ВСН 03-74. Указания по проектированию цементации в гидротехнических туннелях


МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛАВНИИПРОЕКТ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЦЕМЕНТАЦИИ В ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТУННЕЛЯХ

ВСН 03-74

Минэнерго СССР

Указания могут быть использованы при разработке проектов цементации и производства работ по ее осуществлению.

«ЭНЕРГИЯ»

Ленинградское отделение

1975

Настоящие Указания составлены в результате пересмотра «Технических условий и норм проектирования гидротехнических сооружений. Цементация в гидротехнических туннелях», ВСН-022-69/Минэнерго СССР по замечаниям отдела технического нормирования и стандартизации Госстроя СССР (№ 1-709 от. 7.03.1972 г.). Указания разработаны в лаборатории цементации ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева заведующим группой Л. Ф. Фурсовым, проф. д. т. и. А. Н. Адамовичем и проф. д. т. н. В. С. Эристовым.

В настоящей работе отражен накопленный за последние годы опыт совершенствования расчетных и конструктивных решений, а также наиболее ценные результаты натурных наблюдений при строительстве и эксплуатации гидротехнических туннелей.

С вводом в действие данных «Указаний по проектированию цементации в гидротехнических туннелях» (ВСН 03-74), разработанных в лаборатории цементации ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, утрачивают силу вышеупомянутые «ТУиН. Цементация в гидротехнических туннелях», (ВСН-022-69).

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР (МИНЭНЕРГО СССР)

Ведомственные строительные нормы

ВСН-03-74

Минэнерго СССР

УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЦЕМЕНТАЦИИ В ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТУННЕЛЯХ

Взамен BCН-022-69

Минэнерго СССР

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Указания должны соблюдаться при проектировании цементации в гидротехнических туннелях всех классов, сооружаемых горным способом, и могут быть использованы в развитие «Указаний по проектированию гидротехнических туннелей» (СН 238-73) для разработки проектов цементации и производства работ по ее осуществлению.

1.2. Цементационные работы в гидротехнических туннелях подразделяются на два вида:

а) заполнительная цементация, заключающаяся в заполнении зазоров и пустот за обделкой туннеля, для создания плотного контакта между бетоном обделки и окружающей туннель породой;

б) укрепительная цементация, заключающаяся в омоноличивании и укреплении инъекционными растворами трещиноватых горных пород и гравелисто-песчаных грунтов, залегающих вокруг туннеля.

Виды цементации и требования, предъявляемые к ним

Цементация в гидротехнических туннелях подразделяется на следующие 2 вида: заполнительную и укрепительную.

1.3. Заполнительная цементация производится с целью:

а) заполнения зазоров между туннельной обделкой и породой скального массива, ограниченного внешним радиусом сечения туннеля в проходке;

б) создания плотного и непрерывного контакта между обделкой и породой массива для обеспечения равномерной передачи горного и гидростатического давления на обделку и осуществление совместной работы обделки с окружающим скальным массивом.

Внесены Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидротехники имени Б. Е. Веденеева

Согласованы Госстроем СССР 25 февраля 1974 г. и утверждены решением Минэнерго СССР от 24 июля 1974 г. № 145

Срок введения 1 квартал 1975 г.

1.4. При выполнении работ по заполнительной цементации и особенно при создании контакта между обделкой, искусственным камнем материала заполнительной цементации и трещиноватыми породами массива, не исключена возможность заполнения трещин в глубь массива на расстоянии до 30-40 см.

При значительных размерах зазоров между обделкой и скальным массивом (свыше 0,5-1 м) целесообразно заполнение зазоров осуществлять тощим бетоном или гравием с последующей инъекцией цементного или цементно-песчаного раствора.

1.5. Укрепительная цементация производится с целью:

а) консолидации или противофильтрационного уплотнения пород массива вокруг туннеля в зоне заданной глубины инъекции;

б) уменьшения гидростатического давления подземных вод на обделку туннеля и уменьшения фильтрационных потерь воды через обделку в окружающие туннель породы;

в) создания в определенной зоне вокруг туннеля предварительного напряжения путем применения повышенных инъекционных давлений;

г) увеличения устойчивости заполнителя трещин в массиве путем обжатия для исключения возможности выноса его фильтрационным потоком (в туннелях с тонкой обделкой).

