2527

тампонажную перемычку или оставляют целик из ранее затампонированной породы. Длину участка тампонирования принимают в устойчивых породах 10 50 м, в неустойчивых – до 5 м. Скважины располагают в пределах выработки на расстоянии 200 700 мм от крепи и бурят под углом к продольной оси тоннеля с таким расчетом, чтобы концы скважин выходили за контур выработки на 1 5 м.

Комплекс оборудования для тампонажных работ при щитовой проходке показан на рис. 19.15.

19.4. ИСКУССТВЕННОЕ ЗАМОРАЖИВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Сущность способа. Способ искусственного замораживания применяют при строительстве подземных сооружений в слабых, неустойчивых водонасыщенных горных породах с коэффициентами фильтрации не более 10 м/сут., а также в трещиноватых скальных породах, залегающих над толщей неустойчивых водоносных пород, с притоком подземных вод более 50 м3/ч.

Сущность способа заключается в том, что до начала проходческих работ по контуру подземного сооружения бурят систему вертикальных, наклонных или горизонтальных скважин диаметром 120 150 мм на расстоянии 0,8 1,5 м друг от друга. Скважины оборудованы замораживающими колонками диаметром 114 146 мм, через которые с помощью насосов прокачивают жидкость, охлажденную до низких температур, или нагнетают в них сжиженные газы с низкой температурой испарения. В результате постоянного притока холода в замораживающие колонки вода, находящаяся в породном массиве, замерзает, и вокруг каждой колонки постепенно образуются ледопородные цилиндры, которые в дальнейшем смыкаются в сплошное ледопородное ограждение контура выработки. Замороженные породы резко увеличивают свою прочность, сцепление и т.д., и ледопородное ограждение играет роль временной водонепроницаемой крепи, обеспечивающей безопасные условия ведения проходческих работ.

79

Способы замораживания. Применяют два способа искусственного замораживания пород: рассольный и безрассольный.

Сущность рассольного способа заключается в том, что холод от холодильной установки поступает в замораживающую колонку путем циркуляции хладоносителя – рассола, являющегося водным раствором хлористого кальция, иногда хлористого натрия, а также этиленгликоля или фреона-30. Эти жидкости не за-

мерзают при низких темпера-

80

Рассольный способ замораживания требует использования сложного оборудования, не всегда обеспечивает необходимую сплошность ледопородного ограждения. В связи с недостаточно низкой температурой охлаждения процесс образования мерзлоты весьма длителен.

Поэтому в последние годы все шире внедряют безрассольный способ, при котором замораживание породы происходит за счет испарения сжиженных газов-хладагентов непосредственно в замораживающих колонках. В качестве хладагентов используют жидкий азот, аммиак, фреон, углекислоту.

Преимущественное применение получил жидкий азот с температурой испарения –196 °С. Жидкий азот доставляют к месту потребления в специальных емкостях-танках, смонтированных на шасси автомобилей МАЗ и КрАЗ, вместимостью от 1 до 38 м3. Для замораживания используют замораживающие колонки такой же конструкции, как и при рассольном способе, диаметром 60 72 мм. Диаметр питающих труб 15 38 мм. Они не доходят до башмака колонки на 150 мм. Диаметр скважины 64 76 мм.

Замораживающие колонки соединяют последовательно в одну систему, при этом жидкий азот поступает в питающую трубу первой замораживающей колонки (рис. 19.17). Там он испаряется за счет притока тепла со стороны породы и в газообразном состоянии поднимается к устью колонки, а затем в питающую трубу соседней колонки и т. д. Из последней колонки системы азот удаляется в атмосферу. Скорость движения азота через колонки в процессе замораживания должна

81

Время замораживания породы жидким азотом сокращается по сравнению с рассольным способом в 8 9 раз. Повышается прочность ледопородного ограждения, что позволяет уменьшить его толщину. Для замораживания используют простое, компактное, легко транспортируемое оборудование, нет нужды в рассольной сети и насосах, обеспечивается взрыво- и пожаробезопасность. Несмотря на преимущества, безрассольный способ применяют пока редко. Широкое внедрение в практику замораживания пород жидким азотом сдерживается его высокой стоимостью и большим расходом. Этот способ целесообразно применять при ликвидации внезапных прорывов воды или плывуна в подземные выработки и выполнении срочных подземных работ в водонасыщенных породах при сложных инженерногеологических условиях.

