Страницы 1 2
3. Специальная часть: специальные методы, используемые при строительстве станции «Раменки»
3.1. Замораживание горных пород.
Наибольшее распространение этот способ получил при строительстве эскалаторных тоннелей метрополитена и стволов различного назначения при наличии водонасыщенных грунтов.
Все работы по замораживанию грунтов осуществляются в соответствии с пунктами гл. 6.2 ПБ 03-428-02 на основании разработанного проекта.
Подготовка площадки для бурения замораживающих, термометрических и гидронаблюдательных скважин производится в следующей очередности.
До начала работ должны быть выполнено следующее:
— устроено ограждение площадки
— оборудована мойка колес автотранспорта;
— устроена подъездная дорога для автотранспорта;
— все действующие коммуникации, пересекающие строительную площадку и зону бурения, отшурфлены и переложены;
— все брошенные коммуникации, пересекающие строительную площадку и зону бурения, отшурфлены и извлечены.
Разрабатывается грунт и устраивается бетонной площадки толщиной 400 мм.
Маркшейдерской службой выполняется разбивка замораживающих, термометрических и внутриконтурных гидронаблюдательных скважин.
Сооружается шламоотстойник объемом 25 м3.
Бурение замораживающих скважин является наиболее ответственной операцией в процессе искусственного замораживания грунтов. Допустимые отклонения скважин от проектной оси должны составлять не более 2% от длины скважины.
Замеры искривления скважин производить методом инклинометрии с привлечением специализированной организации совместно с маркшейдерскими измерениями. В случае превышения допустимых отклонений скважины от проектного направления колонку извлечь, скважину перебурить.
Для уточнения фактической границы водоупора пробурить в качестве разведочных термометрические скважины. В случае несоответствия фактического положения водоупора проектному комиссионно с проектной организацией принять решение о глубине замораживающих и термометрических скважин.
Бурение всех скважин производится вращательным способом установкой типа УБС-150. Замораживающие и термометрические бурятся с прямой промывкой глинистым раствором плотностью 1,08 -1,1 г/см3, гидронаблюдательные с прямой промывкой чистой водой.
По окончании буровых работ осуществляется монтаж оборудования замораживающей станции и монтаж рассольной сети
Все замораживающие колонки оборудуются питающими трубками и соединяются с патрубками. Колонки оборудуются оголовниками, которые соединяются с распределителем и обратным коллектором напорными гибкими шлангами.
После монтажа рассольной системы производится опрессовка труб . В первую очередь испытываются магистральные рассолопроводы, затем рассольные кольца. Опрессовка производится водой с избыточным давлением 0,6 МПа в течение 15 мин. Если при этом не произошло падения давления и не появились течи в трубах и соединениях, сеть считается пригодной к эксплуатации.
Далее производится заполнение рассольной системы раствором хлористого кальция и холодильных машин хладагентом. После проведения испытаний и признания рассольной сети годной к эксплуатации производится ее термоизоляция.
По окончании всех монтажных, испытательных и изоляционных работ замораживающей станции и рассольной сети комиссионно составляется «Акт о пуске в эксплуатацию замораживающей системы». Замораживание грунтов осуществляется замораживающей станцией, состоящей из холодильных установок типа WTE-100, рассольного насоса типа Д315/50 в работе и одного в резерве и насоса подкачки для рассольного бака типа КМ 50-32-12,5. Расчетный срок активного замораживания грунтов определяется расчетом, с учетом выхода станции в режим в течение 5 суток. Параметры работы холодильных установок, замораживающих колонок и рассолопроводов ежесменно периодически фиксируются в «Журнале работы замораживающей станции». В период эксплуатации замораживающей станции необходимо вести систематический контроль за уровнем рассола в расширительном баке. В случае утечки рассола из рассольной сети замораживающую станцию остановить, снизить давление рассола до атмосферного, частично или полностью слить рассол в накопительный бак, обнаруженное место утечки заварить, систему вновь заполнить рассолом и замораживающую станцию включить в режим.
В процессе замораживания грунтов проектом обеспечено систематическое наблюдение за образованием ледогрунтового ограждения, его размерами и температурой. При наблюдениях должны определяться следующие показатели:
— температуры в термометрических контрольных скважинах;
— температуры охлаждающего рассола на прямой и обратной линиях рассолопровода.
— уровень грунтовых вод в гидронаблюдательных скважинах.
Готовность замороженного контура к производству горнопроходческих работ определяется:
— отсутствием положительных температур по всему интервалу
замеров в термометрических скважинах;
— существенным подъемом уровня грунтовых вод во внутриконтурных гидронаблюдательных скважинах.
После достижения данных параметров производится пробная откачка воды из зумпфа внутри контура или из внутриконтурной гидронаблюдательной скважины. Если уровень грунтовых вод во внутриконтурной гидронаблюдательной скважине или в зумпфе в течение 1 суток не восстанавливается, составляется «Акт готовности участка для ведения основных работ».
Весь период горнопроходческих работ замораживающая станция работает в пассивном режиме. Поддержание ледогрунтового ограждения осуществляется холодильными установками типа WTE-100 в соответствии с расчетом, в котором определяется так же срок пассивного замораживания.
По окончании горнопроходческих работ составляется «Акт на прекращение работ по замораживанию». Замораживающая станция и рассольная сеть демонтируются, колонки не извлекаются, замораживающие и термометрические заполняются цементным раствором с в/ц=0,5.
С целью обеспечения безопасности выполнения работ по искусственному замораживанию грунтов, изготовлению, монтажу, демонтажу, наладке и эксплуатации оборудования и трубопроводов следует руководствоваться ПОС и ППР, настоящими Правилами, а также другими нормативными актами и Инструкцией для персонала, обслуживающего холодильные установки.
Эксплуатация замораживающей станции и рассольной сети разрешается после испытания и приемки ее комиссией с участием представителя территориального органа Госгортехнадзора России. Эксплуатация станции должна осуществляться в соответствии с действующими нормами проектирования и производства работ по искусственному замораживанию грунтов и инструкциями заводов-изготовителей оборудования.
На замораживающей станции организован учет всех показателей ее работы с отметкой в Журнале учета работы замораживающей станции.
Расстояния между ПХУ, их расположение и расположение другого холодильного оборудования на строительной площадке определяются ППР.
Для трубопроводов циркуляции хладагента должны применяться бесшовные стальные цельнотянутые трубы. Применение для этих целей газовых и чугунных труб не допускается.
Запрещается производство сварочных и других огневых работ на трубопроводах и аппаратах, заполненных хладагентом или рассолом.
Рассольная сеть, выполненная из прямого и обратного рассолопроводов, распределителя и коллектора, размещена в форшахте (устье), допускается размещение сети на поверхности с устройством теплоизоляции.
На рассольной сети должны устанавливаться:
манометры — по одному на прямом и обратном рассолопроводах;
термометры — на прямом и обратном рассолопроводах в специальных защитных оправах;
указатели уровня рассола — на циркуляционном баке с сигнализацией понижения уровня рассола с выводом сигнала в аппаратное отделение.
Система циркуляции хладагента и рассола замораживающей станции (компрессор, конденсатор, испаритель, трубопроводы и др.) по окончании монтажа испытывается на давление, предусмотренное ППР.
Выпуск хладагента через любой предохранительный клапан системы производится по отводящей трубе в соответствии с ППР. Диаметр отводящей трубы — не меньше диаметра условного прохода предохранительного клапана. Допускается присоединение отдельных отводящих труб от предохранительных клапанов к общей отводящей трубе. Площадь поперечного сечения общей отводящей трубы составляет не меньше суммы сечений присоединенных отводов отдельных предохранительных клапанов, а при количествах таких отводов более четырех может быть не менее 50 % этой суммы.
Искусственное оттаивание замороженного грунта разрешается производить согласно проектному решению после полного возведения подземных конструкций. После оттаивания замораживающие трубы извлекаются, а скважины заполняются специальным раствором. При оставлении замораживающих труб в скважинах они также должны тампонироваться.
Заполнение системы хладагентом, эксплуатация холодильных машин и компрессоров должны производиться в соответствии с требованиями инструкций, составленных для каждой замораживающей станции, и инструкций заводов — изготовителей оборудования.
Все установленные манометры ежегодно должны подвергаться поверке и иметь клеймо или пломбу госповерителя. Дополнительно, не реже одного раза в шесть месяцев, должна проводиться проверка показаний рабочих манометров путем сравнения с показаниями контрольного манометра.Исправность всех установленных термометров и манометров должна проверяться ежедневно визуально персоналом замораживающей станции с записью об этом в Журнале.
При эксплуатации холодильных машин определение места утечки хладагента должно производиться химическим индикатором или другим прибором, предназначенным для этого.
При эксплуатации холодильных машин периодически, но не реже одного раза в месяц должна проводиться проверка отводящих из конденсатора воды и рассола на присутствие в них хладагента.
