их вытягивания вперед из их первоначального положения над каменной кладкой завершенной секции свода. Следует понимать, что брусья свода не вытягиваются вперед на всю свою длину за одну операцию, а продвигаются последовательными короткими движениями по мере продвижения разработки, причем их внешние концы поддерживаются временными стойками до тех пор, пока поперечный каркас не будет построен у забоя выработки.

Кружала.

— При английском методе тоннелестроения используются две стандартные формы кружал, как показано на рис. 86 и 87. Обе состоят из внешней части, сконструированной подобно типичному дощатому кружалу, которая усилена против деформации внутренней ферменной конструкцией. Элементарные элементы этой ферменной конструкции принимают форму фермы с центральной стойкой, что более подробно показано на рис. 86. На рис. 87 конструкция фермы с центральной стойкой менее легко различима из-за обрезки нижнего затяжного бруса и других модификаций, но ее все же можно заметить. Возможность обрезки затяжного бруса, как показано на рис. 87, без опасности обусловлена тем, что боковые давления на пяты кружала противодействуют тенденции кружала сплющиваться под нагрузкой, что обычно компенсируется только затяжным брусом. Цель обрезки затяжного бруса состоит в том, чтобы освободить место для подкосов, идущих от готовой каменной кладки к поперечному каркасу крепления, как показано на рис. 85.

Рис. 86 и 87. — Схемы типичных деревянных кружал свода, английский метод.

Обычно для каждой возводимой секции свода используется четыре или пять кружал. Они устанавливаются так, чтобы затяжные брусья опирались на двойные противоположные клинья, поддерживаемые поперечным брусом внизу. Этот поперечный брус, в свою очередь, опирается на другой поперечный брус, который поддерживается стойками, опирающимися на подкладки на кладке обратного свода. Обычно он изготавливается с стыковым соединением посередине, чтобы позволить его удаление, поскольку он настолько длинный, что каменную кладку приходится возводить вокруг его крайних концов. Опалубка имеет обычную форму и опирается на внешние края изогнутого верхнего элемента кружал.

Каменная кладка.

— При английском методе тоннелестроения каменная кладка начинается с возведения обратного свода и продолжается до замка свода. Обделка возводится секциями, или последовательными кольцами, соответствующими длине разработки, которая, как было сказано ранее, составляет от 12 до 20 футов. Каждое кольцо или секция обделки заканчивается вплотную к поперечному каркасу крепления, установленному у забоя выработки. Работы сначала начинаются на обратном своде в точке, где заканчивается предыдущее кольцо каменной кладки, и продолжаются до поперечного каркаса крепления в передней части выработки. Как только обратный свод завершен, начинаются работы на боковых стенах. В очень рыхлых грунтах продольные брусья, поддерживающие борта выработки, удаляются после возведения боковых стен; но в более прочных грунтах их можно вынимать по одному непосредственно перед каменной кладкой, или в очень прочных грунтах их можно полностью удалить перед началом возведения боковых стен. Во всех случаях необходимо заполнить пространство между каменной кладкой и стенками выработки бутом или грунтом. Для возведения свода сначала устанавливаются кружала, как описано выше, и брусья свода удаляются, как описано ранее, путем их вытягивания вперед после завершения кольца свода. Как и в случае с боковыми стенами, свободное пространство между кольцом свода и кровлей выработки должно быть заполнено. Обычно для заполнения используются грунт или мелкие камни; но в очень рыхлых грунтах иногда практикуется не удалять затяжки, а поддерживать их короткими кирпичными столбиками, опирающимися на кольцо свода, а затем заполнять пространство вокруг этих столбиков.

Транспортировка.

— Для вывоза породы и доставки материалов на кладке обратного свода укладываются пути. Обычно постоянные пути укладываются по мере завершения обделки. Короткая секция временного пути используется для продления этого постоянного пути вплотную к месту работы передовой выработки.

Преимущества и недостатки.

— Большим преимуществом английского метода тоннелестроения является то, что каменная обделка возводится как единое целое от основания до замка, что делает возможной прочную, однородную конструкцию. Он также обладает явным преимуществом благодаря простым методам транспортировки, которые возможны: поскольку нет перепадов высот, которые нужно преодолевать, нет необходимости в подъеме вагонеток или перегрузке грузов. Главный недостаток метода заключается в том, что разработчики и каменщики работают поочередно, что делает прогресс работ, возможно, более медленным, чем при любом другом методе тоннелестроения, обычно применяемом в подобных условиях. Этот недостаток в значительной степени преодолевается, когда тоннель разрабатывается с помощью шахт, и работы в различных забоях организованы так, что каменщики или разработчики, освободившись от работы в одном забое, могут быть переведены в другой, где, в зависимости от обстоятельств, требуется разработка или обделка. Другой недостаток английского метода проистекает из разработки полного сечения за один раз, что в неустойчивых грунтах требует прочного и тщательного крепления и увеличивает опасность обрушения. Тот факт, что кольцо свода должно нести вес брусьев свода и их нагрузку на одном конце, пока каменная кладка еще «свежая», увеличивает шансы на деформацию свода.

