книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

в себя контроль за давлением нагнетания, расходом (поглоще­ нием) тампонажного раствора в каждой скважине. Для опера­ тивного управления и автоматического контроля за процессом приготовления и нагнетания цементных и глиноцементных рас­ творов используют специальную станцию контроля СКЦ-2м, которая позволяет контролировать давление нагнетания, плот­ ность тампонажного раствора и расход последнего. Управление процессом тампонажа осуществляют из центрального пункта управления, находящегося в лаборатории, являющейся основ­ ной частью станций, куда поступает информация об основных технологических параметрах, а также о режиме работы насо­ сов и растворосмесителей. При помощи этих данных можно оперативно влиять на процесс тампонирования. При этом соот­ ветствующие датчики могут находиться на расстоянии свыше 100 м от пункта нагнетания.

Контроль за качеством тампонирования горных пород за­ ключается в определении прочности, монолитности и водоне­ проницаемости затампонированного массива. Эти параметры можно оценить: по данным технической документации произ­ водства работ; по кернам горных пород, полученным в кон­ трольных скважинах; по удельным водопоглощениям в тампо­ нажных и контрольный скважинах; по изменению фильтраци-

.онных свойств тампонируемых горных пород; по данным лабо­ раторных испытаний кернов; по непосредственному осмотру горных пород в скважинах.

Широкое распространение в практике тампонажных работ нашёл способ контроля за качеством работ, связанный с буре­ нием контрольных скважин и определением в них удельного водопоглощеиия. Для этого в пределах контура затампониро­ ванного целика пород бурят не менее трех скважин диаметром 90—100 мм при тампонировании горных пород с поверхности земли и диаметром 40—50 мм пр!и тампонировании из забоя выработки.

При возможности производят керновое бурение контроль­ ных скважин. По полученным кернам пород определяют харак­ тер и степень заполнения трещин и пор пород тампонажным камнем. Послов бурения скважин в каждой из них определяют удельное водопоглощение. Тампонаж считается законченным, если удельное водопоглощение пород снижено в результате тампонирования до 0,1 л/мин. Если удельное водопоглощение в кбнтрольной скважине превышает допустимую величину, то эту скважину тампонируют, а на участке, подлежащем контро­ лю, бурят и испытывают новую контрольную скважину. Все

коэффициенты проницаемости, определенные перед нагнетани­ ем в последующей тампонажной скважине, окажутся ниже до­ пустимых или равными допустимым расчетам. Измерения про­ ницаемости водоносных горизонтов осуществляют с помощью комплекса расходометрических исследований.

Качество работ при химической закреплении грунта должно соответствовать требованиям СНиП 3.02.01—83 (разд. 5). Со­ гласно этим требованиям качество инъекционного закрепления будет обеспечено при выполнении следующих контрольных ме­ роприятий: проверкой качества исходных материалов; операци­ онной проверкой качества рабочих реагентов при производстве работ; опытной проверкой заложенных в проект расчетных па­ раметров тампонирования; контролем за исполнением при про­ изводстве работ; проверкой проектных форм и размеров за­ крепленных объектов и др. При операционной проверке непре­ рывно в процессе инъекционных работ необходимо контроли­ ровать плотность и температуру растворов, время гелеобразования закрепляющих смесей, режим нагнетания.

Контроль заданных проектом форм и размеров закреплен­ ных грунтовых массивов, а также требований в отношении сплошности и однородности закрепления должен осуществлять­ ся вскрытием закрепленных участков контрольными шурфами и скважинами, методами статического и динамического зонди­ рования, геофизическими методами (радиометрическим, элек­ трометрическим и сейсмоакустическим).

Число контрольных скважин ориентировочно должно состав­ лять 3—5% общего числа инъекционных скважин, а число шур­ фов назначается примерно из расчета один шурф на 2—3 тыс. м3 закрепленного грунта, но не менее двух шурфов на объект. Керны при бурении скважин отбирают через каждые 0,8—1 м по глубине скважины. К шурфованию и бурению контрольных скважин приступают не ранее, чем через 7 сут после окончания работ по закреплению грунта.

5.4. ОСОБЕННОСТИ ТАМПОНАЖНЫХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ

И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК

5.4.1. Схемы тампонирования

Производство работ по тампонированию горных пород при строительстве горизонтальных и наклонных выработок отлича­ ется большим разнообразием технологических схем расположе­ ния тампонажных скважин в пространстве и устройством там­ понажных перемычек. Так же как и при строительстве стволов, тампонирование горных пород при строительстве горизонталь­

ных и наклонных выработок осуществляют по двум технологи­ ческим схемам: с поверхности земли и из забоя выработки.

При тампонировании пород с поверхности выбор схемы рас­ положения тампонажных скважин зависит от глубины заложе­ ния выработки, гидрогеологических условий, наличия и глуби­ ны залегания водоупора. Если породыводоупора залегают на небольшой глубине от выработки, то тампонаж может быть осуществленпо схеме,' показанной на рис. 5.26. В этом случае

условий, параллельно оси выработки. При отсутствии водоупоров тампонированию подвергают весь массив, в котором будет располагаться выработка (рис. 5.26,в). При этом тампонажные скважины бурят или вертикально, или наклонно в зависимости от горно-геологических условий и условий на поверхности по трассе строящегося объекта.

