книги из ГПНТБ / Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве

стояние между замораживающими скважинами в песчанике при прочих равных условиях:

= 30 000 ккал/м 3 время, необходимое на образование ледогрунтовой стены, составило 134 сут. Следовательно, с уменьшением тепло­ содержания грунта почти вдвое время, затрачиваемое на образова­ ние ледогрунтовой стены, сокращается лишь на 11% при одновремен­ ном увеличении расстояния между замораживающими скважинами на 2 0 % .

Проведенные выше исследования показывают, что способ искус­ ственного замораживания грунтов имеет большие скрытые возмож­ ности, позволяющие упростить и удешевить его. Это, в свою очередь, явится стимулом для расширения области применения его.

Исследования показывают, что общепринятые расстояния между замораживающими колонками 1 — 1,25 м при образовании водо­ непроницаемых завес не обеспечивают минимальных сроков выпол­ нения работ и минимальной стоимости их. Напротив, при обще­ принятом расстоянии между замораживающими колонками стоимость работ будет наиболее высокая. Другие показатели: холодопроиз­ водительность замораживающей станции, расход электроэнергии, расход труб и, наконец, капитальные затраты на приобретение холодильной установки при общепринятом расстоянии между замо­ раживающими колонками выше, чем при любом большем рассто­ янии. Следовательно, общепринятое расстояние между заморажи­ вающими колонками при образовании водонепроницаемых ледо­ грунтовых завес должно быть увеличено.

Кроме сбережения средств увеличенные расстояния между замо­ раживающими колонками имеют следующие достоинства:

бурение скважин и монтаж замораживающих колонок являются процессами весьма трудоемкими. Следовательно, чем больше будет принято расстояние между замораживающими скважинами, тем в большей мере человеческий труд будет замещаться работой холо­ дильных машин;

значительно уменьшается необходимая холодопроизводитель­ ность замораживающей станции и соответственно капитальные затраты на приобретение холодильного оборудования.

сокращается в значительной мере объем транспортирования мате­ риалов и оборудования, необходимых для з'амораживания грунтов.

Последние два преимущества имеют важное значение при произ­ водстве замораживания грунтов в отдаленных неосвоенных районах;

151

эксплуатация рассольной сети (обслуживание замораживающих колонок) упрощается и удешевляется благодаря тому, что число действующих замораживающих колонок сокращается.

Оптимальное расстояние между замораживающими колонками должно приниматься на основании сопоставления результатов опре­

с другой.

Опыт и наблюдения показывают, что расстояния между сква­ жинами можно увеличить до 2 ,5 — 3 м, а это отвечает наивыгоднейгаему расстоянию между замораживающими колонками.

Конечно, в каждом отдельном случае должны быть учтены особые условия, например, значительное содержание растворов хлористых солей в воде, потоки подземных вод с большими скоростями и др. Эти факторы приводят к уменьшению расстояния между скважинами. Однако сохраняя найденное расстояние между замораживающими скважинами, необходимо понизить температуру хладоносителя, а также путем нагнетания тампонажных растворов в горную породу.

При замораживании грунтов вблизи технических сооружений с глубокими фундаментами следует иметь в виду, что в грунте, окру­ жающем фундаменты, можно встретить включения строительных отбросов. В таких местах расстояние между замораживающими колонками необходимо назначать 1 — 1,25 м.

Расстояния между замораживающими колонками должны быть уменьшены и при замораживании болотистых грунтов большой мощ­ ности, а также грунтов, содержащих в большом количестве продукты органического происхождения и, наконец, мощных пластов глин.

§ 5. Определение числа замораживающих колонок при образовании ледогрунтового днища в стволе шахты

Число центральных замораживающих колонок, необходимых для образования искусственного днища в основании замораживаемой зоны, должно определяться следующим способом. Расчетом по урав­ нению (22) определяется время z, необходимое на образование ледо­ грунтового полого цилиндра периферийными замораживающими колонками. Образование ледогрунтового днища должно быть закон­ чено одновременно с образованием ледогрунтового ограждения, т. е. выполнено за тот же промежуток времени. Таким образом, известным является время z, и необходимо определить диаметр ледогрунтового цилиндра d 2, который образуется от центральных замораживающих колонок за этот промежуток времени.

