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

Число вертикальных замораживающих скважин с переменной глубиною в одном ряду

L \ — L eo s а.

Соответственно

Скважина, расположенная по восстанию наклонной выработки, будет меньше предыдущей на величину

h 1 = l2 tg a

(рис. 79). Т ак, скваж ина № 13 будет иметь глубину меньшую, чем скваж ина № 12, и равную

Н х = Я — = Я — 12 tg а.

Соответственно глубина скважины № 14

Я2 = Я — 2Z2 tg a;

Нп = Н — (га2 — l) z 2 tg a .

Сумма глубин вертикальных замораживающих скваж ин с пере­ менными глубинами в одном ряду

^ H = H + H - l 2tga + H - 2 l 2tga + . . . + H -

— (n2 — i ) l 2tga.

Это сумма арифметической прогрессии, первый член которой Я , а последний и — Я — (h 2 — 1) l2 t g a . Следовательно, суммарная глубина вертикальных скважин с переменными глубинами в одном ряду

190

Общая глубина всех вертикальных замораживающих скважин

Стоимость бурения и монтажа вертикальных замораживающих скваж ин при замораживании грунтов по второму способу

Замораживание грунтов наклонными замораживающими колон­ ками с точки зрения бурения замораживающих скважин и монтажа

А-Л

1 2 3 <<5 6 7

Рис. 8 0 . Комбинированное замораживание вокруг наклонной выработки с опрокинутым ледогрунтовым сводом

замораживающих колонок целесообразно осущ ествлять при выпол­ нении следующего условия:

А ^ В

Объем бурения вертикальных замораживающих скважин можно сократить, применив третий способ — комбинированное заморажи­ вание грунтов — образование ледогрунтового массива над наклон­ ной выработкой вертикальными замораживающими колонками и опрокинутого ледогрунтового свода — наклонными заморажива­ ющими колонками (рис. 80).

Опрокинутый ледогрунтовой свод образуют с помощью замора­ живающих колонок, расположенных по дуге окружности, диаметр

которой

D 1 = D + 2c = D + E.

Длина дуги, на которой располагают наклонные скважины,

191

Необходимое число наклонных замораживающих колонок для образования опрокинутого ледогрунтового свода

В рассматриваемом случае вертикальные замораживающие сква ­ жины внутренних рядов (№ 2 — 6) бурят до контура наклонной выработки. Глубины их будут переменными и будут повышаться по мере увеличения длины наклонной выработки. Скважины наруж ­ ных (контурных) рядов (№ 1 и 7) бурят до оси наклонной выработки. Глубины этих скваж ин также переменные.

Необходимое число рядов вертикальных замораживающих сква­

Глубины вертикальных замораживающих скваж ин внутренних рядов будут изменяться в следующей последовательности (по вос­ станию) :

с переменными глубинами одного внутреннего ряда определяется

Число внутренних рядов вертикальных замораживающих скважин

N ^ N — 2.

Общая глубина вертикальных замораживающих скваж ин вну­

При 13 = Z2 количество вертикальных замораживающих сква­ жин в одном наружном ряду будет такое же, как и количество скваж ин в одном внутреннем ряду, т. е. п4.

В случае, если Z3 < ; Z2,

192

Число наруж ных рядов N 2 = 2. Глубина каждой скважины наружного ряда будет больше глубины соседней скважины внутрен­

него ряда на в е л и ч и н у ^ , где Я 2 — большая ось эллипса:

cos а

Каж дая следующая скваж ина наружного ряда будет иметь гл у ­ бину

Н 1==Н— Z2 tg a + 0,5Z)2i я 2= Я — 2Z2 t g a - f 0 ,5 /)2,

П п = Я — (ге4— 1) /2 tg a + 0,5Д>.

Суммарная глубина скваж ин двух наруж ных рядов

Кроме указанного необходимо учесть заглубления в водонепро­ ницаемую горную породу двух наруж ных рядов вертикальных замораживающих скваж ин на участке замораживания протяжен­

ностью 4Zг. Средняя величина заглубления этих скважин Z Число этих скваж ин в одном ряду

=1 ~ 212 s i n а

Общая величина заглубления скваж ин двух наруж ных рядов

S a = ( 2 l 2 si n a + 1 ) “2 2 ’ М'

Общая глубина замораживающих скваж ин наружных и внутрен­ них рядов

Стоимость бурения и монтажа замораживающих скважин при комбинированном замораживании грунтов вокруг наклонной выра­ ботки с опрокинутым сводом

Объем бурения вертикальных замораживающих скважин можно также снизить, применяя четвертый способ замораживания. При этом способе с помощью двух контурных рядов вертикальных замо­ раживающих колонок образуются две параллельные ледогрунтовые стены, а наклонными замораживающими колонками — наклонный ледогрунтовой свод (рис. 81). Недостаток этого способа: при соору­ жении наклонной выработки в подошве ее всегда будет находиться незамороженный влажный грунт, что вызовет неудобство для горно­ проходческих работ.