1.6. В сложных гидрогеологических условиях необходимо предусмотреть применение предварительной цементации из забоя, осуществляемой с целью улучшения условий проходки туннельной выработки, уменьшения водопритока в период строительства, закрепления неустойчивых горных пород по трассе туннеля (водонасыщенных зон дробления, зон с высоким гидростатическим давлением и т.д.);

1.7. Заполнительная цементация может быть предусмотрена для создания предварительного напряжения в обделках напорных туннелей, пройденных в скальных породах (с коэффициентом крепости по Протодьяконову свыше 4) путем нагнетания инъекционного раствора в кольцевой зазор между обделкой и выравнивающим слоем бетона, предварительно уложенного по поверхности выработки.

1.8. К заполнительной цементации в гидротехнических туннелях предъявляют следующие требования:

а) заполнение внутренних вывалов и пустот (размером свыше 0,5-1 м) на участках туннеля с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями путем закладки их тощим бетоном, бутом, щебнем или гравием с последующим закреплением инъекционными растворами;

б) заполнение зазоров (размером до 0,5 м) между обделкой и горным массивом, а также крупных трещин разуплотнения массива в зоне до 30-40 см вокруг обделки для создания контакта и связи между обделкой и массивом;

в) заполнение и закрепление природных трещин и пустот или карстовых полостей;

г) улучшение условий статической работы обделки туннеля путем достижения непрерывного плотного контакта бетона обделки с горным массивом, чем обеспечивается более равномерная передача горного и гидростатического давления на обделку и совместная ее работа с окружающей породой;

д) материал заполнительной цементации для напорных гидротехнических туннелей с несущей обделкой и напором свыше 100 м должен иметь модуль деформации не ниже значения модуля деформации окружающих пород, принятого в расчетах обделки;

е) материал заполнительной цементации для напорных туннелей с напором менее 100 м подбирается исходя из технико-экономических соображений;

ж) прочность на одноосное сжатие материала для заполнительной цементации для безнапорных туннелей должна быть не ниже 10-15 кгс/см2.

1.9. К укрепительной цементации в гидротехнических туннелях предъявляются следующие требования:

а) повышение прочностных и деформативных характеристик скального массива вокруг туннеля в зоне заданной глубины с целью передачи большей части внутреннего гидростатического давления на окружающие породы;

б) оптимальное уменьшение толщины обделки при рациональном типе ее в конкретных условиях;

в) создание в зоне вокруг туннеля предварительного напряжения путем применения повышенных значений инъекционного давления (свыше 30 кгс/см2). Величина инъекционного давления в каждом конкретном случае назначается исходя из инженерно-геологических условий массива по трассе туннеля;

г) уменьшение гидростатического давления подземных вод на обделку туннеля;

д) уменьшение фильтрационных потерь воды в безнапорных и напорных туннелях через обделку в окружающие туннель породы;

е) уменьшение степени анизотропности пород за обделкой туннеля и проявления неупругих деформаций;

ж) существенное ослабление агрессивного воздействия подземных вод на материал обделки с целью обеспечения ее долговечности.

1.10. Заполнительная цементация является обязательной в напорных и безнапорных гидротехнических туннелях при всех типах рабочих обделок и любых условиях залегания пород.

1.11. Укрепительная цементация применяется в обоих типах туннелей при надлежащем технико-экономическом обосновании для укрепления и противофильтрационного уплотнения трещиноватых горных пород.

1.12. При сооружении безнапорных туннелей в массиве с высоким гидростатическим давлением подземных вод рекомендуется совместное использование цементации пород и дренажа, способного снизить фильтрационное давление подземных вод.

При сооружении напорных туннелей целесообразно проведение укрепительной цементации пород при достаточно высоких инъекционных давлениях (свыше 30 кгс/см2), обеспечивающих создание предварительного напряжения пород, определенного технико-экономическими соображениями в зоне вокруг туннеля.

