Проходка вертикальных и наклонных стволов шахт, строительство подземных коммуникационных тоннелей и глубоких коллекторов в Карагандинском угольном бассейне, на рудниках Жезказгана, Риддера, Хромтау и при расширении подземных трасс в Алматы требуют бескомпромиссной жесткости крепи. На глубине от 150 до 1000 метров массив породы оказывает постоянное всестороннее горное давление, дополняемое динамическими подвижками пластов и вибрацией от клетевых подъемников.

Попытка использовать для расстрелов ствола, проводников или постоянных рамных крепей обычный строительный горячекатаный двутавр серии Б или Ш приводит к аварийным ситуациям. Тонкие полки стандартного профиля сминаются под неравномерным боковым напором породы, вызывая искривление проводников и заклинивание шахтных клетей.

Для тяжелых подземных условий разработан специализированный фасонный прокат — балка двутавровая специальная серии С по ГОСТ 19425-74. Увеличенная толщина стенки и уклон внутренних граней полок до 16% обеспечивают исключительное сопротивление поперечному сжатию и скручиванию.

Геометрия и сортамент специального двутавра серии С по ГОСТ 19425-74

Главное конструктивное отличие балок специального назначения заключается в повышенной массивности сечения и форме полок. В стандарте ГОСТ 19425-74 представлены две основные группы: серия М для подвесных путей тельферов (с уклоном полок до 12%, о которой подробно рассказано в статье про монорельсовый двутавр серии М) и серия С для армирования стволов шахт (с уклоном внутренних граней до 16%).

Утолщенная стенка балки серии С эффективно воспринимает вертикальное и горизонтальное распирающее давление породы, а массивные полки предотвращают местный изгиб в местах заделки в бетонную крепь или фиксации скобами.

Обозначение профиля Высота h, мм Ширина полки b, мм Толщина стенки s, мм Средняя толщина полки t, мм Масса 1 м, кг
14С 140 80 5,5 9,1 16,90
20С 200 100 7,0 11,4 27,90
20Са 200 102 9,0 11,4 31,10
27С 270 120 8,5 13,7 43,10
27Са 270 122 10,5 13,7 47,30
36С 360 140 14,0 17,3 71,90

Выбор марки стали: Ст3сп5 или низколегированная 09Г2С

Условия подземной выработки характеризуются 100% влажностью, капельным притоком минерализованных грунтовых вод и знакопеременными температурными градиентами в зоне вентиляционных стволов. Надежность крепи напрямую зависит от химического состава стали и ее ударной вязкости.

На металлобазах компании АТЛАНТ Snab City в Алматы специальный двутавр поставляется в двух базовых классах прочности:

  • Углеродистая сталь Ст3сп5 (по ГОСТ 380-2005): базовая марка для горизонтальных тоннелей с умеренным горным давлением, вспомогательных распределительных площадок и приямков. Не склонна к отпускной хрупкости, отлично сваривается без предварительного подогрева;
  • Низколегированная сталь 09Г2С / 09Г2С-12 (по ГОСТ 19281-2014): обязательный выбор для стволов глубиной свыше 300 метров, участков с тектоническими разломами, зон повышенной сейсмичности и вентиляционных выработок с притоком холодного воздуха до -40 °C. Предел текучести 345 МПа гарантирует сохранение несущей способности при экстремальном давлении окружающих пород.

Где применяется балка серии С: шахты, тоннели и тяжелые фундаменты

Хотя исходно профиль разрабатывался для горнодобывающей промышленности, его высокие моменты сопротивления нашли применение и в гражданском подземном строительстве Казахстана.