Заключение.

— Английский метод тоннелестроения в своей полноте на практике довольно тесно ограничен страной, от которой он получил свое название. Возможное более широкое распространение его использования многими рассматривается как вероятное следствие разработки успешной экскаваторной машины для мягких грунтов. Пространство, обеспечиваемое раскрытием полного сечения за один раз, особенно приспосабливает метод к использованию экскаваторов, таких, например, как экскаватор с бесконечной цепью ковшей, используемый на Центральной Лондонской железной дороге и проиллюстрированный на рис. 11. Метод также предоставляет отличную возможность для электрической транспортировки и освещения во время строительства.

Английский метод тоннелестроения использовался при строительстве тоннелей Хузак, Масконетконг, Аллегейни, Балтимор-энд-Потомак и других тоннелей в Америке. Названия европейских тоннелей, построенных этим методом, слишком многочисленны, чтобы перечислять их здесь.

АМЕРИКАНСКИЙ МЕТОД.

В этой стране тоннели в рыхлых грунтах разрабатываются по «методу брусьев свода» или американскому методу. Он заключается в раскрытии всего сечения тоннеля до возведения обделки, как и в английском методе. Однако он отличается от английского метода тем, что для поддержки кровли возводится множество деревянных конструкций, а разработка и возведение обделки значительно удалены друг от друга, что позволяет горнякам и каменщикам работать непрерывно и не мешая друг другу.

Сечение A-B.

Рис. 88. — Последовательность разработки при американском методе.

Рис. 89. — Крепление забоя при американском методе.

Сечение C-D.

Рис. 90. — Временное крепление кровли при американском методе.

Сечение E-F.

Рис. 91. — Показ брусьев свода, поддерживаемых сегментными арками.

Разработка.

— Схема на рис. 88 показывает последовательность разработки. Работа начинается с проходки центрального забоя, обычно 7 × 8 футов, крепимого с помощью вертикальных или наклонных стоек и верхняка. Рис. 89, [11], подкосы опираются на подкладки. Между верхняками последовательных рам помещаются доски, забиваемые вверх под небольшим углом. После того как забой был разработан и закреплен, пол опускается путем удаления части, отмеченной цифрой 2 на рисунке. Две наклонные стойки, поддерживающие верхняк, теперь заменяются двумя более длинными, опирающимися на пол части 2 и упирающимися в продольные балки, которые вставляются под верхняки. Эти продольные балки называются брусьями свода. Новые наклонные стойки опираются либо на подкладки, либо на лежни, в зависимости от качества грунта, и они сильно расклиниваются к брусьям свода. С каждой стороны этих брусьев свода вставляются затяжки или доски вплотную друг к другу, которые забиваются вниз. Часть, отмеченная цифрой 3 на рисунке, удаляется путем расширения выемки 1 × 2 с обеих сторон. Доска, вставленная над брусом свода, забивается либо до, либо после разработки, и в конце этой доски вставляется еще один брус свода. Этот второй брус свода поддерживается подкосом, другой конец которого упирается в основание стойки, крепящей забой. Между этим брусом свода и кровлей выработки помещаются другие доски поперечно оси тоннеля и забиваются до тех пор, пока они не будут поддерживаться новым брусом свода и т. д. Различные подкосы, поддерживающие брусья свода, располагаются радиально или веерообразно, подобно характерному расположению крепления в бельгийском методе. Распорки для усиления крепления и кровли выработки вставляются продольно между различными стойками и поперечно между брусьями свода, рис. 90. Как правило, временно возводятся только три или четыре из этих радиальных конструкций. Сбоку от части, отмеченной цифрой 3 на рисунке, разрабатывается траншея для размещения стенового бруса, который представляет собой тяжелый лесоматериал, уложенный на пол параллельно продольной оси тоннеля. На стеновые брусья устанавливаются арочные комплекты крепления, состоящие из пяти или семи сегментов тесаных лесоматериалов, образующих многоугольную раму, которая расклинивается к брусьям свода и будет поддерживать свод кровли. После установки одного из этих сегментных комплектов крепления временная радиальная конструкция удаляется, и верхняя секция тоннеля очищается от любых препятствий, так как давления передаются на стеновые брусья, рис. 91. Нижний уступ, отмеченный цифрой 4 на рисунке, удаляется, и под стеновые брусья вставляются вертикальные подкосы, рис. 92.