ниже 400. Сочетание высокомарочных цементов с ускорителя ми твердения, подогревом воды и инертных, повышенным рас ходом цемента .позволяет получить бетон необходимой проч ности.
Оттаивание ледопородних ограждений вокруг горизонталь ных и наклонных выработок осуществляется, как правило, естественным способом. Искусственное оттаивание иногда применяют в практике метростроя при строительстве эскала-. торных тоннелей с целью равномерного нагружения крепи и регулирования процесса деформации выработки. К оттаиванию замороженных пород -приступают после проведения и закреп ления выработки -постоянной крепью.
Искусственное оттаивание осуществляют так же, как и при строительстве стволов. Контроль за оттаиванием пород осу ществляют через одну из замораживающих колонок, отключен ной от общей рассольной сети.
При замораживании грунта горизбнтальными колонками замораживающие трубы не извлекаются и остается в грунте после окончания горнопроходческих работ. В этом случае про странство внутри колонки заполняют тампонажным раство ром. При замораживании грунта вертикально или наклонно расположенными колонками последние по возможности извле-. кают после окончания горнопроходческих работ.
Число подлежащих извлечению колонок и способ их извле чения устанавливаются проектом в зависимости: от застрренности площадки, и доступа к колонкам; от степени ожидаемых осадок поверхности и сохранности наземных и подземных со оружений при извлечении колонок. Замораживающие трубы из скважин после оттаивания извлекают после демонтажа рас сольной системы и удаления из колонок рассола. Для тампо
нажа |
скважины |
перед извлечением |
труб |
башмак |
(нижняя |
|
часть) |
замораживающей трубы обоезают с -помощью трубореза. |
|||||
Срыв |
(отрыв) замораживающей трубы при подъеме осуществ |
|||||
ляют с помощью |
гидродомкрата, |
а дальнейшее извлечение — |
||||
лебедкой с полиспастом. Перед подъемом |
замораживающую |
|||||
трубу |
полностью |
заполняют тампонажным |
(глинистым) рас |
|||
твором. В случае |
утечки раствора |
в |
породу подъем |
колонки |
||
приостанавливают 'и заполняют ее раствором. Для уплотнения раствора в скважине его заливают в колонну труб выше уров ня поверхности земли. Неподдающиеся извлечению трубы за ливают тампонажным раствором.
4.5. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
4.5.1. Замораживание фильтрующих горных пород
Замораживание фильтрующих пород находит широкое при менение в практике строительства гидростанций и береговых
долговременных фортификаций, при создании противофильтрационных завес из замороженных грунтов, а также в практике строительства дренажных выработок при открытых разработ ках, в транспортном, городском и других отраслях строитель ства, при совмещении работ по водопонижению и заморажи ванию.
Замораживаниефильтрующих пород имеет ряд существен ных особенностей. При обычном замораживании (пластовые воды неподвижны) внешний теплоприток из окружающих по род к образующемуся ледопородному ограждению с течением времени уменьшается и к некоторому моменту становится прак тически постоянным. При этом распределение внешнего теплопритока идет равномерно как по периметру отдельных ледопо родных цилиндров до смыкания, так и после их смыкания в замкнутое кольцо. В результате образуется ледопородное ограждение правильной формы, постоянной толщины Е (рис. 4.27), которое может быть доведено до необходимых на прак тике размеров. Любые просчеты при проектировании режима замораживания для достижения заданной толщины ледопород ного ограждения могут быть исправлены простым увеличени ем времени замораживания.
При замораживании фильтрующих пород вследствие увели чения внешнего теплоп-ритока по сравнению с обычными усло виями замораживания и неравномерного распределения его по периметру ледопородного ограждения последнее имеет непра вильную форму и переменную толщину Ех и Е2.
Кроме того, по мере роста ледопородного ограждения в ре зультате постоянного уменьшения теплопоглощения заморажи вающих колонок и увеличения внешнего теплопритока срав нительно быстро наступает состояние теплового равновесия. Рост ледопородного ограждения или отдельных цилиндров мо жет прекратиться, несмотря на непрерывную работу замора живающих установок. При этом холод будет расходоваться на
бесполезное охлаждение' фильтрационного |
потока. |
Такое со |
стояние может установиться до момента |
полного |
смыкания |
кольца ледопородного ограждения или до достижения им за данной по условиям расчета толщины.
Решающее значение при замораживании фильтрующих по род приобретают температура подземных вод и скорость фильт-
6
Рис. 4.27. Образование ледопородного ограждения:
а — в породах |
с неподвижной водой; б — |
в фильтрующих |
породах |
рации. В связи с этим при замораживании фильтрующих гор ных пород для каждого конкретного случая в зависимости от скорости движения подземных вод, ее температуры должны проводиться специальные расчеты по определению условий смыкания ледопородного ограждения, времени замораживания.
В случае, когда расчеты показывают на невозможность за мораживания, или для создания ледопородного ограждения проектных размеров необходим весьма длительный срок за мораживания прибегают' к дополнительным мероприятиям, обеспечивающим успех замораживания в приемлемые сроки. К таким мероприятиям относятся: применение каскадного спо соба замораживания, создание дополнительной противофилътрационной завесы, особое расположение водопонизительных скважин в области ведения работ по замораживанию горных пород.
