Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Строительство тоннелей и метрополитенов Минимаркер Способ предварительного тампонирования грунтов

Способ предварительного тампонирования грунтов

Страница 5 из 6

Сущность способа тампонирования заключается в заполнении пустот, трещин и пор в массиве грунта материалами, способными затвердевать в течение определенного времени. Материалы вводят в грунт в виде растворов (тампонажные растворы), которые нагнетают через специальные трубки – инъекторы, расположенные по определенной схеме в грунтовом массиве. Тампонажный раствор нагнетают под давлением в 2–3 раза большим, чем гидростатическое давление грунтовой воды. Распространяясь на определенное расстояние от скважины, раствор отжимает воду либо частично смешивается с ней, а после затвердевания перекрывает пути фильтрации грунтовой воды к выработке. Затвердевший в порах и трещинах грунта раствор существенно повышает его прочностные свойства, поэтому способ тампонирования грунта называют также способом закрепления грунтов. Большим преимуществом этого способа является тот факт, что эффект закрепления проявляется в течение длительного времени – практически всего срока службы сооружения. Это дает возможность не только возводить, но и в дальнейшем эксплуатировать сооружение в относительно благоприятных инженерно-геологических условиях.

Тампонажные растворы могут состоять из одного или нескольких компонентов. При смешивании нескольких компонентов происходит химическая реакция с образованием в порах грунта геля – желеобразного вещества, придающего грунту прочность и водонепроницаемость. Такой способ называют способом химического закрепления грунтов.

В зависимости от состава тампонажного раствора грунту придаются либо значительная прочность и водонепроницаемость одновременно, либо только водонепроницаемость. Это определяет область применения составов той или иной рецептуры.

Материал, который составляет основу раствора, нагнетаемого в грунтовой массив, определяет вид тампонирования: цементация, глинизация, битумизация, силикатизация и смолизация. Основными критериями при выборе вида тампонирования грунтов являются их фильтрационная способность и требования к прочности грунта.

Цементацию применяют в настоящее время в наибольших объемах для снижения притоков воды и повышения устойчивости выработки при проходке; защиты обделки (как правило, бетонной) от действия агрессивных подземных вод; восстановления разрушенной обделки; возведения противофильтрационных завес. Цементацию целесообразно применять в скальных и полускальных трещиноватых грунтах с размером трещин не менее 0,1 мм и коэффициентом фильтрации не более 500 м/сут, а также в гравийно-галечниковых грунтах и крупнозернистых песках с коэффициентом фильтрации 80–300 м/сут. Прочность песков после цементации бывает в пределах 0,9–3 МПа (9–30 кгс/см^). Для цементации используют простые растворы, состоящие из двух компонентов: вяжущее вещество и вода (В:Ц = 2:1) и сложные растворы, содержащие, кроме вяжущего вещества и воды, различного рода наполнители и добавки-активаторы. В качестве вяжущего вещества в основном используют портландцемент марки не ниже 400. В особых случаях применяют пуццолановый, глиноземистый, сульфатостойкий, тампонажный и другие специальные цементы. При выборе цемента необходимо учитывать сроки схватывания и твердения цементного теста, устойчивость его в агрессивной среде, характер трещиноватости или пористости грунтового массива, стоимость цемента. С целью экономии цемента в раствор добавляют инертные наполнители: молотые грунты (известняки, песчаники, граниты), пески, древесные опилки, различные волокнистые материалы, вулканические пеплы, туфы, пемзы, доменные гранулированные шлаки, золу и т. п.

Для регулирования тампонажных свойств растворов вводят различные добавки-активаторы: пластифицирующие, поверхностно-пластифицирующие; ускорители схватывания, твердения; противоморозные и т. д.

При глинизации в грунты вместо цементного раствора нагнетают водный раствор глины. Основное достоинство этого способа заключается в использовании недорогостоящего материала. Для приготовления глинистых растворов целесообразно применять бентонитовые глины. Следует иметь в виду, что глинистый тампонажный заполнитель обладает высокими гидроизолирующими качествами, но небольшой механической прочностью. Поэтому глинизацию целесообразно использовать для создания противофильтрационных завес, когда не ставится задача упрочнения грунта. В последние годы для тампонажа трещиноватых скальных грунтов широкое применение нашли глиноцементные растворы – в исходный глинистый раствор добавляют сухой цемент и жидкое стекло, а в некоторых случаях и песок.

Сущность битумизации заключается в том, что в скальные или полускальные грунты через скважины нагнетают расплавленный битум при температуре 140–150°С. Отвердевая, при остывании в трещинах и пустотах, битум делает массив практически водонепроницаемым. Однако из-за необходимости тепловой обработки массива перед нагнетанием битума и производственных неудобств, связанных с использованием горячего битума и подогрева его в процессе нагнетания, способ битумизации не нашел широкого применения в практике строительства тоннелей и метрополитенов.

В результате многолетних исследований в Советском Союзе был разработан способ силикатизации, позволяющий закреплять грунты с низким коэффициентом фильтрации (2–80 м/сут) и значительно улучшать физико-механические свойства глинистых грунтов. Сущность способа заключается в последовательном нагнетании в поры грунта водных растворов двух материалов (двухрастворный способ): сначала жидкого стекла (силиката натрия), а затем хлористого кальция. В результате химической реакции образуется студенистая масса – гель кремниевой кислоты, которая связывает частицы грунта, повышая водонепроницаемость и придавая ему повышенную прочность до 1,5–2,0 МПа (15–20 кгс/см2).