Запрещается открывать цилиндры и картер компрессора, демонтировать аппараты, трубопроводы и запорную арматуру до полного удаления из них хладагента и масла, а также выполнять эти работы без противогаза и резиновых перчаток.
Замораживающие колонки рассольной системы быть испытаны на герметичность гидравлическим давлением не менее 2,5 МПа в процессе опускания колонки по мере сварки каждого стыка и в сборе по завершении монтажа. После монтажа и промывки рассольная сеть подвергается гидравлическому испытанию полуторным проектным давлением рассольного насоса, но не менее чем 0,5 МПа. Рассольный трубопровод и арматура в процессе эксплуатации герметичны. Запрещается при наличии давления производить ремонт трубопроводов рассольной системы, а также снимать заглушки с вмораживающей колонки после испытания.
Расчет толщины ЛПО
Толщина льдопородного ограждения является одним из важнейших параметров проходки. Завышение или занижение толщины ЛПО ведёт или к значительному увеличению объёма заморженных горных пород или к разрушению ЛПО, что ведёт к прорыву воды в выработку.
На основании принятой толщины ЛПО осуществляются все последующие теплотехнические и технологические расчёты процесса замораживания.
Сложность расчёта толщины ЛПО заключается в том, что льдопородное ограждение не подчиняется законам упругого тела, а обладает ярко выраженными реологическими свойствами, которые зависят от типа горной породы.
Поэтому определение толщины ЛПО осуществляется с помощью приближённых методов. Толщина кольцевого ЛПО — Е может быть определена по методу Ляме-Гадолина, при котором ЛПО рассматривается как жёстко-упругий толстостенный цилиндр правильной формы и бесконечно большой длины, с одинаковыми по всему сечению физико-механическими свойствами, сжатый равномерно распределённой внешней нагрузкой. По условию прочности максимальное тангенциальное напряжение на внутренней поверхности цилиндра не должно превышать допускаемого напряжения на сжатие замороженных пород.
где RВ- радиус выработки в проходке, м;
— допустимое напряжение замороженных пород на сжатие,МПа
где — предел прочности замороженной породы на одноосное сжатие, МПа
— коэффициент запаса
Р — давление водоносных пород на льдопородное ограждение, МПа.
Вышеприведённая формула даёт удовлетворительные результаты при глубине замораживания не превышающая 50 — 70 метров, т.е. вполне подходит к данным условиям.
Диаметр окружности расположения устьев скважин должен рассчитываться с учётом допустимого отклонения а от вертикали.
а = 0,5 + 0,002Н = 0,6 м
H = 50 м – глубина скважины.
Диаметр окружности расположения устьев скважин:
DЗ = 2RВ+1,2E+2a =2*4,9+1,2*2,9+2*0,65 13 м
Рассчитываем число замораживающих скважин:
скважин
l = 0,9м – расстояние между устьями замораживающих скважин
Определение количества холода необходимого для замораживания для сбоек и ствола ОВУ
Определяем количество холода на замораживание 1м3 породы. Расчёт ведётся по балансовому методу, исходя из которого теплопоглощающая способность колонки QК должна быть равна или больше количества холода, которое необходимо отвести от породы при её замораживании QЗ и количества тепла идущего на охлаждение пород, окружающих льдопородное ограждение, т.е
Количество холода необходимое для замораживания, определяется из выражения:
QЗ = qЗ V, где
V- объём породы подлежащей замораживанию, м3
qЗ — количество холода, необходимое для замораживания 1м3 породы до заданной температуры, кДж/м3
qЗ = q1+q2+q3+q4,
где q1 — количество холода, необходимое для охлаждения воды в 1м3 породы от естественной температуры tп до температуры замерзания tо
q1 = Vв в Св (tп – tо)
Vв — объём воды в 1м3 породы, Vв = 0,35 М3
в — плотность воды, кг/м3 в = 1000 кг/ м3
Св — удельная теплоёмкость воды Св = 1 кДж/(кг оС)
tп = 8°C, to = 0°C
q1 = 0,35*1000*1*(8 — 0) = 2800 кДж/м3
q2 — количество холода, идущее на отбор скрытой теплоты ледообразования
— скрытая теплота ледообразования
= 80 кДж/кг
q2 = 0,35*1000*80 = 28000 кДж/ м3
q3 — количество холода, идущее на охлаждение льда от температуры ледообразования до заданной температуры замораживания, tср
q3 = Vл л Сл (tо – tср)
Сл — удельная теплоёмкость льда
Сл = 0,5 кДж/(кг оС)
Vл = 0,35 м3
л — плотность льда, кг/м3
q3 = 0,35*900*0,5(0-(-6,24)) = 982,8 кДж/ м3
q4 — количество холода, которое необходимо для охлаждения скелета горной породы от естественной температуры tн до температуры замораживания tср
q4 = Vп п Сп (tп – tср),
где Vп — объём скелета в 1м3 породы Vп = 0,65 м3
п — плотность скелета, кг/м3 п =2600 кг/м3
Сп — удельная теплоёмкость скелета породы Сп = 0,2 кДж/(кг оС)
q4 = 0,65*2600*0,2*(8 + 6,24) = 4813,12 кДж/ м3
q3 = 2800 + 28000 + 982,8 + 4813,12 = 32960,96 кДж/ м3
QЗ = 32960,96 * 2881,5 = 9,497*107 кДж*м3/кг
Количество холода необходимое для понижения температуры окружающих льдопородное ограждение пород определяется по формуле:
Qох= Sох * qох = 2(Rн+Rв)Hз *qох = 37972 кДж*м3/кг,
где Rв — радиус выработки в проходке, м;
Rн = Rв + E
Hз – глубина замораживания, м;
qох – теплоприток к 1 м2 поверхности льдопородного ограждения, принимаемый по данным практики 16 – 24 кДж/(м2*ч).
Теплопоглощающая способность колонок определяется как произведение поверхности замораживающих колонок F на удельный тепловой поток qf к 1м2 поверхности:
Qк = F qf = d N H qf ,
где d — внутренний диаметр замораживающих колонок d = 0,114 м
При работе группы колонок удельный тепловой поток определяют по формуле:
,
где 1 — коэффициент теплопроводности замороженной породы
1 = 3,0 кДж/(кг оС)
tст — температура стенки замораживающей колонки, принимается равной
tст = tр+ (3-5)С° tст = -20 + 3= -17C°
qf — величина переменная и уменьшается по мере увеличения льдопородного ограждения, поэтому для расчётов принимаем среднеарифметическую:
qfср = 153 кДж/м2час
QК = 118851 кДж/час
Хладопроизводительность замораживающей станции принимается на 10-20% больше, чем QК. QСТ = 1 ,15 QК = 136678,65 кДж/час
Бурение замораживающих скважин является одним из наиболее трудоёмких и продолжительных процессов при замораживании горных пород.
Требования к замораживающим скважинам:
• конечный диаметр скважины должен быть несколько больше диаметра соединительных муфт замораживающих колонок и составляет не менее 150 — 170 мм;
• глубина скважины должна быть на 6 метров больше проектной отметки замораживания пород;
• скважины должны быть очищены от бурового шлама и обеспечивать свободный спуск замораживающих колонок принятого диаметра;
• бурение замораживающих скважин должно производиться с минимальным выносом (размывом) пород.
Для бурения наклонных скважин в данном проекте будет использоваться станок вращательного действия ТУНБ-150.
Также применяются станки КАМ-500, ЗИФ-650А.
Технические характеристики ТУНБ-150:
Глубина бурения 150м
Диаметр бурения
начальный 300мм
конечный 157мм
бур.труб 63,5мм
Диаметр обсадных колонн длиной более 100м 168мм
Угол бурения к горизонту 30°-75°
Подача подвижного вращателя гидравлич.
Грузоподъёмность планетарной лебёдки 3т
установки на крюке 6т
Высота мачты 10,4м
Длина бурильных труб 3;4;5;6м
обсадных труб до 11м
Привод электрический
Кроме того станок ТУНБ-150 позволяет вместо штанг применять насосно-компрессорные трубы, используемые по окончании бурения скважин как замораживающие.
После окончания бурения скважины оборудуются замораживающими колонками. Конструкция замораживающей колонки представлена на одном из чертежей графической части дипломного проекта.
К замораживающим трубам предъявляются повышенные требования, так как они могут повреждаться от возникающих в них высоких напряжений при пониженной температуре; от высокого внешнего давления, возникающего в породе вокруг труб вследствие расширения воды в момент замерзания.
Для замораживания в данном случае применяются специальные безмуфтовые трубы типа ТЗК, которые соединяются путём ввинчивания одной трубы в другую с помощью конической нарезки. Длина труб 13м, наружный диаметр по резьбовому соединению 156 мм, по трубе 146 мм, внутренний диаметр по резьбовому соединению 122 мм, толщина стенок 8-11 мм. Трубы изготовляют из углеродистой стали с термообработкой и закалкой.
В нижней части замораживающей трубы устраивают башмак, который представляет собой сварной конус, снабжённый резьбой для соединения с замораживающей трубой. Конструкция головки трубы — съёмная.
При монтаже все замораживающие трубы должны подвергаться гидравлическому испытанию. Для этой цели вблизи участка замораживания собирается колонна труб длиной, равной длине скважины. Колонну заполняют водой и прессуют в течении 10 минут под давлением. Если испытания дали хорошие результаты, то колонну считают годной к спуску в скважину. После этого все трубы маркируют и разбирают для монтажа в скважине.
Порядок монтажа
В скважину опускают первое звено труб, имеющее на нижнем конце башмак; на верхнем конце закрепляют хомут, который после опускания первого звена ложиться на кондуктор; верхний обрез трубы должен быть выше хомута на 0,5 метра. К первому звену присоединяют следующее и.т.д.
Подвеску каждой трубы и спуск всей колонны в скважину осуществляют с помощью резьбовой пробки подвешиваемой за пружину на крюк талевой системы. Каждый стык замораживающих труб проверяется на прочность и герметичность. Давление при опрессовке стыков 3-4 МПа. Несмотря на предварительную опрессовку могут произойти частичные нарушения соединений, поэтому после спуска всей колонны производят контрольное испытание на водопроницаемость соединений.
Колонну после сборки заливают водой на полную глубину.
Уровень жидкости в колонне измеряет маркшейдер. Колонну закрывают деревянной пробкой. Измерение колебаний уровня в колонне производят ежедневно в течении 5 суток. Если уровень снизился более чем на 2 см на каждые 50м глубины, то колонну труб перемонтируют после вторичной опрессовки.
После монтажа замораживающих труб обсадные трубы извлекаются, а пространство между колонкой и стенками скважины заполняется песком, так как образующаяся прослойка воздуха будет замедлять процесс замораживания пород.
Методы контроля замораживания горных пород
При замораживании необходимо осуществлять контроль трёх видов: за работой замораживающей станции, за работой замораживающих колонок и за процессом формирования льдопородного ограждения.
Контроль за работой замораживающей станции заключается в поддержании заданного режима замораживания. Для этого систематически следят за показаниями приборов (термометров, манометров, рассоломеров, водомеров и др.) и в случае необходимости вносят соответствующие коррективы в работу замораживающей станции. Кроме того следят за тем, чтобы не происходило утечек хладоносителя в стыковых соединениях колонок с коллектором и распределителем, а также наблюдают за исправностью галереи (форшахты) и теплоизоляцией рассолопроводов.
Контроль за работой замораживающих колонок осуществляют визуально и по замеру температур прямого и обратного рассола замораживающих колонок.
Наличие на соединительных и отводящих шлангах свежего пушистого инея свидетельствует о нормальной работе колонки. Мелкий, рыхлый, легко отделяющийся при постукивании иней свидетельствует о том, что температура снаружи ниже температуры хладоносителя, т.е. колонка не работает.
Контроль за процессом формирования ЛПО осуществляется с помощью термонаблюдательных и гидронаблюдательных скважин, ультрозвукового способа и применения средств вычислительной техники.
Термонаблюдательные скважины позволяют осуществлять периодические измерения температур в замораживаемых горных породах в течении всего процесса замораживания.
По измеренным температурам строят графики развития температурных полей в замораживаемых горных породах, анализ которых даёт возможность установить границы ЛПО на данный момент замораживания.
Термонаблюдательные скважины бурят тем же диаметром, что и замораживающие. Их оборудуют замораживающими колонками без питающих и отводящих труб и заполняют незамерзающей жидкостью, обычно хладоносителем. Термодатчики располагаются на уровне кровли и почвы каждого горизонта водоносных пород, а также в пределах самого горизонта.
Для устранения влияния температуры атмосферного воздуха на измерение температуры в скважинах устья их теплоизолируют. В ка¬честве термодатчиков применяют медь-константановые термопары или же терморезисторы.
Температуру в скважинах измеряют два раза в сутки в первые 10-15 дней замораживания. В дальнейшем показания термодатчиков снимают в одни и те же часы один раз в сутки.
Гидронаблюдательные скважины используют для контроля за процессом смыкания отдельных льдопородных тел в единое ЛПО. Контроль основывается на том, что до смыкания ЛПО вода в пределах водоносного горизонта имеет гидравлическую связь с водой за пределами контура ЛПО. После смыкания гидравлическая связь теряется. Учитывая, что объём льда увеличивается примерно на 9%, вода, находящаяся в породах замкнутого контура начинает вытесняться. В результате этого уровень воды в гидронаблюдательной скважине начинает подниматься, что свидетельствует о смыкании ЛПО.
Гидронаблюдательные скважины бурят после окончания бурения замораживающих скважин тем же способом и оборудуют также как скважины для водопонижения. Уровень воды в скважине измеряют электрическим уровнеметром.
Ультразвуковой способ контроля применяют для установления сплошности и толщины ЛПО по всему периметру. Ультразвуковой способ основан на законах распространения упругих колебаний в пористых породах. Скорость распространения ультразвука в обводнённых горных породах в основном зависит от их вида, пористости и.т.д. Изменение скорости ультразвука в зависимости от агрегатного состояния горных пород позволяет оценить процесс формирования ЛПО во времени и пространстве. Приборы для ультразвукового контроля: УКПЦ-1, МАП-1.
Перейдем к рассмотрению следующего специального метода, используемого при строительстве станции, а именно, водопонижение.
(Дополнить СХЕМОЙ замораживающей установки)
3.2. Водопонижение.
Водопонижение применяют для временного (на период строительства) снижения гидростатических напоров (уровней) подземных вод с целью созда¬ния более благоприятных и безопасных условий ведения горно-строительных работ.
Сущность способа водопонижения заключается в том, что на не котором расстоянии от контура вокруг будущего подземного сооружения бурят систему водопонизительных скважин, из которых постоянно откачивают воду. В ре¬зультате уровень подземных вод в месте строительства сооружения понижается, грунты осушаются, изменяя свои физические свойства.
Задача водопонижения заключается в соответствующем создании и поддержании на период строительства подземного сооружения требуемой зоны, что позволяет вести горнопроходческие работы в относительно благоприятных условиях.
Производство водопонизительных работ приводит к изменению не только физических свойств грунта, но и оказывает существенное влияние на их состояние и поведение в окружающем пространстве. Понижение уровня грунтовых вод приводит к уплотнению и увеличению прочностных характеристик грунта и вследствие этого увеличению давления грунта на подземные сооружения и к деформации поверхности. В большинстве случаев, при относи¬тельно неглубоких понижениях уровня воды, поверхность пони¬жается равномерно и не оказывает существенного влияния на работу сооружений. При глубоких понижениях уровня подземных вод осадка поверхности может оказаться весьма значительной.
В зависимости от геологических и гидрогеологических условий строительства различают три способа водопонижения: поверхно¬стный, из подземных выработок и комбинированный.
Выбор способа водопонижения зависит от: свойств и условий залегания грунта, условий питания подземных вод, водопроница¬емости (коэффициента фильтрации) осушаемых пород, размеров осушаемой зоны в породах, мощности водоносного горизонта, ха¬рактеристики технических средств водопонижения.
Наибольшее распространение получил поверхностный способ водопонижения.
Глубина заложения основания наклонного тоннеля 50-55м, следовательно рассматриваем поверхностный способ водопонижения.???
При поверхностном способе водопонижения уровень подземных вод может быть понижен с помощью: легких иглофильтровых установок, эжекторных иглофильтровых установок, вакуумных установок, водопонижающих скважин, оборудованных насосами.
1) ЛИУ не применимы, так как глубина их действия для понижения грунтовых вод до 5 м.
2) Вакуумные установки (УВВ) дают возможность понизить уровень грунтовых вод до 6-7 м от поверхности, что является недостаточным условием для водопонижения проектируемого эскалаторного тоннеля.
3) Водопонизительные установки.
По условиям применения коэффициент фильтрации массива горных пород должен быть более 5 м/сут; по нашим условиям КФ = 1,5 м/сут, следовательно данный вариант не подходит.
4) Электроосматическое водопонижение не подходит также по несоответствию КФ < 0,1 м/сут — в глинистых грунтах.
И, наконец, мы рассматриваем наиболее распространенный вариант для город¬ских условий — водопонижение с помощью эжекторных иглофильтровых уста¬новок.
Эжекторные иглофильтровые установки (ЭИ) используют для вакуумирования грунтов и понижения уровня подземных вод до 20 м при коэффициенте фильтрации 0,1—10 м/сут и при близком залегании водоупора от почвы выра¬ботки. Подъем откачиваемой воды в эжекторных иглофильтрах производится с помощью водоструйных насосов (эжекторов). В основу работы этих насосов положен принцип непосредственной передачи энергии одним потоком друго¬му, реализация которого осуществляется непосредственно в иглофильтре.
В настоящее время в отечественной практике используют эжекторные игло¬фильтровые установки ЭИ-2,5, ЭИ-4, ЭИ-4а и ЭИ-6, различающиеся диаметром иглофильтров. Применяем установку ЭИ-2,5, имеющую наименьшую массу, что облегчает и ускоряет ее монтаж.
Производство водопонизительных работ эжекторными иглофильтрами включает следующие технологические процессы: монтаж, пуск, эксплуатацию и демонтаж установки. Основным процессом при монтаже эжекторных иглофильтровых установок является погружение иглофильтров в грунт на требуемую глубину.
В зависимости от инженерно-геологических условий и наличия рабочей во¬ды эжекторные иглофильтры погружают в грунт гидравлическим способом или устанавливают в предварительно пробуренные скважины. Гидравлическое погружение иглофильтров применяют в любых песках: от мелко- до крупнозернистых и гравелистых.
Установку эжекторных иглофильтров в предварительно пробуренные скважины выпол¬няют в мелкозернистых песках, в грунтах, содержащих значительное количест¬во крупнообломочного материала, а также при ведении работ по водопонижению в условиях плотной городской застройки непосредственно у жилых зда¬ний и промышленных сооружений.
Скважины, в мягких и сыпучих грунтах бурят шнековыми установками, обычно долотами РХ без принудительного осевого давления с максимальной частотой вращения 5 с-1. При бурении твердых грунтов применяют ступенчатые трехперые долота, армированные резцами из твердых сплавов, при этом час¬тоту вращения шнека снижают до 10,6 с-1 и дополнительное давле¬ние на долото доводят до 8 кН. Скважины в процессе бурения закрепляют обсадными трубами.
Перед установкой эжекторного иглофильтра скважину промывают до полно¬го осветления воды. После промывки скважины устанавливают эжекторный иглофильтр. В переслаивающихся грунтах и в однородных грунтах с коэффи¬циентом фильтрации менее 5 м/сут с целью защиты от кольматажа и обеспече¬ния гидравлической связи между отдельными водонасыщенными прослоями устраивают песчано-гравийную обсыпку иглофильтра и ведут до отметки ста¬тического уровня грунтовых вод с одновременным извлечением обсадных труб. Затрубное пространство выше отметки статического уровня грунтовых вод засыпают плотным грунтом.
После опускания всех эжекторных иглофильт¬ров на проектную глубину и монтажа поверхностного оборудования осуществ¬ляют пуск установки в работу. Данные условия полностью удовлетворяют ис¬ходным данным нашего проекта, причем имеется теоретический запас по дан¬ным параметрам.
Фильтрационный расчет линейной водопонизительной установки ЭИ-2.5
Исходные данные:
Н — напор грунтовых вод, м
к — коэффициент фильтрации (м/сут)
t — время откачки (5 сут)
dс — диаметр скважины
— расстояние между скважинами, м
hс — проектное понижение уровня воды в скважине ,м
- коэффициент водоотдачи
Принятые данные: H = 6,4м к = 1,5м/сут
x1 = 5м x2 = 9,5м
dc = 0,2м = 2,0м
= 0,15 t = 5сут
hc = 2,6м
Расчет
1. Величина радиуса влияния:
2. Приток воды на один погон.м воображаемого канала:
hл – уровень воды в воображаемом канале
3. Дебит одной скважины (фильтра):
4. Уровень воды на уровне скважин:
Решаем совместно систему уравнений и получаем, что:
5. Рассчитываем величину Нх. При однорядном расположении скважин величину определяют по формулам: при х1=5м; х2=9,5м
НХ2 = 4,2м
6. Сниженный уровень в центре между двумя рядами:
ВЫВОДЫ: Таким образом, в результате эксплуатации водопонизительных установок типа ЭИ – 2,5, расположенных вдоль тоннеля, уровень грунтовых вод снизился до абсолютной отметки 137,64 м. и 138,3 м в соответ¬ственно 5 -ти и 9,5 м от линии иглофильтров (при однорядной системе), и до абс. отм. 136,8 м в центре между эжекторными иглофильтрами (при двурядной системе установок).
Условные обозначения:
hл — понижение уровня грунтовых вод на линии расположения скважин
Hx — сниженный уровень на расстоянии х от системы скважин,
Расчет оборудования водопонизительной установки типа ЭИ-2.5
Исходные данные:
Нп=9,8м (hc-lф=2,6-1,2=1,4м); nи=64шт.; Qс=6,55м3/сут=0,08л/с; р,5м/с; t=3мин; =2,0м; с=0,5м/с; do=0,07м; Hв=7м.
Расчет сводится к определению подачи воды qр (л/с), ее напора на входе в эжектор hр (м), а также подачи рабочего насоса Qн (л/с)и развиваемого им на¬пора Hр (м).
Порядок расчета:
1. Расход (qр) и напор (hр) рабочей воды для иглофильтра с диаметром сопла эжектора do = 7 мм и средней величиной вакуума Hв = 7 м водного столба опре¬деляется по графику: qр=120м3/сут=1,4л/с
hр=103м
2. Расчетный расход грунтовой воды, откачиваемой эжекторными иглофильт¬рами, должен соответствовать следующему соотношению:
или
откуда следует, что установка будет работать со значительным резервом по производительности иглофильтра.
3. Требуемый напор воды Нр= 103 м, откуда следует, что нужно использовать насос типа ЦНС (МС) 38-110, характеристика которого:
напор Нн=110м, подача Qн=38м3/час, мощность эл.двигателя N=22кВт.
Диаметры распределительного, водосборного трубопроводов определяются по таблице.
а) расход рабочей воды для всех иглофильтровых установок
;
диаметр распределительного трубопровода Др принимается равным 70 мм
б) приток грунтовой воды ко всем эжекторным установкам
Суммарный расход воды, который будет проходить по водосборному трубо¬проводу , откуда диаметр водосборного трубопровода Дв принимается равным 125 мм.
Диаметр водосборного трубопровода, по которому будет сбрасываться во¬да расход которой принимается равной 50 мм.
4. Принимаем схему работы установки с циркуляционным резервуаром.
Емкость циркуляционного резервуара (W) при условии последовательного
включения иглофильтров, начиная от ближайшего к циркуляционному резер¬вуару
, где
Wр.т.- объём распределительного трубопровода (м3)
Qн- производительность насоса для подачи рабочей воды Qн=0,63 м3/мин
Принимаем емкость циркуляционного резервуара W = 2,0 м3
Водопонизительные установки с эжекторными иглофильтрами применяются в грунтах с незначительной водопроницаемостью, при коэффициентах фильтра¬ции водовмещающих пород от 0,01 до 10 м/сут для понижения уровня грунтовых вод на глубину от 5 до 18 — 20 м.
Вакуумирование применяется для усиления эффекта водопонижения в слож¬ных гидрогеологических условиях при слабой водопроницаемости и недоста¬точной водоотдачи грунтов.
Вакуумированием достигается:
1) Уменьшение высоты остаточного столба воды над водоупором;
2) Ускорение осушения выработки;
3) Более интенсивное отсасывание воды из водонасыщенных прослоек;
4) Стабилизация слоев грунта, слабоотдающих воду и уплотнение водонасыщенного грунта.
Установки с эжекторными иглофильтрами состоят из иглофильтров с эжектор¬ными водоподъемниками, распределительного, водосборного и сбросного тру¬бопроводов, центробежного насоса и циркуляционного резервуара (бака). Эжекторный иглофильтр состоит из 2 колонн труб: наружной водоприемной, с подсоединенной к ней фильтровым звеном и внутренней — водоподьемной, к нижнему концу которой подсоединен эжектор, состоящий из насадки и диффу¬зора.
Принцип работы эжекторного иглофильтра заключается в следующем: по кольцевому зазору между наружной и внутренней трубами центробежным на¬сосом нагнетается «рабочая» вода. Проходя через эжектор нагнетаемая вода создает вакуум, благодаря которому увлекает за собой поступающую через фильтр грунтовую воду. Смесь рабочей и грунтовой воды поступает на поверхность, в циркуляционный резервуар, откуда частично отводится для питания центробежного насоса установки, а остальная — на сброс.
В практике строительства водопонижение осуществляется в основном установ¬ками с эжекторными иглофльтрами типа ЭИ- 2,5.
Орана окружающей среды при водопонижении
Искусственное водопонижение при строительстве подземных сооружений приводит к нарушению равновесия системы «грунт—грунтовая вода». Такое нарушение в зависимости от условий водопонижения, типа грунта может при¬вести к следующим последствиям: просадке грунтов на значительной площади в районе ведения работ по водопонижению из-за откачки воды из верхних сло¬ев грунта и выноса мельчайших частиц; осадке сооружений, дорог, подземных коммуникаций; изменению грузонесущей способности грунта; нанесению вре¬да ландшафту, рыбному и лесному хозяйству; обнажению и ухудшению работы верхних оголовков свай; возникновению отрицательных сил трения при высы¬хании связных грунтов; осадке висячих свайных оснований пропорционально осадке различных слоев рыхлых грунтов.
Снижение уровня грунтовых вод приводит к осадкам грунтов, вследствие чего в грунте возникают силы, приводящие к его уплотнению. Степень осадки и уплотнения зависит от физико-механических свойств грунта его структуры и взаимного расположения отдельных слоев грунта в пространстве.
Возникающие дополнительные нагрузки вызывают осадки грунта, величина которых зависит от его прочности, характеристик слоев грунта и их взаимного расположения. Эти осадки могут быть определены расчетным путем. Необхо¬димо отметить, что осадки по радиусу депрессионной воронки непостоянны, а являются функцией понижения уровня грунтовой воды, т. е. функцией рас¬стояния от центра водопонижения и характеристик грунта в рассматриваемой точке. Неодинаковые осадки, могут возникнуть также вблизи центра водопо-нижения при изменяющихся грунтовых условиях. Особенно это заметно при расположении вблизи центра водопонижения ранее построенных сооружений.
Кроме изменения величин нагрузок на грунт происходит изменение плотно¬сти грунта. После окончания работ по водопонижению могут возникнуть новые деформации сооружений из-за подъема грунта, причиной чего является кон¬центрация связных грунтов в определенных местах, и из-за разгрузки слоев грунта, находившихся в сильно нагруженном состоянии.
Таким образом водопонижение особенно длительное во времени приводит к негативным явлениям, связанным с осадками земной поверхности, нарушению режима движения подземных вод и другим нежелательным последствиям. В силу этого к работам по водопонижению, особенно в условиях плотной город¬ской застройки, надо подходить очень осторожно, с прогнозом возможных от¬рицательных последствий и переходить, где это возможно, на другие альтерна¬тивные способы строительства подземных сооружений, в обводненных грунтах.
Техника безопасности при искусственном водопонижении
1) Буровые работы для водопонижения должны выполняться в соответствии с ПОС и ППР.
2) Водопонизительные установки должны быть оснащены исправными приборами для определения напора насоса и измерения вакуума.
3) При работе с эжекторными иглофильтрами каждый иглофильтр с напорной и сливной стороны должен быть оборудован пробковыми кранами. Шланги к коллекторам и иглофильтрам должны крепиться специальными хомутами.
4) На напорном и сливном трубопроводах должны быть надписи, указывающие их назначение.
5) При погружении и извлечении иглофильтров люди, не занятые этой работой, должны быть удалены на расстояние не менее полуторной длины колонны труб. Иглофильтры должны извлекаться специальными игловыдергивателями.
6) Ось эжекторных иглофильтров должна находиться не ближе 0,5 м от бровки земляной выемки и не ближе 1 м от контура обделки при закрытом способе работ.
7) Запрещается эксплуатировать водопонизительные установки, расположенные вблизи подземных водозаборов, без согласования с эксплуатирующей организацией.
8) Не допускаются гидравлическое погружение, забивке иглофильтров в том случае, если это может вызвать повреждение существующих сооружений и коммуникаций.
9) Запрещается при демонтаже инвентарных коллекторов на высоте находиться вблизи снимаемого звена и стоять против снимаемой трубы при разболчивании фланцев.
10) Время работы водопонизительной установки определя¬ется ПОС. В этот период должно организовываться наблюдение за уровнем грунтовых вод, которые заносятся в Журнал наблюде¬ний за изменением уровня грунтовых вод при водопонижении и инструментальное маркшейдерское наблюде¬ние за зданиями и сооружениями, находящимися в зоне влияния водопонижения.
Еще один специальный метод, который используется при сложных инженерно-геологических условиях строительства – это лучевой дренаж.
3.3. Технология лучевого дренажа для защиты застроенных территорий от подтопления.
Применение технологии лучевого дренажа для защиты застроенных территорий от подтопления. Во многих случаях инженерные особенности застроенных территорий (высокая плотность застройки, насыщенность подземного пространства многочисленными коммуникациями, низкая водопроницаемость грунтов (почти на 70 % территории России распространены суглинки), ограниченность радиуса влияния дренажей) делают устройство классических дренажей практически невозможным (дренажных траншей, трубчатых дрен, водопонижающих скважин и т.п.) и ограничивают возможности их применения.
Помимо этого, трудности сооружения и эксплуатации таких дренажей на застроенной территории также связаны со сложностью организации стройплощадки, размещением оборудования и производством строительно-монтажных работ, использованием подъездных путей и т.д. В некоторых случаях на период производства работ требуется остановка цехов, выкорчевывание зеленых насаждений, отключение водоснабжения и другое.
Анализ известных классических способов и технических средств дренажа застроенных территорий (промышленных площадок, жилых массивов) показал практически полную невозможность их эффективного применения.
Главными факторами, ограничивающими возможность использования существующих способов дренажа застроенных территорий, являются:
• низкая эффективность в слабопроницаемых грунтах;
• незначительные радиусы влияния дренажных устройств;
• невозможность их сооружения под защищаемыми объектами;
• высокая плотность застройки;
• развитие густой сети подземных коммуникаций;
• сложность сооружения в плывунных грунтах.
В связи с ограниченными возможностями применения известных способов борьбы с подтоплением застроенных территорий институтом ВИОГЕМ в конце 60-х годов прошлого столетия предложен способ лучевого дренажа застроенных территорий. (Премия Правительства РФ 1998 г.)
Предложенный способ дренажа подтопленных территорий основан на применении бурового способа сооружения лучевых скважин, что исключает применение способа задавливания и его отрицательных последствий:
• уплотнения и снижения проницаемости грунтов в прифильтровой зоне;
• повреждения фильтров, затирания их поверхности связными грунтами;
• ограничение длины лучей.
Сооружение лучевых дренажей возможно в условиях плотной застройки, поскольку для проходки шахтных стволов требуется малая площадь отчуждения полезной застроенной территории. Основное преимущество применения лучевого дренажа в стесненных условиях застроенной территории в том, что при его сооружении не требуется производить демонтаж различных подземных коммуникаций и остановку производственных цехов на период строительства.
Лучевой дренаж может применяться как для общего площадного дренирования застроенной территории, так и для локальной защиты зданий и сооружений от подтопления подземными (грунтовыми) и техногенными водами. В условиях дренирования промплощадок с высокой плотностью застройки лучевой дренаж становится единственно возможным способом инженерной защиты от подтопления.
К основным конструктивным элементам лучевого дренажа относятся шахтный ствол, лучевые скважины, оборудованные фильтрами (дренажными трубами) с защитно-фильтрующим материалом, и насосная станция с системой автоматизации.
Шахтный ствол служит для сооружения из него лучевых скважин и сбора дренажных вод, поступающих из них. При сооружении лучевых скважин нижняя часть шахтного ствола выполняет роль зумпфа для накопления бурового шлама, а при эксплуатации лучевого дренажа она служит резервуаром-водосборником для дренажных вод.
К числу преимуществ лучевого дренажа относятся:
1) Горизонтальное или слабонаклонное расположение лучевых дренажных скважин позволяет эффективно осушать водоносные горизонты малой мощности.
2) Снижение уровня подземных вод можно обеспечить практически до подошвы водоносного горизонта.
3) Может быть достигнута высокая эффективность работы лучевого дренажа в слоистых толщах с различными фильтрационными свойствами грунтов в разрезе за счет их пересечения каждой скважиной.
4) Способность работать в режиме сброса дренажных вод, при котором не расходуется электроэнергия для отвода воды из лучевых скважин в шахтный ствол.
5) Малый расход электроэнергии на откачку дренажных вод из шахтного колодца за счет применения насосов с высоким КПД.
6) Высокая степень мобильности, что дает возможность сооружать дренаж на труднодоступных участках, в частности, под зданиями и сооружениями, в основании которых нередко формируется куполовидное поднятие уровня подземных вод.
7) Сооружение лучевых скважин буровым способом дает возможность применения различных типов фильтров.
8) Простота конструкции и ремонтопригодность скважин.
9) Применение экологически чистых материалов.
10) Способность эффективно осушать слабопроницаемые грунты.
11) Высокая надежность и долговечность.
12) Возможность применения способов интенсификации работы дренажных устройств при низких значениях проницаемости осушаемых грунтов.
Лучевой дренаж эксплуатируется уже более 40 лет. К настоящему времени лучевой дренаж построен более чем на 100 объектах.
(Дополнить схемами и чертежами, а также местами использования специальных способов)!!!!!
3.4. Укрепление грунта методом цементации.
На сегодняшний день широкое распространение получило укрепление грунтового массива с использованием технологии струйной цементации грунтов.
Грунтобетон, полученный методом струйной цементации, имеет различные физико-механические свойства (прочность, проницаемость, сдвигоустойчивость, кислотность и пр.) на различных участках грунтоцементного элемента. Закрепленный грунт становится по своим характеристикам ближе к бетону, но количественные параметры этих новых свойств будут существенно зависеть от того, какой грунт подвергался обработке.
Также следует отметить, что гидрогеология ситуация на строительном объекте изменяется в том числе и по глубине. Таким образом, для того, чтобы гарантированно получить диктуемые проектом свойства грунтобетона необходимо использовать химические добавки. В частности, такой добавкой служить комплексная добавка для струйной цементации (КДСЦ). Использование этой добавки позволяет ускорить процесс набора прочности грунтобетоном и получить более однородный материал.
Технология струйной цементации подразумевает использование цементной суспензии с водоцементным отношением (В/Ц) 0,9-1,2, далеким от оптимального, что, в свою очередь, существенно влияет на прочность и однородность получаемого грунтобетона. Использование добавки КДСЦ в составе инъекционного раствора позволяет снизить вязкость цементной суспензии и поверхностное натяжение на границе с частицами грунта. Эти свойства дают возможность увеличить проникновение цемента в грунт. А также снизить В/Ц (без угрозы проблем с оборудованием), что, в свою очередь позволяет при прочих равных увеличить прочность грунтобетона и однородность получаемого закрепленного грунта. Следует также отметить, что при работе в сильнообводненных грунтах и грунтах с содержанием органических остатков качественный грунтобетон без добавки КДСЦ получить просто невозможно, т.к. химическая добавка КДСЦ на основе этил- и метилсиликонатов натрия или калия снижает гидродинамическое сопротивление водоцементной струи в трубопроводах и мониторе, оказывает дезагрегирующее действие на грунт, повышает связность грунтобетонной смеси (препятствует её расслоению) и однородность грунтобетона, ускоряет темп его твердения. Кроме этого, увеличивается эффективный размер получаемой грунтобетонной конструкции, повышается однородность грунтобетона и снижается водоцементное отношение раствора при неизменном применяемом оборудовании и обычных режимах его работы, и, как следствие, уменьшается трудоемкость выполняемых работ.
Одним из составов используемым в технологии струйной цементации грунтов является суспензия ОТДВ «Микродур».(Сократить до 1\2 листа)
«Микродур» представляет собой минеральное вяжущее, тонкодисперсный порошок, гранулометрический состав которого может плавно изменяться под воздействием воды. Это гидравлическое минеральное вяжущее, но по сравнению, например, с цементом, оно демонстрирует ряд индивидуальных особенностей. Важной его характеристикой является высокая степень проникаемости в пористые материалы (грунты, тело строительных конструкций) и способность хорошо удерживать воду. Вязкость готовой суспензии поддерживается до 2 часов. Материал быстро твердеет и достигает 50-70% требуемой прочности уже через двое суток.
Инъектирование грунтов водной суспензией материала «Микродур» выполняется при низком давлении (до 5 бар). Каким именно будет водоцементное отношение материала, зависит от стоящей задачи и может находиться в пределах 0,5-6,0. Для приготовления суспензии используется специальное оборудование – скоростные смесители, угловая скорость вращения которых составляет порядка 3000 оборотов в минуту. Сама процедура инъектирования мало чем отличается от процесса инъектирования силикатными составами, смолами или другими бездисперсными материалами.
ОТДВ «Микродур» обладает рядом несомненных преимуществ, а именно:
— высокая долговечность укрепления, устойчивость к химическому воздействию (по аналогии с надежностью сульфатостойкого цемента); при этом грунты могут быть укреплены до 0,5-30 МПа, бетон – до 10-50 МПа;
— снижение показателей водопроницаемости в результате уплотнения в тысячу раз и более;
— экологическая безопасность; отсутствие негативного воздействия на окружающую среду и здоровье людей;
— продолжительный срок годности суспензии «Микродур»;
— материал для инъектирования можно использовать в течение 2,5-4 часов с момента приготовления; в процессе затворения может быть использована водопроводная вода;
— довольно простая технология затворения суспензии и проведения инъектирования; при этом отсутствуют потери шлангов и иных приспособления в результате преждевременного затвердевания суспензии;
— экономный расход материалов; возможность регулировать показатели прочности грунта либо бетонных конструкций путем внесения корректив в водоцементный состав суспензии;
— разнообразие марок материала «Микродур», позволяющее решать различные задачи, стоящие перед строителями и геотехниками; возможность достичь заданных показателей прочности, плотности;
— твердение при температуре 0°C; возможность регулировать сроки схватывания и набора заданных показателей прочности.
Укрепление грунта выполняется на глубину в зависимости от размера зоны укрепления массива грунта. Укрепление грунта, при необходимости, выполняется путем устройства горизонтальных свай, в т.ч. с армирующими элементами (фиберглассовые, стеклопластиковые, углепластиковые трубы). Бурение скважин и инъекция грунтового массива выполняется через металлические патрубки и превенторы в соответствии с проектным расположением грунтоцементных свай и инъекционных скважин. Работы по устройству ГЦС и инъекции скважин рекомендуется проводить в шахматном порядке.
Примерные параметры струйной цементации:
— диаметр ГЦС, м 0,8,
— давление инъекции, МПа 1,0 — 40,0,
— скорость подъема монитора, см/мин 25-30,
— скорость вращения, об/мин 15-20,
— водоцементное отношение, В/Ц 1,0,
— расход цемента, кг/п. м скв 425,
— КДСЦ, кг/п. м скв 8,5
Зона водонасыщенных грунтов дополнительно обрабатывается цементо-бентонитовыми растворами и суспензиями ОТДВ «Микродур» по манжетной технологии.
Основные технологические параметры инъекции:
-давление разрыва обоймы, Мпа 1,0-2,0.
-давление инъекции, Мпа 0,5 -1,5,
-расход цем-бент. раствора, м3/манж 0,3,
-расход суспензии Микродура, м3/манж 0,1.
Контроль качества и оценка достаточности работ по укреплению грунтов, относящихся к скрытым работам и производится систематически на всех этапах производства работ. Качество укрепления устанавливается путем бурения контрольных скважин с отбором и испытанием кернов укрепленного грунта, гидроопробования контрольных скважин и геофизическим обследованием массива укрепленного грунта.
В процессе производства работ, при уточнении инженерно-геологических условий и строительной ситуации на участке работ порядок бурения и инъекции грунтоцементных свай и скважин, технологические параметры струйной цементации, инъекции грунтов по манжетной технологии, приемы ведения работ, контроля за состоянием обделок могут корректироваться.
В случае, если критерии оценки качества, требуемые проектом, останутся недостаточными, проектная организация должна установить причины недостаточности результатов укрепления и определить необходимость и целесообразность осуществления дополнительных инъекционных работ для обеспечения проектных требований.
Укрепление грунтов следует считается законченным и удовлетворительным при следующих критериях качества закрепления грунтов:
выход керна в пределах 75 -90 %;
устойчивость стенок скважин в течение 24 часов;
остаточный дебит скважины не более 0,5 л/мин на п.м;
удельное водопоглощение контрольных скважин не более 0.05л/мин м х м вод. ст.;
прочность укрепленного грунта не менее 5,0 Мпа;
скорость распространения продольных волн в укрепленном грунтовом массиве (относительный показатель сплошности укрепления) — от 1600 м/с до 2000 м/с.
Проектная организация по результатам анализа исполнительной документации и контрольным работам представляет заключение о качестве и достаточности укрепления грунтового массива.
По результатам рассмотрения представленной документации комиссия в составе представителей строительных организаций, проектных организаций и заказчика составляет акт технической приемки работ и дает рекомендации на способы дальнейшего сооружения.
Кроме ОТДВ «Микродур», применяются также микроцементы серии RHEOCEM, которые представляют собой портландцементы сверхтонкого помола, специально предназначенные для инъецирования в твердые породы и грунты. Благодаря тонкости помола они обладают чрезвычайно эффективной способностью проникновения в тонкие трещины в породах и мелкозернистые грунты для обеспечения водонепроницаемости, прочности и долговечности.
Применяются: суперпластификатор для высококачественного бетона, а также диспергирующий компонент для RHEOCEM® микроцементов используемых при укрепляющей цементации грунтов и RHEOBUILD® 2000PF — добавка содержащая многофункциональные, растворимые в воде сульфанатные полимеры различного химического состава, тем самым взаимодействующая с различными минералогическими компонентами цемента.
Укрепительная цементация грунтов RHEOBUILD® 2000PF обеспечивает высокую степень рассеивания частиц RHEOCEM® микроцементов тем самым улучшая проникающие свойства этих цементов. При использовании RHEOBUILD® 2000PF с RHEOCEM® микроцементами дозировка должна составлять 1,5% – 3% от веса цемента и водоцементным отношением 1:1. Это придаёт раствору стабильность и способность проникать в тонкие трещины в грунтах.
Как вспомогательная, применяется MEYCO MP320 — однокомпонентная инъекционная система, основанная на нанометрической взвеси первичных дискретных частиц коллоидных силикатов. Время реакции регулируется с помощью ускоряющей добавки. Продукт может использоваться от +5°C до +40°C . Не содержит растворителей и токсичных компонентов. MEYCO® MP 320 был разработан для инъекции в мелкие стыки и трещины в скальных породах и стабилизации песчаных и пылеватых грунтов.
Все работы по укреплению грунтов проводятся в строгом соответствии с пунктами гл. 6.4 ПБ 03-428-02.
Исходя из проведенного анализа специальных методов, используемых при строительстве метрополитена, можно сделать следующие выводы.
Искусственное замораживание грунтов применять для защиты выработок от поступления воды или грунтовых масс, где использование других методов неэффективно.
Замораживание грунтов осуществлять с применением холодоносителя, циркулирующего в замкнутой системе — холодильная станция — замораживающие колонки, либо при непосредственном испарении хладагента — жидкого азота или твердой углекислоты в замораживающих колонках.
Разработка технологии замораживания грунтов жидким азотом должна осуществляться проектной организацией, имеющей опыт работы с низкотемпературными хладагентами.
Сосуды и аппараты замораживающих станций, работающих под давлением, должны быть приняты в эксплуатацию в соответствии с ПБ 03-576.
Сооружение участков стволов шахт и эскалаторных тоннелей в неустойчивых обводненных грунтах осуществлять под защитой кольцевого ледогрунтового ограждения. При этом замораживающие колонки должны быть заглублены в водоупор. При отсутствии водоупора или при недостаточной его мощности применять сплошное или зональное замораживание массива грунтов.
При проходке стволов шахт под защитой ледогрунтового ограждения на каждой заходке сначала разрабатывать грунт в пределах незамороженного ядра на величину, установленную ППР, затем разрабатывать замороженный грунт.
В случае поступления в забой значительного количества воды, указывающего на нарушение сплошности ледогрунтового ограждения, работы приостановить, ствол залить до статического уровня грунтовых вод и провести дополнительное замораживание грунтов.
Водопонижение применять для снижения уровня или уменьшения притока грунтовых вод при строительстве подземных сооружений, а также для снятия напора воды в нижележащем водоносном горизонте.
Выбор средств водопонижения определять с учетом технологии сооружения и типа выработки,гидрогеологических условий,необходимой величины понижения уровня или уменьшения притока грунтовых вод,градостроительной ситуации, наличия в зоне влияния водопонижения подземных коммуникаций,продолжительности водопонижения.
При разработке ППР выполнять анализ возможных негативных последствий на окружающую среду, связанных с применением водопонижения: повреждения зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, осадок грунта; выхода из строя деревянных подземных конструкций в результате их осушения.
В качестве средств водопонижения использовать: водопонизительные скважины; легкие иглофильтровые установки; эжекторные установки; скважины-дрены; дренажные выработки и скважины; открытый водоотлив из выработок; комбинированные средства.
В сложных гидрогеологических условиях режим водопонижения уточнять в лабораторных условиях методами моделирования или опытно-производственными работами, осуществляемыми на стадии разработки рабочей документации.
Контролю подлежат: режим бурения скважин; отбор и описание грунтов при бурении скважин; процесс оборудования скважин фильтрами; конструкция обсыпки; прокачка скважин; установка иглофильтров.
4. Анализ опасных и вредных факторов
4.1. Вредные факторы.
Выхлопные газы и вредные химические вещества
Выхлопные газы (акролеин, СО2, NO2 и другие) и сварочные аэрозоли − химические вещества, образовавшиеся в результате работы двигателей внутреннего сгорания, которые в производственных условиях могут, попадая в организм, вызывать нарушение нормальной жизнедеятельности организма, и быть причиной острых и хронических интоксикаций.
Выхлопные газы могут поступать в организм в основном через дыхательные пути.
Хронические отравления развиваются постепенно, при длительном воздействии ядов в относительно небольших количествах. Картина отравления одним и тем же ядом при остром и хроническом воздействии на организм может отличаться одна от другой. Так, бензол при острой интоксикации вызывает преимущественное поражение нервной системы, а при хроническом отравлении в основном наблюдаются изменения со стороны кроветворных органов.
Выхлопные газы могут снижать иммунобиологическую сопротивляемость организма, оказывать специфическое действие на различные органы и системы организма.
Также причиной повышения газовыделения в горные выработки является нарушение герметичности газопровода.
Пыль
Пыление является, как правило, результатом работы машин и механизмов. Положение усугубляется стесненностью рабочего пространства, при котором человек вынужден находиться в непосредственной близости от источников пыли.
Источниками образования пыли в тоннеле являются:
• буровые работы;
• разработка грунта проходческим щитом (монтаж обделки);
• строительно-монтажные работы;
• отделочные работы;
• при транспортировке и перегрузке сыпучих материалов (песок, цемент, химические добавки);
• при засыпке песчано-гравийной смеси;
• при монтаже металлоконструкций и металлических изделий.
Запыленность воздуха − одна из наиболее распространенных профессиональных вредностей, которая может вызывать профессиональные заболевания, таких как силикоз.
Недостаточное освещение
Освещение оказывает существенное влияние на условия труда. Человек через зрительное восприятие окружающего пространства получает около 90% информации. Качество поступления информации зависит от освещения рабочего пространства. При неудовлетворительном освещении человек напрягает зрительный аппарат, что ведет к утомлению зрения и организма в целом. При этих условиях человек теряет ориентацию среди машин, оборудования, неадекватно воспринимает изменившиеся условия труда в рабочей зоне, что повышает опасность травмирования.
Недостаточное освещение является, прежде всего, результатом отсутствия солнечного света в горных выработках. А значит, необходимо постоянное применение искусственного освещения, интенсивность которого существенно ниже естественного освещения на поверхности. В соответствии требованиями ПБ 03-428-02 освещенность в призабойной зоне обеспечивается на уровне не менее 30 Лк. Неблагоприятное воздействие этого фактора, могущего вызвать как заболевания органов зрения, так и несчастные случаи, предупреждается искусственным освещением, соответствующим санитарным нормам (СНиП 23-05-95).
Шум
Шум воздействует как стрессовый фактор, вызывает изменение реактивности центральной нервной системы, следствием чего являются расстройства регулирующих функций органов и системы человека, что приводит к снижению производительности труда на 10 – 20 % и увеличению роста заболеваемости. Под воздействием шума в организме работающих появляются многообразные патологические изменения. Симптомокомплекс изменений, развивающихся в организме под действием шума, определяют, как шумовую болезнь.
В качестве характеристик постоянного шума на рабочих местах, а также для проведения мероприятий по ограничению его неблагоприятного влияния принимаются уровни звуковых давлений в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.
Уровень звука LA (эквивалентный уровень звука LAэкв) не должен превышать 80 дБА максимальный – 95 дБА
Существующий уровень звука (85 дБА) превышает нормативное значение. Значит, необходимо улучшать условия труда работающих.
Вибрация
Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, простейшим видом которого является гармоническое колебание (ГОСТ 12.1.012-2004 Вибрационная безопасность. Общие требования)
Производственная вибрация возникает непроизвольно при работе транспортных средств, двигателей, молотов и т.д. Она может привести к разрушениям конструкций, деталей машин, строений.
По источнику возникновения локальные вибрации подразделяются на передающиеся от: ручных машин (или ручного механизированного инструмента), органов ручного управления машинами и оборудованием; ручных инструментов без двигателей (например, рихтовочные молотки разных моделей) и обрабатываемых деталей.
Общая вибрация характеризуется передачей колебаний всему телу от работающих механизмов через пол, сиденье или рабочую площадку механизма (вибрация рабочего места, например, сиденье экскаватор/погрузчика).
К основным проявлениям вибрационной патологии относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемый феномен «мертвых» или белых пальцев. Параллельно развиваются мышечные и костные изменения, а также расстройства нервной системы по типу неврозов.
4.2. Опасные факторы.
К опасным факторам, имеющим место на объектах подземного строительства, относятся: затопление, обрушение выработок, электрический ток, возгорание в горных выработках, травматизм от движущихся частей и механизмов.
Затопление выработок
В выработках часто наблюдаются большие притоки подземных вод, которые осложняют условия работы. Основной опасностью является ведение работ в зоне пересечения тоннелей с водоносными горизонтами. Иногда это пересечение является причиной аварийного поступления воды из подземных и поверхностных водоемов, а также атмосферных осадков. Обильная обводненность вредна для работающих, она затрудняет ведение технологических процессов.
При проходке тоннеля ниже уровня грунтовых вод в условиях повышенного гидростатического давления вероятность прорыва воды в неустойчивых водонасыщенных грунтах достаточно велика. А значит, для защиты работающих необходимо применять специальные способы ведения работ.
Электрический ток
Электрический ток – основной вид энергии, применяемый в очистных выработках. Применяется напряжение 600 В (линейный ток) и 380-220 В (фазный ток). Опасность использования электрического тока в горных выработках, в том числе и в забое, увеличивается в связи с малым электрическим сопротивлением окружающей среды (это усиливает опасность поражения человека), более быстрым износом изоляции электрокабелей передвижных машин, сложностью заземления последних, возможностью воспламенения окружающей среды при неисправностях электрооборудования.
Значительная часть пострадавших переходит на инвалидность. Последствия тяжелых электротравм вызывают развитие диабета, заболевания щитовидной железы, половых органов, сердечно-сосудистой системы, провоцируются болезни аллергической природы. У лиц, получивших электротравмы, наблюдаются неожиданные кровотечения, раннее развитие артериосклероза, эндоартрита, вегетативные расстройства.
Особенность поражения электрическим током – отсутствие внешних признаков опасности, которые человек мог бы обнаружить с помощью органов чувств. Действие электрического тока проявляется не только в месте контакта тела человека токоведущей частью электроустановки, но и на всем пути движения тока в теле человека.
Опасность электрического тока на человека оценивается по ответной реакции организма. С увеличением тока четко проявляется несколько качественно отличных ответных реакций: ощущение, судорожное сокращение мышц, неотпускание (для переменного тока), болевое ощущение (для постоянного тока), фибрилляция сердца и спазм легких.
Возгорание в горных выработках
При пожарах основным опасным фактором является выделение большого числа продуктов сгорания. Ядовитые газы вентиляционной струей разносятся далеко от места пожара и могут быть причиной отравления большого числа людей. Вторым опасным фактором при пожарах является высокая температура воздуха, вызываемая процессом горения. Она может распространяться на значительное расстояние от места пожара.
Пожарам и взрывам часто сопутствуют неблагоприятные проявления горного давления в виде завалов и обрушений выработок вследствие нарушения их крепления.
Источниками пожара в подземных условиях могут являться: электрооборудование, деревянные перекрытия, возгорание топлива при использовании дизельных локомотивов.
Обрушение выработок
Сила тяжести, воздействуя на горные породы, вызывает обрушение пород кровли и пучение пород почвы. Обрушения вызывают опасность травмирования людей, пучения уменьшают рабочее пространство выработки, что может привести к авариям и травмам. Для предупреждения неблагоприятного воздействия горного давления на горнорабочих выработку крепят и частично разгружают горный массив от давления.
Места возможного обрушения:
• Ствол – при нарушении технологии строительства;
• Котлован – при возведении крепи из: буросекущихся, буронабивных, грунтоцементных свай, «стена в грунте».
Примерно третья часть всех смертельных несчастных случаев происходит вследствие обрушений в действующих выработках. Объясняется это тем, что подрабатываемый выработками горный массив создает на кровлю выработок большое давление, вызываемое действием силы тяжести. При несоответствии прочности крепи этому давлению последняя разрушается и происходит обрушение пород кровли. Причиной разрушения крепи обычно является ее старение и несвоевременный ремонт. Крепь может разрушиться также в результате скрытых дефектов в ее элементах, несоответствия ее паспорта горно-геологическим условиям. Последнее, в свою очередь, может быть следствием неточного знания геологических условий.
Травматизм от движущихся частей машин и механизмов
Выполняя трудовые операции, работник может оказаться в зоне воздействия опасного производственного фактора. Случай воздействия на работающего опасного производственного фактора при выполнении им трудовых обязанностей или заданий руководителя работ называется несчастным случаем на производстве. При этом происходит мгновенное повреждение организма человека, т.е. его травмирование. Общее явление, характеризующееся совокупностью производственных травм, называют производственным травматизмом.
Связь несчастных случаев с производством, порядок их расследования и учёта, отчетность о травматизме установлены Постановлением об утверждении положения о расследовании и учете несчастных случаев на производстве с внесёнными изменениями и изменениями от 24 мая 2000 года №406.
4.3.Нормативно-правовая база в области обеспечения безопасности при строительстве подземных сооружений.
Согласно Постановления Правительства Российской Федерации от 16.02.08 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» утверждены перечни национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и правил), в результате применения которых на обязательной и добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
Нормативные документы к разделам ПБ устанавливаются по следующим направлениям:
• оценка инженерно-геологических условий строительства подземного сооружения, указание возможных геологических аномалий в зоне строительства, меры по безаварийному ведению работ при строительстве подземного сооружения, соответствие границ ведения строительных работ горноотводному акту;
• перечень опасных производственных объектов (химические заводы, бензозаправочные станции, склады огнеопасных материалов и другие объекты), располагающихся вдоль трассы или в зоне строительства.
• перечень зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, попадающих в зону возможных деформаций, оценку мер по предупреждению деформаций и разрушений существующих зданий, сооружений и коммуникаций.
• сведения о степени опасного или безопасного воздействия на окружающую среду района, сохранность существующих зданий, сооружений и коммуникаций, проявляющегося в ходе основных технологических процессов в период строительства в виде шума, вибрации, выбросов вредных веществ, понижения уровня грунтовых вод, барражного эффекта, загрязнения грунтовых вод, карстовых и оползневых явлений.
• расчеты на прочность и устойчивость временных ограждающих несущих конструкций и обделок, расчет постоянных конструкций на различные комбинации нагрузок при монтаже.
• оценка применяемых технологических процессов при строительстве подземного сооружения с указанием основных мер по обеспечению безопасности и возможных аварийных ситуаций с мерами по их ликвидации.
• перечень мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в процессе производства строительно-монтажных работ.
• основные положения по энергобезопасности (бесперебойное обеспечение электроэнергией, сжатым воздухом, связью), описание и разработку мер по предупреждению электротравматизма и используемых для этого технических средств
• описание схемы и режима проветривания горных выработок на период их проходки, решения по обогреву или охлаждению подаваемого в выработки воздуха, схемы транспорта, расчеты.
• описание мер по борьбе с пылью, газами, внезапными выбросами пород, горными ударами, вывалами, прорывами вод и плывунов.
• описание схемы водоотлива при проходке стволов, выработок и котлованов, решения по отводу и очистке шахтных вод.
• описание мер по предупреждению и локализации воздействия буровзрывных работ на существующие сооружения и коммуникации с указанием предлагаемых мер безопасности.
• сведения о применяемом оборудовании и механизмах.
Основополагающими документами являютсяСброшу список нормативных документов НИЖЕ)
1. СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве». Часть 1. Общие требования. Разделы 4, 5, 6 (пункты 6.1.1, 6.1.2, 6.1.4 — 6.1.8, 6.2.1 — 6.2.3, 6.2.6 — 6.2.23, 6.3.1 — 6.3.4, 6.4.1 — 6.4.12, 6.6.1 — 6.6.9, 6.6.12 — 6.6.24), 7 (пункты 7.1.1 — 7.1.8, 7.1.10 — 7.1.14, 7.2.1 — 7.2.10, 7.3.1 — 7.3.24, 7.4.1 -7.4.40), 8, 9 (пункты 9.1.1 — 9.1.6, 9.2.1-9.2.7, 9.2.9-9.2.13,9.3.1-9.3.6,9.4.1-9.4.11);
2. СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве». Часть 2. Строительное производство. Разделы 3 — 9, 10 (пункты 10.1.1, 10.1.3, 10.1.4, 10.2.1 — 10.2.9, 10.3.1 — 10.3.7), 11, 12 (пункты 12.1.1, 12.1.3 — 12.1.5, 12.2.2 112.2.7, 12.3.1 — 12.3.10), 13 (пункты 13.1.1 — 13.1.4, 13.2.2 — 13.2.7, 13.3.1 — 13.3.5), 14 (пункты 14.1.1, 14.1.3 — 14.1.6, 14.2.1 — 14.2.7, 14.3.1 — 14.3.6), 15, 16 (пункты 16.1.1 — 16.1.3, 16.2.1 -16.2.8, 16.2.10- 16.2.13, 16.3.1 -16.3.22, 16.4.1 -16.4.8), 17.
3. ПБ 03-428-02 «Правила безопасности при строительстве подземных сооружений».
Своды правил:
1. СНиП 32-02-2003 «Метрополитены». Разделы 3 (пункты 3.1 — 3.5, 3.14 — 3.16,’ 3.21), 4 (пункт 4.4), 5 (пункты 5.3 — 5.8.7, 5.8.9 — 5.10.10, 5.10.12 — 5.15.15, 5.17.1 — 5.23.5, 5.25, 5.26)’ 6 (пункты 6.1 — 6.3, 6.5 — 6.7, 6.10 16.14), 7.
2. ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».
3. Федеральный закон от 30.12.2009 №384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (часть 2 статьи 5);
Для уменьшения (исключения) отрицательного воздействия данных факторов на работающих необходимо следить за выполнением мер безопасности и постоянно их совершенствовать.
Страницы 1 2