Тюбинговая крепь

 

Изобретение относится к креплению подземных горных выработок, в частности к тюбинговой крепи, и может быть применено для крепления туннелей. Изобретение направлено на повышение водонепроницаемости крепи путем обеспечения надежной герметизации стыковых соединений между тюбинговыми блоками и тюбинговыми кольцами при повышенной сейсмической активности горных выработок. Тюбинговые сегменты выполнены из чугуна или стали, а набор колец, составляющий тюбинговую крепь, представляет собой последовательность колец двух типов, строго чередующихся друг с другом. Первый тип колец образован из цилиндрических сегментов, на торцевых фланцах которых имеются по два входных/выходных канала, выполненных в виде разветвлений профильных каналов и направленных к внутренней поверхности цилиндрических сегментов. Профильные каналы на торцевых фланцах расположены со смещением относительно профильных каналов на боковых фланцах. Второй тип колец образован из цилиндрических сегментов, у которых по периметру расположены сообщающиеся профильные каналы и на торцевых фланцах имеется по одному входному/ выходному каналу, выполненных также в виде разветвлений профильных каналов и направленных к внутренней поверхности сегментов. Профильные каналы образуют внутреннюю систему каналов, заполненных твердеющей массой, в качестве которой использован композиционный состав на основе силиконовой смолы, а входные/ выходные каналы образуют на внутренней поверхности цилиндрических сегментов узел, выполненный в виде байонетного замка для соединения с устройством нагнетания под давлением твердеющей массы в систему каналов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области крепления подземных горных выработок, в частности к тюбинговой крепи, и может быть применено для крепления туннелей.

Известен железобетонный тюбинг для возведения крепи (см. описание изобретения к а. с. N 1714143, кл. E 21 D 11/04, опубл. в 1992), который состоит из цилиндрического сегмента с вертикальными и горизонтальными фланцами. В центре горизонтального фланца тюбинга выполнено отверстие под паркер, а на вертикальных и горизонтальных фланцах размещены сообщающиеся каналы для нагнетания твердеющего раствора, соединенные с отверстием, причем сообщающиеся каналы выполнены в виде желобов для соединения тюбингов в кольцо и колец между собой с образованием системы каналов.

Хотя возводимая крепь из этой известной конструкции тюбинга и позволяет повысить ее водонепроницаемость, однако надежная защита от просачивания воды, особенно в местах стыков смежных тюбингов, не обеспечивается. Это объясняется тем, что при нагнетании раствора в системы канала происходит вытекание раствора из последнего кольца со стороны открытых каналов в боковых фланцах, в результате чего падает уровень раствора в системе каналов после снятия давления нагнетания. При этом, даже в том случае, если каналы боковых фланцев последнего кольца и закрыты, они остаются не полностью заполненными после окончания процесса нагнетания раствора в системы каналов, т. к. при большой длине тюбинговой крепи требуется высокое давление нагнетания, а следовательно, при неполном заполнении каналов образуются воздушные "подушки", затрудняющие заполнение раствором системы каналов нового участка тюбинговой крепи.

Кроме того, в такой тюбинговой крепи даже наличие разжимного паркера не позволяет надежно удерживать шланг для раствора в процессе его нагнетания в системы каналов.

Известна также тюбинговая крепь, возводимая из тюбинговых блоков, представленных в рекламном проспекте АО "ТРЕСТ Спецтоннельстрой", которая выбрана в качестве прототипа.

Эта тюбинговая крепь состоит из набора колец, образованных из тюбинговых блоков, которые выполнены в виде цилиндрических сегментов из железобетона и имеют боковые и торцевые фланцы с расположенными на них профильными каналами.