В последнее время стали применять для замораживания более дешевый хладоагент – так называемый «сухой лед», который имеет температуру замораживания –78 С. Он гораздо дешевле жидкого азота и также уменьшает время замораживания пород по сравнению с рассольным способом. Ведутся исследования по замораживанию грунтов низкотемпературным воздухом, охлажденным до -53 -143 С.

Схемы замораживания. Ледопородные ограждения зоны строительства тоннеля создают по нескольким основным схемам замораживания:сплошной,контурной,горизонтальной,площадной.

По сплошной схеме вдоль трассы выработки бурят систему вертикальных замораживающих скважин, расположенных в несколько рядов. Располагают их по квадратной или ромбической сетке через 1,3 2,6 м и создают сплошной ледопородный массив, в пределах которого проводится выработка. При наличии водоупора в лотковой части выработки замораживающие скважины внутренних рядов недобуривают на 0,5 м до шелыги свода, а в контурных рядах заглубляют в водоупор (рис. 19.18, б). Это необходимо для того, чтобы не промораживать породу в месте проведения выработки. Если водоупорные породы залегают на значительной глубине ниже тоннеля, то скважины всех рядов заглубляют ниже лотка выработки на 3 6 м (рис. 19.18, а).

82

а)

б)

в)

Рис. 19.20. Схемы образования ледопородных ограждений при проведении горизонтальных выработок: 1 – ствол (котлован); 2 – замораживающие колонки; 3 – горизонтальная выработка

стью, требует больших материальных затрат и в то же время обеспечивает безопасность проходки, исключает сложные работы по укреплению фундаментов вышерасположенных зданий, позволяет избежать недопустимых осадок земной поверхности.

По площадной схеме выполняют замораживание массива неустойчивых пород над кровлей выработки с устройством ледо-

85

породной плиты, особенно при проходке тоннелей в устойчивых сухих породах, подстилающих неустойчивые водоносные отложения, или при проходке под дном водоема (рис. 19.21). Массив замораживают, пробуривая с поверхности земли несколько рядов вертикальных или наклонных скважин с колонками зонального замораживания либо укладывая замораживающие колонки на дно водоема и засыпая их песком.

Выбор схемы замораживания должен быть обоснован тех- нико-экономическим расчетом. Ледопородное ограждение поддерживают в замороженном состоянии, пока не будет закончено строительство подземного сооружения.

Процесс замораживания состоит из двух периодов: периода активного замораживания, при котором образуется ледопородное ограждение, и периода пассивного замораживания для поддержания отрицательной расчетной температуры в замороженной породе. Активное замораживание выполняется до проходки тоннеля, пассивное – в процессе проходки. В период активного замораживания к колонкам подают максимальное значение холода, а в период пассивного замораживания – порядка 30 35 % расчетной

производительностизамораживающей станции.

86

тем. Размораживание породы вокруг тоннелей мелкого заложения во избежание осадок земной поверхности производят путем подачи в замораживающие колонки пара или нагретого до 50 70 °С раствора хлористого кальция.

Г л а в а 20

СПОСОБ ОПУСКНЫХ СЕКЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДВОДНЫХ ТОННЕЛЕЙ

20.1. СУЩНОСТЬ СПОСОБА

Способ опускных секций применяют при строительстве подводных тоннелей в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, когда глубина воды в водотоке составляет от 6 до 40 м и в основании имеются грунты, способные обеспечить устойчивость откосов и дна подводной траншеи. В некоторых случаях этим способом сооружают береговые участки подводных тоннелей, опуская готовые секции в затопленный водой открытый котлован, имеющий шпунтовое крепление стен.

Способ основан на том, что предварительно изготавливают отдельные элементы тоннеля – секции длиной 100 150 м и водоизмещением до 50 тыс. м3, транспортируют их на плаву в створ тоннеля и опускают на заранее подготовленное грунтовое основание (рис. 20.1). Отдельные секции стыкуют между собой, создавая водонепроницаемое соединение, а затем засыпают крупнозернистым песком или крупнообломочным материалом из скальных пород.

По сравнению с щитовой проходкой способ опускных секций имеет определенные преимущества при заложении тоннелей

внеустойчивых водоносных породах, так как не требуется применение сжатого воздуха и исключается тяжелый и вредный труд

вподземных условиях. При строительстве подводных тоннелей способом опускных секций во многих случаях достигается сокращение сроков и стоимости строительства.

87