3.14. Необходимо для выполнения работ по заполнительной цементации, удовлетворяющей требованиям пункта 1.8, применять малоусадочные инъекционные растворы, с целью исключения появления усадочных зазоров на контактах обделка - тампонажный камень - порода.
3.15. По окончании цементации инъекционные скважины должны быть заполнены густым нерасслаивающимся раствором и заделаны заподлицо с поверхностью обделки.
Примечание: При осуществлении укрепительной цементации порол, выполняемой после заполнительной, заделку скважин надлежит производить только после окончания укрепительной цементации.
3.16. В случаях, когда не предусматривается устройство бетонной или железобетонной обделки туннеля, а выполняется только выравнивающий слой (выравнивающая обделка) по контуру скальной разработки, нагнетание раствора в верхнюю часть свода выравнивающей обделки следует производить, не снимая опалубки, при низком давлении.
Укрепительная цементация
3.17. Нагнетание раствора рекомендуется производить гидравлическими насосами.
При наличии пород с большой проницаемостью и большими поглощениями цемента необходимо производить цементацию каждой скважины отдельно (для скважин I и II очереди).
В породах малой и средней проницаемости возможно применение метода групповой цементации.
3.18. Во всех случаях производства укрепительной цементации рекомендуется применять метод последовательного сближения рядов скважин, который состоит в следующем. Сначала пробуриваются и цементируются скважины первой очереди. Нагнетание в эти ряды скважин производится по всей длине цементируемого участка туннеля. Затем пробуриваются и цементируются скважины второй очереди, расположенные между скважинами первой очереди. Затем выполняются скважины последующих очередей.
Если после цемента скважин третьей очереди требуемого эффекта не достигнуто, то ряды скважин последующих очередей назначаются между только что зацементированными.
В случае повторного получения неудовлетворительных результатов скважины снова сближаются до получения требуемых показателей допустимого водопоглощения или требуемых показателей деформативности пород (модуля упругости и др.).
3.19. В туннелях большого сечения (D = 9 м и больше) с глубиной укрепительной цементации свыше 6 м рекомендуется выполнение цементации производить зонами с повышением инъекционного давления во второй и последующих зонах.
3.20. К цементации II-й зоны скважин одного ряда необходимо приступать только после окончания инъекционных работ в I-ой зоне скважин этого же ряда. В дальнейшем цементационные работы проводятся согласно п. 3.18.
Инъекционные материалы
3.21. Для цементационных работ могут применяться следующие вяжущие вещества заводского изготовления: портландцемент, сульфатостойкий портландцемент, гидрофобный и расширяющийся цемент и др. При выборе вида цемента необходимо учитывать степень агрессивности воды и назначение инъекционных работ.
3.22. Применение смешанных цементов для приготовления инъекционных растворов не рекомендуется из-за их расслаивания.
3.23. Марка цемента должна быть не ниже «300» для заполнительной цементации и не ниже «400» - для укрепительной цементации пород.
3.24. В случаях большого подопритока рекомендуется применять тампонажный цемент, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 1581-63 «Портландцемент тампонажный».
При использовании в этих случаях обычного портландцемента допускается вводить в раствор одну из следующих добавок, в количестве 3 % от веса цемента: жидкое стекло, хлористый кальций или алюминат натрия.
3.25. Вода, применяемая для приготовления цементационных растворов, должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к воде для приготовления бетона (согласно ГОСТ 4797-69*).
3.26. Болотные и сточные воды, загрязненные вредными примесями (кислоты, соли, масла и т.д.), а также воды, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты в пересчете на ионы более 0,27 % от веса воды (2700 мг/л), применять для затворения раствора не допускается.
3.27. В целях ускорения сроков схватывания и твердения цементного камня допускается вводить в цементационные растворы добавки ускорителей схватывания: хлористый кальций и др. Добавка хлористого кальция допускается в количестве до 6 % от веса цемента. Процентное содержание добавки уточняется на основании предварительных лабораторных испытаний в зависимости от минералогического состава цементного клинкера.
При выполнении цементации в условиях отрицательных температур например, на участках туннеля, близких к порталам, следует вводить в раствор хлористый кальций в количестве 6-9 % от веса цемента. Применяемый хлористый кальций должен удовлетворять требованиям ГОСТ 450-70 «Кальций хлористый технический».
3.28. Крупность песка, применяемого в цементационных растворах при заполнительной цементации, должна выбираться в зависимости от размера затуннельных пазух, с учетом типа применяемых насосов; крупность песка более 3 мм не допускается.
3.29. Заполнение больших пазух за проектным контуром обделки, как правило, производится бетоном в процессе возведения обделки с последующим проведением заполнительной цементации по обычной схеме.
При обнаружении пустот после возведения обделки их ликвидируют либо нагнетаниями в пустоту гравия с последующей инъекцией чисто цементного раствора с водоцементным отношением не выше 0,8 (В : Ц = 1 : 0,8), либо нагнетанием тощего бетона.
3.30. Растворы для заполнительной цементации в безнапорных туннелях должны содержать количество песка, как правило, не более 200 % от веса цемента.
В безнапорных туннелях для заполнительной цементации можно применять растворы с количеством песка до 300 %, а при соответствующем обосновании и лабораторных испытаниях в приборах трехосного сжатия - до 400 %.
Допустимое количество вредных примесей в песке для инъекционных растворов определяется требованиями ГОСТ 8735-65 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».
3.31. Песок, заранее просеянный и отмеренный, вводится непосредственно в смесительную установку. При этом следует обращать особое внимание на тщательное перемешивание всех компонентов смеси, что должно обеспечиваться соответствующим оборудованием, принятым в проекте.
3.32. Допускается введение в инъекционный раствор других отощающих добавок, например, молотого гранулированного шлака, чистой золы и др. Оптимальная дозировка добавки зависит от ее гранулометрического и химического состава и должна устанавливаться на основании лабораторных испытаний. При введении добавок должно быть предусмотрено специальное оборудование для получения в растворе однородной смеси.
3.33. В целях сокращения расхода цемента при заполнительной цементации рекомендуется добавка к цементным растворам глин или суглинков. Величина добавки глин или суглинков должна устанавливаться на основании лабораторных испытаний.
Добавка глин допускается только в виде отдельно приготовленной и тщательно перемешанной глинистой суспензии. Допускается применение добавок золы-уноса, отвечающее требованиями ГОСТ 6269-63 «Активные минеральные добавки к вяжущим веществам».
3.34. При проведении работ по укрепительной цементации рекомендуется применение чисто цементных растворов.
3.35. Для пластификации цементных растворов с целью улучшения условий проникновения их в тонкие трещины и поры пород может применяться добавка концентрата сульфитно-дрожжевой бражки СДБ (СН 406-70) в количестве 0,2 % от веса цемента при В/Ц-2 и до 0,4 % - при В/Ц от 2 до 8. Для пластификации цементно-глинистых растворов рекомендуется применение добавок гидрофилизующего и гидрофобизующего действия. Дозировка пластификаторов должна устанавливаться на основании лабораторных испытаний и тщательно контролироваться при производстве работ. При сильном водопритоке в туннель введение в раствор добавки сульфитно-дрожжевой бражки нецелесообразно.
Составы инъекционных растворов и давления нагнетания
3.36. Для заполнительной цементации следует подбирать по возможности густые инъекционные растворы в зависимости от размеров пустот за обделкой и от возможности подачи смеси насосным оборудованием на требуемое расстояние и высоту.
Составы раствора для заполнительной цементации должны обладать следующими основными свойствами: а) хорошей подвижностью, обеспечивающей заполнение пустот и трещин в породе; б) однородностью и нерасслаиваемостью; степень расслаиваемости раствора (водоотделение) следует проверять лабораторными способами; в) иметь незначительную величину усадки в затвердевшем состоянии; г) прочностью и модулем деформации, отвечающими требованиям проекта; д) коррозионной стойкостью в агрессивных подземных водах.
3.37. При заполнительной цементации, выполняемой в две и более очереди, рекомендуется применять следующие ориентировочные составы растворов для нагнетания в скважины первой очереди:
от 1 : 0 : 0,4 до 1 : 1,5 : 0,6 (по весовому отношению цемента, песка и воды) - при поглощении раствора до 1 м3 на 1 м2 внутренней поверхности туннеля;
от 1 : 1,5 : 0,7 до 1 : 3,0 : 2,0 - при поглощении раствора свыше 1 м3 на 1 м2 внутренней поверхности туннеля.
Для цементации скважин второй и последующих очередей следует, как правило, применять инъекционные растворы с водоцементным отношением от 0,6 до 2 и выше или растворы с меньшим содержанием песка.
В цементно-песчаные растворы с большим содержанием песка (составы 1 : 2,0 и 1 : 4,0) целесообразно для предотвращения или уменьшения расслоения смесей вводить добавку бентонитовой глины в количестве до 5 % от веса цемента; применяемая бентонитовая глина должна обладать набухаемостью не менее 400 %.
