ñîäåðæàíèå .. 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 ..
Химическое закрепление грунтов (ñòðîèòåëüñòâî ìåòðîïîëèòåíà)
При строительстве метрополитенов химическими методами закрепляют грунты под фундаментами зданий и сооружений, расположенных вблизи трассы метрополитена, с целью защиты от возможных осадок при проходке тоннелей закрытым способом, а также для защиты подземных коммуникаций от просадок и в некоторых других случаях.
Процесс заключается в нагнетании в грунт под давлением (через систему инъекторов или скважин) водных растворов силиката натрия (жидкого стекла) с отвердителем или синтетической смолы с отвердителем. В первом случае процесс называют силикатизацией, во втором — смолизацией.
При силикатизации также широко используют цементно-силикатные и глиносиликатные растворы в смеси с отвердителями.
В качестве отвердителей можно применять хлористый кальций, ортофосфорную, кремнефтористоводородную или щавелевую кислоту, алюминат натрия.
При смолизации используются водные растворы карбамидных смол с кислотными отвердителями.
Вид, концентрацию и рецептуру растворов выбирают в зависимости от физико-механических свойств грунтов и гидрогеологических условий закрепляемого участка.
Силикатизацию (двух— и однорастворную) и смолизацию можно использовать как способ постоянного закрепления грунтов оснований зданий и сооружений на весь период их эксплуатации. Эти способы эффективные в песчаных грунтах и трещиноватых скальных породах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 80 м/сут.
При двухрастворной силикатизации производят поочередное нагнетание через инъекторы силиката натрия (жидкого стекла) и раствора отвердителя (хлористого кальция).
Рис. 91. Вертикальный инъектор для закрепления грунтов
При однорастворной силикатизации одновременно нагнетают гелеобразующую смесь из раствора силиката натрия с отвердителем. По этой же технологии нагнетаются цементно-сили-катные и глиносиликатные растворы, состоящие из смеси цемента или бентонитовых глин, силиката натрия.
В песчаных и других слабых грунтах инъекторы погружают в грунт ударами пневматических молотков или дизель-молотов копровых установок. В гравелистых, трещиноватых скальных грунтах инъекторы погружают в предварительно пробуренные скважины.
Инъектор для вертикального инъектирования (рис. 91) представляет собой колонну стальных бесшовных труб 3. Нижняя часть инъектора состоит из конического наконечника 5 и участка цельнотянутой трубы 4, по периметру которой просверлены отверстия диаметром 3 мм, расположенные в шахматном порядке. От засорения грунтом отверстия защищены резиновыми клапанами. Верхняя труба имеет штуцер 2 для присоединения к нагнетательному шлангу и съемный наголовник / для восприятия ударов при погружении.
При проведении работ из забоя тоннеля применяются горизонтальные инъекторы, состоящие из манжетных колонн и тампонов. Манжетная колонна состоит из звеньев, труб, которые наращивают по мере бурения колонны или ее углубления в скважину. На каждом звене расположены прорези’с отверстиями, прикрытыми резиновыми манжетами. Первое звено манжетной колонны имеет наконечник для заглубления в грунт.
Тампон представляет собой две соединенные друг с другом трубы, имеющие в средней части отверстия для выхода раствора, прикрытые резиновой манжетой, а на концах разжимные клапаны, которые регулируют проникновение раствора в строго ограниченную зону инъекционной манжетной колонны. Тампон закрепляют на трубе, по которой подается инъекционный раствор в зону между двумя клапанами.
Нагнетание химических растворов ведут заходками, обеспечивающими монолитность закрепления грунта. Так, закрепление грунта с помощью вертикальных инъекторов ведут сверху вниз заходками на длину перфорированной части инъектора. На каждой заходке нагнетают раствор, в результате чего вокруг инъектора образуется столбчатый участок закрепленной породы (рис. 92). Иногда применяют нагнетание восходящими заходками, при котором инъектор сразу забивают на полную глубину, а затем поднимают вверх по мере нагнетания отдельными заходками. Для сплошного закрепления массива грунта инъекторы располагают в плане рядами в шахматном порядке. Радиус зоны закрепления породы вокруг одного инъектора зависит от коэффициента фильтрации грунтов и колеблется в пределах от 30 до 100 см.
При закреплении грунта в процессе проходки тоннеля глубина заходки может колебаться в пределах от 5-8 до 25-30 м в зависимости от гидрогеологических условий участка и длины пробуриваемых скважин.
Расстояние между инъекторами в ряду, а также расстояния между рядами инъекторов принимают в полтора раза (или несколько больше) превышающими радиус зоны закрепления грунта от одного инъектора.
Бурение скважин или задавливание инъекторов ведут при наличии впереди забоя целика закрепленного грунта или бетонной стенки, в которой устанавливают кондукторы для бурения скважин, установки инъекторов и в случае необходимости запорной арматуры, для предотвращения выброса водоносного грунта.
Инъекцию раствора выполняют следующим образом. Манжетную колонну устанавливают сразу на всю длину пробуренной скважины. Тампон закрепляют на трубе, по которой подается раствор, и вдвигают ее в манжетную колонну до конца последней. По мере продвижения тампона на нужную длину трубу наращивают. Среднюю часть тампона с отверстиями устанавливают строго против отверстий в манжетной колонне в тех местах, где надо делать инъекцию. Этим обеспечивается быстрота и качество работ по закреплению грунтов.
В ряде случаев применяют прямое инъецирование в грунт через инъекторы без применения манжетных колонн. Технология таких работ заключается в последовательной обработке зоны неустойчивых грунтов заходками по 3-5 м в направлении от забоя в глубь горного массива (рис. 93). Работу начинают с бурения скважин, установки инъекторов и закрепления грунта на первой заходке у бетонной стенки. Затем повторяют те же операции на следующей заходке, пока вся зона не будет закреплена.
Рис. 92. Схема расположения инъекторов в массиве закрепляемого грунта:
а — при одиночной инъекции; б — при закреплении на глубину двух заходок
Рис. 93. Схема химического закрепления грунта при проходке горизонтальной выработки:
а — подготовка тоннеля к производству закрепления грунтов; б — бурение скважин для закрепления первого (начального) участка зоны неустойчивых грунтов; в — проходка тоннеля по первому участку закрепленных грунтов; г — выход тоннеля из зоны закрепленных неустойчивых грунтов; 1 — тоннель; 2 — оборудование для химического закрепления грунтов; 3 и 6 — зоны устойчивых грунтов; 4 — бетонная предохранительная стенка; 5 — зона неустойчивых грунтов; 7, S — первый и второй участки зоны неустойчивых грунтов, закрепленные химическим способом; 9 — проходческое оборудование
Способы нагнетания растворов. Технологию процесса двухрастворной силикатизации выбирают в зависимости от скорости движения подземных вод: чем больше скорость, тем быстрее должны вступить в химическую реакцию нагнетаемые растворы, чтобы не произошло их вымывание.
При последовательном способе инъектор забивают на глубину первой заходки, нагнетают жидкое стекло, затем забивают его на глубину второй заходки и снова нагнетают тот же раствор, повторяя процесс до требуемой глубины. После этого инъектор извлекают, забивают на полную глубину другой инъектор и, постепенно извлекая его, нагнетают раствор хлористого кальция. Этот способ применяют при скоростях потока воды менее 1 м/сут.
При способе нагнетания по заходкам на глубину каждой за-ходки поочередно забивают и извлекают инъектор для жидкого стекла и инъектор для хлористого кальция. Этот способ применим при скоростях потока от 1 до 3 м/сут.
При одновременном способе нагнетания на каждую заходку забивают два инъектора на расстоянии 15-20 см один от другого и одновременно нагнетают в инъектор жидкое стекло, в другой-раствор хлористого кальция. Этот способ целесообразно применять при скоростях потока более 3 м/сут.
Однорастворную силикатизацию применяют для закрепления мелкозернистых и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации 0,5-2,0 м/сут. Гелеобразующую смесь готовят непосредственно перед нагнетанием путем смешивания в смесителе жидкого стекла с раствором отвердителей и сразу же с помощью насосов через инъектор нагнетают в грунт.
Смолизацию грунтов ведут по принципу однорастворной силикатизации. Рабочий раствор приготовляют непосредственно перед нагнетанием в такой последовательности: в отдельных баках готовят растворы смолы и отвердителя. Затем к раствору смолы добавляют отвердитель и после тщательного перемешивания смесь нагнетают в грунт через инъекторы. Время гелеобразования 1,5-4 ч.
При силикатизации и смолизации необходимо вести постоянный контроль качества исходных материалов и строго соблюдать подобранные лабораторным путем их количества при перемешивании. Качество выполненных работ проверяют путем забивки в разных местах контрольных инъекторов, через которые нагнетают воду для определения остаточного удельного водопоглощения закрепленных грунтов.