  1. Расстрелы и ярусы армировки стволов: горизонтальные балочные перемычки внутри бетонного ствола шахты. На них монтируются направляющие проводники для движения скипов и клетей со скоростью до 12–16 м/с;
  2. Жесткая рамная крепь выработок: замкнутые и незамкнутые арочные комплекты для горизонтальных и наклонных штреков в условиях пучащих и неустойчивых пород;
  3. Тоннельные порталы и камеры съездов: усиление сопряжений тоннелей метрополитена и коллекторов глубокого заложения, где применяются железобетонные кольца в связке со стальными распорками (см. также металлоформы тюбингов метро и коллекторов);
  4. Тяжелые распорные пояса котлованов: ограждение глубоких строительных выемок в водонасыщенных грунтах Алматы, где требуется колоссальная жесткость распорок на сжатие.

Особенности монтажа, резки и стыковки специального двутавра

Из-за увеличенной толщины полки и стенки монтаж профилей серии С требует соблюдения технологических регламентов. Попытка резать толстый металл маломощным абразивным инструментом приводит к затягиванию реза и перегреву кромок.

В цехах металлообработки АТЛАНТ Snab City раскрой балок 20С–36С выполняется на ленточнопильных станках с постоянной подачей смазочно-охлаждающей жидкости либо методом высокоточной плазменной резки, что обеспечивает строго перпендикулярный торец под стыковку.

При соединении элементов рамной крепи в шахтных условиях рекомендуются следующие правила:

  • Болтовые накладки вместо сплошной сварки: в подземных выработках монтажные стыки балок выполняют на высокопрочных болтах с накладками по стенке и полкам. Это исключает дефекты ручной сварки в условиях повышенной влажности и запыленности;
  • Учет уклона полок 16%: при затяжке болтов через полку балки обязательно применяются косые клиновые шайбы. Затяжка плоской шайбы на наклонной грани изгибает болт и срезает резьбу при затягивании гайковертом;
  • Антикоррозионная обработка: на участках с капельной агрессивной водой прокат покрывают эпоксидными или полиуретановыми составами толщиной не менее 160–200 мкм после предварительной пескоструйной очистки до степени Sa 2.5.

FAQ: частые вопросы снабженцев и инженеров

Чем балка серии С отличается от колонного двутавра серии К?

Колонный двутавр серии К (по ГОСТ 57837-2017) имеет параллельные грани полок одинаковой толщины и квадратные пропорции сечения. Балка серии С (по ГОСТ 19425-74) обладает выраженным уклоном внутренних граней полок (16%), утолщенной стенкой и разработана специально для восприятия комбинированного распирающего давления пород в подземных выработках.

Что означает буква «а» в маркировке профиля (например, 20Са или 27Са)?

Индекс «а» указывает на усиленную модификацию профиля с увеличенной толщиной стенки. Например, у стандартного профиля 20С толщина стенки составляет 7,0 мм (вес 27,9 кг/м), а у профиля 20Са — 9,0 мм (вес 31,1 кг/м) при сохранении высоты 200 мм.

Можно ли использовать специальный двутавр серии С в качестве подкрановой балки?

Для подвесных путей тельферов предназначена серия М с уклоном полок до 12%, согласованным с конусностью ходовых катков талей. Уклон полок балки серии С составляет 16%, поэтому катки стандартного тельфера будут опираться на узкую кромку с повышенным точечным износом. Серию С можно применять как несущую конструкцию эстакады, но ходовые пути лучше формировать из профилей М или плоского рельса.

Как осуществляется доставка длинномерных балок серии С по Казахстану?

Прокат поставляется стандартными хлыстами мерной длины 11,7 или 12,0 метров. Компания АТЛАНТ Snab City организует погрузку открытыми длинномерами и полуприцепами с собственного склада в Алматы с доставкой во все регионы РК, а также выполняет предварительную резку в проектный размер по чертежам заказчика.

Вывод

Специальный двутавр серии С по ГОСТ 19425-74 — профильный металлопрокат с максимальным запасом жесткости для подземных сооружений, горнодобывающих предприятий и тяжелонагруженных конструкций. Точный расчет несущей способности и применение стали 09Г2С гарантируют безаварийную службу шахтных стволов и тоннелей на десятилетия вперед.