1.13. При проектировании заполнительной и укрепительной цементации должны быть разработаны следующие вопросы:

а) обоснование необходимости цементации при данных геологических и гидрогеологических условиях;

б) выбор и назначение вида цементации;

в) установление схемы производства работ;

г) определение объема и стоимости цементационных работ;

д) составление календарного плана работ по цементации.

1.14. При проектировании укрепительной цементации дополнительно к требованиям п. 1.13 должно быть учтено:

а) влияние цементации на деформативные свойства пород (определение модуля деформации и коэффициента упругого отпора до и после цементации);

б) влияние цементации на физико-механические свойства пород (определение временных сопротивлений, угла внутреннего трения и коэффициента сдвига);

в) влияние цементации на фильтрационные свойства пород (определение коэффициента фильтрации и удельного фильтрационного расхода из туннеля).

При проектировании укрепительной цементации необходимо также учитывать коэффициент трещинной пустотности, величину раскрытия трещин, состав заполнителя (химический и минералогический), степень его плотности, химический состав подземных вод.

1.15. В техническом и рабочем проектах цементации и производства работ по ее осуществлению должны быть решены следующие вопросы:

а) установление количества, взаимного расположения и глубины скважин в четных и нечетных рядах;

б) установление расстояния между рядами скважин и последовательности цементации рядов;

в) назначение предельного давления инъекции;

г) назначение последовательности этапов инъекционного давления по глубине цементационных скважин;

д) выбор материалов для цементации (заполнительной, укрепительной);

е) подбор средних оптимальных составов смесей;

ж) подсчет потребности в материалах для цементации и удельного расхода материалов на 1 м2 поверхности туннеля;

з) выбор способа производства работ по приготовлению и нагнетанию раствора;

и) выбор оборудования для бурения, промывки и цементации скважин;

к) составление проекта цементационной установки (передвижной внутри туннеля или стационарной вне туннеля).

1.16. При разработке рабочих чертежей и при составлении технических проектов строительства туннелей в сложных условиях (карст, зоны повышенной трещиноватости, тектонические зоны) проект цементации уточняется на основании данных дополнительных изысканий, а также - натурных и лабораторных исследований.

1.17. Возможность применения цементации в гидротехнических туннелях определяется технико-экономической и технологической целесообразностью и определяется следующими условиями:

а) для заполнительной цементации - величиной зазоров между обделкой и горной породой, классом туннеля и химическим составом подземных вод;

б) для укрепительной цементации - размером трещин, типом и проницаемостью пород, окружающих туннель, и химическим составом подземных вод.

1.18. Укрепительная цементация пород, в случае нагнетания в них растворов на цементах обычной тонкости помола, осуществима при наличии в породах трещин раскрытием не менее 0,15 мм, а в случае применения пластифицированных цементов (растворов) - не менее 0,10 мм. При более тонкой трещиноватости горных пород рекомендуется предусматривать специальные мероприятия (как например, вибродомол цемента). Если удельное подопоглощение пород менее 0,01 л/мин, проведение укрепительной цементации нецелесообразно. Величина удельного водопоглощения определяется соответствующими расчетами и экспериментальными исследованиями (лабораторными и полевыми).

1.19. В зависимости от трещиноватости, размера водопритока и скорости подземных вод должны применяться соответствующие методы нагнетания раствора, виды вяжущего, схемы расположения цементационных скважин.

При больших скоростях фильтрации (порядка 600 м/сут) возможность и эффективность применения цементации должна устанавливаться на основании опытных работ.

1.20. Для ускорения схватывания и твердения инъекционных растворов необходимо применение добавок-ускорителей.

1.21. В тех случаях, когда подземные поды в породах, окружающих туннель, агрессивны по отношению к обычному портландцементу, необходимо для обеспечения долговечности цементации применять специальные цементы.

При наличии сульфатных вод рекомендуется применение сульфатостойкого портландцемента.

При наличии мягких вод, опасных в отношении выщелачивания раствора, рекомендуется применение портландцемента с минералогическим составом клинкера, приближающимся к белитовому портландцементу.

Примечание: Агрессивность воды определяется по СН 249-63 «Инструкция по проектированию. Признаки и нормы агрессивности воды - среды для железобетонных и бетонных конструкций».