При тампонировании пород из забоя выработки (рис. 5.27) работы выполняют отдельными участками (заходками) опреде­ ленной длины с последовательным чередованием процессов тампонирования и проведения выработки, Нагнетание тампо­ нажного раствора в массив осуществляют через группы слабо­ наклонных скважин 1, при этом формируются затампонированные массивы в виде конусов или ореолов, входящих .один в дру­ гой. Для предотвращения выхода тампонажного раствора и во­ ды в выработку при тампонировании каждой заходки возводят тампонажную перемычку 2 или оставляют целик из ранее затампонированной породы.

Длина участка тампонирования зависит от многих, факторов и в первую очередь от свойства массива, вида тампонажного материала, буровых средств и т. д. В достаточно устойчивых породах длина участка тампонирования пород может достигать сотен метров, в то время как в неустойчивых и разрушенных породах длина участка снижается до нескольких метров. В ус­ тойчивых породах наиболее часто тампонаж выполняют заход­ ками 10—50 м, а неустойчивых — до 5 м. Скважины располага­ ют в пределах выработки и бурят под углом к продольной оси выработки с таким расчетом, чтобы концы скважин выходили за контур выработки на 1—5 м. Расстояние устьев тампонаж­ ных скважин от крепи выработок должно быть минимальным. Оно зависит от типа применяемой бурильной машины. Так, при бурении станком НКР-ЮОМ это расстояние принимают не ме­ нее 700 мм, при бурении перфораторами 200—300 мм.

Каждая из рассматриваемых технологических схем облада­ ет рядом преимуществ и. недостатков. Так, при тампонаже с поверхности земли горнопроходческие работы совмещаются с работами по тампонйрованию и зависят друг от друга, что по­ зволяет проходить выработку безостановочно с большими ско-

Рис. 5.26. Схема тампонирования с поверхности:

/ —тампонажные скважины; 2 — затаыпонированный массив; 3 —выработка

Рис. 5.27. Расположение тампонажных скважин при проведении горизон­ тальных выработок

ростями. Но при этой схеме необходимо выполнять значитель­ ный объем буровых работ, зачастую тампонировать «лишний» объем горных пород, что приводит к перерасходу тампонажных материалов и удорожанию строительства.

При схеме тампонирования пород из забоя выработки объ­ ем буровых работ сокращается, уменьшается и расход тампо­ нажных материалов, но при этом резко сокращается скорость строительства выработки из-за того, что работы по тампонажу и проходке чередуются. Кроме того, затрачивают значительное время на устройство тампонажных перемычек. В связи с этим выбор той или иной технологической схемы тампонирования горных пород должен базироваться на основании технико-эко­ номических сравнений вариантов с учетом гидрогеологических условий строительства, физико-механических свойств породы, глубины заложения выработки, принятого типа бурильных ма­ шин и тампонажного материала.

5.4.2. Производство тампонажных работ

При проведении протяженных горизонтальных и наклонных выработок производство работ по тампонированию пород (грун­ та) с поверхности в принципе ничем не отличается от техноло­ гии, описанной в подразделе 5.3.3.

При тампонировании из забоя выработки работы выполняют в следующей последовательности: возведение тампонажной перемычки; гидравлическое испытание кондукторов; бурение тампонажных скважин; оборудование тампонажных скважин запорной арматурой; расходометрические исследования в сква­ жинах; нагнетание раствора; демонтаж запорной арматуры и разборка перемычки.

В случае, когда тампонирование ведут под защитой пород­ ного целика, работы выполняют в такой последовательности: бурение скважин под кондукторы; установка кондукторов и монтаж запорной арматуры; гидравлическое испытание кондук­ торов. После этого бурят скважины. Дальнейшие состав и оче­ редность работ такие же, как и при использовании перемычек.

Тампонажные перемычки при,строительстве горизонтальных или наклонных выработок устраивают плоскими, цилиндриче­ скими или сферическими. Плоские перемычки имеют форму че­ тырехгранной усеченной пирамиды в выработках прямоуголь­ ного поперечного сечения или усеченного конуса — в выработ­ ках круглой формы. В зависимости от расчетной тол'щины пе­ ремычка может иметь одну или несколько ступеней.

Перемычки возводят из кирпича, камня, бетона или железо­ бетона. Наиболее широкое применение получили перемычки из монолитного бетона. Железобетонные перемычки применяют в редких случаях. Это объясняется трудностью их разрушения при проведении выработки.

Расчет толщины тампонажных перемычек L (м) в горизон­ тальных выработках из условий прочности осуществляют по формуле В. А. Алексеева

2&tga

где Х =1,1— 1,2 — коэффициент \1ерегрузки; П — периметр гори­ зонтальной выработки в проходке, м; А =3,4—3,7 — коэффи­ циент, учитывающий форму вруба; S — площадь, воспринимаю­ щая давление нагнетания тампонажного раствора, м2; Р — мак­ симальное давление нагнетания тампонажного раствора, МПа; а = 1 3 —19° — угол наклона боковых граней перемычки; Re — расчетное сопротивление бетона сжатию в раннем возрасте, МН/м2.