Проходка тоннелей под сжатым воздухом (кессонный способ)
При проходке тоннелей в сложных гидрогеологических условиях сжатый воздух используют в следующих целях:
для отжатия воды из зоны проходки и осушения забоя при ведении проходческих работ в неустойчивых плывунных грунтах или грунтах с большим водопритоком;
для создания дополнительного давления на забой (если такое давление может заменить временную крепь) при проходке в связных породах, подстилающих дно водоема или слой водонасыщен-ных грунтов с гидростатическим напором (для предотвращения их деформации и поступления воды в тоннель).
Проходка тоннелей под сжатым воздухом (кессонная проходка) имеет ряд особенностей.
При подходе забоя тоннеля к участку водоносных грунтов (рис. 94) в пройденной части тоннеля, имеющей постоянную обделку, сооружают воздухонепроницаемую (герметичную) шлюзовую перегородку. Эта перегородка отделяет сооруженную часть тоннеля от находящейся впереди рабочей зоны, в которой создают повышенное давление воздуха. Конструкция шлюзовой перегородки должна быть рассчитана на давление сжатого воздуха, в 1,5 раза превышающее давление воздуха в рабочей зоне.
Через воздухонепроницаемую перегородку пропускают коммуникации, для подачи в рабочую зону сжатого воздуха электроэнергии, воды и для других целей.
Рис. 94. Схема проходки тоннеля с применением сжатого воздуха в горизонтальном направлении:
1 — проходческий щит; 2 — рабочая зона; 3 — тюбингоукладчик; 4 — предохранительный экран; 5 — аварийный помост; 6 — шлюзовая перегородка; 7 — шлюзовые аппараты; 8 — зона нормального атмосферного давления; 9 — трубопроводы сжатого воздуха; 10 — горный комплекс для проходки тоннелей; 11 — бытовые помещения; 12 — компрессорная
Для прохода людей из построенной части тоннеля, т. е. из зоны с нормальным атмосферным давлением в рабочую зону и обратно, а также для транспортирования материалов и грунта в шлюзовой перегородке устраивают специальные камеры-шлюзовые аппараты.
При переходе из зоны нормального атмосферного давления в зону повышенного давления люди находятся в шлюзовых аппаратах в течение всего периода времени, пока давление воздуха в них поднимается до давления, равного давлению в рабочей зоне. Процесс перехода из зоны нормального давления в рабочую зону, связанный с постепенным повышением давления воздуха в шлюзовых аппаратах, называют шлюзованием, или компрессией. Обратный процесс — переход из рабочей зоны в зону нормального давления — (постепенное понижение давления воздуха в шлюзовых аппаратах) называют вышлюзованием, или декомпрессией. Время пребывания людей в шлюзовых аппаратах в период компрессии и декомпрессии установлено специальными нормами, приведенными в Правилах безопасности при производстве работ под сжатым воздухом (кессонные работы).
Особенности выполнения проходческих работ. Основными операциями при проходке тоннелей под сжатым воздухом в пределах рабочей зоны являются разработка и погрузка породы в забое, установка временного крепления, возведение постоянной обделки и ее гидроизоляция, шлюзование и вышлюзование.
Цикл работ по проходке тоннеля под сжатым воздухом считают законченным, если после снятия повышенного давления в рабочей зоне через возведенную постоянную обделку внутрь тоннеля не просачивается вода или плывунный грунт.
Наиболее ответственным участком работ является забой, где под влиянием сжатого воздуха происходит частичное изменение свойств грунта (изменяется его влажность, нарушается устойчивость, изменяется режим грунтовых вод). Нарушение установленного режима подачи сжатого воздуха в забой или резкое изменение инженерно-геологических условий сказывается на состоянии работ и темпах проходки тоннеля.
Давление сжатого воздуха в рабочей зоне на уровне подошвы выработки должно быть равным гидростатическому, а при отсутствии притока воды в лоток тоннельного забоя оно может быть понижено до величины, равной гидростатическому давлению на уровне 1/3 диаметра от подошвы выработки.
Применение сжатого воздуха в тоннелестроении ограничивается следующими условиями: максимально допустимым давлением воздуха, при котором могут работать люди без вреда для здоровья, степенью воздухонепроницаемости породы, окружающей выработку, минимальной толщиной слоя породы над выработкой, исключающей возможность прорыва сжатого воздуха на поверхность. .
Максимальное давление воздуха в рабочей зоне, при котором можно вести строительные работы, в соответствии с действующими Правилами безопасности при производстве работ под сжатым воздухом (кессонные работы) составляет 0,39 МПа.
