книги из ГПНТБ / Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве

бетонной перемычкой и сбросовой трещиной приняли 165 мм, а в сбро­ совой трещине и дальше диаметром 112 мм с креплением стенок скважины обсадными трубами диаметром 108 мм.

Скважины бурили с промывкой глинистым раствором через вентили, установленные на направляющ их трубах и рассчитанные на давление 15 кгс/см 2. При бурении замораживающих скважин в нижней части выработки встретили водоносный, но не напорный ил; бурение скваж ин протекало без каких-либо осложнений. Но бурение замораживающих скваж ин, расположенных в верхней части выра­ ботки, было сопряжено с некоторыми трудностями. Водоносный ил здесь был напорным и не пропускал промывочной жидкости при давлении 12— 13 кгс/см 2. Ил прорывался даже через запорные вен­ тили в кольцевых пространствах между телом вентиля и буровой штангой. Таким путем из скваж ин вытекали значительные объемы ила, который удаляли в рудничных вагонетках.

При бурении замораживающих скваж ин было установлено, что материал, заполняющий сбросовую трещину, был представлен не­ сколькими слоями разнородных горных пород. В двух слоях водо­ носного ила содержалось большое количество гравия в поперечнике около 1 см. Между слоями водоносного ила залегал слой твердой горной породы.

К ак указывалось выше, бурение скваж ин протекало с осложне­ ниями: в горной породе защемлялись и деформировались буровые штанги; некоторые скважины искривлялись настолько, что пере­ секали соседние замораживающие скважины и др.

Следует также отметить, что буровой станок КАМ -500 мало

9месяцев.

Вскваж инах смонтировали замораживающие трубы диаметром

100мм и питающие трубы диаметром 48 мм.

Замораживающая станция состояла из аммиачного холодильного агрегата холодопроизводительностью 70 000 ккал/ч при температуре испарения — 20° С. Масса холодильного агрегата 14 т. Холодильное оборудование смонтировали в специальной камере размерами 3,2 X

водоносного ила, что указывало на распространение холода на это расстояние. Замораживание грунтов было выполнено за 47 сут.

Замороженные горные породы при проходке кверш лага раз­ рабатывали отбойными молотками. Д ля временной крепи кверш лага

220

применяли кольца из стали двутаврового профиля; расстояние

Наружный слой крепи представляет собой бетонную рубашку толщиною 300 мм; бетон марки 350. Бетонную рубаш ку укладывали заходками длиною 1 ,5 —2 м.

В местах сопряжений отдельных участков бетонной крепи, а также в местах пересечения клинкерно-бетонной крепью твердых горных пород производили последующую цементацию.

Скважины для последующей цементации бурили в направлении неустойчивых горных пород через крепь с заделкой в скваж инах направляющих труб с запорными кранами диаметром 3 7 — 50 мм, рассчитанными на давление 30 кгс/см а. Расстояния между цемента­ ционными скважинами по периметру крепи принимали 1,5 м.

Д ля последующей цементации применяли портланд-цемент марки 350 с добавкой 4% -ного хлористого кальция. Предельный удельный вес цементного раствора для последующей цементации принимали 1,7; максимальное давление нагнетания тампонажного раствора 15 кгс/см 2.

221

Выходы цементационного раствора через неплотности в крепи ликвидировали путем химического уплотнения — нагнетанием за крепь попеременно жидкого стекла и хлористого кальция при макси­ мальном давлении нагнетания их 15— 20 кгс/см 2.

Для уплотнения собственно крепи бурили цементационные сква ­ жины, пересекая ими лишь 2/ 3 толщины крепи. Максимальное давле­ ние нагнетания цементного раствора в этом случае принимали 30 — 40 кгс/см 2.

Проведение откаточного штрека в ш ахте ЧССР. При проведении откаточного штрека на участке протяженностью 6 м были встречены закарстованные горные породы. Откаточный штрек расположен на глубине 37 м от земной поверхности (рис. 97).

По контуру откаточного штрека из его забоя пробурили не­ сколько замораживающих скважин буровым станком, а часть замо­ раживающих колонок 7 были задавлены непосредственно в грунт. Всего разместили 16 замораживающих колонок диаметром 80 мм

ностыо 70 000 норм, ккал/ч расположили на земной поверхности. Рассол, охлажденный на замораживающей станции, подавали к за­ бою выработки по теплоизолированному рассолопроводу 6 диа­ метром 80 мм.

Рассолопровод смонтировали в специально пробуренной сква ­ жине. Прямой рассол поступал в замораживающие колонки из испарителя 3 самотеком под гидростатическим давлением: обрат­ ный рассол подавали в испаритель насосом 8, установленным в гор­ ной выработке. Замораживание грунтов выполнили за 20 сут.

