Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

14.31 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 293 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Таким образом, для получения ледогрунтовой стены толщиною Е в замке приращение объема замораживаемого грунта ДУ -- 0 ,7 8 5 £ 2.

Дополнительное время, затрачиваемое на утолщение ледогрунто вой стены в замке,

1,32р

(15)

8 (іо — гі)

При расстояниях между замораживающими колонками I = 2,5 м

итолщине ледогрунтовой стены в замке Е = 0,5 м т! — 3 сут. Таким образом, при приращении радиуса действия заморажи

вающей колонки на 0,023 м в замке будет получена ледогрунтовая стена толщиною 0,5 м в течение 3 сут или при приращении радиуса в 0,09 м соответственно стена толщиною 1 м при дополнительной затрате времени z" = 18 сут.

§ 3. Образование ледогрунтовых подпорных стен

Однорядное замораживание. Этот случай от предыдущего отли чается тем, что ледогрунтовая стена должна иметь толщину Е, определяемую статистическим расчетом. Такую толщину ледогрун

±0°С	товая стена должна иметь в
±0°С	месте соединения		(замка)	двух
	месте соединения		(замка)	двух
	соседних	ледогрунтовых		ци
	линдров.
	Толщина ледогрунтовой сте
	ны Е в замковой плоскости
	определяет	срок	заморажива

		ния грунтов.
		Рассмотрим вначале			случай
		образования ледогрунтовой под
		порной стены одним рядом за
		мораживающих колонок. До со
		единения	ледогрунтовых			ци
		линдров	между	собою	расчет
Р и с. 1 0 . Изотермы	в ледогрунтовом	времени	на	замораживание
ограждении после	соединения одиноч	грунтов производится но				мето
ны х цилиндров		ду, изложенному выше, так как
		распространение		холода		будет

аналогично распространению его при образовании водонепрони цаемых ледогрунтовых стен.

После соединения двух смежных ледогрунтовых цилиндров и при дальнейшей работе замораживающих колонок холод будет расходоваться частично на понижение температуры в образованных ледогрунтовых цилиндрах, а большая часть его будет расходоваться на приращение ледяной зоны в направлениях, перпендикулярных линии, соединяющей замораживающие колонки.

Условными границами зон влияния каждой колонки будут служить перпендикуляры, восстановленные из середины линий,

соединяющих две смежные замораживающие колонки. Теперь изо термы вокруг замораживающих колонок будут представлять собой уже не окружности, а параллельные между собой волнообразные кривые, гребни которых размещаются против замораживающих колонок. По мере удаления от замораживающих колонок изотермы

будут		выпрямляться
(рис.	10).
Холод		будет			распро
страняться			в	основном в
двух	диаметрально проти
воположных				направле
ниях. Грунт будет намора
живаться		не	в	виде коль
цевых	слоев, как это было
до соединения				одиночных		Ри с. 11. Распространение холода от замора
ледогрунтовых					цилинд	ж иваю щ их колонок после соединения соседних
ров,	а	двумя			кривыми	ледогрунтовых цилиндров
полосами,		длины			которых
ограничены			расстоянием I			между замораживающими колонками,

равным диаметру d , одиночного ледогрунтового цилиндра (рис. 11). С течением времени криволинейные полосы будут стремиться выпрямиться. В предельном значении длина одной полосы S будет равна расстоянию между замораживающими колонками, т. е. S — I, а с обеих сторон колон ки 2S. В начале же сов местного действия колонок

длина	одной	криволиней-
НОИ	полосы	г*	л/
		была	— =
3,Ш			и
			Таким
	1,57Z.

образом, длина одной кри волинейной полосы будет изменяться от 1,57 до I.

Пусть заданы необхо димая толщина Е подпор ной ледогрунтовой стены и расстояние между замо раживающими колонками I

(рис. 12). Найдем зависимость между длиной криволинейной полосы

иэтими величинами. Длина дуги

£= A B = rß, рад,

где г — расстояние от центра О замораживающей колонки до гра ницы ледогрунтовой стены (радиус замораживания); ß — централь

ный	угол, рад.
К ак известно, наряду с практическим		градусным	(градусы,
мин)	измерением углов в теоретических	расчетах	применяют

и радианное измерение	углов. У гол, выраженный в градусах,
обозначают через ß°, а в	радианах — через ß .

При радианном измерении величина центрального угла ß для произвольной окружности измеряется отношением длины дуги S, на которую этот угол опирается, к длине радиуса г этой окружности:

Длина дуги, выраженная через радианы,

S = ßr.