Д ля определения необходимого диаметра d.2 воспользуемся урав­ нением (1) для одиночного ледогрунтового цилиндра без тепло­

•152

Раздел II

П Р О И ЗВ О Д С Т В О РА Б О Т ПО ЗА М О РА Ж И В А Н И Ю Г Р У Н Т О В

ГЛАВА VI

БУРЕНИЕ ЗАМОРАЖИВАЮЩИХ СКВАЖИН И ПОГРУЖЕНИЕ ЗАМОРАЖИВАЮЩИХ КОЛОНОК

§ 1« Бурение вертикальных замораживающих скважин

Время, затрачиваемое на бурение замораживающих скваж ин, занимает наибольший удельный вес (до 65% ) в общем времени замо­ раживания грунтов. В этих же пределах находится и доля затрат на бурение замораживающих скваж ин в общей стоимости работ по замораживанию грунтов. Поэтому в целях сокращения продол­ жительности подготовительных работ к замораживанию для бурения замораживающих скважин должны применяться высоко­ производительные буровые станки.

Д ля бурения вертикальных скважин глубиной до 50 м можно применять любые станки ударного или вращательного типа.

В гравийно-галечных и валунны х отложениях наибольший эффект достигается при ударном способе бурения^ в плотных грунтах

искальных породах — при вращательном способе бурения.

Впрактике однако часто приходится прибегать к комбиниро­ ванному способу бурения: в верхних покровных породах применять ударный, а в нижних (скального типа) — вращательный способ бурения.

Комбинированный способ бурения замораживающих скваж ин применяли на строительстве дока на берегу морского залива. В осно­ вании пройденных аллювиальныхотложений имелись скопления валунов и гальки слоем мощностью до 7,5 м. В некоторых местах породы содержали до 20% валунов. Размеры валунов колебались от 0,3 до 2 м. Петрографический состав валунов близок к коренным породам долины (гранитогнейсы). Замораживающие скваж ины бу­ рили на глубину от 4 до 20 м, зависевшую от изменений рельефа древнеледниковой долины. Непременным условием считалось за­ глубление скваж ин на 1— 2 м в скалу. Первоначально для бурения скваж ин был принят вращательный способ станками КАМ -500. Опыт, однако, показал, что при вращательном способе скорости бурения чрезмерно замедлялись при встрече буровым наконечником валунов и крупной гальки: коронка, попадая на валун или крупную

154

гал ьку, скользила по ним, не производя никакой работы. Кроме того, валуны служили причиной значительных отклонений скважин от вертикального направления (до 5 — 7% от общей глубины). Эти обстоятельства вызвали необходимость применения комбинирован­ ного способа работ: рыхлые отложения с включениями гальки и ва ­ лунов бурили ударным способом, а скалу (гранито-гнейсы) раз­ буривали вращательным способом — станками типа КАМ -500 с дробовой коронкой, в результате чего средняя скорость вращ атель­

При бурении вертикальных замораживающих скважин вращ а­ тельным способом применяют следующие режущие инструменты:, в сухи х и рыхлых грунтах — зубчатку (фрезы); в слабых водоносных и сыпучих грунтах — долотья «рыбий хвост» (Р Х ); в грунтах средней крепости — трехшарошечное долото.

На время производства буровых и монтажных работ должна быть отведена специальная площадка для размещения на ней резерв­ ного бурового оборудования, обсадных труб и труб, необходимых для замораживания. Размеры площадки зависят от объема работ по замораживанию грунтов.

Вдоль линии замораживающих скважин по обеим сторонам ее должна быть свободная площадь шириной не менее 5 м, необходимая для производства буровых работ, а также работ, связанных с соору­ жением галерей.

Бурение замораживающих скважин может быть выполнено прш помощи буровых вышек или мачт. По окончании бурения одной сква­ жины буровую выш ку перемещают на другую . Помимо этого, буро­ вые вышки используют для спуска замораживающих труб в скважины и для извлечения обсадных труб. Поэтому, чтобы буре­ ние скважин протекало без перебоев, всегда необходимо иметь запас­ ные вышки в размере 20 —30% от общего числа буровых станков.

Бурение замораживающих скважин для образования ледогрун­ товых массивов целесообразно производить с эстакад. Т ак, например,

буровых работ по всей длине участка была сооружена деревянная эстакада высотой, необходимой для производства буровых работ. В целях экономии лесных материалов ширина эстакады была при­ нята равной половине ширины участка. По окончании буровых работ на одной половине участка эстакада была передвинута на другую половину. На эстакаде был устроен настил, с которого произ­ водились все работы, связанные с бурением.