Проходку тоннелей под сжатым воздухом ведут, как правило, щитовым способом. При проходке тоннеля обычным щитом однородный грунт в забое разрабатывают ярусами последовательно сверху вниз, начиная с верхнего яруса, одновременно во всех ячейках одного яруса.
В неустойчивых песчаных грунтах, залегающих в верхней части забоя, грунт разрабатывают в пределах аванбека щита с передвижкой ее на часть цикла (30-40 см), перекрепление забоя ведут одновременно с выемкой грунта.
При оборудовании щита специальными устройствами, разделяющими забой на ярусы, в целях ускорения работ допускается одновременная разработка грунта в нескольких ярусах, однако без опережения заходок в нижних ярусах.
Взрывные работы в забое можно вести с использованием электровзрывания, рассчитанного только на рыхление массива грунта мелкими шпурами и небольшими зарядами. При залегании неустойчивых грунтов в верхней части забоя, а устойчивых скальных в нижней части шпуры располагают так, чтобы между взрываемой частью забоя и неустойчивыми грунтами оставалась перекрывающая толща устойчивых ненарушенных грунтов.
Рис. 95. Схема расположения предохранительных устройств при проходке тоннелей под сжатым воздухом:
1 — щит; 2 — блокоукладчик; 3 — предохранительный экран; 4 — предохранительный помост; 5 — лестница; 6 — подвески крепления помоста к тюбингам; 7 — шлюзовая перегородка; 8 — герметическая дверь; 9 — ребра жесткости экрана
В процессе проходки до снятия повышенного давления выполняют весь комплекс работ по созданию надежной гидроизоляции тоннельной обделки.
Устройство для обеспечения безопасности. К таким устройствам относятся аварийный шлюз, предохранительные (аварийные) перемычки, предохранительный экран, аварийный помост (рис. 95).
Аварийным шлюзом является один из шлюзовых аппаратов, установленных в верхней части шлюзовой перегородки, который служит для спасения людей в случае аварии в сооружаемом тоннеле. При ведении всех работ дверь аварийного шлюза, выходящая в рабочую зону, всегда должна быть открыта.
Аварийную перемычку устраивают при длине рабочей зоны более 250 м, она предназначена для отсечения участка построенного тоннеля в случае возникновения аварийного положения в забое. Перемычка имеет проем с герметической дверью, открывающейся ь сторону забоя.
При проходке тоннелей кессонным способом под водоемами устраивают дополнительные предохранительные устройства (предохранительный экран и аварийный помост), обеспечивающие возможность работающим в кессоне в случае необходимости быстро покинуть рабочую зону. Предохранительный экран — это металлическая воздухонепроницаемая перегородка (диафрагма) с герметической дверью, предназначенная для предотвращения затопления участка тоннеля между экраном и шлюзами. Экран устанавливают в верхней половине тоннеля на расстоянии от забоя не более 50 м и периодически переносят его вслед за продвижением забоя.
Аварийный помост служит для соединения предохранительного экрана с аварийным шлюзом, его устраивают в верхней части тоннеля на всем протяжении от экрана до шлюзовой перегородки.
В связи с повышенным содержанием кислорода в воздухе рабочей зоны возможно активное возгорание предметов, находящихся в тоннеле. Поэтому рабочая зона должна быть оборудована устройствами, необходимыми для предупреждения и тушения пожаров. Для этой цели прокладывают специальный пожарный водопровод со стояками для разбора воды, увеличивают число пожарных постов с огнетушителями, которые могут работать при повышенном давлении.
Для наблюдения за давлением сжатого воздуха в рабочей зоне и шлюзовых аппаратах, расходом сжатого воздуха, его составом, температурой и степенью загрязненности служит система контрольно-измерительных приборов (манометры, счетчики, газоанализаторы, термометры и др.).
В соответствии с требованиями Правил безопасности при производстве работ под сжатым воздухом (кессонные работы) за состоянием здоровья работающих под сжатым воздухом на строительстве тоннелей органами Министерства здравоохранения установлен специальный медицинский надзор. Для обеспечения соблюдения этих требований организуют кессонный здравпункт или амбулаторию, оборудованные специальными рекомпрессионными камерами.
Все работающие в кессоне периодически проходят специальную медицинскую комиссию.
Контрольные вопросы
Для чего применяют специальные способы работ?
В чем заключается сущность замораживания грунтов?
Какие виды водопонижения применяют в строительстве метро?
В каких случаях применяют цементацию грунтов?
В чем сущность химического закрепления грунтов?
Какие средства безопасности применяют при проходке тоннелей под сжатым воздухом?
ñîäåðæàíèå .. 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 ..