Способ сооружения тоннеля в обводненных неустойчивых грунтах Советский патент 1977 года по МПК E21D9/04 

(54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЯ В ОБВОДНЕННЫХ КЕУСТОЙЩШЫХ ГгеНТАХ

Изобрете1ше относится к (власти тоннеж - и «тростроения и касается гаособовхооружения тоНеля,в обвоДнешсых неустойчивых грунтах.

Известный способ соор жешш в об; одненнщ неустойчивых грунтах включает создани сплошного педогрунтового массива по трассе проходки и последующую, проходку тошкля в замороэйЕнных грунтах 1 .

Недостатками такого споссйа. являются высокая трудоемкость работ как по созданию сшгошно-. го ледогрунтового/массива по трассе, так ипо проходке, поскольку в. последнем случае разрабатьтаемый грунт имеет высокую про-шость в даморо кеш1ом состоянии и аркдаровап замораживающими колонками; высокая материалоемкость за счет большого расхода металл}иеск К труб на замораживаю1Щ1е колонки; большая иродолжлте.ш. ность строительства из-за низкой скорости проходкя и длительности работ по созданию сплошного ледогрунтовЪго массива; сложность,а в отде.яьных случаях и невозможность применения при заложении в черт густой городской застройки алй под назекшымн тртнспортиь -ш - йГйстралями, насьшцеиными подзе сшьи инженерныьш КОР Niyffi aiiaHMJ.

Известен также способ сооружения тсщнеля в сйводненных неустойчивых грунтах, включающий осушешю грунтового массива по трассе тониеяя и последующую его проходку, при этом проходку осуществляют с применешшм кессонных работ (2).

Такой способ позволяет сооружать тоннель в обзодне1гных неустойчивьгх грунтах при невозможности полного ocyujeifflH грунтового массива, например когда верхняя граница водоупорного слоя залегает в пределах поперечного сечения тониеля или расположена над тоннелем в непосредственной б)1изгч;ги от него. В этом случае выполнение проходческих работ в забое производят с применением кессонных работ, т.е. под сжатым воздухом, давлением которого обеспечивается устойчивость забоя от прорьта в тоннель оставшегося неосушенным обводненного неустойчивого грунта.

Однако известный способ оказьшается малоэффективным при соорух-сенни тоннеля в обводнениьк неустокч1шых грунтах с низкой водоотдающей способностью. В этом случае осушение грунтового киссква требует 3 тачнтельнь Хматериальных и энергетических затрат, а при определенных грунтотых условиях, например в пльшунах, оказьшается и вовсе невозможным. Это привош1т к иеобхояимоогй выполиешгя кессонных работ при Польпюг. давлешвд сжатого .

Кессош ые работы, особеньо при знг1чителыюгч давлении сжатого воздуха, не обеспечивают по;иой безопасносгп проходки нз-за возможноста прорьгва снсатого воздуха через забой, характеризуются гшзкой прсизвоц}{тельностью труда, связанной как с больпгсй утомляемостью рабочих, находящихся в зоне сжатого воздуха, так и со з1гачитеш 1 ОЙ непроизво;щтел1 ЮЙ поте-рей рабочего времени на йшюзование и выиш 03овьшат1е. Кроме того, пребывание рабочего персонала под сжатым воздухом сопряжено с тювьшюнньгм травматизмом (баротравмы) и нередко возникаюишм Г рофесср ональным заболеванием (кессонная болезль) Услонкя труда в забое осло5княются лалитием воды в лотковой части , которую невозможно полностьО сялштъ сжатым яоздухом. Кессонные работы имеют повыше шую стег. пожарной опасности из-за повышенного содержа гая кислорода в сжатом воздухе, требуют специальных кадров кессонщиков.

Целью изобрете шя является повыиление эффективности способа и исключения KcccoftHbix работ.

Достигается зто тем, что перед прохо/и ой тоннеля осушаемый по трассе тоннеля грунтовый массив герметизируют по всем сторо гам, затем в верхтою часть герметизированного грунтового массива подают сжатьп и откачку грутовой ВОДЬ из нижней части массива ведут при непрерьшной подаче сжатого поздуха. Осушаемьп грунтовый массив герметизирован по всем сторонам путем создания ледогру нтовой оболочки.

На фиг. 1 показан поперечный разрез грунтового массива по трассе тоннеля; на фиг. 2 - то же, в плане; на фиг. 3 - то же, при на;шчии подсти.пающего водоупорного слоя rpyirra; на фиг. 4 - то же, при наличии дополнительного водоупорного слоя грунта, залегающего выше тоннеля.

Способ состоит в следующем. Перед проходкой тонмеля 1 осушаемый грунтовый массив 2 герметизируют по всем сторонам. Герметиза1дая может бьггь выполнена путем создания лeдoгp)тoвoй оболочки 3. Для ее создания бурят с иоверхносте земли замораж} вающие скважиньг 4 и оборудуют ях замораживающими колонками 5, через которые пропускают хлад} оситель. Достижеш1е герметичности яедогру1гговой оболочки устанавливают известными приемами, например по поднятию уровня воды в гидрогеологических наблюдательных скважинах.