В чистых (без включений гальки и валунов) песках, илах и дру­

1 5 5

живающих скважин (20—30 м) и при отсутствии ответственных сооружений вблизи участка замораживания в указанны х выше грун ­ тах этим способом можно достигнуть больших скоростей бурения. Однако при применении этого способа необходимо учитывать неко­ торое обогащение грунта водой, которое несколько удлинит время, затрачиваемое на замораживание грунтов.

Гидравлический способ бурения скваж ин применяли на стро­ ительстве насосной станции районной ТЭЦ . Воду в трубу нагнетали центробежным насосом с манометрической высотой напора до 50 м. Подготовительные работы к бурению скважины занимали 1 ,5 — 2 ч. Посадка труб на глубину 9 м без наращивания звеньев занимала около 1 ч.

В грунтах, не содержащих валунов и гальки, или с малым вклю ­ чением последних можно применять способ непосредственного погру­ жения в грунт замораживающих труб с подмывом грунта струей воды аналогично погружению свай. Подмыв грунта при этом способе производили через другую трубу, опускаемую внутрь заморажива­ ющей трубы (центральный подмыв), или через трубы, прикрепляемые снаружи последней (боковой подмыв). В первом случае для про­ пуска струи воды в грунт в башмаке замораживающей трубы должно быть сделано специальное отверстие, закрываемое при необходи­ мости. При боковом подмыве применяют, по крайней мере, две подмывные трубы, располагаемые симметрично относительно заморажи­ вающей трубы. В этом случае подмывные трубы не должны прикрепляться наглухо к замораживающим трубам, чтобы их можно было передвигать в любом направлении.

Предпочтение следует отдавать боковому подмыву, так как цен­ тральный подмыв имеет следующие недостатки:

нарушается водонепроницаемость замораживающей трубы в баш­ маке ее, причем восстановить водонепроницаемость замораживающей трубы по опускании ее довольно трудно;

имеется большая вероятность отклонения скважин от вертикаль­ ного положения;

ограничивается действие струи воды, так как она может выходить только в одной точке;

ния его.

Д ля бокового гидравлического подмыва применяют стальные трубы диаметром 37,5 мм, снабженные на нижнем конце зубчатой коронкой. Наконечник иногда приваривают к башмаку заморажи­ вающей трубы по ее оси.

Давление промывной воды и скорость струи зависят от характера проходимого грунта и глубины погружения замораживающей трубы. Во всяком случае струя воды должна произвести полный размыв грунта и взвесить частицы его. Количество же воды должно быть принято таким, чтобы разрушенный грунт непрерывно удалялся

156

Забивку замораживающих труб следует производить с обяза­ тельным последующим тщательным контролем водонепроницаемости стыков труб. Впредь до накопления опыта глубину забивки труб необходимо ограничить до 15— 18 м. Следует иметь в виду, что при забивке труб имеется значительно большая вероятность расстрой­ ства стыков по сравнению с опусканием их способом подмыва или в пробуренные скважины. При этом способе предпочтительнее при­ менять безмуфтовые с конической нарезкой соединения труб. Внеш ­

сконструирована специальная металлическая рама, на которой устанавливали приводной мотор. Т ак как бурить пришлось в стес­ ненных условиях, то были применены короткие отрезки штанг дли­ ной 1 ,2 — 1,5 м. Замораживающие трубы также состояли из коротких отрезков длиной 1 ,5 —2,5 м.

В каждой штольне пробурено по 4 ряда наклонных скваж ин. Углы наклона скважин к горизонту изменялись от 70 до 90° при глубине скважин от 10 до 16 м. Скважины бурили в песчано-граве­ листых отложениях с промывкой глинистым раствором.

Таким способом было пробурено 238 замораживающих скваж ин общей глубиною 3200 м. На бурении скважин были заняты четыре буровых станка. М есячная производительность каждого станка составила в среднем 150 м.

§ 2. Бурение горизонтальных замораживающих скважин

Для бурения горизонтальных замораживающих скваж ин в одно­ путевых горных выработках применяют легкие малогабаритные ■ буровые станки ДС-4 и ГП -1, позволяющие бурить скважины длиной

158