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

применяют буровой станок (рис. 61) ДС-4, предназначенный для бурения из штрека восстающих дренажных скважин длиной до 30 м.

Станок смонтирован на однорельсовой тележке. Бурение скважин осуществляют крестообразными коронками диаметрами 75, 108 и 135 мм (тверды породы), бурами типа «рыбий хвост» диаметром 75 и 108 мм (мягкие породы), складывающейся коронкой диаметром 108 мм, колонковой коронкой 75 мм, армированной пластиной твер­ дого сплава В К -8.

Буровой инструмент вращается электродвигателем А В-41/1 мощ­ ностью 1,7 к В т с частотой вращения 1420 об/мин. Электродвигатель встроен с кремний-органической изоляцией. Частота вращения шпинделя (патрона) 81 об/мин.

Скорость бурения скважин в зависимости от крепости буримых пород 0,01 — 1,73 м/мин. Диаметр скважин 75— 108— 135 мм. Для крепления стенок скважин применяют трубы 0 7 5 мм.

Длина звена бурового става 920 мм. С помощью складывающейся коронки можно бурить скваж ину с одновременной обсадкой ее.

Подача буровых труб ручная с ходом 840 мм. Усилие рабочего на рукоятке подачи при давлении 255 кгс на забой — 12 кгс. Макси­ мальное осевое давление на забой 1000 кгс. Длина бурового става 920 мм.

Вязкие горные породы бурят с промывкой скважины глинистым раствором. Грязевой насос производительностью 14 л/мин поршневой с приводом от вращателя.

Перемещение станка, буровых и обсадных труб по выработкам к удаленной скважине осуществляют на однорельсовой тележке.

Габаритные размеры станка: высота 810 мм, ширина 485 мм, длина 1925 мм.

Минимальная высота штрека, в котором станок может работать, 1800 мм. Вес станка (без буровых труб инструмента) 133 кг. Станок обслуживается двумя рабочими.

На бурение горизонтальной замораживающей скважины длиной 24 м станком ДС-4 затрачивается следующее время: установка станка, подключение и отключение электроэнергии, наладка, промывка скважины, подготовка к работе — 4 ч 45 мин (20,8% ); соединение штанг и обсадных труб, промывка скважин — 6 ч 48 мин (29% ); бурение и крепление стенок скважины обсадными трубами, гермети­ зация скважины — 10 ч 41 мин (45,6% ); другие работы — 1 ч 05 мин (4,8% ). Общее время, затрачиваемое на бурение скважины длиной 24 м, 23,3 ч или на 1 м скважины 58,4 мин.

Институтом горного тела Сибирского отделения Академии наук

СССР разработаны конструкции самодвижущихся пневматических машин ударного действия, так называемые пневмопробойники. Они предназначены для бурения (пробивания) горизонтальных, вер­ тикальных и наклонных скважин в грунтах I, II и I I I категорий.

Пневмопробойник ИП -4603 состоит из корпуса, ударника и воз­ духораспределительного патрубка. Рабочим органом пневмопробой­ ника является его корпус. Корпус пневмопробойника имеет форму

160

Трупам .Г . Н 11

Рис. 61. Буровой станок ДС-4:

1 — вращатель; г — электродвигатель; з — буровые

161

гладкого цилиндра, заостренного спереди. В хвостовой части пневмо-

от компрессора или воздушной магистрали. Выхлоп отработанного воздуха производится через отверстия, расположенные вокруг воздухоподводящего патрубка в заднем торце пневмопробойника.

Внутри корпуса помещается свободно движущийся под действием сжатого воздуха поршень-ударник, совершающий возвратно-посту­ пательное движение. При движении вперед поршень ударяет в перед­ ний внутренний торец корпуса, забивая его в грунт. При этом корпус движется подобно забиваемой свае, уплотняя грунт впереди и в сто­ роны и оставляя за собой прямолинейную скваж ину с гладкими уплотненными стенками.

Принятая воздухораспределительная система пневмопробойника позволяет осущ ествлять реверсирование хода, т. е. возврат машины.

Техническая характеристика пневмопробойника следующая:

Скорость движения пневмопробойника по скважине при обратном ходе 70— 100 м/ч.

Размеры приямков для входа пневмопробойника в грунт и выходе из грунта равны 0,8 X 1,8 м.

Пневмопробойники способны пробивать кирпичную стену тол­ щиною до 70 см.

Пробитые пневмоударником скважины можно расширять с по­ мощью расширителей большего диаметра, чем корпус, за несколько проходов.

На территории Новосибирской ТЭЦ с помощью пневмопробой­ ника под восемью действующими железнодорожными путями была забита в плывуне стальная труба диаметром 100 мм и длиной 46 м.

Если в водоносных грунтах отсутствуют включения крепких горных пород — крупная галька или валуны, то замораживающие трубы целесообразно задавливать непосредственно в грунт с по­ мощью домкратов. Способ задавливания замораживающих труб в песчаных и суглинистых грунтах может полностью заменить буре­ ние горизонтальных замораживающих скважин.

162

При щитовом способе проведения выработок задавливание замо­ раживающих труб можно выполнить с помощью передвижной уста­ новки (рис. 62). Установка состоит из следующих частей: тележки 1 на колесном ходу; на тележке укреплены два гидравлических дом­ крата 2, соединенных с гидравлической системой щитовых домкра­ тов. С помощью специальных шаблонов гидравлические домкраты, предназначенные для задавливания труб, можно установить под заданным углом к продольной оси проходимой выработки.

На тележке смонтировано устройство 3 для распора тележки в крепь выработки. На другой тележке 4 установлены направляющие каретки, а на горнопроходческом щите укреплены специальные направляющие кронштейны 5.

Рис. 62. Установка для задавливания замораживающих

труб в грунт

Задавливание замораживающих труб производят отдельными патрубками длиною 2 —4 м. Общая длина замораживающей трубы

15м.

Бурение горизонтальных замораживающих скважин или задавли­

вание замораживающих труб непосредственно в грунт в настоящее время можно считать освоенным на длину до 30 м. Если протяжен­ ность водоносного участка превышает эту длину, то скважины при­ ходится бурить (или задавливать замораживающие трубы) в не­ сколько приемов — заходок.

При сооружении подземных коллекторов в водонасыщенных грунтах на небольших глубинах была принята следующая организа­ ция работ по замораживанию грунтов.

Горизонтальные замораживающие трубы задавливают («прокалы­ вают») гидравлическими домкратами в грунт из двух ш ахтных ство­ лов, проводимых на расстоянии 60 — 70 м один от другого. Замора­ живающие трубы диаметром 100 мм и длиной 2 5 — 30 м задавливают навстречу друг другу из каждого ствола (рис. 63). При малой длине замораживающей трубы уменьшается и вероятность отклонения труб от заданного направления.

По мере продвижения в грунт замораживающие трубы наращи­ вают короткими звеньями, соединенными между собой на муфтах

пли с помощью электросварки с последующей проверкой гермети­ зации замораживающей трубы путем опрессовки их водой сжатым воздухом.

Длина звеньев труб должна быть возможно большей, так как при большой длине звена трубы сокращается число стыков, повы­ шается надежность замораживающей трубы с точки зрения водо­ непроницаемости и возрастает производительность труда про­ ходчиков благодаря тому, что число перерывов в работе по задавливанию замораживающей трубы сокращается. С другой стороны, большая длина звена трубы вызывает необходимость увеличения поперечных размеров ш ахтных стволов, из которых задавливаются замораживающие трубы.

Длина звена замораживающей трубы принята равной 4 м. Ш ахт­ ные стволы проходят прямоугольной формы с поперечными раз­ мерами 5 X 5 м или круглые стволы диаметрами 5 ,5 — 7,5 м. Ш ахтные стволы проходят обычно с применением искусственного замораживания грунтов. В таком случае задавливанию труб должно предшествовать бурение шпуров (коротких скважин) через ледо­ грунтовое ограждение ствола с последующим вводом в шпуры замораживающих труб.

Шпуры диаметром 130— 140 мм бурят станками вращательного бурения. В кольцевых пространствах между стенками шпуров в за­ вороженном грунте и телом замораживающей трубы устраивают сальники путем заполнения пространств паклей или другой мягкой набивкой, предупреждающей вынос грунта и воды из шпуров в ш ахт­ ный ствол.

По окончании задавливания замораживающей трубы кольцевые пространства тампонируют цементным раствором. Опыт показал, что выносы грунта и поступления воды в шахтный ствол из кольце­ вого пространства не наблюдались. Этого не происходило потому, что подземная вода имела сравнительно малый гидростати­ ческий напор, вследствие чего она не могла проникнуть через грунт, уплотненный вокруг трубы при ее задавливании.

164

Расположение домкратов в шахтном стволе при задавливаш ш горизонтальных замораживающих труб показано на рис. 64. Задавливание замораживающих труб начинают с труб, расположенных у подошвы проходимой выработки, где не требуется устройства рабочих полков. При задавливании вышерасположенных труб же­

например полым опрокидным домкратом двустороннего действия, укрепленным в цапфах на жесткой металлической раме.

Отклонение а горизонтальной замораживающей скважины от заданного направления не должно превышать 1% от длины L сква­

жины: ~ ^ 0,01 . Таким образом, при длине замораживающей

скважины 25 — 30 м отклонение ее не должно превышать 0 ,2 5 —0,30 м. При замораживании грунтов вокруг сопряжений ш ахтных стволов с выработками околоствольного двора для задавливания

165

замораживающих труб на работах треста Шахтспецстрой применяют винтовые домкраты (рис. 65). Устройство для задавливания замора­ живающих труб состоит из следующего оборудования: двухви н ­ тового домкрата 1, грузоподъемностью 40 т, опорной рамы 2, составленной из двутавровы х балок № 24а, опорной плиты 3 из листовой стали толщиной 30 мм, сальника 4, шлюзовой задвижки

спроходным отверстием диаметром 100 мм и кондуктора 6.

Вкачестве замораживающих применяют трубы 7 размером 89 X X 4,5 мм с ниппельным соединением. Если после задавливания труб

окажется, что соединения их недостаточно герметичны, то внутрь задавленной колонны труб вводят трубы меньшего диаметра, исполь­ зуя их в качестве замораживающих труб.

Порядок выполнения работ: в крепи 8 шахтного ствола бурят шпуры диаметром 102 мм, в которых закрепляют кондукторы 6. Затем на подвесном полке монтируют устройство для задавливания замораживающих труб.

Если за крепью шахтного ствола замороженный грунт, образо­ ванный вокруг шахтного ствола, еще не растаял, то через него бурят скваж ину (до встречи с незамороженным грунтом) буровым станком КА -2м-300 с применением штанг диаметром 42 мм.

Г Л А В А У ІІ

ПЕРЕДВИЖНЫЕ ЗАМОРАЖИВАЮЩИЕ СТАНЦИИ

§1. Наземные передвижные замораживающие станции

Впрактике промышленного строительства часто встречаются случаи, когда замораживание грунтов выполняют в малых объемах: при проходке устьев и неглубоких ш ахтных стволов, водозаборных колодцев, при сооружении подземных коллекторов, на строитель­ стве подземных насосных станций, а также при разработке небольших котлованов в водонасыщенных грунтах.

Втаких случаях целесообразно применять компактные заморажи­

вающие станции, которые можно легко и быстро транспортировать с одного объекта на другой. Этому условию удовлетворяют пере­ движные замораживающие станции. Применение таких станций позволяет значительно сокращать продолжительность и стоимость замораживания грунтов. В зависимости от объема выполняемых работ в одном месте можно применять одну, две и более передвижных замораживающих станций.

Подъездные пути к строительной площадке сооружают до начала строительных работ. Однако строительство железнодорожных путей при их большой протяженности и силыюпересеченной местности часто запаздывает к началу работ. В таких случаях прокладывают шоссейную или грунтовую дороги и тогда можно использовать

167

передвижную замораживающую станцию, смонтированную на авто­ мобильных прицепах. Замораживающую станцию можно передви­ гать трактором, грузовым автомобилем или перевозить на ж е­ лезнодорожных платформах.

Источником энергии передвижных замораживающих станций кроме электроэнергии могут служить моторы автомашины или трак­ тора, с помощью которых станция перемещается с одного места на другое.

Основные преимущества передвижных замораживающих станций перед стационарными:

работа передвижной замораживающей станции может не зависеть от основного источника энергии строительства;

устраняются время и расходы на сооружение фундаментов для холодильного оборудования, монтаж и демонтаж его, что приводит к сокращению времени, необходимого на подготовительные работы к замораживанию грунтов;

более полное использование оборудования; срок службы передвижного холодильного оборудования выше

срока службы стационарной замораживающей станции, так как монтаж холодильного оборудования производится только один раз и совсем не производится демонтаж его;

передвижную замораживающую станцию обслуживают постоян­ ные кадры, приобретающие благодаря этому высокие квалифи­ кации;

уменьшается стоимость замораживания грунтов по сравнению с замораживанием стационарными установками, где замораживание грунтов обходится дороже еще в связи с тем, что диапазон холодо­ производительностей компрессоров относительно невелик. По этой причине, как правило, стационарные холодильные установки применяют с производительностью, большей на 25 — 3 0 % , а иногда и на 5 0 % , чем это вызывается необходимостью.

Передвижная замораживающая станция должна удовлетворять следующим требованиям:

отдельные части станции должны иметь минимальные габаритные размеры и вес, с тем чтобы они могли разместиться на одной — двух платформах;

на подготовительные работы к пуску станции должно затрачи­ ваться минимальное время; '

при минимальных габаритных размерах станция должна раз­ вивать максимальную холодопроизводительность.

Передвижные замораживающие станции оборудуют преимуще­ ственно вертикальными компрессорами, имеющими ряд преиму­ ществ перед горизонтальными: меньшие габаритные размеры, особенно в плане, облегченные фундаменты, вертикальное напра­ вление нагрузок и др.

Передвижные замораживающие станции могут быть оборудованы следующими аммиачными компрессорами вертикального типа, вы ­ пускаемыми заводом «Компрессор» (табл. 23).

168

Т а б л и ц а 23

При проходке ш ахтных стволов диаметром 5 м в свету передвиж­

Применяя способ локального замораживания, указанные мощ­ ности водоносных грунтов можно пройти при помощи этих станций даже при залегании водоносных грунтов на сравнительно большой глубине от земной поверхности. При замораживании грунтов в 2 — 3 приема можно пройти водоносные породы значительно большей мощности.

Передвижные замораживающие станции могут в течение 40 — 50 сут образовать следующие длины ледогрунтовых водонепрони­ цаемых перемычек между замораживающими скважинами (табл. 24).

Д ля передвижных замораживающих станций применяют кож ухо­ трубные, элементные, оросительные или панельные конденсаторыиспарители — вертикально-трубные или кожухотрубные.

169