В грунтах с коэффициентом фильтрации 0,2–5 м/сут применяют однорастворный способ силикатизации. При этом способе гелеобразующую смесь заготавливают заранее из жидкого стекла и окислителей (коагулянтов): ортофосфорной, кремнефтористоводородной кислот или алюмината натрия.

Способ силикатизации применяют также с нагнетанием в грунт углекислого газа – газовая силикатизация. Сначала для активизации грунта в скважины нагнетают углекислый газ, затем раствор силиката натрия и, наконец, вторично – углекислый газ для отвердения раствора.

Способ силикатизации грунтов не рекомендуется применять при скорости движения подземных вод более 5 м/сут.

Сущность смолизации заключается в нагнетании водных растворов высокомолекулярных органических соединений (синтетических смол) с добавками-отвердителями. Эти смолы, обладая высокой пластичностью, проникают в мельчайшие поры грунта и в результате химической реакции переходят из жидкого в твердое состояние, значительно увеличивая водонепроницаемость и прочность грунта. Так, пески, закрепленные синтетическими смолами, обладают прочностью на сжатие до 5–10 МПа (50–100 кгс/см2). Смолизация находит все более широкое применение в практике строительства подземных сооружений, но ее объемы применения пока ограничены высокой стоимостью смол и вредным воздействием на организм человека. В отечественной практике смолизации грунтов наиболее распространены карбонные смолы марок МФ-П, КМ, ММ-3, МФФА и др. Эти смолы легко разбавляются водой до любой концентрации, допускают регулирование сроков схватывания в широком диапазоне и слаботоксичны.

Технология работ по тампонированию грунта в общем случае включает следующие виды работ: бурение скважин в соответствии с принятой схемой их расположения, монтаж тампонажного оборудования, нагнетание раствора или растворов в скважины, контроль качества выполнения работ, проходку выработки на участке затампонированных грунтов.

Работы осуществляют по двум технологическим схемам: с поверхности земли и из забоя выработки.

Тампонирование с поверхности земли проводят в подготовительный период строительства до начала проходческих работ. При небольшой мощности и однородных свойствах массива грунта, подлежащего тампонированию, работы выполняют сразу на всю проектную глубину. В случае значительной толщи грунта давление, необходимое для нагнетания раствора, и его расход будут различны, поэтому тампонирование целесообразно выполнять отдельными заходками (15–20 м) сверху вниз или снизу вверх. Схемы расположения тампонажных скважин зависят от глубины заложения выработки, гидрогеологических условий, наличия и глубины залегания водоупора, а также от плотности городской застройки и аналогичны схемам, рассмотренным ранее при искусственном замораживании грунтов.

Для выполнения комплекса работ используют буровые установки (типов БСН-241, БТС-150, самоходную буровую установку УРБ-50м и т. д.), оборудование для приготовления и нагнетания тампонажных растворов (стационарные или передвижные установки в зависимости от объема работ), контрольно-измерительную и запорную аппаратуру и различное вспомогательное оборудование в зависимости от вида тампонирования.

Тампонирование из забоя выработки (рис. 3.14) выполняют отдельными участками (заходками), длина которых зависит от свойств тампонируемых грунтов, вида тампонажного материала, бурового оборудования и т. д. В процессе сооружения тоннеля работы по тампонированию грунта чередуют с проходкой выработки. Тампонажный раствор нагнетают через скважины (1), пробуренные под углом к продольной оси выработки в тампонажной перемычке (2). В результате формируются затампонированные массивы грунта в виде усеченных конусов, входящих один в другой.

Схема тампонирования грунта из забоя

Рис. 3.14 – Схема тампонирования грунта из забоя

Тампонажные перемычки изготавливают из монолитного бетона в процессе бетонирования, в перемычку устанавливают кондукторы и запорную арматуру. Вместо тампонажной перемычки может быть оставлен целик из затампонированного грунта. В устойчивых грунтах обычно тампонаж выполняют заходками по 10–30 м, в неустойчивых – до 5 м.

Оборудование для нагнетания тампонажного раствора в грунтовой массив можно располагать в выработке или размещать на поверхности земли. Это зависит от глубины заложения тоннеля и объемов работ. Для улучшения организации труда и увеличения темпов проходки в нашей стране разработаны специальные комплексы оборудования. На (рис. 3.15) показан комплекс оборудования для химического укрепления слабоустойчивых и сыпучих грунтов при щитовой проходке.

Комплекс оборудования для тампонажных работ при щитовой проходке

Рис. 3.15 – Комплекс оборудования для тампонажных работ при щитовой проходке: 1 – инъекторы; 2 – тампонажная перемычка; 3 – распределительная колонка; 4 – насос; 5 – расходные баки

В процессе производства работ по тампонированию грунтов необходимо осуществлять постоянный контроль за качеством бурения тампонажных скважин (соблюдение заданного направления), приготовления тампонажных растворов (качество исходных материалов и плотность растворов), нагнетания (давление нагнетания и расход тампонажного раствора в каждой скважине), тампонирования грунтов (прочность, монолитность и водонепроницаемость грунтового массива).


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика