CC BY
37
УДК 624.132.3
СТВОРЕННЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЇ ПОРОЖНИНИ У МАСИВІ
ҐРУНТУ
М.К. Сукач, професор, д.т.н., Д.В. Пузаков, аспірант, КНУСА
Анотація. Наведено технологію влаштування під спорудою горизонтальної порожнини у масиві ґрунту.
Ключові слова: горизонтальна порожнина, масив ґрунту.
Вступ
Проблема створення горизонтальних протифільтраційних екранів завжди була актуальною у зв’язку з необхідністю гідроізолювання фільтраційних потоків у ґрунті. Це стосується місць скидання і накопичення побутових відходів на відкритих площадках, запобігання проникненню шкідливих для навколишнього природного середовища паливно-мастильних матеріалів тощо. Особливо небезпечним є проникнення у ґрунт забруднених речовин зі сховищ радіоактивних відходів, побудованих в Україні за період ліквідації аварії на ЧАЕС.
Об’єкти тривалого збереження таких відходів внаслідок хімічних і термічних процесів, що відбуваються в їх середині, поступово руйнуються, а на пунктах тимчасової локалізації, так званих могильниках, роботи з гідроізолювання не виконувались взагалі. З часом це призвело до підтоплення їх атмосферними осадками і ґрунтовими водами та виходу радіонуклідів за межі сховищ у нижче розташовані шари ґрунту [1].
Основними заходами усунення
розповсюдження радіоактивних забруднень є консервація сховищ, запобігання підтоплень або перепоховання. Останній варіант не бажаний, оскільки він пов’язаний із надзвичайною небезпекою для здоров’я людей, великими матеріальними та іншими витратами. Тому основну увагу зосереджено на локалізації ушкоджень конструкції
сховищ та створення надійних протифільтраційних завіс.
Мета та постановка задачі
Розглянути можливі технологічні рішення зі створення підземних протифільтраційних екранів під спорудами.
Влаштування горизонтального днища під просторовим об’єктом
Побудова залізобетонної плити під
реакторним приміщенням ушкодженого
четвертого блока ЧАЕС відразу ж після аварії виявилась надто дорогою і небезпечною справою. Але тоді, за
надзвичайних умов підвищеної радіації, до неї змушені були вдатися.
Наприкінці 90-х років проведено міжнародний конкурс проектів з перетворення об’єкта Чорнобильської АЕС в екологічно безпечну систему.
Пропонувались різні варіанти: створення
герметичної оболонки над існуючим
об’єктом для тривалого зберігання радіоактивного палива; розбирання
високоактивних речовин з наступним їх очищенням і перепохованням; занурення саркофага в земну кору.
Одним з рішень було використання
відкриття, згідно з яким зниження радіоактивності техногенних формацій досягається шляхом бактеріального
зниження лужності урану [2]. Для його
здійснення ріжучий інструмент виконують у
вигляді твердосплавних циліндричних заповнювача порожнини використовують
елементів, які закріплено на ланцюгу, що епоксидні смоли або інші матеріали на основі
рухається за допомогою лебідок. У якості
Рис. 1. Схема влаштування горизонтальної порожнини у масиві ґрунту: 1 — екскаватор; 2 — автокран; 3 — бульдозер; 4 — установка направленого буріння; 5 — лебідка; 6 - сховище радіоактивних відходів; 7 - система локації; 8 - дренажно-відхиляюча труба; 9 - щебінь для дренажу; 10 - бурова штанга; 11 - приямок для бентонітового розчину; 12 - бурова головка; 13 - канатна пилка; 14 - канат; 15 - протифільтраційний матеріал; 16 - бурова свердловина; 17 - цілик ґрунту; 18 - протифільтраційний екран
поліуретанів. Спосіб рекомендовано для утворення горизонтальної щілини у породі під об’єктом на глибині біля ста метрів.
Для локалізації радіоактивних забруднень, за відсутністю водотривкого прошарку ґрунту, необхідно вирішувати інженерну задачу зі створення його штучно. При розташуванні його на глибині до 30 м можна скористатись способом «стіна в ґрунті» [3].
В іншому випадку він стає економічно не виправданим і потребує влаштування горизонтального протифільтраційного
екрана. Можна виконати екран із похилих діафрагм, що перетинаються під сховищем, та заповнити їх протифільтраційним матеріалом. Але практично не вдається забезпечити паралельність свердловин, що
пробурюються, і тому в чистому вигляді така технологія не прийнятна.
