CC BY
22«Проектирование» цементации при строительстве подземных сооружений, тоннелей, горных выработок
Евсеев Александр Владимирович
аспирант, кафедра геотехнологии освоения недр, Национальный исследовательский технологический университет Московский институт стали и сплавов, Московский горный институт, evseev_amcc@mail.ru
Статья посвящается вопросам проектирования при строительстве подземных сооружений в условиях связанных с риском столкновения со сложными горно-геологическими условиями, в частности выносами грунта, обильными водопрояв-лениями и нарушениями проектного контура сооружения.
Рассмотрены особенности ведения проектных работ и возможные вопросы возникающие на стадии заложения в проект.
Затронут вопрос возможной оценки тестов удельной проводимости горной породы для последующего проведения проектной работы при наличии перепадов в значениях. Приведено краткое описание стандартной процедуры нагнетания состава, в том числе использование стабильных растворов из цементов. Проанализирован опыт практических проектов цементационных работ с учетом результатов полученных эмперическим путем на итерационно-наблюдательной основе. На основании информации изложенной в статье сформулирован вывод по результатам проектной работы при цементации. Ключевые слова: цементация, проектирование цементации, водоприток, скважина, подземное строительство.
Проектирование цементации в подземных сооружениях по существу означает проектирование и спецификацию схемы размещения буровых скважин, цементационных материалов, которые необходимо использовать, а так же методов и процедур, которые необходимо применять при выполнении работ. Это те переменные которые могут быть проконтролированы инженерами, геологами или другими специалистами и которые изменяются в зависимости от фактических условий конкретного сооружения, с целью достижения установленных результатов.
Результат не может быть точно спрогнозирован в силу природы технологии цементации, а также в силу отсутствия деталей о фактических грунтовых условиях. Никто не может напрямую пронаблюдать за тем, что происходит в горной породе в процессе цементации. Можно лишь следить за косвенными признаками прохождения процесса (мониторинг процесса цементации) влиянием на изменение показателей водоприто-ка. Кроме того можнопроводить проверки после выработки зацементированной горной массы.
Даже оценка результатов тщательно контролируемых натурных тестов может представить сложность. Неопределенность в отношении изменений грунтовых условий от одного участка, где производился замер, до другого не может быть рассчитана в полном объеме. Однако, большинство принципов предварительной цементации было разработано посредством и подтверждено результатами инъекцирования нескольких тысяч тонн раствора при строительстве подземных сооружений, а понимание принципов цементации не так уж безосновательно, как это иногда представляется.
Возможно, значение слова «проектирование» требует разъяснений применительно контексту цементации в подземном строительстве. Необходимость такого разъяснения вызвана существованием разницы между привычным пониманием термина, когда он используется в значении, например, «строительное проектирование».
Проект какого-либо моста или высотного здания будет включать необходимые чертежи, спецификации материалов и расчеты строительных конструкций строительных конструкций для определения размеров, конфигураций, несущей способности, фундаментов оснований, а так жебудет включать общий вид объекта, который должен быть построен. Весь анализ должен основываться на заданных физических условиях, требованиях владельца относительно эксплуатационной нагрузки, предполагаемого срока службы и других применимых характеристик или ограничений.
В случае с цементацией в подземном строительстве многие могут ожидать, что вышеописанные базовые принципы будут также применимы, учитывая, что речь идет о процессе «проектирования». Однако, действительность такова, что заранее невозможно спроектировать работу. Поэтому процесс «проектирования» цементации в подземном строительстве тоннелей не имеет ничего общего с процессом проектирования, описанном в предыдущем абзаце. Проектирование цементации в строительстве тоннеля основывается на наиболее качественной оценке средней «проницаемости» массива горной породы, в котором будет возводиться сооружение. Проект, как правило, включает в себя расчет наиболее вероятного водопритока при цементации и без нее; чертежи, отражающие такие параметры планируемого бурения, как длина скважины, угол наклона и характер бурения; процедуры выполнения работ, покрывающие все аспекты цементации, а также спецификацию материалов для того чтобы добиться необходимой водонепроницаемости сооружения. Вопрос в том, чтобы делать проекты показывающие, как должна выглядеть законченная работа, не стоит, как не стоит и вопрос о том, чтобы дать точные размеры и количественные характеристики результата цементации.
Выполнение работ будет варьироваться от участка к участку на основании тщательно собираемой в процессе работы информации (результаты замеров притока воды в скважинах; определении давления нагнетания и количества раствора, расходуемого на скважину в процессе цементации; определение водопритока в контрольных скважинах и.т.д.), а хорошо спланированная цементация будет обладать необходимой гибкостью для того, что бы учесть колебания гидрогеологических условий.
О £
ю
5
V
2 а
8
00
сэ
сч
£
Б
а
Предварительные исследования в проектах по строительству заглубленных сооружений не могут обеспечить достаточного уровня детализации сведений об элементах породы и гидрогеолической ситуации по всему объему, что сделало бы возможным применение подходов к проектированию, используемых при проектировании более изученных строительных сооружений. Более того, существующие методы проведения расчетов недостаточно совершенны, что бы обеспечить качественный анализ взаимосвязи между требуемым конечным результатом и необходимыми шагами по его достижению. Осложняет ситуацию еще и тот факт, что даже если допустить, что качественные математические модели будут разработаны и использованы, маловероятно, что появится возможность измерить, качественно рассчитать и использовать в модели параметры всех материалов.
На детальном уровне, то есть на уровне одной цементационной секции, нет времени для подобной проектной работы, даже если исходные данные для модели могли быть бы собраны.
На практике проект цементационных работ, как сказано выше, должен применяться на эмперической, итерационно-наблюдательной основе, при которой планирование каждого следующего шага процесса осуществляется с учетом результатов, полученных на предыдущем шаге ( контроль фактических результатов), как это описано ниже:
- Как только требования «водонепроницаемости» определены, проектные данные и вся имеющаяся информация о грунтовых и гидрогеологических условиях может быть проанализирована и соотнесена с установленными требованиями. Часто это включает в себя подготовку ориентировочных расчетов потенциального водопритока в различных типовых ситуациях. Основываясь на эмпирических данных (опыт проектов по строительству подземных сооружений с применением предварительной цементацией), может быть составлена полная спецификация этого метода (или «проекта») и какие инструменты и расчеты были использованы для ее подготовки, это будет всего лишь прогнозом предстоящей работы. Данный прогноз будет определять способ выполнения предваритель-
ной цементации ( при определенном наборе грунтовых условий) , а так же последовательность шагов , которые необходимо будет реализовать для достижения необходимого уровня водопроницаемости строящегося сооружения.
- В процессе проведения горной выработки фактичесая герметичность, выраженная в заначении достигнутого уровня водопроницаемости, может быть измерена достаточно точно. Это означает, что можно перейти к количественному составлению целевого и фактического показателя водонепроницаемости и точно определить является ли фактический результат удовлетворительным или нет. Если фактические результаты удовлетворительны, работа может продолжаться без изменений. Единственное, что в такой ситуации будет необходимо, это осуществлять постоянный контроль путем измерения водопритока.
- Если фактическое значение водопритока превышает норму, то эта информация должна быть использована для принятия решения относительно того, какие шаги должны быть предприняты для исправления ситуации, а также относительно того, каким образом изменить «проект», чтобы обеспечить достижение удовлетворительных результатов в похожих секциях сооружения, которые еще не разрабатывались. Выполнение работ по улучшению показателей водонепронице-мости может осуществляться в несколько этапов до тех пор, пока необходимые значения водопритока не будут достигнуты. Как правило, эти работы состоят в проведении локальной последующей (укрепительной) цементации.
Вывод:
Анализ качества и достоверности проведения проектных работ и изданий научной литературы связанных с цементацией при строительстве подземных сооружений, тоннелей, горных выработок выявил не достаточные показатели изученности данной процедуры. Что является предметом для дальнейшей более детальной проработки вопроса и новых путей развития «проектирования» малоизученных методов.
Литература
1. Кипко Э.Я. Исследование и тампонаж обводненных трещиноватых горных
пород через скважины, пробуренные с поверхности при сооружении капитальных горных выработок. - Дис. Док. Тех.-наук.. - М.- 1973, - 387 с.
2. Кузьмин Е.В. Упрочнение горных пород при подземной добыче руд . - М.: Недра, 1991. - 253 с.
3. Шталь Р. Упрочнение горных пород способом цементации //Глюкауф.-1966.-№ 1.-1-9с.
4. Кипко Э.Я., Полозов Ю.А., Лагунов В.А., Спичак Ю.Н. Ноеый метод предварительного тампонажа обводненных пород околоствольных дворов шахт. « Шахтное строительство, 1978, № 4, 20- 23 с.
Адамович А.Н. К Еопросу о методе расчета действия цементации. -Гидротехническое строительство, 1994, № 4, 36 с.
«Designing» cementation in the construction of underground structures, tunnels, mine workings Evseev A.V.
National University of Science and Technology
Moscow institute of steel and alloys The article is issued the task in the construction of underground structures in the context of the risk of collision with complex mining and geological conditions, soil erosion, abundant water displays and violations of the design contour of the structure. In paper are considered the specifics of project management and possible issues arising at the various stages of the project. Its issued the task of a possible evaluation of the specific conductivity tests of the rock for the subsequent carrying out of the design work in the presence of values variables. Its given a brief description of the standard injection procedure of the composition, including the use of stable solutions of cements. The experience of practical projects of cementation works is analyzed considering the results obtained empirically on the iterative-observational basis. Based on the information presented in the article, a conclusion is drawn from the results of the design work during carburization. Key words: cementation, carburizing design, water
inflow, well, underground construction. References
1. Kipko E.Ya. A research and тампонаж the flooded
jointed rocks through the wells drilled from a surface at a construction of capital excavations.
- Yew. Dock. Technical sciences. - M - 1973,
- 387 pages.
2. Kuzmin E.V. Hardening of rocks at underground
extraction of ores. - M.: Subsoil, 1991. -253 pages.
3. Stahl R. Hardening of rocks in way of cementation/
/Glyukauf.-1966.-№ 1. - the 1-9th.
4. Kipko E.Ya., Polozov Yu.A., Lagunov V. A., Spichak
Yu.N. Noyey a method of a preliminary tamponazh of the flooded breeds of the okolostvolny yards of mines. «Mine construction, 1978, page No. 4 , 20 - 23.
5. Adamovich of A.N.K Eoprosu about a cementation
action calculation method. - Hydrotechnical construction, 1994, page No. 4, 36.
2 о