После создания герметичной ледогрунтовой оболочки 3 вокруг осушаемого грунтового массива 2 р верхшою его часть подают по скважине 6 сжатый воздух, и откачку грунтовой воды из нижней части ocyinaeMoro гру1 тового массива 2 ведут через скважину 7 при непрерывной подаче сжатого воздуха по скваясине 6. Скважину 7 обсаживают колонной труб 8, в нижней части которой устраивают фильтр 9 и оборудуют глубинным погружнь№5

-1

насосом 0 с фильтром 11 и наггорным трубопроводом 12. Для Н1.гдотвраще}шя выхода сжатого возпухя через фильтр 9, который может произсйти, когда сш1жаемый уровень грунтовой воды 13 дойдет до верха фильтра 9, верх скважины герметизируют пос едством уплотне{шя 14, Огкачку воды глубинным погружным насосом 10 ведут до тех jiop, нока с Г1 жаемый уровень грунтовой воды 13 н Jiocniiiier в районе скважинь 7 верха фильтра 11. В згом слуие сжатый воздух попадет в глубинный погружной насос 10 и его р)аботя автоматически прекратится. Когда депрессиоиная воронка вокруг скважины приблизится к горизонтальной плоскости, откачку воды возсд5новляют. Далее иикл работы глубинного погружюго насоса 10 повторяется до тех пор, пока уровень грунтовой воды в осушаемом массиве 2 не достиг 1ет конечного уровня 15.

Лчя нол)1-;е1В1л более устойчивого режима работь грунтового югрзжного насоса 10 в конечной фазе откачки воды, учитьшая сравнительно малое количество воды в осушаемом массиве 2, подле жицей откач е, производательность глубинного погружного насоса 10 долулна быть равна пропускной способности фильтра 9 или бьгть несколько Акньще ее. При сравнительно малой глубине заложеш1я тоннеля и достатопюй несущей способносто ледогрунтовой оболочки 3 удаление воды из осушаемого грунтового гугассива 2 наиболее целесообразно вести через скваЖ1-п{у 7 самоизливом (без погружного насоса), используя для этого избыточное давление сжатого воздуха, подаваемого в верхнюю часть ocjouaeMoro грунтового массива 2. Зто давление должп10 быть больше макси|(1ального гланометрического напора столба воды от сниженного уровня до поверхности земли. При удале1ши вода самоизливом, при определешюм режиме, зеркало водл в грзнтовом массиве будет выражено поверхностью близкой к горизонтальной плоскости (вместо депрессионной воронки при откачке насосом), которая, снизившись до верха фильтра 9 трубы 8, пропустит в нее сжатый воздух и останется в стабильном положении, отмечая этим окончание удалег-шя воды из массива.

Положение сршжземого уровня воды 13 в осушае.мом грунтовом массиве 2, в том числе конечньш уровень 5, устанавливают по уровню воды в кoнтpoльF oй скважине (не показана) о Герметиза1ЩЯ водонасьшденного массива упрощается при наличии в чем водоупорных слоев 16 и 7.

Варианты выполнения прюдлагаемого способа проходки в обво/цгенных неустойчивых грунтах при различных положе}иях водоупорных слоев показань па фиг. 3 и 4. Скважину 6 дпя подаш сжатого воздуха бурят в осушаемом грунтовом массиве 2. Скважины 7 располагаются при этом в местах самых кизких отметок верха водоупорного CJтoя 16, подсталаюшего осушаемьш грунтовый массив 2. HocJK ocyuiemiH грунтового массива 2 давление сжатого воздуха в нем онижается до

атмосферного, после чего вьтолняют проходку тоннеля 1.

Герметичность оболочки 3 поддерживают до проходки тошюля 1 на всем протяжении участка. Работы по проходке тоннеля после осуURHHH грунтсвого массива 2 ведут в условиях нормального атмосферного давления, что обеспечивает большие скорости по сравнению с существующими споссйами. Таким образом, предлагаемый способ

позволяет ИСКЛНЗЧИТЬ из практики проходки тонявлей кессотаю работы и сплошное замораживание, что дает возможность значительно С1шзить стоимость и трудоемкость раоот при строительстве транспортных тоннелей, тоннелей метрополитенов и других подземных сооружений.

Способ принят к применению на переходных участках трассы с глубокого на мелкое заложение на строящихся Рижском и Калининском радаусах Московского метрополитена. Способ будет прилвняться также иа других линиях метрополитенов Москвы и других городов.

Общий экономический эффект от применения этого шособа только на Рижском и Калининском радиусах Московского метрополитена по предварительным подсчетам составит не менее 2 мпн.руб.

Формула изобретения 1. Способ сооружения тоннеля в обводненных неустойчивых ,включающий осушение грунтового массива по трассе тоннеля и последующую его прюходку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа и исключения кессошйк работ, перед проходкой тоннеля осущаемый по трассе тоннеля грунтовый массив герметизируют по всем стсфонам, затем в верхнюю часть герметизированното грунтового массива подают сжатый воздух и откачку грунтовой воды из нижней части массива ведут при непрерывной подаче сжатого воздуха.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Власов С Л .Применение кессонного способа в комбинации с искусственным водопонижением при сооружении то}шелей в г. Баку. Шахтное строительство, 1968, № 3-1 Фиг. 1