RU2537711C1 - Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes - Google Patents
Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537711C1 RU2537711C1 RU2013129794/03A RU2013129794A RU2537711C1 RU 2537711 C1 RU2537711 C1 RU 2537711C1 RU 2013129794/03 A RU2013129794/03 A RU 2013129794/03A RU 2013129794 A RU2013129794 A RU 2013129794A RU 2537711 C1 RU2537711 C1 RU 2537711C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wells
- type
- contour
- soil
- soils
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству, в частности к области тоннелестроения, и может быть использовано при сооружении тоннелей метрополитенов, автодорожных и железнодорожных тоннелей и подземных выработок в слабоустойчивых грунтах и грунтах с карстовыми явлениями и/или суффозионными процессами, а также в обводненных грунтах при потоках воды в зоне забоя.The present invention relates to mining and underground construction, in particular to the field of tunneling, and can be used in the construction of subway tunnels, road and railway tunnels and underground workings in weakly stable soils and soils with karst phenomena and / or suffusion processes, as well as in flooded soils with water flows in the face zone.
Известны способы сооружения тоннелей щитовым методом, характеризующиеся использованием в забое тоннеля проходческого щита, под защитой которого выполняют разработку и уборку грунта, крепление забоя и возведение обделки. При сооружении тоннелей в неустойчивых грунтах проходческие операции предваряются работами по защите забоя от выпуска грунта, в результате которого может создаваться аварийная ситуация (обрушение забоя, затопление тоннеля, образование провалов поверхности и разрушение зданий). Разработка и крепление забоя зависят от характера и состояния неустойчивых грунтов, их обводненности. В обводненных грунтах применяют устанавливаемые в ячейках щита дополнительные короткие диафрагмы, которые в опорном кольце щита образуют своего рода гидравлический затвор при прорыве воды в забой (1).Known methods for the construction of tunnels by the shield method, characterized by the use of a tunneling shield in the face of the tunnel, under the protection of which they perform the development and cleaning of the soil, securing the face and erecting the lining. When constructing tunnels in unstable soils, tunneling operations are preceded by work to protect the face from the release of soil, which could result in an emergency (collapse of the face, flooding of the tunnel, the formation of surface dips and the destruction of buildings). The development and fastening of the face depend on the nature and condition of unstable soils, their water cut. In irrigated soils, additional short diaphragms installed in the shield cells are used, which form a kind of hydraulic shutter in the support ring of the shield when water breaks into the face (1).
Однако известные методы щитовой проходки тоннелей не решают проблем последующей защиты тоннелей от процессов, происходящих в слабоустойчивых и обводненных грунтах и грунтах с карстовыми явлениями и суффозионными процессами, что может привести к обрушению грунта над и под тоннелем при его эксплуатации.However, the well-known methods of shield tunneling do not solve the problems of subsequent protection of tunnels from processes occurring in weakly stable and flooded soils and soils with karst phenomena and suffusion processes, which can lead to collapse of the soil above and below the tunnel during its operation.
Известен также способ сооружения подземной выработки при щитовой проходке с использованием элементов сборной кольцевой железобетонной, чугунной или из любого другого материала обделки, включающий разработку грунта механизированным щитом, тампонаж заобделочного пространства через отверстия в элементах сборной кольцевой обделки тампонажным раствором, при этом заполнение части заобделочного пространства на длине 0,25-0,75 длины элемента сборной кольцевой обделки за первым после щита кольцом обделки ведется тампонажным раствором с длительным сроком схватывания, следующий этап разработки на длине 0,5-1 длины элемента сборной кольцевой обделки ведется с подачей в заобделочное пространство смеси тампонажного раствора с ускорителем схватывания, а вслед за этим на этапе технологической остановки щита для монтажа следующего кольца обделки давление тампонажного раствора в заобделочном пространстве за первым после щита кольцом обделки поддерживают путем подачи тампонажного раствора с длительным сроком схватывания в зону участка заобделочного пространства, первоначально заполненного тампонажным раствором с длительным сроком схватывания. Известный способ сооружения подземной выработки при щитовой проходке с использованием элементов сборной кольцевой обделки наиболее успешно может быть применен в сложных гидрогеологических условиях заложения тоннеля, характеризующихся на отдельных участках наличием грунтовых вод, а также зон тектонической трещиноватости (2).There is also a known method of constructing an underground mine during paneling using elements of a precast ring reinforced concrete, cast-iron or any other lining material, including excavating the soil with a mechanized shield, grouting the sealing space through openings in the elements of the precast circular lining with cement grout, while filling part of the sealing space on the length of 0.25-0.75 the length of the element of the prefabricated ring lining behind the first after the shield lining ring is cement slurry with a length With the maximum setting time, the next development stage, at a length of 0.5-1 the length of the prefabricated ring lining element, is carried out with a mixture of grouting mortar with the setting accelerator, and then at the stage of technological shutdown of the shield for mounting the next lining ring, the grouting pressure is the lining space behind the first lining ring after the shield is supported by filing grouting mortar with a long setting time into the area of the lining space section, initially with complements cement slurry with a long curing period. The known method of constructing an underground mine during paneling using elements of a prefabricated ring lining can most successfully be applied in difficult hydrogeological conditions for laying a tunnel, characterized in some areas by the presence of groundwater, as well as zones of tectonic fracture (2).
Использование в качестве тампонажного раствора долгосхватывающихся смесей в сильно обводненных грунтах и грунтах с суффозионными процессами может привести к их повышенному расходу из-за вымывания смесей грунтовыми водами. Кроме того, известный способ не решает проблем безопасности эксплуатации подземной выработки.The use of grouting mortars of long-setting mixtures in heavily flooded soils and soils with suffusion processes can lead to their increased consumption due to leaching of the mixtures with groundwater. In addition, the known method does not solve the safety problems of underground mining.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому способу является способ сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах, включающий сооружение опережающей крепи в виде нарезанной по контуру забоя щели, заполненной бетонным раствором, под ее защитой монтаж постоянной обделки и разработку породы забоя, при этом щель с заданными параметрами нарезают секторами, поочередно с каждой стороны от центрального породного целика, с одной стороны - от линии пят свода до целика, с другой - от целика до линии пят свода, в нарезанную по обе стороны от целика щель со стороны щелережущего рабочего органа устанавливают разделительную, а по торцу щели - торцевую пневмоопалубку, щель заполняют бетонным раствором, с интервалом времени, необходимым для схватывания бетона, нарезают щель в центральном породном целике и заполняют ее бетонным раствором, сооружая таким образом опережающую крепь с превышением ею контура обделки на величину монтажного зазора, под защитой ранее сооруженной опережающей крепи монтируют постоянную обделку, затем с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона вновь сооруженной опережающей крепи, в верхней части забоя щелережущего рабочим органом разрабатывают породу на одну заходку, причем нарезание щели и разработку породы забоя ведут щелережущим органом, установленным перед подачей на забой с заданным углом резания (3).The closest in purpose and technical nature to the claimed method is a method of constructing deep tunnels in weakly stable soils, including the construction of an advanced lining in the form of a slit cut along the contour of the face filled with concrete mortar, under its protection, installation of a permanent lining and development of the face rock, while the gap with the given parameters, they are cut into sectors, alternately on each side of the central pedigree pillar, on the one hand, from the arch heel line to the pillar, and on the other, from the pillar to the heel line with water, into the gap cut on both sides of the pillar from the side of the alkaline working body, the separation is established, and at the end of the gap - the end pneumatic formwork, the gap is filled with concrete solution, with the time interval necessary for the concrete to set, the gap is cut in the central rock pillar and filled with concrete with a solution, thus constructing the leading lining with the excess of the lining contour by the amount of the installation gap, under the protection of the previously constructed leading lining, a constant lining is mounted, then at intervals nor necessary to set the strength of concrete advanced again erected lining, the top of the face schelerezhuschego working body develop breed one stope, wherein the cutting slit and development rock face are schelerezhuschim body mounted before application to the face to a predetermined cutting angle (3).
Недостатком известного способа является невозможность последующей защиты самих тоннелей и окружающих их массивов грунта от процессов, происходящих в структурно-неустойчивых и обводненных грунтах и грунтах с карстовыми явлениями и суффозионными процессами. Кроме того, при нарезании щелей известным способом в грунтах с карстовыми образованиями и суффозионными процессами возможно попадание контура щелей в карстовые пустоты, в грунты, ослабленные суффозионными процессами, и формирование крепи с использованием пневмоопалубки потребует дополнительных мероприятий по укреплению грунтов, что приведет к резкому удорожанию строительства.The disadvantage of this method is the impossibility of further protection of the tunnels themselves and the surrounding soil masses from processes occurring in structurally unstable and flooded soils and soils with karst phenomena and suffusion processes. In addition, when cutting cracks in a known manner in soils with karst formations and suffusion processes, it is possible that the contour of cracks can get into karst voids, in soils weakened by suffusion processes, and the formation of lining using pneumatic formwork will require additional measures to strengthen the soil, which will lead to a sharp increase in the cost of construction .
Технической задачей, решаемой заявляемым способом сооружения тоннелей, является формирование в структурно-неустойчивых грунтах с карстовыми явлениями и суффозионными процессами геомассива, способного удерживать забой и прилегающие к контуру забоя грунты от обрушения.The technical problem to be solved by the claimed method of constructing tunnels is the formation in structurally unstable soils with karst phenomena and suffusion processes of a geomass capable of holding the face and soils adjacent to the face contour from collapse.
Техническим результатом при использовании заявляемого способа является формирование опережающей крепи по контуру забоя в структурно-неустойчивых грунтах и грунтах с карстовыми явлениями и суффозионными процессами и повышение надежности массива грунта, в котором предстоит прокладка тоннеля.The technical result when using the proposed method is the formation of leading lining along the contour of the face in structurally unstable soils and soils with karst phenomena and suffusion processes and increasing the reliability of the soil mass in which the tunnel is to be laid.
Указанный результат обеспечивается тем, что в способе сооружения тоннелей в структурно-неустойчивых грунтах с карстовыми явлениями и суффозионными процессами, включающем сооружение опережающей крепи по контуру забоя, согласно изобретению по контуру забоя, включающего слабоустойчивые грунты с карстовыми явлениями и/или суффозионными процессами, образуют скважины первого типа, в каждую из которых вводят инъекторы и инъектируют твердеющий раствор у основания скважин, формируя вокруг контура забоя первый контур крепи хотя бы в один слой из твердых элементов и уплотненного грунта между ними, при этом скважины первого типа располагают таким образом, чтобы при инъектировании твердеющего раствора между соседними скважинами образовывались пересекающиеся зоны уплотненного грунта, при этом расстояние между соседними скважинами составляет не менее 2 м, далее после набора прочности твердыми элементами вокруг первого контура крепи образуют скважины второго типа, в которых посредством инъекторов инъектируют твердеющий раствор в стенки скважин, формируя по высоте забоя оградительный массив из одного или нескольких рядов пересекающихся по горизонтали твердых элементов; затем выполняют третий тип скважин, нижние основания которых располагают по воображаемой цилиндрической или эллипсоидной поверхности над зоной забоя и под ней, в которые также посредством инъекторов нагнетают твердеющий раствор в слои грунта, расположенные ниже оснований скважин третьего типа, формируя над зоной забоя и под ней цилиндрический или эллипсоидный свод из одного или более слоев пересекающихся по горизонтали плоскопараллельных твердых элементов с образованием геомассива по контуру забоя, при этом воображаемая цилиндрическая или эллипсоидная поверхность над зоной забоя и под ней, по которым располагают скважины третьего типа, выходит за зону, охватываемую скважинами второго типа, и формирование цилиндрических или эллипсоидных сводов над верхней и под нижней зоной забоя из плоскопараллельных твердых элементов ведут одновременно во все стороны от точки свода с максимальной или минимальной глубиной залегания до наивысшей или наинизшей точки свода, далее дополнительно уплотняют грунт над указанными твердыми элементами посредством выполнения скважин четвертого типа и нагнетания твердеющего раствора сверху вниз или снизу вверх в естественные трещины и пустоты, образовавшиеся в процессе формирования геомассива, при этом в качестве твердеющего раствора используют песчано-цементные смеси и/или сырьевую смесь, содержащую кремнеземистый компонент, газообразователь, жидкое натриевое стекло и раствор гидрата окиси натрия, которые в грунтах с суффозионными процессами в скважинах первого и третьего типа, а также в скважинах второго типа в крайних рядах формируемого массива инъектируют в предварительно введенные в скважины гибкие оболочки, при этом нагнетание твердеющей смеси в скважинах первого, второго и четвертого типов ведут по высоте с шагом от 1 до 3 м, а в качестве кремнеземистого компонента в сырьевой смеси используют золу-унос с последовательным добавлением к ней извести-пушонки, газообразователя и стабилизатора смеси в виде древесного опила, причем в качестве газообразователя используют алюминиевый порошок марки ПАВ с размером частиц до 100 мкм и/или алюминиевую пудру.This result is ensured by the fact that in the method of constructing tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and suffusion processes, including the construction of leading lining along the contour of the face, according to the invention, along the contour of the face, including weakly stable soils with karst phenomena and / or suffusion processes, form wells the first type, in each of which injectors are injected and a hardening solution is injected at the base of the wells, forming around the bottomhole contour the first contour of the lining at least in one layer from solid elements and compacted soil between them, while the wells of the first type are positioned so that when injecting a hardening solution between adjacent wells, intersecting zones of compacted soil are formed, while the distance between neighboring wells is at least 2 m, then after building strength with solid elements around the first contour of the lining form wells of the second type, in which, through injectors, a hardening solution is injected into the walls of the wells, forming fences along the bottom of the hole a solid array of one or more rows of solid elements intersecting horizontally; then the third type of wells is performed, the lower bases of which are arranged on an imaginary cylindrical or ellipsoid surface above and below the bottom zone, into which, by means of injectors, a hardening solution is also injected into the soil layers located below the bases of the third type wells, forming a cylindrical above the bottom zone and under it or an ellipsoidal arch of one or more layers of plane-parallel solid elements intersecting horizontally with the formation of a geomass along the contour of the face, while an imaginary cylindrical any or ellipsoid surface above and below the bottom zone, on which the wells of the third type are located, extends beyond the zone covered by the wells of the second type, and the formation of cylindrical or ellipsoidal arches above the upper and lower bottom zones from the plane-parallel solid elements leads simultaneously in all directions from arch points with a maximum or minimum depth to the highest or lowest point of the arch, then further compact the soil above the indicated solid elements by performing four wells grated type and injection of the hardening mortar from top to bottom or from bottom to top into natural cracks and voids formed during the formation of the geomassive, using sand-cement mixtures and / or a raw mix containing a siliceous component, a gasifier, liquid sodium glass and a solution of sodium hydroxide, which in soils with suffusion processes in wells of the first and third type, as well as in wells of the second type in the extreme rows of the array being formed, is injected into flexible shells introduced into the wells at the same time, the hardening mixture is injected in wells of the first, second and fourth types in height in increments of 1 to 3 m, and fly ash with successive addition of lime to it is used as a siliceous component in the feed mixture fluff, a blowing agent and a stabilizer of the mixture in the form of wood sawdust, moreover, a surfactant-grade aluminum powder with a particle size of up to 100 microns and / or aluminum powder is used as a blowing agent.
Заявляемый способ сооружения тоннелей в структурно-неустойчивых грунтах с карстовыми явлениями и суффозионными процессами представлен последовательностью выполнения по контуру забоя скважин четырех типов, предназначенных для инъектирования в них твердеющего раствора для укрепления прилегающих к забою массивов грунта путем образования вокруг контура забоя опережающей крепи в виде геомассива, исключающего возможность обрушения забоя и прилегающих к нему грунтов. Формирование вокруг контура забоя опережающей крепи в виде геомассива из твердых элементов и уплотненного, с пересекающимися в вертикальной плоскости зонами, грунта между ними производит упрочнение неустойчивых грунтов с карстовыми процессами, обеспечивает обезвоживание прилегающих к контуру забоя обводненных грунтов и грунтов с суффозионными процессами, что повышает надежность дневной поверхности массива. При этом заданные заявленным способом условия выполнения и размещения скважин и условия инъектирования в них твердеющего раствора, в частности: скважин первого типа, в которых инъектирование твердеющего раствора ведется у основания скважины - для формирования первого контура крепи; скважин второго типа, в которых инъектирование твердеющего раствора ведется в стенки скважин - для формирования оградительного массива по высоте забоя; скважин третьего типа, в которых инъектирование твердеющего раствора ведется в грунт ниже основания скважин - для формирования сводов по воображаемой цилиндрической или эллипсоидной поверхности над забоем и под ним; и скважин четвертого типа, в которых инъектирование твердеющего раствора ведется в образовавшиеся трещины и пустоты - для укрепления грунтов над верхним сводом, обеспечивают формирование опережающей крепи в виде геомассива, обладающего повышенной надежностью и обеспечивающего последующую безопасность объектам, расположенным на дневной поверхности массива при сооружении под ними тоннеля и при его дальнейшей эксплуатации. При этом, благодаря использованию в качестве твердеющего раствора вместо или совместно с традиционными песчано-цементными растворами сырьевой смеси, содержащей кремнеземистый компонент, газообразователь, жидкое натриевое стекло и раствор гидрата окиси натрия, обеспечивается формирование алюмосиликатных твердых элементов в создаваемом геомассиве, которые характеризуются малым временем набора прочности и впоследствии не подвергаются разрушению суффозионными потоками, обеспечивается повышение надежности формируемого геомассива. В частности, формирование твердых элементов из сырьевой смеси с кремнеземистым компонентом в гибких оболочках, предварительно вводимых в скважины первого, третьего и в крайнем ряду скважин второго типа обеспечивает проектное, гарантированное формирование опережающей крепи по контуру забоя в ослабленных грунтах с карстовыми и/или суффозионными процессами, которая надежно защитит контур забоя от обрушения грунтов и прорыва грунтовых вод в забой, а последующее укрепление грунта над созданной крепью позволит исключить возможность последующих карстовых и суффозионных явлений в укрепленном массиве и обусловленных ими обрушений грунта. При этом использование гибких оболочек для формирования твердых элементов обеспечивает возможность использования традиционных песчано-цементных смесей и стабильность параметров получаемых твердых элементов и исключает размыв вводимой в грунт сырьевой смеси.The inventive method of constructing tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and suffusion processes is represented by a sequence of four types of wells designed for injecting a hardening solution into them to strengthen the soil masses adjacent to the face by forming an advanced support in the form of a geomass around the face contour, excluding the possibility of collapse of the face and adjacent soils. The formation of a leading lining around the face contour in the form of a geomass of solid elements and compacted, with zones intersecting in the vertical plane, the soil between them hardens unstable soils with karst processes, provides dehydration of waterlogged soils and soils adjacent to the bottom contour with suffusion processes, which increases reliability daily surface of the array. At the same time, the conditions for performing and placing wells and the conditions for injecting a hardening solution into them specified in the claimed method, in particular: the wells of the first type, in which the hardening solution is injected at the base of the well to form the first contour of the lining; wells of the second type, in which the hardening solution is injected into the walls of the wells - to form a barrier array along the bottom of the hole; wells of the third type, in which the hardening solution is injected into the soil below the base of the wells - to form arches on an imaginary cylindrical or ellipsoid surface above the bottom and below it; and wells of the fourth type, in which the hardening mortar is injected into the cracks and voids formed - to strengthen the soil above the upper arch, they provide the formation of the leading lining in the form of a geomass, which has increased reliability and ensures subsequent safety to objects located on the surface of the massif during construction under them tunnel and its further operation. Moreover, due to the use of a raw material mixture containing a siliceous component, a gasifier, liquid sodium glass and a solution of sodium hydroxide as a hardening solution instead of or in conjunction with traditional sand-cement solutions, the formation of aluminosilicate solid elements in the created geomass, which are characterized by a short set time strength and subsequently are not subject to destruction by suffusion flows; the reliability of the formed geomass is increased. In particular, the formation of solid elements from a raw material mixture with a siliceous component in flexible shells previously introduced into the wells of the first, third and in the extreme row of wells of the second type provides a design, guaranteed formation of leading support along the contour of the face in weakened soils with karst and / or suffusion processes , which reliably protects the contour of the face from collapse of the soil and the breakthrough of groundwater into the face, and the subsequent strengthening of the soil above the created lining will eliminate the possibility after uyuschih suffusion and karst phenomena in a fortified the array, and the consequent collapse of soil. Moreover, the use of flexible shells for the formation of solid elements provides the possibility of using traditional sand-cement mixtures and the stability of the parameters of the obtained solid elements and eliminates the erosion of the raw material mixture introduced into the soil.
Пример выполнения опережающей крепи по контуру забоя прокладываемого в грунтах с карстовыми образованиями тоннеля поясняется эскизами.An example of performing advanced lining along the contour of the face laid in soils with karst formations of the tunnel is illustrated by sketches.
На фиг.1 показан разрез массив грунта с карстовыми образованиями и суффозионными потоками с контуром забоя в нем.Figure 1 shows a section of an array of soil with karst formations and suffusion flows with a contour of the face in it.
На фиг.2 представлен разрез контура забоя со скважинами первого типа для формирования первого контура опережающей крепи в поперечном разрезе.Figure 2 presents a cross section of the contour of the face with the wells of the first type to form the first contour of the leading lining in cross section.
На фиг.3 представлен контур забоя с выполненным вдоль него оградительным массивом.Figure 3 presents the contour of the face with a guard array made along it.
На фиг.4 приведен разрез контура забоя с опережающей крепью в виде геомассива.Figure 4 shows a section of the contour of the face with the leading support in the form of a geomass.
Способ сооружения тоннелей в слабоустойчивых грунтах и грунтах с карстовыми явлениями и/или суффозионными процессами осуществлялся на опытной площадке следующим образом.The method of constructing tunnels in weakly stable soils and soils with karst phenomena and / or suffusion processes was carried out on the experimental site as follows.
В результате проведенных предпроектных исследований массива грунта, в котором предполагалась прокладка тоннеля, выявлена характерная для грунтов с карстовыми процессами система зон повышенной трещиноватости, и в пересечениях нескольких трещин зарегистрированы купола обрушений 1 на глубине от 8 до 18 м в слоях водоносного грунта, обусловленных суффозионным вымыванием минералов грунта (Фиг.1).As a result of the pre-design studies of the soil mass, in which the tunnel was supposed to be laid, a system of zones of increased fracture characteristic of soils with karst processes was revealed, and at the intersections of several cracks,
Учитывая размеры обрушений 1 (более 1 м), согласно требованиям СП 11-105-97 т.П. т.5.1 массив грунта имеет V категорию устойчивости относительно интенсивности образования карстовых провалов, т.е. они являются потенциально опасными, поэтому массив грунта, в котором проходит контур забоя, подлежит упрочнению.Given the size of the collapse 1 (more than 1 m), according to the requirements of SP 11-105-97, etc. t.5.1 soil mass has V stability category relative to the intensity of the formation of karst dips, i.e. they are potentially dangerous, therefore, the soil mass in which the face contour passes is subject to hardening.
На укрепляемой опытной площадке, территория которой составляла не менее 1000 м2, вдоль контура забоя были сформированы два ряда скважин 2 первого типа, расположенные на расстоянии друг от друга в ряду и между рядами не менее 2 м, в которые были введены инъекторы (на чертежах не показаны) для формирования первого контура крепи. Посредством инъекторов в нижней части скважин, у оснований, в гибкие оболочки 3 закачивали сырьевую смесь, в качестве кремнеземистого компонента в которой использовали золу-унос с последовательным добавлением к ней извести-пушонки, газообразователя и стабилизатора смеси в виде древесного опила, а в качестве газообразователя использовали алюминиевый порошок марки ПАВ с размером частиц до 100 мкм и/или алюминиевую пудру, формируя твердые алюмосиликатные элементы 4.On a strengthened experimental site, the territory of which was at least 1000 m 2 , two rows of wells of the first type were formed along the bottom contour, located at a distance from each other in a row and between rows of at least 2 m into which injectors were introduced (in the drawings not shown) to form the first contour of the lining. Through injectors in the lower part of the wells, at the bases, the raw material mixture was pumped into
При использовании указанной сырьевой смеси для формирования твердых элементов в указанной последовательности в результате реакции с водными щелочными растворами выбранного газообразователя - алюминиевого порошка с размерами частиц от 50 до 100 мкм происходит выделение газообразного водорода, ведущее к бурному вспениванию реакционной массы и в течение короткого временного периода под защитой гибких оболочек 3 образуются алюмосиликатные элементы, характеризующиеся коротким периодом набора прочности, нерастворимые в водной среде даже при прорыве гибких оболочек. При этом реакция закачанной в гибкие оболочки сырьевой массы, содержащей кремнеземистый компонент с газообразователем, в качестве которого используют алюминиевые порошки, и с затворителем из жидкого натриевого стекла и раствора гидрата окиси натрия, сопровождается выделением большого количества тепла, что приводит к закипанию в объеме гибких оболочек 3 воды и резкому повышению давления, в результате чего создаются условия для уплотнения грунтов, попадающих в пространство между образующимися алюмосиликатными элементами. Расстояния между скважинами в рядах и между соседними рядами скважин 1 первого типа составили не менее 2 метров, что определено экспериментально и является достаточным для формирования пересекающихся по вертикали зон уплотненного грунта 5, образующихся вокруг каждого из твердых элементов 4.When using the specified raw material mixture for the formation of solid elements in the specified sequence as a result of reaction with aqueous alkaline solutions of the selected blowing agent - aluminum powder with particle sizes from 50 to 100 microns, hydrogen gas is released, leading to rapid foaming of the reaction mass and for a short time period under the protection of
По окончании формирования первого контура крепи из одного ряда (или, при необходимости, двух рядов) твердых алюмосиликатных элементов 4 и уплотненного грунта 5 между ними выполняли первый ряд скважин 6 второго типа (Фиг.2), начиная с крайнего от контура забоя ряда. В эти скважины также предварительно размещали гибкие оболочки 3 по высоте забоя с расстоянием между ними не менее 1 м (что также определено экспериментально) и в них закачивали сырьевую смесь, формируя оградительный ряд массива из твердых алюмосиликатных элементов 7, вокруг которых создаются зоны уплотненного грунта 8. После набора прочности элементами 7 выполняли второй, внутренний ряд скважин 9 второго типа и сырьевую смесь инъектировали в стенки скважин, формируя по высоте забоя твердые алюмосиликатные элементы 10, пересекающиеся в горизонтальной плоскости и по вертикали с твердыми алюмосиликатными элементами 7 скважин 6. Образующиеся вокруг твердых алюмосиликатных элементов 10 зоны уплотненного грунта 11 также пересекаются с зонами уплотненного грунта 8, формируя массив, непроницаемый для грунтовых вод.At the end of the formation of the first contour of the lining from one row (or, if necessary, two rows) of solid aluminosilicate elements 4 and compacted
Далее на территории площадки над контуром забоя на расстоянии в рядах и между рядами не менее трех метров выполняли скважины третьего типа 12 (Фиг.3), располагая их основания по воображаемой цилиндрической или эллипсоидной поверхности над зоной забоя, на высоте, выходящей за зону уплотненного грунта 5, сформированного в первом контуре крепи, чередуя глубину скважин в рядах так, чтобы их основания формировали два слоя воображаемой цилиндрической или эллипсоидной поверхности. Между скважинами 12 располагали скважины третьего типа 13, основания которых располагали также в два слоя по воображаемой цилиндрической или эллипсоидной поверхности под контуром забоя ниже зоны уплотненного грунта первого контура крепи. При этом ширина площади, охватываемая скважинами третьего типа 12 и 13, была больше расстояния между крайними рядами скважин 6 оградительного массива, сформированного вдоль контура забоя. В скважины третьего типа 12 и 13 посредством инъекторов сырьевую смесь инъектировали в грунт ниже оснований скважин, формируя над контуром забоя и под ним в два слоя своды из пересекающихся в горизонтальной плоскости твердых элементов 14. Формирование сводов над верхней и под нижней зоной забоя из плоскопараллельных твердых элементов, располагающихся по воображаемым цилиндрической или эллипсоидной поверхности, вели подачей раствора одновременно во всех скважинах третьего типа во все стороны от точки свода с максимальной глубиной - в нижнем своде или минимальной глубиной залегания - в верхнем своде до наивысшей или наинизшей точки свода соответственно. При этом в верхнем своде над зоной забоя, образованном основаниями скважин 12, и в нижнем своде под зоной забоя, образованном основаниями скважин 13, инъектирование сырьевой смеси производили в гибкие оболочки. После набора прочности сформированными плоскопараллельными элементами 14 и извлечения из скважин инъекторов контур забоя проходили щитовым методом. Над сформированным верхним сводом из твердых элементов 14, между которыми также формировались зоны 15 уплотненного грунта, после набора прочности плоскопараллельными элементами 14 в массиве грунта над контуром забоя выполняли скважины 16 четвертого типа и, инъектируя сырьевую смесь в стенки скважин, производили заполнение уже имеющихся и образовавшихся в процессе формирования крепи трещин и пустот формируемыми в них твердыми элементами 17, создавая геомассив повышенной прочности.Then, on the territory of the site above the face contour at a distance in rows and between rows of at least three meters, wells of the
В качестве твердеющей смеси для формирования опережающей крепи в виде геомассива на некотором отрезке контура забоя использовался также песчано-цементный раствор, закачиваемый в гибкие оболочки. Однако использование песчано-цементного раствора требовало больших энергетических затрат на подачу раствора в инъекторы для формирования твердых элементов и зон уплотненного грунта вокруг образующихся твердых элементов, а набор прочности последними требовал большего времени, что удлиняло общее время формирования геомассива. Использование предлагаемой сырьевой смеси, содержащей кремнеземистые компоненты, обеспечило ряд преимуществ: образование алюмосиликатных твердых элементов, сопровождаемое выделением воды и ее закипанием, создавало большее усилие воздействия на грунт вокруг образующихся твердых элементов без дополнительных энергетических затрат и сокращалось время формирования опережающей крепиAs a hardening mixture for the formation of the leading lining in the form of a geomass on a certain section of the face contour, a sand-cement mortar was also pumped into flexible shells. However, the use of sand-cement mortar required high energy costs for supplying the mortar to the injectors for the formation of solid elements and areas of compacted soil around the formed solid elements, and the latter gaining strength required more time, which lengthened the total formation time of the geomass. The use of the proposed raw material mixture containing silica components provided a number of advantages: the formation of aluminosilicate solid elements, accompanied by the release of water and its boiling, created a greater force on the soil around the formed solid elements without additional energy costs and reduced the time of formation of leading lining
Благодаря формированию многослойной опережающей крепи вокруг контура забоя из пересекающихся в вертикальной и горизонтальной плоскостях твердых алюмосиликатных элементов и зон уплотненного грунта между ними, расположенных вокруг контура забоя и упрочнению грунта над контуром забоя, и благодаря использованию для укрепления грунта предлагаемой сырьевой смеси создается монолитный геомассив, обеспечивающий повышение надежности структурно-неустойчивых грунтов и грунтов с карстовыми явлениями и/или суффозионными процессами. При этом достигается значительный экономический эффект, обусловленный использованием дешевого сырья для приготовления сырьевой смеси и снижением энергетических затрат на введение сырьевой смеси через инъекторы в скважины различного типа и в грунт.Due to the formation of multi-layer leading lining around the face contour from solid aluminosilicate elements intersecting in the vertical and horizontal planes and zones of compacted soil between them, located around the face contour and hardening of the soil above the face contour, and due to the use of the proposed raw material mixture to strengthen the soil, a monolithic geomass is created, providing improving the reliability of structurally unstable soils and soils with karst phenomena and / or suffusion processes. At the same time, a significant economic effect is achieved due to the use of cheap raw materials for preparing the raw mix and the reduction in energy costs for introducing the raw mix through injectors into wells of various types and into the ground.
Источники информацииInformation sources
1. Филиппов И.И. Тоннели, сооружаемые щитовым и специальными способами. Учебное пособие, М.: РГОТУПС, 2004 г., стр.3, 176-179.1. Filippov I.I. Tunnels constructed by shield and special methods. Textbook, M .: RGOTUPS, 2004, p. 3, 176-179.
2. Описание к патенту №2476675 по заявке №2011110274/03 от 18.03.2011 на изобретение «Способ сооружения подземной выработки при щитовой проходке тоннеля», опубликовано 27.02.2013 г.2. Description to the patent No. 2476675 according to the application No. 20111110274/03 of 03/18/2011 for the invention "Method for the construction of underground workings with shield tunneling", published 02.27.2013
3. Описание к патенту РФ №2096621 на изобретение «Способ сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах» по заявке №96101124, опубликовано 20.11.1997 г.3. Description to the patent of the Russian Federation No. 2096621 for the invention “A method for constructing deep tunnels in weakly stable soils” according to the application No. 96101124, published on November 20, 1997.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013129794/03A RU2537711C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013129794/03A RU2537711C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013129794A RU2013129794A (en) | 2015-01-10 |
| RU2537711C1 true RU2537711C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53278868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013129794/03A RU2537711C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2537711C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105155541A (en) * | 2015-08-21 | 2015-12-16 | 中铁城建集团第三工程有限公司 | Double-slurry closing construction method for sump |
| CN106150508A (en) * | 2016-09-06 | 2016-11-23 | 中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司 | Probing construction method in tunnel in a kind of karst strata |
| CN106246193A (en) * | 2016-09-06 | 2016-12-21 | 中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司 | Strong karst high rich water urban shallow tunnel cantilever excavator construction |
| RU2739880C1 (en) * | 2020-03-10 | 2020-12-29 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс" | Method of inclined tunnels construction in weak water-saturated soils |
| RU2760448C1 (en) * | 2021-05-26 | 2021-11-25 | Александр Васильевич Дорошенко | Interconnecting area with the tunnel boiler during its construction |
| CN114198142A (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-18 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Disposal method for karst collapse |
| CN114232666A (en) * | 2021-06-16 | 2022-03-25 | 广西交通设计集团有限公司 | Multi-span prestressed elastic foundation beam structure for spanning complex karst cave group and construction method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109268032B (en) * | 2018-09-25 | 2019-12-27 | 重庆交通大学 | Tunnel crossing structure of large karst funnel and construction method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3600899A (en) * | 1969-03-26 | 1971-08-24 | Frank George Watson | Shield tunneling apparatus |
| RU2096621C1 (en) * | 1996-01-23 | 1997-11-20 | Акционерное общество закрытого типа "МЕТРОКОН" | Method for driving deep tunnels in loose ground |
| RU2119009C1 (en) * | 1997-01-27 | 1998-09-20 | Новосибирская государственная академия строительства | Ground compaction method |
| RU2138643C1 (en) * | 1998-04-17 | 1999-09-27 | Институт горного дела СО РАН | Method and device for construction of tunnel in loose ground |
| RU2439246C1 (en) * | 2010-09-22 | 2012-01-10 | Рустэм Хамзеевич Маннапов | Method of soil reinforcement |
| RU121274U1 (en) * | 2012-06-15 | 2012-10-20 | Рустэм Хамзеевич Маннапов | ARTIFICIAL REINFORCED BASIS FOR ESTABLISHED OR RECONSTRUCTED BUILDING |
-
2013
- 2013-06-28 RU RU2013129794/03A patent/RU2537711C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3600899A (en) * | 1969-03-26 | 1971-08-24 | Frank George Watson | Shield tunneling apparatus |
| RU2096621C1 (en) * | 1996-01-23 | 1997-11-20 | Акционерное общество закрытого типа "МЕТРОКОН" | Method for driving deep tunnels in loose ground |
| RU2119009C1 (en) * | 1997-01-27 | 1998-09-20 | Новосибирская государственная академия строительства | Ground compaction method |
| RU2138643C1 (en) * | 1998-04-17 | 1999-09-27 | Институт горного дела СО РАН | Method and device for construction of tunnel in loose ground |
| RU2439246C1 (en) * | 2010-09-22 | 2012-01-10 | Рустэм Хамзеевич Маннапов | Method of soil reinforcement |
| RU121274U1 (en) * | 2012-06-15 | 2012-10-20 | Рустэм Хамзеевич Маннапов | ARTIFICIAL REINFORCED BASIS FOR ESTABLISHED OR RECONSTRUCTED BUILDING |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105155541A (en) * | 2015-08-21 | 2015-12-16 | 中铁城建集团第三工程有限公司 | Double-slurry closing construction method for sump |
| CN105155541B (en) * | 2015-08-21 | 2017-03-01 | 中铁城建集团第三工程有限公司 | A kind of dual slurry closure construction method of catch pit |
| CN106150508A (en) * | 2016-09-06 | 2016-11-23 | 中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司 | Probing construction method in tunnel in a kind of karst strata |
| CN106246193A (en) * | 2016-09-06 | 2016-12-21 | 中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司 | Strong karst high rich water urban shallow tunnel cantilever excavator construction |
| RU2739880C1 (en) * | 2020-03-10 | 2020-12-29 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс" | Method of inclined tunnels construction in weak water-saturated soils |
| RU2760448C1 (en) * | 2021-05-26 | 2021-11-25 | Александр Васильевич Дорошенко | Interconnecting area with the tunnel boiler during its construction |
| CN114232666A (en) * | 2021-06-16 | 2022-03-25 | 广西交通设计集团有限公司 | Multi-span prestressed elastic foundation beam structure for spanning complex karst cave group and construction method |
| CN114198142A (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-18 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Disposal method for karst collapse |
| CN114198142B (en) * | 2021-11-22 | 2023-12-05 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Karst collapse treatment method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013129794A (en) | 2015-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2537711C1 (en) | Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes | |
| CN110242301B (en) | Two-step grouting modification water-retention coal mining method for roof aquifer | |
| CN102705005B (en) | Technology for plugging water bursting in mine by directional diversion grouting | |
| CN104632220B (en) | Mining method with adjustable and controllable structure size of gentle dip medium-thickness ore body strip column reconstructed stope | |
| CN112593853B (en) | Construction method for coal mine waste filling and water-reducing mining | |
| CN105545353B (en) | A kind of Man-made False construction method based on paste body filling | |
| CN102493822A (en) | Method for performing curtain grouting construction on tunnel by water rich fault influence zone | |
| CN102287198A (en) | Construction method for river-crossing shield tunnel crushed stratum communication channel | |
| CN101608552A (en) | The seat earth aquifer reinforces and protects the method for water barrier in reinforcing process | |
| CN102587859A (en) | Technology for blocking mine water bursting through backflow grouting | |
| CN111411962A (en) | Coal mine rock burst treatment method | |
| RU2341658C1 (en) | Method of prevention of flooding of potassium mines and hazardous deformations of earth surface at underground water inrush into mines | |
| RU2537448C1 (en) | Reinforcement method of foundations of buildings on structurally unstable soils and soils with karst formations | |
| RU2428566C1 (en) | Development method of gently sloping coal beds | |
| RU2392434C1 (en) | Method to provide for stability of high ledges | |
| CN112031801B (en) | Settlement control method for underground tunnel to pass through existing operation line | |
| CN111022050B (en) | Fully-closed blasting pressure relief and self-retained roadway method for grouting reconstruction of composite roof | |
| CN112780276A (en) | Fully-closed blasting pressure relief structure for grouting reconstruction of composite roof and self-retained roadway method | |
| CN113958324B (en) | Method for grouting and reinforcing deep drilling of roadway bottom plate | |
| CN112459782B (en) | Coal mine rock burst treatment method based on F-shaped fully mechanized mining face and with small coal pillars | |
| RU2749003C1 (en) | Method for reducing settlement of buildings during construction of underground workings under them | |
| CN112174616B (en) | Underground consolidation material and method for loose coal rock mass in small kiln damage area | |
| CN113914874A (en) | Large-scale geological abnormal fault zone roadway surrounding rock ultra-long distance pre-reinforcement method | |
| RU2672296C1 (en) | Method of developing adjacent of coal seams | |
| RU2451180C1 (en) | Method of roof advanced attachment at pillar extraction between workings filled with concrete |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190629 |