Сущность каскадного способа замораживания состоит в том, что замораживающие колонки включают в работу не од новременно, а последовательными группами. В первую очерёдь
в работу включают |
две диаметрально расположенные |
колон |
|||
ки 1 (рис. |
4.28) |
по |
диаметру, |
совпадающему с направлением |
|
движения |
потока |
подземных |
вод. После достижения |
в двух |
|
смежных парах колонок температуры 0°С включают 6 рабрту четыре фланговые колонки 2, осуществляют замораживание до тех пор, пока в других двух парах скважин 3 температура не снизится до 0°С и т. д. Таким образом, ледопородное ограж дение нарастает непрерывно в четырех направлениях. После включения в работу очередной пары смежных колонок холод в поддерживающие колонки подают в количестве, достаточном для поддержания постоянной температуры, т. е. на возмеще ние потерь теплопритока.
К достоинствам каскадного способа замораживания следу ет отнести: более совершенный контроль и регулирование про цесса замораживания, точно измеряя температуру пород на различной глубине через скважины, еще не включенные в ра боту; формировать работу отдельных скважин; обеспечение свободного выхода воды, во внешнюю толщу пород, в то время как при одновременном включении скважин вода, заключен ная внутри замораживаемого кольца, может оказать значи тельное давление на ледопородный цилиндр; замораживание
при меньшей |
хладопроизводительности станции |
по сравнению |
с обычным замораживанием. |
продолжитель |
|
Недостатки |
каскадного способа: большая |
|
ность процесса замораживания пород и сложность распределе ния рассола между колонками.
Для снижения скорости фильтрационного потока в зоне за мораживания горных пород, а также для дополнительного охлаждения подземных вод на пути фильтрационного потока
Рис. 4.28. Схема каскадного способа замораживания
1
/ — основные замораживающие колонки; 2 — допол нительные колонки; 3 — протнвофильтрациоиная за веса
образуют противофильтрационную завесу (рис. 4.29). Противофильтрационная завеса может быть создана с применением способа замораживания или же, если позволяют горно-геоло гические условия, тампонирования горных пород.
В случае одновременного применения способов заморажива ния и водопонижения водопонизительные скважины распола гают таким образом, чтобы в зоне замораживания пород были достигнуты минимально допустимые скорости фильтрации. Схе ма расположения и число водопонизительных скважин .долж ны определяться расчетом с применением .метода моделирова ния процесса на аналоговых машинах.
4.5.2. Замораживание грунтов жидкими
итвердыми хладагентами
Впоследние годы для замораживания горных пород, осо бенно для ликвидации аварий, стали применять жидкие хлад агенты. Процесс замораживания при этом осуществляется бла годаря непосредственно испарению хладагента в заморажива ющих колонках. В качестве таких хладагентов могут приме няться жидкий азот, пропан, аммиак и др. Температура испа
рения вышеназванных хладагентов при атмосферном давлении составляет: азота— 195,7 °С, пропана — 42,2 °С, аммиака — 33,4°С.
Преимущественное |
применение |
нашел |
жидкий азот |
как |
хладагёнт, обладающий |
наинизшей |
температурой испарения. |
||
Азот — бесцветный газ, |
без запаха |
и вкуса. В тфироде азот |
||
находится в свободном |
состоянии, |
в воздухе его содержится |
||
78% по объему и 75,6% по массе. |
Жидкий |
азот является |
от |
|
ходом кислородного производства |
и может |
быть получен |
на |
|
большинстве кислородных заводов. Его получают фракционной перегонкой жидкого воздуха (ректификацией). Плотность жид кого азота при температуре кипения — 804 кг/м3. От заводаизготовителя к пункту потребителя жидкий азот доставляют в специальных емкостях-танках, смонтированных на шасси авто-, мобилей КрАЗ, МАЗ.
Отечественная промышленность для перевозки сжиженных газов выпускает танки типа ТРЖК (транспортные резервуары жидкого кислорода) вместимостью 0,3; 1; 2; 3; 6; 7; 38 м3. Дав ление жидкого азота в танках 0,2 МПа. В зарубежной прак тике используют автоцистерны объемом до 60 м3. Потери жид кого азота (испарение) при хранении составляют 1,48 кг/ч,, при транспортировании — 5,1 кг/ч.
Для замораживания грунтов жидким азотом используют
замораживающие |
колонки такой |
же конструкции, |
как и при |
||
рассольном. В |
качестве замораживающих |
труб |
применяют |
||
стальные трубы |
диаметром 60—72 мм, а |
в качестве питаю |
|||
щих— трубы из |
|
нержавеющей |
стали диаметром |
15—38 мм. |
|
Питающие трубы |
не доходят до |
башмака |
замораживающей |
||
трубы на 150 мм.
Замораживающие колонки соединяют последовательно в од ну систему (рис. 4.30), при этом жидкий азот от распредели теля 1 подается в питающую трубу первой замораживающей колонки. В кольцевом пространстве колонки жидкий азот бла годаря притоку тепла со стороны грунта испаряется и в газо образном состоянии поднимается к устью колонки, откуда за тем поступает в литаюнцую трубу соседней колонки и т. д. Из
Рис. 4.30. Схема соединения колонок при за мораживании грунтов жидким азотом