Разработку грунта в забоях обычно ведут буровзрывным способом с применением легких самоходных бурильных установок или кареток
Возможны две технологии работ с буровзрывной разработкой забоев: в грунтах с (f ≥ 3,8 - 4,0), в которых оставление кровли на временной крепи, возможно, на период до возведения обделки полного профиля, и в грунтах, где целесообразно бетонировать обделку в два приема.
По первой технологии взорванный грунт верхнего забоя подают к краю уступа самоходными транспортными средствами (самоходными вагонами ВС - 5П1, погрузочно-транспортными машинами типа ПД или ПТ) и сбрасывают на нижний ярус, где высокопроизводительными погрузочными машинами ПНБ - 3Б весь грунт погружают в большегрузные транспортные средства. Иногда для доставки грунта к. краю уступа используют вагонетки, где его перегружают в транспортные средства нижнего яруса с помощью передвижной эстакады с буккером. Однако такая схема откатки увеличивает трудоемкость работ за счет укладки и разборки временных рельсовых путей.
По второй технологии раскрытие сечения производится по частям: проходят калотту сплошным забоем с устройством арочной крепи; на расстоянии 12–25 м от забоя бетонируют свод с выносными пятами; разрабатывают ядро уступа буровыми станкам; затем участками в шахматном порядке разрабатывают боковые штроссы и подводят столбами стены обделки, разрабатывают грунт под обратный свод; бетонируют обратный свод.
Разработанный грунт верхнего забоя транспортируют самосвалами без перегрузки на уступе, для этого отсыпают пандус. Работы в калотте и разработку ядра штроссы ведут последовательно участками. При строительстве протяженных тоннелей с целью снижения объема проходческой вентиляции эффективным является устройство подвижного пункта перегрузки.
В слабо трещиноватых скальных грунтах средней устойчивости контур выработки закрепляют анкерами с сеткой, иногда усиливая слоем набрызгбетон. В средней крепости и слабых скальных грунтах выработки, закрепляют арками, причем после проветривания и оборки забоя и кровли забой сначала закрепляют временно с помощью балок-подхватов, подвешенным к предыдущим аркам.
Обделку по первой технологии возводят на полный профиль в передвижной опалубке на расстоянии не менее 50–80 м от уступа. В сильно трещиноватых грунтах длительное пребывание выработки на временной крепи нежелательно, поэтому обделку возводят в два приема. В калотте на расстоянии 12–25 м бетонируют свод в сборно-разборной опалубке. Выносные пяты его обеспечивают частичное опирание на породу при последующем подведении стен. Минимальная длина ступени назначается из условия набора прочности бетоном свода над забоем уступа, разрабатываемого взрывным способом, не менее 60% от проектной, т.е. длина ступени равная 50–100 м.
Способ нижнего уступа широко применяется в тоннелестроении, хотя и обладает тем недостатком, что требует большого количества проходческих механизмов, значительных затрат по перегрузке грунта, а также зачастую трудно обеспечить синхронность выполнения операций в двух забоях. Поэтому при строительстве коротких тоннелей возможен вариант: калотту проходят на всю длину тоннеля штроссу целесообразно разрабатывать большими участками с применением скважинных вертикальных или слабонаклонных зарядов. Обделку бетонируют на все сечение или раздельно в зависимости от устойчивости грунтов и размеров выработки.
Новоавстрийский метод строительства тоннелей
В 60-х годах австрийские инженеры Л. Рабцевич, Л. Мюллер и Ф.Пахер разработали новую технологию строительства тоннелей, получившую название "Новоавстрийский метод". Сущность его состоит в том, что с помощью специальной технологии ведения горных работ грунт, окружающий тоннель, включается в совместную работу с крепью выработки, образуя как бы замкнутое несущее кольцо. Этот рентабельный и технически совершенный метод распространен в Западной Европе и Японии при строительстве железнодорожных, автодорожных тоннелей и тоннелей метрополитенов в разнообразных грунтах, включая выветрелые, трещиноватые скальные, полускальные и песчано-гравелистые грунты.
Новоавстрийский метод основан на использовании результатов исследований перераспределения напряжений и деформаций, возникающих в массиве после проходки выработки, а такие на применении эффективной крепи ее. Механизм статической работы податливо подкрепленной выработки с позиций указанного метода может быть представлен следующим образом. В первой стадии работы происходят упругие деформации контура с постепенно уменьшающимся давлением на податливую крепь. При дальнейшем перемещении контура наступает вторая стадия, при которой начинают развиваться пластические деформации, разрушающие грунт вблизи контура выработки и сопровождающиеся увеличением давления на крепь. Задача состоит в том, чтобы остановить перемещения контура в конце первой стадии и не допустить развития второй путем усиления крепи, придания ей большей жесткости. Этим создается возможность использовать прочный грунт приконтурной зоны, включить его в статическую работу системы "крепь-среда".
Необходимым условием успешного применения метода является проведение в процессе проходки систематических измерений деформаций контура выработки и развивающегося давления на крепь, а также тщательное предварительное изучение физико-механических свойств грунтов. Кроме этого, необходимо строго соблюдать последовательность возведения замкнутой по форме податливой тонкослойной крепи, а также толщину и время возведения вторичной.