Способ термического укрепления грунта в виде обделки вертикальной выработки Советский патент 1989 года по МПК E02D3/11 

1

Изобретение относится к строительству на лессовидных, и глинистых грунтах, в частности к термическому укреплению грунта в ннде обделки вертикальных выработок, преи- м щественно для сельскохозяйственных хранилищ.

Цель изобретения - повышение эффек- гивнести.

На чертеже изображен укрепляемый и размещение основного технологического оборудования и средств технического контроля процесса, разрез.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале образуют выработку 1 и кольцеобразно уширяют ее нижнюю часть 2 на высоту яруса 3 и толщину обделки 4 выработки 1 в ее нижней части (толщина обделки 4 может быть переменной по высоте выработки 1). Затем заподлицо с внутренней поверхностью стенки 5 выработки 1 устанавливают блок 6, включающий подвижную полую опалубку 7, кольцевой тепловой генератор 8, трубопроводы 9 для охлаждения опалубки 7 воздухом и затвор 10 с патрубками 11, имеющими съемные головки 12. После этого кольцевой генератор 8 подключают к компрессору 13 и к емкости с высококалорийным топливом 14, например с газообразным водородом, а трубопровод 9 - только к компрессору 13, проверяют всю систему на герметичность, подают горючие смеси в топливопровод генератора 8 и зажигают их электрическим запальником 15, который опускается в выработку 1 через патрубок 11, смонтированный на затворе 10, имеющем также ребра 16, которые для повышения герметизации выработки втапливаются в грунт.

После зажигания горючих смесей кольцевой генератор 8 выводят на рабочий режим, обеспечивающий расчетный угол раскрытия

Јъ 1 Ю

струи низкотемпературной плазмы с помощью давления в сети, регулируя и контролируя процесс манометрами 17 и вентилями 18. Процесс заплавления грунтом обделки 4 осуществляют на высоту каждо- го яруса, последовательно перемещая опалубку 7 снизу вверх, пока не будет достигнут проектный уровень 19. При этом верхняя часть массива грунта выше отметки 19 расплавляется, и после окончания процесса образующаяся полость заполняется крышкой с утеплителем (на зимний период при отрицательных температурах наружного воздуха). По мере заплавления грунтом обделки 4 полость подвижной опалубки 7 охлаждают воздухом, подавая и отводя его по трубопроводам 9.

Чтобы исключить дополнительный расход материала на заплавление второго и последующих ярусов обделки 4 грунт в стенках выработки 1 над подвижной опалубкой 7 расплавляют только на толщину, равную толщине обделки 4 выработки 1 на этой высоте. При этом, если такое условие не обеспечивается, то через патрубки 11 в выработку 1 добавляют грунтовые смеси, частицы которых, попадая в струю газового потока, выходящего из распылителя кольцевого генератора 8, переносятся к стенкам выработки и там расплавляются и стекают вниз (не показано).

По мере заплавления обделки 4 выработки 1 подвижная опалубка 7 поднимается вместе с жестким трубопроводом генератора 8 и трубопроводами 9 и закрепляется на затворе 10 в новом положении упорами 20, а изменение высоты всей системы компенсируется гибкими вставками 21.

Достигается экономия тепловой энергии, поскольку при низкой теплопроводности грунта основная часть тепла затрачивается на его плавление, а также за счет повторного использования тепловой энергии расплава при охлаждении воздухом опалубки, тепло от которой поступает вверх, а отводимый воздух подается в компрессор при 40-50°С. Циркулирование воздуха с такой

0

$

5

5

0

0

температурой в полости охлаждаемой опалубки при контакте с наружной стенкой опалубки, нагретой до 900-1100°С, обеспечивает процесс охлаждения расплава в обделке.

Пример. На строительной площадке проводят термическое укрепление грунта в стенках двух выработок глубиной по 4,2 м в покровном суглинке с природной влажностью 16% и пористостью 49,2%. Выработки 1 образованы установками КШК-2 диаметром 2 м после уширения их в нижней части 2 на высоту яруса 3, равную 1,4 м. Толщина обделки 4 по высоте не постоянная и внизу равна 0,2 м. Заподлицо со стенками 5 устанавливают блок 6 с подвижной опалубкой 7, тепловым генератором 8 и другими трубопроводами и затвором, указанными на чертеже. Кольцевой генератор 8, подвижная опалубка 7 изготовлены из стали ОХЗО- Ю5А. Компрессор 13 типа ПКСМ-6, емкость 14 стандартная для газового водорода. Угол раскрытия струи отрегулирован на высоту одного яруса 3, рабочая температура плазмы после смещения со сжатым воздухом поддерживается в пределах 2600- 2800°С. Температура воздуха в охлаждаемой опалубке 7 поддерживается около 40-50°С. Контроль давления и температуры осуществляет по показаниям манометров 17, вентилей 18, визуально через съемные головки 12 патрубков 11 и оптическими пирометрами ОПИР-45 по шкале цветов грунта и металла. При подъеме опалубки 7 крепление выполняется упорами 20 на резьбе.

Коэффициент уменьшения объема грунта в стенках выработки при плавлении составляет 1,2. Расплавление грунта в каждом верхнем ярусе обеспечивает объем обделки в предыдущем. Поэтому толщина обделки составляет по ярусам, снизу вверх: 0,2; 0,24; 0,28 м, а в поверхностном слое грунта выше проектной отметки 19, высота которого составляет также 1,4 м, грунт расплавлен на толщину 0,32 м.

Сравнительный анализ результатов натурных испытаний приведен в таблице.

Изобретение относится к строительству на лессовидных и глинистых грунтах, в частности к термическому укреплению грунта в виде обделки вертикальных выработок, преимущественно для сельскохозяйственных хранилищ, и направлено на повышение эффективности. Это достигается тем, что после проходки выработки в нижней ее части образуют кольцеобразное уширение ее нижней части на глубину, равную толщине обделки. Заподлицо с внутренней поверхностью обделки напротив ее уширения устанавливают охлаждаемую опалубку. Стенки обделки нагревают поярусно до плавления грунта, заполнения им уширенной части обделки и образования над опалубкой уширения подобного нижнему. Высота яруса принимается равной высоте опалубки. Отбираемое при охлаждении опалубки тепло регенерируется. Возможно введение в поток тепловой энергии грунтовых смесей с нагреванием их до плавления. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. 1 ил.

Q

Температура спекания грунта, С

на поверхности стенки2000

на внешнем контуре1200

Объем обделки в 3-х ярусах, м35,76

Удельный расход тепла на устройство

обделки, МДж/м32250

1300 1200 5,76

2400

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает экономию тепла на 7-13%, стоимость на 14-18%.

Формула изобретения

13

нерированием отобранного от нее тепла. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время генерирования потока тепловой энергии осуществляют введение в поток грунтовых смесей1 с нагреванием их до 15 плавления.

глубину, равную толщине обделки, затем ведут размещение заподлицо с внутренней поверхностью обделки напротив ее ушире- ния опалубки, а нагревание стенок обделки ведут поярусно до плавления грунта с за- полнением им уширенной части обделки и образованием над опалубкой уширения подобного нижнему, причем высоту яруса принимают равной высоте опалубки, а во время заполнения расплавленным грунтом уширения производят охлаждение опалубки с регения производят охлаждение опалубки с регенерированием отобранного от нее тепла. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время генерирования потока тепловой энергии осуществляют введение в поток грунтовых смесей1 с нагреванием их до плавления.