§ 61. НАГНЕТАНИЕ ЗА ОБДЕЛКУ

Для обеспечения совместной работы обделки и окружающей породы и предотвращения ее осадок все пустоты за обделкой, а также за оставляемыми элементами временной крепи следует тщательно заполнять. Это достигается нагнетанием за обделку цементно-песчаного раствора, слой которого одновременно способствует более равномерному распределению горного давления, уменьшает водопроницаемость окружающих пород и защищает обделку от агрессивных подземных вод.

Нагнетание выполняют в два приема: первичное (цементно-песчаные растворы) и контрольное (цементное молоко). Целью контрольного нагнетания, которое проводят под повышенным давлением, является заполнение пустот и трещин, оставшихся после первичного нагнетания, и обеспечение совместной работы системы «обделка—порода».

К моменту производства контрольного нагнетания горное давление на обделку обычно стабилизируется. Контрольное нагнетание может вызвать в отдельных случаях неравномерное возрастание контактных напряжений по контуру обделки, причем увеличение и неравномерность их распределения тем больше, чем выше крепость окружающих пород и чем больше величины переборов.

В благоприятных условиях процесс нагнетания за монолитную обделку может быть упрощен. Так, например, в скальных породах бока выработки обычно не закрепляют досками и стены обделки (бетонируемые в передвижных формах с подачей бетонной смеси бетоноукладочными машинами под давлением и с тщательным вибрированием) плотно, без зазоров примыкают к породе. В этом случае нагнетание необходимо главным образом за сводчатую часть обделки, где можно оставлять доски, предупреждающие местные вывалы из кровли, и где образуются зазоры вследствие усадки, а также осадки свежеуложенной бетонной смеси под действием собственного веса.

Цемент для нагнетания выбирают с учетом агрессивности подземных вод марки — 400—500.

Состав растворов назначают в зависимости от типа и обводненности обделки. Первичное нагнетание за монолитную бетонную и сборную железобетонную обделки производят цементно-песчаным раствором состава: 1 : 2, за сборную чугунную обделку — состава 1 : 3, контрольное нагнетание во всех случаях — цементным молоком (состав 1 : 0).

Для облегчения нагнетания, уменьшения расслаиваемости раствора и возможности регулирования сроков схватывания в раствор и цементное молоко вводят специальные добавки, придающие им требуемые свойства.

В качестве добавок при нагнетании за необводненную монолитную обделку служат термополимер, мылонафт, бентонитовая глина или хлористый кальций. В случае обводненных обделок применяют разные добавки: при первичном нагнетании — алюминат натрия, хлористый кальций, хризотиловый асбест, при контрольном нагнетании — хлористый кальций, смолу МФ-17 или фуриловый спирт с соответствующими отвердителями.

Наибольшее распространение имеют хлористый кальций (добавляемые в количестве 2 % массы цемента) и алюминат натрия (3 % массы цемента), ускоряющие схватывание и раннее твердение раствора, а также повышающие его водонепроницаемость. Алюминат натрия, увеличивающий содержание гелеобразных составляющих, цементного камня, предотвращает расслоение и уменьшает размываемость раствора, а также увеличивает его морозостойкость, что имеет особенное значение при сооружении монолитных обделок железнодорожных тоннелей, подвергающихся значительным колебаниям температуры.

Первичное нагнетание выполняют под давлением 5 кгс/см² пневматическими аппаратами с непрерывным перемешиванием раствора, к которым относится, например, аппарат Дмитровского завода (рис. 211).

Пневматический растворонагнетатель представляет собой горизонтальный цилиндр 1, имеющий загрузочную воронку 2, закрываемую конусным затвором 3. Загрузка цилиндра производится сухой смесью (цемент и песок), доставляемой в закрытых контейнерах. Внутри растворонагнетателя находятся вращающиеся лопасти 4, перемешивающие сухую смесь с водой в течение 5 мин. Затем раствор выталкивается в шланг 5 давлением сжатого воздуха. Пневматические аппараты просты по конструкции, не имеют трущихся частей и могут нагнетать растворы сравнительно густой консистенции, но насыщают раствор сжатым воздухом, что отражается на водопроницаемости заполнения за обделкой. Их производительность не превышает 2 м³/ч.

Для контрольного нагнетания применяют двухплунжерный насос Ленметростроя, который работает в комплексе со специальной растворомешалкой емкостью 500 л и обеспечивает давление до 16 кгс/см², регулируемое в широких пределах. Производительность насоса достигает 4 м³/ч. Насос смонтирован на тележке с колеей 600 мм и имеет габаритные размер 1480×1050×535 мм. Недостатком плунжерных насосов является сильный износ частей, движущихся в абразивной среде.

Нагнетаемый раствор подается по резиновым шлангам диаметром не менее 50 мм к отверстиям, оставленным в обделке при бетонировании или пробуренным после ее раскружаливания.

При бетонировании в обделку закладывают стальные трубки диаметром 40—50 мм с резьбой на конце, выступающие внутрь тоннеля на 5—8 см. При наличии трубки шланг присоединяют к ней на резьбе при помощи муфты, при отсутствии трубки — при помощи патрубка, закрепляемого в отверстии обжатием резинового кольца (рис. 212).

Отверстия для нагнетания располагают через 2 м в шахматном порядке. Первичное нагнетание за монолитную обделку производится после достижения ею проектной прочности на участке длиной 20—30 м. Нагнетание ведут одновременно по обе стороны от оси тоннеля за стены и свод. За обратный свод нагнетание не делают.

Порядок нагнетания за монолитную обделку показан на рис. 213. В числах, стоящих у шпуров, первая цифра (арабская для первичного и римская для контрольного нагнетания) обозначает номер горизонтального или вертикального ряда, вторая цифра — номер шпура в ряду.

Первичное нагнетание за стены ведут горизонтальными рядами, начиная с нижнего на высоте 1 м выше подошвы стен, до отказа при предельном давлении. По окончании первичного нагнетания за стены начинают нагнетание за свод кольцевыми рядами (через один ряд).

Контрольное нагнетание делают после отвердения раствора первичного нагнетания (не ранее чем через двое суток) до прекращения поглощения цементного молока в течение 10—15 мин при предельном давлении. После окончания нагнетания отверстия заполняют раствором на всю глубину, выступающие концы трубок срезают и заштукатуривают.

Качество работ по нагнетанию проверяют нагнетанием цементного молока через дополнительно пробуренные шпуры, которые не должны принимать его при предельном давлении. При возведении бетонной обделки по частям допускается производить нагнетание за части обделки до полного ее возведения.