RQ= 0

где k2— коэффициент однородности бетона, принимаемый для бетонов марки менее 200 — 0,55, более 200 — 0,6; щ — коэффи­ циент относительной прочности бетона в раннем возрасте, зна­ чение которого можно определить из графиков, приведенных на рис. 5.22; R2s— призменная прочность бетона в 28-суточном возрасте, МПа.

В случае, когда расчетная толщина тампонажной перемычки окажется больше. 5 м, принимают ступенчатую конструкцию пе­ ремычки. При этом число ступеней перемычки

N = L/( 2 ч- 3).

Толщину тампонажной перемычки, полученную из условия прочности на сжатие, проверяют на восприятие его срезываю­ щих усилий из условия

L' = PS/xp,

где Тр— расчетная прочность бетона на срез в раннем возрасте, МПа:

Тр = 0,QîlfjfoçP28,

где Т2 8 — прочность бетона на срез в 28-суточном возрасте, МПа.

Проектную толщину бетонной перемычки принимают боль­ ше величин 1 и U.

В, случае, когда в качестве тампонажной перемычки исполь­ зуют породный целик, его толщину можно определить по фор­ муле

1ц— PSX/ (тсЯ),

где тс — допускаемое напряжение пород на срез, МПа; S — пло­ щадь сечения выработки в проходке, м2.

Технология возведения тампонажных перемычек зависит от притока воды в выработку. При отсутствии притока воды там­ понажные перемычки возводят в следующей последовательно­ сти. В начале вынимают породу на расчетную толщину тампо­

сле разделки вруба первой ступени приступают к выемке и креплению пород второй ступени (рис. 5.28, в) и т. д.

После разделки и крепления всех врубов, предусмотренных проектом, возводят деревянную опалубку, устанавливают кон­ дукторы (рис. 5.28, г) и укладывают бетон с помощью бетоно­ укладчиков за опалубку (рис. 5.28, д). Опалубку наращивают по мере укладки бетона. Спустя 3 сут после укладки бетона в перемычку с целью заполнения возможных трещин или пустот

Раствор отнасоса

Рис. 5.28. Очередность возведения тампонажной подушки

в бетоне через кондукторы нагнетают тампонажный раствор (рис. 5.28, е).

При притоке воды, в выработки работы по возведению пе­ ремычки организуют таким образом, чтобы не было доступа воды к месту производства работ. Для этого выработку прово­ дят несколько дальше места возведения перемычки для устрой­ ства водосборника с перегородкой 1 высотой до 1 м (рис. 5.29).

Из водосборника вода отводится по трубе 2 за пределы пе­ ремычки. Выпуск воздуха происходит по трубе 3, уложенной в наиболее высоком месте перемычки. После этого возводят две кирпичные перемычки толщиной 0,8— 1 м; вначале заднюю 6, затем переднюю 4. При возведении задней перемычки в ней устанавливают направляющие трубы для тампонажных сква­ жин. Расстояние между кирпичными перемычками определяет­ ся расчетной толщиной тампонажной перемычки.

в

Ыж(МттШ7 ^ у / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / А

Рис. 5.29. Возведение тампонажной перемычки в водоносных породах

Для придания кирпичным перемычкам большей несущей способности их врезают в окружающие горные породы, для че­ го по контуру выработки разделывают вруб. Пространство меж­ ду .кирпичными стенами заполняют щебнем или гравием 5 с последующим нагнетанием тампонажного раствора. После на­ бора перемычкой необходимой прочности водоспускную трубу 2 перекрывают и проверяют герметичность тампонажной пере­ мычки.

В выработках с большой площадью поперечного сечения пе­ ремычки усиливают металлической арматурой.

При оставлении в качестве тампонажной перемычки затампонированного породного целика кондукторы закрепляют в спе­ циально пробуренных скважинах с помощью быстротвердеющего портландцемента или расширяющегося цемента.

После возведения перемычки приступают к бурению тампо­ нажных скважин. В горных породах с напорными водами там­ понажные скважины бурят через кондукторы с запорной арма­ турой. При бурении станком НКР-ЮОМ через каждый 1,2 м углубления скважины наращивают буровые штанги. После вы­ буривания скважины на проектную глубину определяют ее удельное водопоглощение или проводят расходометрические исследования, на основании которых назначают составы и кон­ систенцию тампонажных растворов, устанавливают режимы тампонирования и приступают к нагнетанию раствора.

Нагнетание тампонажного раствора в массив горных пород осуществляют по нескольким технологическим схемам. При применении цементных растворов возможны две технологиче­ ские схемы: 1) оборудование для приготовления раствора и на­ гнетания его в породы располагают в выработке у забоя и 2) оборудование размещено на поверхности земли. Выбор тех­ нологической схемы нагнетания зависит от глубины заложения выработки, объемов тампонажных работ и в каждом конкрет­