§ 97. НАГНЕТАНИЕ ГРАВИЯ И РАСТВОРА ЗА ОБДЕЛКУ

Основное назначение нагнетания за сборную обделку заключается в заполнении пустот с целью предотвращения деформаций от собственного веса, создания упругого отпора породы (системы «обделка — порода»), предупреждения развития горного давления, предупреждения оседания поверхности и некоторого улучшения гидроизоляции обделки.

Нагнетание подразделяется на первичное, повторное и контрольное.

Для первичного нагнетания можно применять гравий и цементно-песчаные растворы. Повторное и контрольное нагнетание при заполнении пустот за обделкой гравием осуществляют цементным молоком. Повторное нагнетание при первичном заполнении цементно-песчаным раствором выполняют таким же раствором (но иного состава) или цементным молоком. В последнем случае контрольного нагнетания не требуется.

Материалами для нагнетания служат: сухой гравий или крупный песок однородной фракции (диаметр зерна не более 0,24 диаметра отверстия), не содержащий посторонних примесей; цементно-песчаные растворы (для повторного нагнетания) на цементах всех сортов активностью 200—300 кгс/см2, в условиях агрессивной среды — приготовленные на специальных цементах с добавками (см. § 61).

Нагнетание сухого материала необходимо выполнять до полного отказа при помощи пневматических гравиенагнетателей, расположенных на вспомогательной тележке за щитом, под давлением 3—5 кгс/см2. Правильно подобранный состав раствора обеспечивает однородное, прочное и плотное заполнение. Состав раствора подбирается в зависимости от условий водонасыщения породы.

Процесс нагнетания ведут в пределах головной части эректора за первое и второе кольца при помощи растворонагнетателей под давлением 3—5 кгс/см2. Эти аппараты работают периодически и обеспечивают при нагнетании непрерывное перемешивание раствора. До начала нагнетания необходимо уплотнить строительный зазор при помощи торцовых прокладок со стороны домкратов или в крайнем случае пакли на цементном растворе. Перед ножевой частью щита применяют уплотнение из мягкой глины. Раствор по шлангам подают через отверстия в элементах обделки от нижней части вверх.

Первичное нагнетание необходимо выполнять немедленно после монтажа сборной обделки. При заполнении гравием повторное нагнетание не должно отставать от первичного более чем на 5—8 колец. После окончания работ по нагнетанию и одно-двухсуточной выдержки контролируют качество выполненных работ тщательным осмотром и проверкой всех отверстий для нагнетания и ведут их учет в специальном журнале. В случае необходимости проводится дополнительное нагнетание.

Контрольное нагнетание, проводимое с целью заполнения трещин, осуществляется при помощи поршневого насоса под давлением до 8 кгс/см2 с отставанием на 30—50 м от забоя. Иногда давление оказывает такое же действие, как сосредоточенная нагрузка, вследствие наличия пустот за обделкой; в таких случаях давление необходимо снизить.

После окончания всех работ по нагнетанию отверстия в обделке должны быть плотно закрыты при помощи металлических пробок с асбестоцементными шайбами или зачеканиванием замазкой из расширяющегося цемента. Последующие гидроизоляционные работы можно начинать после двухсуточной выдержки.

Ввиду малой производительности растворонагнетателей периодического действия и плунжерных насосов темпы работ по нагнетанию отстают от возможных темпов проходки. Поэтому более рационально применение непрерывного способа подачи раствора с поверхности одновременно в несколько отверстий в обделке.

Для нагнетания целесообразно применение цементировочного агрегата и цементносмесительной машины, при помощи которых может быть обеспечено непрерывное механическое приготовление цементного раствора требуемой консистенции, его перемещение по трубам в тоннель и одновременное нагнетание в несколько отверстий. Цементный раствор приготовляют цементносмесительной машиной 2СМ (рис. 342), смонтированной на шасси автомобиля ЯАЗ-210.

Цементно-смесительная машина 2СМ
Рис. 342. Цементно-смесительная машина 2СМ

Перемещение раствора и его нагнетание за тоннельную обделку выполняют при помощи цементировочного агрегата ЦА-320 м, оборудование которого смонтировано на шасси автомобиля КРаЗ-219. Наибольшая дальность подачи раствора — 400—450 м.

Для прокладки труб с поверхности в тоннель используют вентиляционные скважины или пробуривают дополнительные. На каждой трубе устанавливают распределитель с патрубками, снабженными пробковыми кранами, и шланги, идущие к инъекторам.

Методика нагнетания заключается в следующем: в каждом десятом кольце обделки в отверстия блоков вставляют инъекторы 50—58 мм с пробковыми кранами, к которым присоединяют резиновые шланги. Вначале раствор нагнетают в 2—6 инъекторов с постепенным (по мере заполнения пустот раствором) выключением из работы отдельных инъекторов. Нагнетание раствора прекращают по достижении давления 5 кгс/см2. Скважины в пятом кольце и соответствующие краны оставляют открытыми для выпуска воздуха и контроля за появлением раствора. После появления раствора их закрывают.

Процесс нагнетания таким способом обслуживают 7 чел. (4 на поверхности и 3 в тоннеле).

Основное достоинство непрерывного нагнетания одновременно в несколько отверстий заключается в том, что цементный раствор распространяется на значительную длину, заполняя трещины в окружающей породе и создавая хорошо уплотненный слой затвердевшего цементного раствора. При этом по сравнению с обычным способом нагнетания затраты времени снижаются в 10 раз, а трудовые затраты — в 8 раз.

Для обеспечения водонепроницаемости тоннелей в Советском Союзе и ряде зарубежных стран широкое применение получил метод тампонирования пород бентонитовыми растворами. Бентониты обладают очень ценными качествами: тонкозернисты, стойки к агрессивным водам, способны сильно разбухать и удерживать связанную с ними воду, тиксотропны. Для замедления набухания бентонитового раствора добавляют кальционированную соду (Na2CO3).

Бентонитовые растворы необходимо приготовлять по определенной технологии и рецептуре. Вначале заливают в растворомешалку воду, затем по весу насыпают бентонитовый порошок и тщательно перемешивают в течение 8—10 мин. После этого добавляют кальцинированную соду и перемешивают 2—3 мин. Для приготовления 1 м3 бентонитового раствора требуется 200 кг бентонитового порошка, 760 л воды и 6 кг кальцинированной соды.

Технология производства работ включает бурение тампонажных шпуров, приготовление и нагнетание раствора и уплотнение шпуров. Контроль за распределением раствора ведут при помощи смежных шпуров. Предельное давление — 10 кгс/см2, по достижении которого переключают нагнетание на контрольный шпур, а по окончании нагнетают цементный раствор, после твердения которого снимают пробковые краны.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены