Материал: Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

[(*» ^ Г ~ к

где iM, tr — соответственно температуры пород в замороженной зоне и вне ее, °С; х * , у* — координаты точек границы е промер­

зания, м; — ---- производная по направлению нормали к грани­ це промерзания, °С/м; а— скрытая теплота льдообразования, кДж/кг; — ----- скорость продвижения границы промерзания,

м/ч; л — индекс характерного слоя горной породы.

Теплообмен внутри замораживающей колонки определяется уравнениями:

тепловое взаимодействие породы (п) с межтрубным простран­

естественная температура породы в начальный момент време­ ни, граничных — температура замораживания на суммарной поверхности замораживающих колонок, через которую происхо­ дит теплообмен между породой и циркулирующим в колонках хладоносителем, и нулевая изотерма на границе мерзлых и та­ лых пород.

Следовательно, граничные условия для решения уравнений при определенном числе замораживающих колонок будут за­ висеть от конструкции последних и прежде всего от режима движения хладоносителя в колонках, т. е. от условной внутрен­ него теплообмена.

Пространственная задача решается методом последова­ тельной смены стационарных режимов, ступенями, с разбивкой времени замораживания на достаточно малые интервалы и с

Рис. 4.6. Схема к определению сред­ ней температуры ледопородного ог­ раждения:

7?в — внутренний радиус ледопородного

использованием приема последовательных приближений. Наи­ более сложно решается задача распределения температурного поля при создании распределения температурного поля замкну­ тых кольцевых ледопородных ограждениях.

Использование вычислительной техники позволяет прогнози­ ровать развитие ледопородного ограждения в плоскости пласта на определенный промежуток времени замораживания не толь­ ко с учетом режима замораживания, но и реального положе­ ния замораживающих скважин в плане на рассматриваемом горизонте, а также рассчитать среднюю температуру ледопо­ родного ограждения, значения которой необходимы при опре­ делении толщины ограждения.

Для определения средней температуры ледопородного ог­ раждения необходимо знать распределение температуры в трех характерных плоскостях (рис. 4.6): осевой I, главной И, зам­ ковой III.

При однорядном расположении замораживающих колонок наибольший практический интерес представляет значение тем­ пературы в точке К пересечения осевой и замковой плоскостей' tK, так как она фактически определяет все температурное поле замковой плоскости, по которой ведется прочностной расчет толщины ледопородного ограждения, имеющей наиболее высо­ кую температуру и наименьшую прочность материала среды.

Средняя температура в замковой плоскости.

/ср=М0;32+0,8<Д—0,21/Е) .

Вэтих формулах Го--радиус замораживающей колонки, м;

tP— температура хладоносителя, поступающего в замораживаю­ щие колонки, °С; tCT— температура внешней поверхности замо­ раживающей колонки, °С; I — расстояние между колонками, м; d — диаметр колонки, м.

Величина 4Стзависит от температуры и режима движения

хладомосителя в колонках, толщины ледопородного огражде­ ния и других параметров.

Приближенно можно принимать, что при ламинарном ре­ жиме течения хладомосителя в колонках и толщине ледопород­ ного ограждения в пределах 3—4 м перепад между температу­

В предварительных расчетах, когда еще не известна толщи­ на ледопородного ограждения Е, величину tcp принимают рав­ ной

tçp= 0,4fCT.

4.1.6. Расчет толщины ледопородных ограждений

Одним из основных параметров, определяющих экономичес­ кую целесообразность применения способа замораживания, яв­

пород, или к разрушению ледопородного ограждения и прбрыву подземных вод. Как в первом, так и во втором случае это приводит к значительному увеличению стоимости и срока строи­ тельства подземного сооружения.

ная с инженерной точки зрения задача. Сложность заключает­ ся в том, что ледопородное ограждение не подчиняется закономёрностям упругого тела, а обладает ярко выраженными рео­ логическими свойствами, которые зависят от типа горной поро­ ды, температуры замораживания, времени обнажения стенок ограждения и т. д. Кроме того, по толщине ледопородное ограж­ дение имеет различные прочностные и упругие характеристики, закономерность изменения которых подчиняется закономерно­ стям изменения температурного поля в ледопородном ограж­ дении. В свою очередь, изменение температурного поля опреде­ ляется толщиной ледопородного ограждения. Поэтому опреде­ ление толщины ледопородного ограждения, учитывая инженер­ ный характер и большой разброс значений исходных парамет­ ров, осуществляют с помощью приближенных методов.

Толщина прямолинейного ледопородного ограждения. При строительстве подземных сооружений открытым способом с применением замораживания пород ледопородное огражде-

ние выполняет роль подпорной стены. Ориентировочно толщи­ на ледопородной подпорной стены (м)

но определить допустимую высоту обнажения подпорной стены h = E J (0,7 VJ).

толстостенный цилиндр правильной формы и бесконечно боль­ шой длины с одинаковыми по всему сечению физико-механиче­ скими свойствами, сжатый равномерно-распределенной внеш­ ней нагрузкой. По условию прочности максимальное танген­ циальное (круговое) напряжение на внутренней поверхности цилиндра не должно превышать допускаемого напряжения на сжатие замороженных пород:

E = RE Y 1аСж1/ ([CTC>J— 2Р)— 1J,

где ^в — радиус ствола в проходке, см; [о«к] — допустимое на­ пряжение замороженных пород на сжатие, определяемое как [осж] =о«/А3>чМПа: os — предел прочности замороженной породы

зультаты при замораживании пород на глубину, не превышаю­ щую 70 м. С увеличением глубины и ростом горного и гидро­ статического давления формула становится неприменимой, так как численное значение выражения ( о Сж ] — 2Р, входящее в формулу, может принимать нулевое или даже отрицательное значение, и формула в этом случае теряет физический смысл. Исходя из этого, на практике принято считать, что область применения формулы Ляме — Гадолина ограничена глубиной 40—50 м.

Более полно характер работы ледопородного ограждения учитывается в расчетной формуле Домке, в которой ледопо­ родное "ограждение рассматривается как упруго-пластический толстостенный цилиндр правильной формы и бесконечно боль­