2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТАЦИИ
2.1. Проекты цементации и производства цементационных работ должны разрабатываться на основе изыскательских материалов, достаточно полно освещающих геологию района трассы туннеля (например, в форме развернутого геологического и гидрогеологического разрезов по трассе).
Объем и состав изыскательских материалов определяются «Временной инструкцией по разработке проектов и смет для промышленного строительства» (СН 202-69).
2.2. В качестве исходных данных должны служить проектные материалы по конструкции и расчетам обделки, план и продольный профиль трассы туннеля, поперечные сечения туннельных выработок, проект организации и график производства туннельных работ и др.
2.3. При разработке проектов цементации туннеля должны быть изучены условия залегания горных пород, их тектоника, петрографический и минералогический состав, полная характеристика трещиноватости и заполнителя трещин пород. Следует учитывать наличие в породах, окружающих туннель, тектонических нарушений в виде сбросов, сдвигов, складок и т.п., почти всегда затрудняющих и усложняющих производство цементационных работ.
В период проходки туннеля необходимо составлять инженерно-геологический продольный профиль туннеля сейсмо-акустическим способом.
Особое внимание должно быть уделено фильтрационным свойствам пород, режиму подземных вод, наличию сосредоточенных фильтрационных токов, колебаниям ё уровней подземных вод, их связи с наружными водотоками и водоемами, определению вероятного водопритока в выработку.
2.4. Для цементации степень водопроницаемости пород устанавливается путем определения величин коэффициентов фильтрации или удельных водопоглощений в разведочных одиночных скважинах или кустах скважин.
2.5. Для оценки фильтрационных свойств пород допускается использование результатов опробования водой скважин, пробуренных для целей цементации (после их промывки перед цементацией).
2.6. Если в проекте туннеля предусматривается цементация и устройство дренажа, то конструкция дренажа должна обеспечивать его бесперебойную работу.
Заполнительная цементация
2.7. Для нагнетания цементационного раствора за обделку туннеля должны проектироваться скважины, пробуриваемые через бетонную обделку, а при железобетонных обделках закладываются металлические трубки соответствующей длины и диаметра.
По длине туннеля скважины располагаются рядами в плоскостях поперечных сечений туннеля с чередованием скважин в шахматном порядке (рис. 1).
2.8. Скважины для заполнительной цементации располагаются, главным образом, в сводовой части туннеля. Заполнительная цементация ниже горизонтальной оси поперечного сечения туннеля назначается лишь при наличии больших пустот, забученных вывалов и т.п.
При применении сборных обделок заполнительную цементацию следует выполнять по всему периметру туннеля.
2.9. При выборе схемы расположения скважин необходимо учитывать положение строительных швов (поперечных и продольных), а также скважин дренажа. Инъекционные скважины не должны назначаться в полости строительных швов.
2.10. Величина допустимого предельного давления раствора на обделку при заполнительной цементации туннелей должна устанавливаться на основании специальных наблюдений и опытных работ.
При отсутствии таковых следует руководствоваться указаниями п. 3.41.
2.11. Расстояние между вертикальными плоскостями, в которых расположены скважины (по длине туннеля), определяется размерами пустот, оставшихся за обделкой, что, в свою очередь, зависит от размеров поперечного сечения туннеля, свойств прорезываемых им пород, а также методов разработки породы и возведения обделки.
В трещиноватых породах, где возможны вывалы и где необходимо предусмотреть анкерное крепление или рамную крепь, расстояние между вертикальными рядами скважин устанавливается от 1,5 до 3 м.
В плотных или слабо трещиноватых породах, при наличии сплошного зазора между обделкой и породой, расстояние между вертикальными рядами скважин устанавливается в пределах 3-6 м.
Рис. 1. Схемы расположения цементационных скважин
2.12. При проектировании заполнительной цементации количество скважин в вертикальных рядах ориентировочно можно принимать по табл. 1.
Примерные схемы расположения скважин заполнительной цементации приводятся на рис. 1.
2.13. В местах вывалов пород, при глубине их примерно 1 м и более количество скважин устанавливается в соответствии с размерами вывалов. В этих случаях рекомендуется на каждые 3 м2 поверхности обделки пробуривать не менее одной скважины.