Для проходки горизонтальних свердловин застосовують методи проколу або протискання механічними, гідравлічними чи пневматичними робочими органами з попередньо розроблених котлованів. Проте у водонасичених ґрунтах піонерні котловани виконати складно. Керовані бурові системи «Navigator» (Німеччина) дозволяють виконувати свердловини з денної поверхні діаметром 100...400 мм і довжиною проходки від 70 до 450 м. При дистанційному керуванні на глибині до 15 м відхилення снаряду від проектної осі свердловини не перевищує 5 %.
Запропоновано спосіб влаштування днища у ґрунтовому масиві, сутність якого полягає в
утворенні горизонтальної порожнини за допомогою направляючих свердловин, між якими за допомогою каната і ріжучого ножа виконується порожнина з одночасним заповненням її протифільтраційним матеріалом [4]. Це дозволяє обмежити або повністю припинити подальше просування фільтраційного потоку до ґрунтових вод, а локалізовані таким чином радіонукліди з водою відкачати на денну поверхню для подальшої дезактивації.
Технологія влаштування горизонтального екрана під спорудою полягає в наступному (рис. 1). Перед початком створення екрана на потрібній глибині пробурюють декілька паралельних направляючих свердловин 16 і встановлюють відхиляючі пристрої 8, сумісні з дренажем.
У свердловини вводять бурові штанги 10 із тяговим канатом 14 для розробки ґрунту 17 канатною пилкою (ріжучим ножем) 13 між окремими свердловинами під захистом прохідницького розчину. Утворену порожнину заповнюють протифільтраційним матеріа-лом 15.
Канат протягують між двома сусідніми свердловинами так, щоб він охопив ґрунт між ними. Кінці каната, що виходять на денну поверхню, прикріплюють до тягового пристрою (лебідки) 5. При вилученні канатів відбувається розробка цілика ґрунту 17 із утворенням горизонтальної порожнини, яка заповнюється через бурові труби з їх протилежного кінця розчином, утворюючи протифільтраційний екран 18.
Процес відбувається під геостатичним тиском, обумовленим шаром ґрунту на робочій глибині і вагою споруди. При цьому ґрунт під дією ріжучого органа відтискається у склепіння горизонтальної порожнини і частково переміщується у бокові технологічні пазухи роздільних елементів (бурових штанг) 10.
Тягове зусилля складається з лобового опору різанню ґрунту, нормального зусилля на ножі та сили тертя по боковій поверхні ріжучого пристрою, яка зростає разом із збільшенням довжини свердловини.
Сили лобового опору залежать від кута різання ножем, його ширини і висоти, а сили
бокового опору зумовлені діаметром
тягового каната і його довжиною.
В сухих піщаних ґрунтах виникають
проблеми з утримуванням склепіння
порожнини від обвалення. Тому в
лабораторії підземних споруд НДІ будівельного виробництва проведено
попередні дослідження процесу різання ґрунту за допомогою серійного приладу ПГС-2М і спеціальної приставки.
Це дозволило збільшити робочу довжину зрізу до 280 мм та імітувати геостатичний тиск, який виникає на глибині до 5 м.
Висновки
Наведено схему влаштування
горизонтального екрану в ґрунтовому масиві на глибині кількох метрів та показано принципову можливість утворення пасивним ножем порожнини у піску, що знаходиться під дією ваги споруди і геостатичного тиску.
У подальшому буде експериментально перевірено можливість керування процесом переміщення ґрунту по лобовій поверхні ножа в технологічні пазухи та контролю тиску середовища у склепінні порожнини залежно від виду і стану ґрунту.
Література
1. Сукач М.К. Комплекс для очистки водое-
мов от радиоактивных илов. — К.: КГТУ-СА, 1994.— 62 с. — Рус.— Деп. в ГНТБ Украины 13.12.94, № 2387-Ук 94.
2. Черней Э.И., Булат А.Ф., Садовенко И.А. и
др. Закономерность снижения радиоактивности техногенных формаций при бактериальном выщелачивании урана.— М. Открытие № 261 от 24.08.2004. — Рег. № 318.
3. Технология и механизация строительства
противофильтрационных завес и монолитных несущих стен способом «стена в грунте», РСН 316— К.: НИИСП Госстроя УССР, 1989.— 48 с.
4. Звіт про НДР НДІБВ «Розробка технології,
конструкторської документації і виготовлення обладнання для реалізації горизонтального протифільтраційного екрану під приповерхневими сховищами РАВ».— К.: НДІБВ, 1999 — 36 с.
Рецензент: Л.В. Назаров, професор, д.т.н., Стаття надійшла до редакції 27 травня ХНАДУ. 2007 р.