§ 3. Сооружение подземных коллекторов

Канализационный коллектор (рис. 98) в г. Туле проходили парал­ лельно и вблизи р. Упа. На одном из участков коллектор пересекал земляную дамбу, на которой размещались два трамвайных пути 2. Глубина заложения коллектора под дамбой 9,9 м. Диаметр в свету коллектора 1 м.

Грунты, которые должен был пересечь коллектор, представлены илами, суглинками и песками. Уровень грунтовых вод залегал на глубине 7,58 м от поверхности дамбы. Таким образом, напор грунтовой воды на кровлю коллектора составлял 2,32 м вод. ст.

До пересечения дамбы коллектор сооружали открытым способом, а в месте пересечения дамбы коллектором — штольнями. Н еблаго­ приятные геологические и гидро-геологические условия на этом участке вызвали необходимость применять способ искусственного замораживания грунтов. Общая длина замораживаемого участка 35 м.

Замораживание грунтов здесь осложнялось тем, что вблизи дамбы находился коллектор ливневой канализации 3 и два городских водопровода 5 0 250 мм.

222

В месте пересечения дамбы замораживающие скважины были на­ клонными, а на других участках — вертикальными. Расстояния между вертикальными скважинами 1,2 м.

С каждой стороны коллектора пробурили по 16 наклонных замораживающих скваж ин под углами 6 3 — 86° к горизонту.

Ри с. 9 8 . Расположение замораживаю щ их скваж ин при сооружении канализа­ ционного коллектора:

1 — канализационный коллектор; 2 — трамвайные пути; 3 — коллектор ливневой канализа­ ции; 4 — котлованы для установки кондукторов наклонных замораживающих скважин; 5 — городской водопровод

Непосредственно над коллектором с каждой стороны дамбы пробурили по 6 наклонных скважин.

Глубины наклонных скваж ин изменялись от 9,5 до 15 м. Рас­ стояния между устьями наклонных скваж ин приняли 0 ,4 м, а между основаниями их 1,5 м.

Бурению наклонных скважин предшествовала установка кон­ дукторов — направляющих для скваж ин. Кондуктор представлял собой отрезок трубы длиною 3,5 м и диаметром 194 мм. Д ля уста­ новки кондукторов по обеим сторонам дамбы было открыто шесть котлованов 4 глубиною 2,5 м и поперечными размерами 0,8 X 3,95 —

223

которые предварительно задавливали в грунт на глубину 0,5 м. После установки кондукторов промежутки между последними за­ полняли бетоном марки М-75.

Замораживающие скважины бурили станками КАМ -500 с про­ мывкой глинистым раствором. В скважины опустили заморажива­ ющие трубы размером 114 X 5 мм.

Общее число замораживающих скваж ин 121; общая глубина их

300 000 норм, ккал/ч. На замораживание грунтов затрачено 40 сут. Для предупреждения замерзания городские водопроводы были тепло­ изолированы.

Канализационный коллектор в Ленинграде сооружали на правом берегу р. Фонтанки с применением горнопроходческого щита диамет­ ром 2,47 м в проходке. Глубина заложения коллектора 13 м от земной поверхности. Над коллектором залегают следующие грунты: культурный (насыпной) слой мощностью 3 м, пески и супеси 3,1 м, суглинки 3 м и ленточные глины мощностью 1,5 м.

При работе горнопроходческого щита в забой проходимого кол­ лектора вывалилась глыба глины, а затем прорвалась вода с при­ током 20 —30 м3/ч. Вместе с собой вода вынесла в выработку около 20 м3 тонкозернистого песка. Горнопроходческий щит и часть кол­ лектора на протяжении 8 м были занесены песком, который занял половину сечения выработки. В целях предупреждения последу­ ющего выноса песка в пройденной части коллектора на расстоянии 10 м от забоя возвели деревянную перемычку.

Дальнейшее сооружение коллектора осуществляли с помощью искусственного замораживания грунтов. Занесенный участок кол­ лектора очистили от песка и возвели бетонную перемычку непосредственно у горнопроходческого щита; в перемычке заделали кондукторы, предназначенные для пропуска через перемычку горизонтальных замораживающих колонок.

Замораживающие колонки задавливали непосредственно в грунт гидравлическими домкратами. Всего было задавлено семь замора­

На задавливание замораживающих колонок и монтаж рассольной сети затратили 10 сут. Активное замораживание грунтов протекало 24 сут.

22І

Замороженный грунт в забое коллектора разрабатывали отбой­ ными молотками. Горнопроходческая бригада состояла из 12 про­ ходчиков — по три звена при круглосуточной работе.

Когда горнопроходческий щит был очищен от песка и восста­ новлена его гидравлическая система, замороженный грунт раз­ рабатывали с постепенным подвиганием щита. После сооружения 3,5 м коллектора в глинистом грунте (за местом прорыва) встретили устойчивый незамороженный грунт — ленточную глину.