Длина той же дуги, выраженная через градусы,

S = nr ß°

180 '

Соответственно

дß°

Р г = л г т ’

откуда

ß = ~ ß ° = 0,O m 5ßo рад.

Таким образом, зависимость между углами и радианами

ß = -| _ ß o = o,01745ß0 и ß° =

- ß = 57° 3'ß.

Соответственно:

1 рад =	180	; 57с І Т W 8 .
1 рад =

1 град = - ^ - = 0,0174533 рад.

Длина окружности

S 0= ^ •360 = 2л = 6,2831 рад. loU

Величина прямого угла

= 1,57 рад.

5 7 °, 3

При любом радиусе замораживания г длина хорды A B будет величиной постоянной и равной I — расстоянию между замора живающими колонками.

Из / \ D АО имеем

sin	ß°	D A
		OB	’
	2

	но так как ОА = г и DA	A B
	но так как ОА = г и DA	2 ’
		2 ’

следовательно,

sin ß 0 ^

откуда

(обратная

круговая функция)

ß°

г,

•= arcsin ——

р° =

2 arcsin

2г

Соответственно

длина

дуги

S — AB = r ß ° * 0,01745 =

0,0349r a r c s i n - ^ - .

(16)

В этом уравнении величина I для заданных условий является

постоянной.

Конечный

радиус

замораживания

г будет

зависеть

от толщины

ледогрунтовой

стены в

замке

расстояния

I между замораживающими ко

лонками. Между указанными ве

личинами

имеется

зависимость. Из Д2ІО С имеем

ИО =

г = |

Ѵ Е 2 + 12

(17)

Толщина ледогрунтовой

и соответственно

стены В замке, м

Рис. 13. Изменение

длины дуги в зави -

г ~.— ------ г

симости

от

толщины

ледогрунтовой

Е = у 4г2 — Z2.

стены

Подставив полученное значение г из уравнения (17) в уравнение

(16), получаем

S — 0,01745

Y E 2-г 12

arcsin

----------------.

/ £ 2 + /2

Значения S, вычисленные при переменных значениях Е и I = 1 м,

представлены

на

диаграмме (рис.

13). Как видно из диаграммы,

уж е при толщине стены в замке Е =

м длина дуги приближается

к своему

предельному значению,

т. е.

I (S ~

1,008 I).

Определим время, необходимое на замораживание одной кри

волинейной полосы толщиной dr

(см. рис.

12). За время

граница

ледяной зоны передвинется на расстояние dr и образуется полоса

замороженного грунта. Элементарная площадка dF =						dS dr. Общая
площадь полосы	F —- J J dr dS, но	так	как dS	=	г cüß	(см. рис. 12),
где ß — угол в	радианах, то F =	f f r dr dß .				QO
Центральный		С*"	Г ОО	до	+	QO
Центральный	угол ß 0 изменяется		от — ^	до	+	К. .

Интегрируя в этих	пределах,	получаем
	2
J	cZß° = ß° =	2 arcsin	.

- ü .

Соответственно центральный угол

ß = 0,01745ß° = 0,01745 •2 arcsin ~ , рад.

Коэффициент 0,01745 обозначим через ft, тогда

ß = 2к arcsin 2г .

Площадь двух криволинейных полос

F 2 — 2 •2к J г arcsin

dr.

(18)

Конечной целью замораживания грунтов является образование ледогрунтовой подпорной стены заданной толщины Е в замке. Этой толщине соответствует радиус замораживания

г, = ^ У 1 Р ~ Т .

Проинтегрируем уравнение (18) в пределах от г 2 до г3 (до конеч

ного

радиуса

замораживания):

Е 9 = 2к

г arcsin —— dr = 4 к

Г2

г2

2г2

— - arcsin —------

2г

или

/*'

4г2

ft Г2

a rc sin —I

-1 ] 1/Гг ,- -

F , = 4

тга

После

преобразований

получаем

/".-f- і/"■ !)•

Л =

2ft

r| arcsin -2га

-Tg arcsin

2г2

(19)

Но

Z =

2г 2, следовательно,

= 1 и

ІЙ-х=о;

г!