Одним из недостатков известной крепи является то, что тюбинговые блоки выполнены высокоточными со специальными шпильками-стяжками для их соединения в кольца, при этом для отливки блоков требуются дорогостоящие высокоточные формы. Кроме того, стягивание блоков в кольца производится шпильками и удлиненными специальными гайками, располагающимися под углом к внутренней поверхности блока и имеющими выходы к внешним поверхностям блоков. Для повышения герметизации тюбинговой крепи в профильные каналы вкладываются резиновые уплотняющие ленты, выполненные из специальной резины, обладающей достаточной прочностью и долговечностью. Однако резина теряет свою эластичность во времени и при активности горных пород не обеспечивает надежную герметизацию, при этом просачивающаяся через нее влага подвергает коррозии резьбовые соединения блоков, при этом ослабляется стягивание колец.

Для дополнительной герметизации крепи предлагается внутреннюю поверхность тюбинговых блоков выполнять из стального листа, приваренного к анкерным креплениям внутри тюбинговых блоков, а после сборки тюбинговых блоков в кольца и колец между собой возникает необходимость электрической сварки в местах стыков стальных листов.

Задача предлагаемого технического решения направлена на создание конструкции тюбинговой крепи, позволяющей повысить водонепроницаемость крепи за счет обеспечения надежной герметизации стыковых соединений между тюбинговыми блоками и тюбинговыми кольцами при повышенной сейсмической активности горных выработок.

Поставленная задача достигается тем, что в тюбинговой крепи, состоящей из набора колец, образованных из тюбинговых блоков, которые выполнены в виде цилиндрических сегментов, на боковых и торцевых фланцах которых имеются профильные каналы для заполнения их твердеющей массой, тюбинговые сегменты выполнены из чугуна или стали, а набор колец представляет собой последовательность колец двух типов, строго чередующихся друг с другом, при этом первый тип колец образован из цилиндрических сегментов, на торцевых фланцах которых имеются по два входных/выходных канала, выполненных в виде разветвлений профильных каналов и направленных к внутренней поверхности цилиндрических сегментов, причем профильные каналы на торцевых фланцах расположены со смещением относительно профильных каналов на боковых фланцах, а второй тип колец образован из цилиндрических сегментов, у которых по периметру расположены сообщающиеся профильные каналы и на торцевых фланцах имеется по одному входному/выходному каналу, выполненных также в виде разветвлений профильных каналов и направленных к внутренней поверхности сегментов.

Поставленная задача достигается также тем, что профильные каналы на боковых и торцевых фланцах цилиндрических сегментов, а также входные/выходные каналы выполнены для соединения цилиндрических сегментов в кольца и колец между собой с образованием внутренней системы каналов, а все входные/выходные каналы обоих типов колец выполнены таким образом, что при стыковке цилиндрических сегментов в кольцо образуют на их внутренней поверхности узел, выполненный в виде байонетного замка для соединения с устройством нагнетания под давлением твердеющей массы, в качестве которой использован твердеющий до заданной прочности и обеспечивающий необходимую степень адгезии с материалами цилиндрических сегментов композиционный состав на основе силиконовой смолы.

Новым является выполнение конструкции тюбинговой крепи, состоящей из набора колец двух типов, которые последовательно чередуются друг с другом, а также наличие входных/выходных каналов на торцевых фланцах, направленных к внутренней поверхности цилиндрических сегментов, на которой входные/выходные каналы образуют узел в виде байонетного замка для соединения устройства нагнетания твердеющей массы.

В отличие от прототипа и известных аналогов предлагаемая конструкция тюбинговой крепи позволяет повысить водонепроницаемость всей тюбинговой крепи.

Это достигается, во-первых, тем, что предлагаемая конструкция позволяет исключить герметизацию стыков между кольцами с помощью свинцовых пластин.

Обычно в известных тюбинговых крепях герметизация на стыках двух колец осуществляется с помощью свинцовых уплотнителей, забиваемых по периметру в специальные щели, выполненные у внутренней поверхности тюбинговых блоков.

Исключение такой герметизации объясняется выполнением надежной герметизации в предлагаемой тюбинговой крепи.

Надежность герметизации в предлагаемой конструкции достигается возможностью осуществлять контроль за равномерным, гарантированным заполнением системы каналов в кольцах и между кольцами. Эта возможность контроля достигнута за счет выполнения входных/выходных каналов на торцевых фланцах цилиндрических сегментов. В процессе нагнетания твердеющей массы воздух, находящийся в каналах, вытесняется через следующий входной/выходной канал, который заполняется затем массой. Это позволяет исключить появление воздушной "подушки" в каналах и обеспечить равномерное распределение массы по всей системе каналов, постоянно контролируя этот процесс путем последовательного заполнения всех входных/выходных каналов твердеющей массой.

Во-вторых, повышение влагонепроницаемости обеспечивается также надежным закреплением устройства для нагнетания твердеющей массы к входным/выходным каналам. Надежное закрепление стало возможным в результате выполнения входных/выходных каналов на внутренней поверхности цилиндрических сегментов такой формы, которая при их стыковке образует узел, выполненный в виде байонетного замка, для соединения устройства для нагнетания твердеющей массы. Кроме того, такой узел позволяет автоматизировать процесс герметизации, а соответственно, сократить время герметизации.

И в-третьих, не менее важным обстоятельством для повышения влагонепроницаемости тюбинговой крепи является использование твердеющей массы, удовлетворяющей по своим свойствам требованиям заданной прочности и необходимой степени адгезии с материалами, из которых выполнены цилиндрические сегменты. В качестве такой массы может быть использован композиционный состав на основе силиконовой смолы, например типа СКТН, который достаточно эластичен, быстротвердеющий и легко принимающий форму канала, образуя неразъемное соединение.

Такое соединение обеспечивает необходимую степень герметизации тюбинговой крепи при повышенной сейсмической активности и вибрации подземных горных выработок.

Кроме того, такой состав является надежной герметизирующей прокладкой для просачивающейся через щели между цилиндрическими сегментами грунтовой воды и обеспечивает защиту болтовых соединений, стягивающих цилиндрические сегменты, поскольку система каналов расположена до болтовых соединений у наружной поверхности колец, а использование стали, например конструкционной, для изготовления цилиндрических сегментов позволило существенно снизить стоимость сегмента и тюбинговой крепи в целом по сравнению с известными аналогами в связи с тем, что стоимость исходного сырья, а именно стали, ниже исходного материала (железобетона), из которого выполнены цилиндрические сегменты в аналогах.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 - представлен фрагмент тюбинговой крепи; на фиг. 2 - тюбинговые блоки первого (а) и второго (б) типов колец тюбинговой крепи.

Тюбинговая крепь состоит из набора колец, представляющего собой последовательность колец двух типов, строго чередующихся друг с другом. Первый тип колец образован из тюбинговых блоков (фиг. 1), выполненных в виде цилиндрических сегментов 1. Второй тип колец образован из тюбинговых блоков, выполненных также в виде цилиндрических сегментов 2. На торцевых фланцах 3 цилиндрических сегментов 1 и 2 имеются профильные 4 и входные/выходные 5 каналы. На боковых фланцах 6 цилиндрических сегментов 1 и 2 расположены профильные каналы 7. Входные/ выходные 5 каналы направлены к внутренней поверхности 8 цилиндрических сегментов 1 и 2 и образуют на ней при стыковке сегментов 1 и 2 узел 9, выполненный в виде байонетного замка, цилиндрические сегменты 1 и 2 (фиг. 2 а, б) содержат выступающие стенки 10 и впадины 11.

Каналы 4, 5 и 7 выполнены на цилиндрических сегментах 1 и 2 по половинке и расположены строго друг против друга относительно соседних цилиндрических сегментов 1 и 2 и при их стыковке совпадают друг с другом, образуя в целом общий канал.

Тюбинговая крепь возводится следующим образом.

Начинается сборка цилиндрических сегментов 1 в кольцо первого типа путем последовательного их набора и стыковки между собой по торцевым фланцам, при этом между цилиндрическими сегментами образуются общие профильные 4 и по два входных/выходных 5 канала.

Затем аналогичным способом осуществляется сборка цилиндрических сегментов 2 в кольцо второго типа. Оба кольца укладывают один за другим и закрепляют их между собой натяжными болтами, вставленными в отверстия, выполненные в цилиндрических сегментах 1,2 со стороны внутренней поверхности 8 (на чертежах не показаны). При соединении колец друг с другом профильные каналы 7 на боковых фланцах цилиндрических сегментов 1,2, а также профильные 4 и входные/выходные 5 каналы образуют единую систему каналов.

Так последовательно укладывается необходимое для возведения тюбинговой крепи количество колец двух типов, строго чередующихся друг с другом.

По завершении возведения тюбинговой крепи из колец осуществляется герметизация между кольцами путем нагнетания твердеющей массы в систему каналов. Нагнетание твердеющей массы осуществляется до того момента, когда твердеющая масса, последовательно заполняющая все профильные 4 и 7 и входные/выходные 5 каналы, не заполнит последний входной/выходной 5 канал последнего кольца второго типа. Каждый входной/выходной канал 5 по мере его заполнения твердеющей массой закрывают крышкой. Это позволяет продвинуть массу в следующие цилиндрические сегменты 1,2. После окончания процесса герметизации между кольцами осуществляется герметизация между цилиндрическими сегментами 1 первого типа колец, при этом герметизируются только горизонтальные стыки путем нагнетания твердеющей массы через входной/выходной 5 канал в профильный 4 и второй входной/выходной 5 каналы. При заполнении твердеющей массой второго входного/выходного 5 канала его закрывают крышкой, при этом масса попадает также в стык между смещенными каналами, и заканчивают нагнетание массы, когда будет заполнен ею первый входной/выходной 5 канал, через который производили нагнетание массы, и его также закрывают крышкой.

Таким образом, предлагаемая конструкция тюбинговой крепи позволила решить актуальную задачу, заключающуюся в повышении водонепроницаемости тюбинговой крепи.

Формула изобретения

1. Тюбинговая крепь, состоящая из набора колец, образованных из тюбинговых блоков, которые выполнены в виде цилиндрических сегментов, на боковых и торцевых фланцах которых имеются профильные каналы для заполнения их твердеющей массой, отличающаяся тем, что тюбинговые сегменты выполнены из чугуна или стали, а набор колец представляет собой последовательность колец двух типов, строго чередующихся друг с другом, при этом первый тип колец образован из цилиндрических сегментов, на торцевых фланцах которых имеются по два входных/выходных канала, выполненных в виде разветвлений профильных каналов и направленных к внутренней поверхности цилиндрических сегментов, причем профильные каналы на торцевых фланцах расположены со смещением относительно профильных каналов на боковых фланцах, а второй тип колец образован из цилиндрических сегментов, у которых по периметру расположены сообщающиеся профильные каналы и на торцевых фланцах имеется по одному входному/выходному каналу, выполненных также в виде разветвлений профильных каналов и направленных к внутренней поверхности сегментов.

2. Тюбинговая крепь по п.1, отличающаяся тем, что профильные каналы на боковых и торцевых фланцах цилиндрических сегментов, а также входные/выходные каналы выполнены для соединения цилиндрических сегментов в кольца и колец между собой с образованием внутренней системы каналов.

3. Тюбинговая крепь по п.1, отличающаяся тем, что все входные/выходные каналы обоих колец выполнены так, что при стыковке цилиндрических сегментов в кольцо образуют на их внутренней поверхности узел, выполненный в виде байонетного замка для соединения с устройством нагнетания под давлением твердеющей массы в систему каналов.

4. Тюбинговая крепь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве твердеющей массы использован твердеющий до заданной прочности и обеспечивающий необходимую степень адгезии с материалами цилиндрических сегментов композиционный состав на основе силиконовой смолы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2