Ри с. 99. Расположение замораж иваю щ их скваж ин при сооружении водосточ­ ных коллекторов:

1, 2 — шахтные стволы; 3 — водосточный коллектор; 4 — железнодорожный путь; 5 — пере­ движная замораживающая станция

Участок коллектора, на котором произошел прорыв водоносного песка, закрепили деревянной сегментной крепью с внутренней же­ лезобетонной рубашкой.

На проведение и крепление коллектора в замороженной зоне затратили 8 сут.

Водосточные коллекторы в пос. Перово, Д ва параллельных водо­ сточных коллектора были сооружены с помощью горнопроходческих щитов диаметром 2 м. Расстояние между коллекторами 2 м. Глубина заложения подошвы коллекторов 5,2 м от земной поверхности. Трасса коллекторов пересекала М осковскую окружную железную дорогу (рис. 99).

Геологический разрез в районе железной дороги следующий.

и гальки; мощность песков 4 — 5 м. Коэффициент фильтрации песков 1 ,5 —2 м/сут. Пескам подстилают моренные суглинки с прослоями водоносного песка мощностью 0 ,5 — 1,5 м; ниже залегают пылеватые водонасыщенные супеси. Коэффициент фильтрации супесей 0 ,3 —

Ри с. 100 . Расположение замораж иваю щ их скваж ин при сооружении подводя­ щего канализационного кан ала:

1 — подводящий канализационный канал; г — шахтный ствол; 3 — действующий канал

0,19 см/сут. Уровень грунтовых вод залегает на глубине 0,5 м от поверхности земли, а водоупорные грунты — на глубине 25 м.

Неблагоприятные геологические и гидро-геологические условия, а также необходимость сооружения коллектора под железнодорож­ ными путями вызвали необходимость применения способа искус­ ственного замораживания грунтов на участке коллектора протяженностью 34 м.

Наклонные замораживающие скважины расположили в двух контурных рядах, параллельных оси коллектора, и на расстоянии 0,5 м от коллектора. У глы наклона скважин 3 0 — 86° к горизонту.

226

водящий канал в месте пересечения их сооружали с помощью замо­ раживания. Замораживание грунтов выполнили 19 горизонтальных замораживающими колонками, из которых 3 ввер ху и 3 внизу расположили в пределах поперечного сечения подводящего канала.

В торцовой части подводящего канала на расстоянии 0,5 м от башмаков горизонтальных замораживающих колонок образовали ледогрунтовую перемычку с помощью четырех вертикальных замора­ живающих скваж ин (№ 19—22), пробуренных с земной поверхности.

Д ля большей безопасности действующего канала на участке пересечения по обеим сторонам канала параллельно его оси обра­ зовали две вертикальные ледогрунтовые стены длиной по 9 м каж дая. Д ля этого с земной поверхности с каждой стороны действующего канала пробурили по 9 вертикальных замораживающих скважин (№ 1 — 18) па расстояниях 1 м одна от другой.

Контурные скважины (№ 1, 9, 10, 18) пробурили на 2 м ниже подошвы сооружаемого канала (до водоупора), а внутренние сква­ жины — до границы ледогрунтового ограждения, образованного горизонтальными замораживающими колонками (рис. 101).

Г Л А В А X

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВ ПРИ СООРУЖЕНИИ ТОННЕЛЕЙ

§ 1. Тоннель метро под р. Фурукава в г. Токио

Участок двух тоннелей метро шириной 2,7 м и высотой 7 м пере­ секает судоходную р. Ф ур укава в том месте, где над рекой перекинут

228

сооружения тоннелей было рассмотрено несколько вариантов: отвод

Тщательное изучение вариантов показало, что мост Канасуги сносить нельзя, так как нельзя было прекращать интенсивное дви­ жение транспорта.

Ри с. 103. Общий вид участка замораж ивания грунтов при сооружении тоннеля метро:

J — р. Фурукава; 2 — мост Канасуги; 3 — эстакада скоростной авто­ магистрали; 4 — тоннель метро; 5 — замораживающие колонки

Р . Ф ур укава при обильных атмосферных осадках значительно повышает свой уровень, поэтому необходимо было сохранить име­ ющийся размер проема под мостом для обеспечения свободного протока речной воды. По этим причинам ни один из перечисленных выше вариантов не был принят. Выбор был остановлен на способе

искусственного замораживания грунтов, который и был осуществлен впервые в Японии в 1965 г.

Протяженность участка замораживания 28 м. Замораживание грунтов осуществляли 196 горизонтальными замораживающими колонками разной длины. Колонки расположили в четырех вер­ тикальных и одном горизонтальном рядах (рис. 104). Кроме того,

229