га

Е_

П одставляя

значения

этих

величин в

уравнение

(19),

получаем

г/

Еіt£L

■2ft ( r%arcsin —-------r%arcsin

2Tr2-

4 7

2^3

Таким образом,
F 2 = 0,035		( r \ a r c s i n ------r\ arcsin					+	0,5 El .
При высоте замораживаемых полос 1 м объем их будет										F21.
При замораживании этот объем грунта отдает							тепла		dq2 —■F2р .
Уравнение теплового баланса:
		2л (t0~ t О z2
		1		JL		= ^2P.
		1		JL
		« Л
Пренебрегая величиной			1		получаем
			a irF
					z„ =
2 po — О) л%і ■ln ~ -J^0,035 ^г§ arcsin						------г\| arcsin		+	0 ,5El	, 4.
										(20)
Земной теплоприток по-прежнему будем учитывать в долях от
теплосодержания	р .	Коэффициент				ф2 = 0,32,	соответственно			1 +
■ г ф2 — 1 >32.
Общее время,	затрачиваемое 'на					образование		подпорной		ледо

грунтовой стены заданной толщины Е в замке с учетом земного

теплопритока, слагается из			величин		z x	(12)	и z2	(20):
Z —zx -f- z. =	Г__ US,32p /2		-ln			1,32p
	L 8 p o - H) V				2л (<o—ti)
			I	■ r%arcsin		I
X 0,035	( Го arcsin 2r3					2r2 ) + 0 , 5 £ z ] , ч.			(21)
В частном случае при Е = 0, r 3 =					j/O +		г\| = г 2 и выражение
г\| arcsin -£■------г\| arcsin		2Г2	обратится		в	нуль.		Соответственно
2Г

обратится в нуль и третье слагаемое уравнения (21), а все уравнение примет вид уравнения (13).

Уравнение (21) является точным, но сложным для расчетов. Поэтому его необходимо упростить, пренебрегая некоторыми его членами, при этом не снижая заметно точности расчета.

Заметим,	что 2	г2 =	I =	d 2.	Соответственно выражение
r\ arcsin —	примет	вид	—^	или	—	, так	как
			I		.	I	л
		arcsin —— =			arcsin -г =		— .
			2r2			I	2
Выражение 0,035 ^г\| arcsin ^ ----- после							подстановки соот

ветствующих значений I, г 2 и г 3 равно -—- 0,02. Ввиду его небольшого значения им при определении срока замораживания можно пре небречь.

Тогда расчетная	формула		(21)	примет вид:
2 ^	1.32p?2	,	J _ ,		1,32p 0 ,5 E l		,	dg_
8 (<o—?i)^i			di	2n (to —?i)					di ’
ИЛИ
	^ т т т -		Г т 1п - г +			° ’08Е 1п Я			•
	(to —<і)Аі		L 8	dl	1		dl J
После преобразований окончательно						получим
„	0,11р?		1 ,6 /ln						(22)
(to — ?і) V■1		L	1 ,6 /ln						(22)
(to — ?і) V■1		L		k	+	E i n i t	\ '	4 -

На рис. 14 представлена диаграмма изменения времени, за трачиваемого на замораживание грунтов и определенного по уравне

нию	(22). На	оси абсцисс диаграммы	нанесены			значения				толщины
			Е	подпорной				ледогрунтовой
			стены в замке, а на							оси орди
			нат — время					z,	затрачива
			емое на замораживание грун
			тов. При			расчетах				времени,
			затрачиваемого на заморажи
			вание		грунтов,				были		при
			няты		следующие					условия:
			р	— 30 000			ккал/м 3;				d x =
			=	0,1	м;		Х х =		2	ккал/(м -
			•ч •° С);			t 0 =		± 0 °		С,	іі =
			— — 20° С. Расстояния между
	Толщина Е ледогрунтовой стены 6 замке, м		замораживающими							колон
			ками принимают от 0,5 до 3 м.
Р и с.	14. Затраты временп на образование			Отрезки, отсекаемые кри
ледогрунтовой подпорной стены перемен			выми		на	оси ординат,					пред
ной толщины Е в зависимости от расстоя			ставляют			собою			время, за
ния	I (м) меж ду	замораж иваю щ ими колон
		кам и :	трачиваемое				на		образование
1 — 0,5; г — 1; 3		— 1,5; 4 — 2 ; 5 — 2,5; 6 — 3	ледогрунтовых цилиндров до
(Е — 0) при			соединения				их	между			собою
		переменных расстояниях		между		замораживающими
колонками.

Этой диаграммой можно воспользоваться для определения вре мени z', затрачиваемого на замораживание грунтов при других

значениях р и ^ .		Т ак , например,	если в	новых условиях		значение
теплосодержания		породы будет рх,	то для		времени z' необходимо
значения	времени	диаграммы умножить		на	коэффициент	—.	При
изменении значения X [ тот же результат						Р
изменении значения X [ тот же результат				необходимо разделить на
	X.
коэффициент «4 .
TT	^1
Двухрядное замораживание. При необходимости образования
ледогрунтовой подпорной стены большой толщины (более						3 — 4 м)
замораживающие		скважины целесообразно			располагать в	два,	три

и более рядов на равных расстояниях рядов один от другого. В соот ветствии с этим ледогрунтовую стену, образуемую одним рядом, можно рассматривать как ледогрунтовую водонепроницаемую пе ремычку.

При образовании ледогрун

/ l l l l l l i l f l t l l l l H l l i /

товой

стены

двумя

рядами

замораживающих колонок тепло

от

незамороженного

грунта

образуемым

ледогрунтовым

цилиндрам

будет

притекать

только с внеш них

сторон

ледо

грунтовой

стены

(рис.

15).

Тепло,

заключенное

грунте

между рядами

замора

живающих

колонок,

учиты

вается

теплосодержанием грун

М М М

та р . К ак и

предыдущем слу

чае,

теплопритоком

снизу —

Теплоприток к двухрядной ле

основанию

ледогрунтовой

догрунтовой стене

стены,

а также

с двух

торцов

ее

пренебрегаем.

Площадь, к которой будет притекать тепло к ледогрунтовои

стене на высоте

м , для

каждого ряда будет F = 11,

т. е. в

2 раза

меньше, чем при образовании

однорядной

водонепроница

І І І И И М И Ж М И І И Н

емой

ледогрунтовой

стены.

Соответственно

коэффициент

Ф з:

Фа

0,32

=0,16.

Время, затрачиваемое

на

образование

однорядной

ле

догрунтовой

стены,

1,16р/2

1и

2з~

8 ( * o - f j ) V n

di ’ Ч'

(23)

f И Н М М Н Ж Н Н Н Н Ж М

Эта

формула будет общей

для обоих рядов в том слу

чае,

если

расстояния

между

Рис.

16. Трехрядное^ам ораж пвание труп-

замораживающими

колон

ками в обоих рядах будет

равными.

противном слу

чае расчет времени,

затрачиваемого

на

образование

ледогрунтовой

стены,

производится

для

каждого ряда отдельно — в

зависимости

от расстояния между замораживающими колонками.

При многорядном замораживании грунтов к средним рядам замо- ’

раживающих

колонок тепло извне

не

будет

притекать. Оно

будет

«перехватываться» крайними рядами / и I I I замораживающих колонок (рис. 16). Следовательно, коэффициент, учитывающий теплоприток для внутренних рядов, ф4 = 0. Расчетной формулой для опре деления времени, затрачиваемого на замораживание грунтов внут ренними рядами, будет уравнение (2), не учитывающее земного теплопритока.

Расчет времени на образование ледогрунтовых цилиндров в край них рядах определяется по уравнению (23) для двухрядной си стемы.

Таким образом, общей расчетной формулой для определения времени, затрачиваемого на замораживание грунтов для всех слу чаев (за исключением образования однорядной подпорной стены), будет уравнение (12). Переменным будет лишь коэффициент ф, учитывающий земной теплоприток.

§ 4. Образование ледогрунтовых ограждений цилиндрической формы

При сооружении ш ахтных стволов замораживающие колонки располагают по окружности, а ледогрунтовое ограждение образуют в виде полого цилиндра (рис. 17).

Необходимую толщину стены Е цилиндрического ледогрунтового ограждения определяют статистическими расчетами. Диаметр ок ружности, на которой рас полагают замораживающие

колонки,

D 3 = D 0~f- Е 4- ш,

	где	D 0 — диаметр	ствола в
		проходке;
		m — допустимое откло
		нение заморажива
		ющей скваж ины от
Р и с. 1 7 . Образование	цилиндрического	заданного	направ
Р и с. 1 7 . Образование	цилиндрического	ления.
ледогрунтового	ограждения	Земное тепло к образу
		Земное тепло к образу

емому цилиндрическому огра ждению будет притекать с внешней и внутренней сторон ограждения. С внешней стороны ограждения земной теплоприток с течением вре мени хотя и будет уменьш аться, но всегда имеет определенное зна чение. В пределах ограждения источником тепла будут ограниченные запасы его, заключенные в грунте, подлежащем выемке. Поэтому величина теплопритока с внутренней стороны ограждения будет непрерывно уменьш аться, пока не прекратится совсем. К моменту образования ледогрунтового ограждения толщиною Е грунт, заклю ченный в пределах ограждения, может охладиться от нормальной температуры до ± 0 ° С.

Количество тепла, заключенного в пределах ледогрунтового ограждения высотой 1 м,

где q' — количество тепла, отнимаемого от 1 м3 грунта, при ее охлаждении от температуры tT до ± 0 ° С.

Диаметр шахтного ствола в проходке D 0 изменяется от 5 до 9 м. Соответственно объем грунта, подлежащий выемке и приходящийся

на

1 м

ледогрунтового

ограждения,

находится

пределах 20 —

м3. Если,

например,

грунте

содержится

30%

воды, то при

охлаждении

1 м3

грунта

от

tT до

± 0 ° С от

него

будет

отниматься

около

q ' =

5000

ккал

тепла,

всего

5000

(20 — 60) ==

-100 000 300 000 ккал.

Вокруг шахтного ствола располагают от 25 до 30 замораживающих колонок. Следовательно, к одной колонке за весь период активного замораживания грунтов может поступить от 4000 до 10 000 ккал

тепла.	I — 1 м
При расстояниях между замораживающими колонками	I — 1 м
и толщине ледогрунтового ограждения Е — 3 м участок	колонки

высотой 1 м будет замораживать 3 м3 грунта. При принятом выше

содержании

воды

в грунте

теплосодержание

м3

групта

будет

33 000 ккал/м3

или на

колонки

33 0 0 0 -3 =

99 000

ккал.

Величина теплопритока к внутренней поверхности ледогрунто

вого

ограждения,

отнесенная

количеству

тепла,

отнимаемому

от

1 м3 грунта, при

его замораживании будет

составлять

фк =

— — — (4000

10 000)

: 99 000 =

0,04

0,10

или

в среднем фк =

0,07.

Таким образом,

теплоприток

к внешней поверхности ледогрун

тового ограждения будет в 2 раза меньше теплопритока при обра зовании ледогрунтовых водонепроницаемых перемычек. Соответ ственно коэффициент, учитывающий теплоприток к внешней поверх-

ности					«Ф	=	Q	= 0,16. Тепло-
	ледогрунтового’ ограждения, ф3 =						~
приток	к внешней		поверхности		ледогрунтового			ограждения будет
в 0,16	: 0,07 =	2,3	раза	больше теплопритока к			внутренней поверх
ности ограждения.
Общий коэффициент, учитывающий теплоприток при образовании
ледогрунтового		кольца,		ф = фк +	фз = 0,07	+ Т»,16 = 0,23 и (1 +
+ Ф) =	1 >23.

Расчетным уравнением для определения времени, затрачиваемого на образование цилиндрического ледогрунтового ограждения, будет уравнение (12) с поправочным коэффициентом ф = 1,23.

Более точный метод предложен французским инженером Лебретоном.

В последующих выводах Лебретона (L ebreton) приняты сле дующие обозначения:

h — высота замораживающей колонки, м;

<<< < Предыдущая 1 23 / 293 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ

#
29.10.20231.09 Mб4Трубачев А.Ф. Рациональная эксплуатация техники в комплексных звеньях.pdf
#
19.10.20232.87 Mб3Трудности перевода с французского языка (на материале математической лексики)..pdf
#
30.10.202319.76 Mб5Труды Архива. Вып. 22 Вып. 22.pdf
#
19.10.20237.58 Mб13Трунковский, Л. Е. Монтаж силовых сетей и электрооборудования учеб. пособие.pdf
#
29.10.20232.15 Mб4Трунтаев В.В. Системы вентиляции и термостатирования агрегата учебное пособие.pdf
#
25.10.202314.31 Mб16Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве.pdf
#
25.10.202313.57 Mб8Трусов Л.И. Островковые металлические пленки.pdf
#
22.10.202311.51 Mб4Трусов, А. Д. Анализ хозяйственной деятельности предприятий химической промышленности учебник.pdf
#
29.10.20232.68 Mб7Трутнев В.Н. Работа на станках с гидросуппортами.pdf
#
22.10.202311.55 Mб15Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений.pdf
#
21.10.202310.06 Mб5Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций.pdf