2.14. Диаметр буровых скважин должен назначаться порядка 38-56 мм в зависимости от их глубины с учетом пропуска требуемых расходов промывочной воды и цементационного раствора.
Таблица 1
|
Высота (диаметр) туннеля, м |
Количество скважин в вертикальном ряду (в шахматном порядке) |
Шаг скважин в ряду, м |
|
2 |
2 и 3 |
1,0 |
|
3 |
2 и 3 |
1,5 |
|
4 |
2 и 3 |
2,0 |
|
5 |
3 и 4 |
2,5 |
|
6 |
3 и 4 |
3,0 |
|
7 |
3 и 4 |
3,5 |
|
7 |
4 и 5 |
4,0 |
|
более 9 |
4 и 5 и более |
4,0 |
|
|
2.15. При прохождении трассы туннеля под оврагами, водными потоками и водоемами и в местах приближения туннеля к дневной поверхности мероприятия по цементации должны быть усилены как для напорных, так и для безнапорных туннелей Основной мерой для усиления цементации является сближение рядов скважин на 30-40 % и учащение шага скважин в ряду.
Укрепительная цементация пород
2.16. Глубина скважин, их расположение и направление при укрепительной цементации назначаются в зависимости от формы сечения туннеля, конструкции обделки, внутреннего напора, допустимого градиента напора в обделке, давления грунтовых вод и характеристик пород, подлежащих цементации, как то: а) направление напластований; б) степень трещиноватости, направление развития трещин и заполнитель трещин; в) водоносность пород; г) физико-механические свойства пород.
Если породы по длине туннеля различны, его следует разбивать на участки с более или менее однообразными геологическими и гидрогеологическими характеристиками. Для каждого из них должен быть решен вопрос о необходимости цементации пород и разработан проект расположения скважин.
2.17. Глубина инъекционных скважин в напорных туннелях как правило назначается в пределах 0,6-0,8 размера внутреннего диаметра туннеля и должна быть не менее глубины зоны разуплотнения.
2.18. Направление скважин принимается, как правило, нормальным к поверхности обделки, за исключением случаев, когда скважины следует ориентировать сообразно напластованию пород или положению трещин в них (с целью пересечения возможно большего количества наиболее проницаемых трещин).
2.19. Укрепительная цементация пород, окружающих туннель, должна производиться после окончания работ по заполнительной цементации.
2.20. Инъекционные работы по укрепительной цементации в напорных туннелях должны производиться под значительным давлением (см. пп. 3.41-3.43) и на большую глубину для создания вокруг туннеля зоны напряженного состояния породы, что позволит значительно облегчить конструкцию обделки туннеля. Окончательные параметры цементации устанавливаются с помощью натурных исследований во время опытно-производственных работ.
2.21. Для заполнения по возможности большего количества трещин и полостей цементацию пород следует производить под большим давлением, с применением более жидких растворов, чем при заполнительной цементации.
2.22. Укрепительная цементация выполняется по всему профилю туннеля, за исключением случаев, устанавливаемых проектом.
2.23. Параметры укрепительной цементации определяются совместно с параметрами обделки туннеля с учетом инженерно-геологических условий, опытных работ, на основании технико-экономических расчетов.
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТАЦИОННЫХ РАБОТ
3.1. В проекте производства цементационных работ должны быть решены следующие вопросы: организация и производство цементационных работ; оборудование и материалы, применяемые для цементации; составы цементационных растворов; предельные давления при цементации; опытные работы; контроль качества работ.
3.2. Для производства заполнительной цементации инъекционные скважины рекомендуется заглублять в породу до 40 см.
Все цементационные скважины до начала нагнетания должны быть прочищены, продуты сжатым воздухом и промыты. Место больших вывалов породы и карстовые каверны без естественного заполнителя должны быть предварительно заполнены бутом, щебнем, гравием или бетоном. Выбор материала заполнителя зависит от конкретных условий и устанавливается технико-экономическими расчетами.
3.3. К цементационным работам допустимо приступать лишь после распалубки обделки и по достижении прочности бетона, достаточной для восприятия инъекционного давления, принятого проектом.
Нагнетание раствора при заполнительной цементации должно следовать за сооружением обделки; отставание допускается не более, чем на 50-60 м.
При применении сборных обделок можно приступать к цементационным работам значительно раньше и осуществлять инъекцию с отставанием не более, чем на 3-5 колец туннельной обделки. Нагнетание раствора при сборных обделках следует начинать со скважин, расположенных в нижней части туннеля (лотке), затем переходить к боковым и сводовым скважинам.
При проходке туннелей в породах, склонных к вязко-пластическим деформациям, вопрос о сроках проведения цементационных работ по заполнительной цементации должен особо обусловливаться в проекте.
3.4. В случае малого объема цементационных работ в туннеле материалы для цементации могут доставляться к месту роботы раздельно в необходимых количествах. Они перемешиваются на месте и нагнетаются насосами, установленными в непосредственной близости от цементируемого участка туннеля.
3.5. При больших объемах работ цементационный раствор может доставляться к месту работы по трубам.
В случаях перекачки по трубам на большие расстояния раствор подвергается дополнительному перемешиванию на месте работы, затем поступает в насосы и нагнетается в скважины. Срок использования цементационного раствора, приготовленного на обычных портландцементах (без добавки ускорителей) не должен превышать четырех часов от момента затворения. В зависимости от температурно-влажностных условий в туннеле предельный срок использования цементационных растворов уточняется в строительной лаборатории на месте.
3.6. При наличии гидростатического давления подземных вод безнапорные туннели оборудуются дренажными скважинами. Дренажные скважины в массиве горной породы бурятся и оборудуются только после окончания цементационных работ. Глубина скважин и параметры дренажа устанавливаются специальными расчетами.
Заполнительная цементация
3.7. Заполнительную цементацию рекомендуется производить при помощи гидравлических насосов.
При применении пневматического способа нагнетания необходимо учитывать следующие его недостатки:
а) возможность образования воздушных мешков при прорывах воздуха за обделку туннеля;
б) насыщение воздухом раствора и возможность образования дополнительных пор в цементном камне.
Для бурения инъекционных скважин глубиной до 3 м применяются перфораторы легкого типа (ОМ-508, ПР-24, ПР-20Л, ПР-30К и др.).
Для бурения инъекционных скважин глубиной свыше 3 м рекомендуется применять буровые станки пневмоударного и вращательного бурения (НКР-100М, БУ-70, БСК-2М-100, СБА-500).
3.8. Инъекционные работы по заполнительной цементации необходимо начинать нажимным способом.
3.9. При заполнительной цементации нагнетание раствора за обделку следует производить с максимальной интенсивностью (в целях заполнения пустот в кратчайшие сроки), не превышая при этом расчетной величины инъекционного давления.
3.10. При интенсивном вытекании цементационного раствора через швы и неплотности обделки густота нагнетаемого раствора должна быть увеличена, а давление нагнетания временно уменьшено.
Места выхода раствора должны быть плотно забиты паклей, деревянными клиньями или заделаны жестким цементным раствором.
В случае обнаружения дефектов в бетоне обделки (раковин, трещин и т.п.) они должны быть ликвидированы до начала цементационных работ (в соответствии с имеющимися по этому вопросу нормативными документами).
Работы по цементации должны опережать гидроизоляционные работы не менее, чем на 20 м.
3.11. Заполнительную цементацию следует выполнять путем последовательного сближения рядов скважин, при котором в простейшем случае сначала цементируют нечетные ряды, а затем четные (т.е. цементация выполняется в две очереди), или сначала цементируют каждый 5-й ряд скважин, во вторую очередь каждый 3-й ряд и в третью очередь, - промежуточные ряды между ними и т.д.
3.12. Нагнетание в данном ряду ведется сначала в одну из боковых скважин до полного отказа или до появления раствора в соседней или замковой скважине. После этого скважина закрывается деревянной пробкой и начинается нагнетание во вторую боковую (симметричную предыдущей) скважину. Целесообразно производить нагнетание (при наличии насосов достаточной производительности) в обе скважины одновременно. Последней цементируется до отказа замковая скважина.
Допускается одновременное нагнетание в группы скважин, которые должны, как правило, состоять из пар противоположных скважин.
3.13. Нагнетание в скважины второй и последующей очередей производится не раньше, чем через 24-36 часов после нагнетания в скважины предыдущей очереди.