3.38. Составы раствора для укрепительной цементации пород должны удовлетворять следующим требованиям: а) обеспечивать заполнение трещин; б), создавать плотный и прочный цементный камень; в) осуществлять надежное сцепление цементного камня со стенками трещин; г) проникать на расстояние до 1,5-3 м (от скважины в глубь породы).
3.39. Водоцементное отношение цементных растворов, применяемых при укрепительной цементации пород, следует принимать от 1,0 до 8,0 для мелкотрещиноватых пород и от 0,6 до 2,0 - для крупнотрещиноватых пород. Цементацию следует начинать с жидких растворов и постепенно переходить к более густым.
Для цементации мелкотрещиноватых скальных пород (особенно, когда строительство гидротехнических сооружений ведется в районах с повышенной сейсмической активностью) возможно рекомендовать применение полимерцементных инъекционных растворов с добавками полимерных материалов (фуриловый спирт, водорастворимые эпоксидные смолы: № 89, ДЭГ-1 и др.).
3.40. Заполнительную цементацию рекомендуется производить при малых и средних давлениях нагнетания. Величина давления назначается в зависимости от инженерно-геологических характеристик пород, от условий их залегания, степени сохранности (наличия и размеров трещин и пор) и типа обделки.
3.41. В безнапорных туннелях давление при заполнительной цементации можно ориентировочно принимать 2-4 кгс/см2 в скважинах первой очереди, увеличивая его в 1,5-2 раза в скважинах второй и последующих очередей. В напорных туннелях давление принимают 4-7 кгс/см2, в зависимости от типа обделки и свойств пород в скважинах первой очереди, увеличивая его в 1,5-2 раза в скважинах второй и последующих очередей с учетом действующего напора в туннеле.
3.42. Укрепительную цементацию пород в безнапорных туннелях следует выполнять при более высоких давлениях нагнетания, чем указано в п. 3.41, в зависимости от механических характеристик пород, назначения туннеля и т.п.
3.43. В напорных туннелях величину конечного инъекционного давления при выполнении работ по укрепительной цементации рекомендуется принимать в 1,7-2,5 раза выше действующего внутреннего гидростатического напора.
Для напорных туннелей, пройденных на значительной глубине (при наличии значительного пригруза, исключающего разрывы пород), величина инъекционного давления может быть увеличена по сравнению с рекомендуемым для создания предварительного напряжения в обделке и в породе, а кроме того, для улучшения качества зацементированной зоны.
3.44. Влияние величины инъекционного давления на напряженное состояние туннельной обделки и массива пород рекомендуется определять в процессе работ.
Опытные цементационные работы
3.45. Для правильного решения или уточнения вопросов, связанных с выбором составов растворов, предельного рабочего давления, схемы расположения скважин, а также нагнетаний на отдельных участках туннеля, проводятся опытно-производственные работы.
3.46. При опытном нагнетании начальные составы инъекционных растворов для укрепительной цементации пород назначаются в зависимости от величин удельных водопоглощений, полученных при испытании скважин нагнетанием воды. Удельное водопоглощение определяется во всех скважинах.
При заполнительной цементации удельное водопоглощение в скважинах не определяется.
3.47. Опытную цементацию необходимо начинать с использования жидких инъекционных растворов для заполнения тонких трещин. Затем следует постепенно переходить к более густым. Сгущение раствора производится спустя 15-25 мин после нагнетания раствора или же после закачки 1-2 м3 раствора данного состава.
3.48. При очень крупной трещиноватости пород необходимо переходить на прерывистую цементацию, т.е. на нагнетание при низких давлениях густых цементационных растворов отдельными порциями. Непрерывное нагнетание в этих случаях привело бы к излишним потерям цемента из-за значительного распространения раствора по трещинам.
3.49. При проведении цементационных работ в туннеле с выполненной обделкой необходимо вести наблюдения за напряженным состоянием обделки. Кроме того, рекомендуется проводить измерения давления нагнетаемого раствора на обделку туннеля.
Цементационное оборудование
3.50. В состав оборудования, применяемого для цементационных работ, входят: а) смесительное оборудование с дозировочными устройствами; б) цементационные насосы и гравиенагнетатели с силовым оборудованием; в) трубопроводы; г) нагнетатели; д) измерительная и регулировочная аппаратура; е) буровое оборудование; ж) транспортные средства (вагонетки, контейнеры и т.п.).