Наклонные замораживающие скважины располагают по дуге окружности, длина которой

р nDi —2E

Ри с. 81 . Комбинированное замораживание грунтов вокруг наклонной выра­ ботки с ледогрунтовым сводом

При этом способе замораживания глубины всех вертикальных скважин контурных рядов будут одинаковыми и равными Н + h. Расстояние между рядами контурных вертикальных скваж ин

D x = D + E.

Суммарная глубина замораживающих скваж ин в контурных рядах

194

Стоимость бурения и монтажа вертикальных и наклонных замора­ живающих скваж ин при четвертом способе замораживания

В табл. 25 приведены стоимости бурения 1 м вертикальных ск ва ­ жин глубиною до 100 м долотом диаметром 198 мм вращательным способом с промывкой скваж ин глинистым раствором без крепления стенок скваж ин обсадными трубами, а также стоимости бурения 1 м вертикальных скваж ин глубиною до 100 м ударно-канатным способом станком типа У КС-22 долотом диаметром 198 мм с кре­ плением стенок скваж ин обсадными трубами с последующим извле­ чением обсадных труб, принятых на работах Метростроя.

Стоимости бурения наклонных скваж ин под углом 30° глубиною до 100 м вращательным способом с промывкой глинистым раствором с креплением стенок скваж ин обсадными трубами и без крепления их приведены в табл. 26

Т а б л и ц а 26

Стоимость монтажа 1 м вертикальных и наклонных заморажи­ вающих колонок составляет 4 руб.

Время, необходимое на бурение замораживающих скваж ин, определяется объемом буровых работ, числом буровых станков, занятых на бурении, и производительностями их.

Необходимая холодопроизводительность в замораживающей стан­ ции для замораживания грунтов вертикальными и наклонными замораживающими колонками

Стоимость производства 1000 ккал холода во всех случаях будет одинаковой.

Таким образом, наиболее экономичным является первый способ замораживания — образование наклонного ледогрунтового ци­ линдра, затем четвертый способ замораживания — образование ледо­ грунтового свода и вертикальных, параллельных между собою ледогрунтовых стен.

Наиболее часто применяемый в шахтном строительстве второй способ замораживания — образование массива из замороженного грунта вертикальными замораживающими скважинами — является и наиболее дорогим (даже без учета удорожания стоимости выемки замороженного грунта).

Стоимость работ по третьему способу замораживания — образо­ вание массива из замороженного грунта над наклонной выработкой и опрокинутого ледогрунтового свода — близка к стоимости работ по второму способу замораживания — образование сплошного за ­ мороженного массива.

Необходимая холодопроизводительность замораживающей стан­ ции оказывается наименьшей при первом способе замораживания,

1 9 6

В последние годы способ замораживания нашел применение на строительстве комплексов для дробления руды в водоносных грунтах на горнообогатительных комбинатах. Комплексы включают в себя

Тбилиси и Б аку наклонные эскалаторные тоннели в водоносных грунтах сооружали только с применением способа замораживания. За 37 лет применения этого способа сооружено 95 наклонных тон­ нелей общей протяженностью 4800 м. Замораживающие скваж ины, как правило, наклонные и редко вертикальные.

Замораживание грунтов наклонными скважинами на строитель­ стве метрополитенов часто вызывается стесненными городскими условиями для бурения вертикальных замораживающих скваж ин. При замораживании грунтов наклонными замораживающими сква ­ жинами отпадает необходимость отвода участка больших размеров для буровых работ, а также перекладка подземных коммуникаций

втаких случаях.

Сдругой стороны, исключительное применение замораживания грунтов вертикальными скважинами в горной промышленности объясняется тем, что здесь не освоен способ бурения наклонных замораживающих скважин с требуемой нормой отклонений их от заданного направления.

1.Наклонный тоннель Киевского метро. Эскалаторный наклонный тоннель ст. «Арсенальная» Киевского метро круглого поперечного сечения диаметрами 7,8 м в свету и 8,5 м в проходке сооружали под углом 30° к горизонту. Крепили тоннель металлическими тюбингами.

Когда до проектной отметки наклонного тоннеля оставалось пройти 8 м, в тоннель в верхней части его прорвался водоносный

илистый грунт. Дальнейшая проходка тоннеля обычным способом в городских условиях оказалась невозможной. Оставшиеся 8 м эскалаторного тоннеля и дополнительно первые 8 м горизонтального тоннеля сооружали с применением способа замораживания путем образования ледогрунтового свода с помощью 25 замораживающих колонок (рис. 82).

Перед началом буровых работ в наклонном тоннеле 1 уложили бетонную перемычку 2 толщиною 2 м в нижней части и 4 м — в верх­ ней. В перемычке заделали 25 отрезков труб-кондукторов 3 диа­ метром 175 мм и длиною 3 м.

Замораживающие скважины расположили по дуге окружности диаметром 3 м с центром ее на оси наклонного тоннеля. Расстояния между устьями скважин приняли 0 ,3 5 — 0 ,4 м, а между основаниями их 1 ,5 — 1,7 м. У стья скважин располагали на расстоянии 0,9 м от металлической крепи тоннеля. Таким образом, замораживающие

198