Нагнетание раствора за сборную тоннельную обделку

Нагнетание цементного раствора при щитовой проходке производят только за сборные обделки для заполнения пустот между обделкой и грунтом. При щитовой проходке эти пустоты могут возникнуть из-за строительного зазора между обделкой и оболочкой щита, переборов грунта в забое (при использовании обычных щитов), эллиптичности колец обделки и пр. Своевременное заполнение пустот за обделкой способствует предотвращению осадок вышележащего грунтового массива и земной поверхности, обеспечивает совместную работу обделки с окружающим грунтом, предотвращая развитие горного давления, и способствует более равномерному его распределению по контуру обделки. Кроме того, нагнетаемый раствор служит антикоррозионной и гидроизоляционной оболочкой. При проходке тоннелей в плывунных или водонасыщенных песчаных грунтах нагнетание за обделку не производят.

Технология работ по нагнетанию раствора за сборную обделку при щитовом способе проходки в основном сходна с технологией по нагнетанию раствора за монолитную бетонную обделку при горном способе, но конструктивные различия этих обделок обусловливают некоторые отличия и в выполнении работ. Так же, как и при монолитной обделке, нагнетание раствора за сборную обделку проводят, как правило, в два этапа: первичное нагнетание, а затем контрольное (повторное) нагнетание. При возведении сборных обделок, обжатых в грунт, осуществляют только контрольное нагнетание.

Первичное нагнетание производят за сборную обделку тоннеля в большинстве случаев цементно-песчаным раствором. Иногда, если пустоты за обделкой достигают значительных размеров (например, при разработке грунта буровзрывным способом в тоннелях большого диаметра), для первичного нагнетания используют бетонную смесь, а также гравий или щебень с последующим нагнетанием цементно-песчаного раствора. Состав раствора устанавливают в соответствии с материалом обделки и гидрогеологическими условиями. Так, для нагнетания за чугунную обделку рекомендуется состав цементно-песчаного раствора 1:3, а за сборную железобетонную – 1:2. Для повышения водонепроницаемости цементного камня, уменьшения усадки при твердении, а также для улучшения технологических свойств раствора в нагнетаемые растворы вводят различные химические добавки, которые обеспечивают эти требования.

Растворы для нагнетания приготавливают непосредственно на месте работ в растворомешалках, производительность которых должна обеспечивать бесперебойную работу насосов, подающих раствор за обделку (типа С-263, С-317 или С-8685). Работы ведут с инвентарных тележек, входящих в состав щитовых комплексов. Эти тележки оснащены растворомешалками, растворонасосами и оборудованием для подъема контейнеров или вагонов с сухой смесью. Растворовод присоединяют к обделке с помощью инъектора. Инъектор для нагнетания за чугунную тюбинговую обделку выполнен в виде короткой трубы, на конце которой по внешней поверхности нанесена резьба, соответствующая резьбе отверстия в тюбинге для нагнетания. Инъектор присоединяют к обделке ввинчивая его в это отверстие.

Вариант конструкции инъектора и крепление его к блоку железобетонной обделки показаны на (рис. 2.10, а). Инъектор вставляют в овальное отверстие (1) блока обделки (3) и поворачивают на 90° так, чтобы овальная металлическая пластина (2), приваренная на конце трубы инъектора (4), заняла положение «вкрест» отверстия блока. Закручивая гайку (7) с наваренной на нее пластиной (6), прижимают резиновую прокладку (5), наглухо и герметично закрепляя инъектор в блоке.

Рис, 2.10 – Схема установки инъекторов для первичного нагнетания за сборную обделку из железобетонных блоков (а) и для контрольного нагнетания (б)

Первичное нагнетание раствора производят за каждое последнее смонтированное кольцо. В устойчивых и плотных грунтах с коэффициентом крепости f = 1,5 и выше нагнетание за каждое последнее смонтированное кольцо можно производить до уровня горизонтального диаметра, но не допускать отставания по своду более трех колец.

До начала нагнетания со стороны щита уплотняют зазор между обделкой и оболочкой щита (пикотаж), используя древесную стружку и мелкие лесоотходы. В слабых неустойчивых грунтах целесообразно применять для этой цели уплотняющее резиновое кольцо, закрепленное между щитовыми гидроцилиндрами и обделкой, или пневматическое торовое устройство. Это устройство выполняют из прорезиненной ткани в виде кольцевой камеры, закрепленной в конце оболочки щита. Когда в камеру нагнетают сжатый воздух, она, раздуваясь, плотно перекрывает пространство между наружной поверхностью обделки и оболочкой щита.

Нагнетание производят снизу вверх по кольцу во все отверстия в спинках тюбингов или блоков по обе стороны тоннеля. При этом в тюбинговое кольцо (со связями растяжения) нагнетание ведут поочередно слева и справа от оси обделки, а в кольцо сборной блочной обделки (без связей растяжения) – двумя инъекторами одновременно в симметрично расположенные отверстия. Раствор в каждое отверстие нагнетают до тех пор, пока он не дойдет до уровня отверстий, расположенных выше. Тогда инъектор переставляют в следующее по направлению к своду отверстие и т. д. вплоть до замковой части свода. Отверстие после снятия инъектора закрывают деревянной пробкой.

Работы по первичному нагнетанию раствора за обделку выполняют 2 чел. Трудозатраты, как правило, составляют 2–3,5 чел.-ч на 1 м³ смеси.

Контрольное (повторное) нагнетание производят водоцементным раствором. Целью работ является заполнение пустот, оставшихся после первичного нагнетания, и усадочных трещин в затвердевшем растворе.

Работы по контрольному нагнетанию ведут со специальной тележки, расположенной за пределами щитового комплекса. Раствор приготавливают на месте работ в растворомешалках и не позднее, чем за 30 мин нагнетают за обделку тоннеля насосами типов С-263, С-317.

В обводненных грунтах контрольное нагнетание за обделку из сборного железобетона производят после чеканки швов и отверстий для первичного нагнетания, а также после гидроизоляции болтовых отверстий и отверстий для установки шпилек в ребрах блоков. За чугунную обделку контрольное нагнетание производят до чеканки швов.

В сухих грунтах при всех видах обделки контрольное нагнетание выполняют после чеканки швов обделки.

Нагнетание ведут через скважины, которые пробуривают через слой первичного нагнетания (9) (рис. 2.10, б) по всему периметру кольца. В железобетонной сборной обделке (3) скважины размещают в местах пересечения швов, а в чугунной – в отверстиях для нагнетания в стенках тюбингов. В пробуренные отверстия устанавливают инъекторы (4) для контрольного нагнетания, которые оснащены упругим уплотнителем (8) для герметизации устья скважины, натяжной гайкой (10), манометром (12) для контроля за давлением нагнетания и пробковым краном (11). Контрольное нагнетание раствора за обделку производят снизу вверх через все пробочные отверстия, переставляя сопло после того, как прекратится поглощение раствора при предельном давлении. Предельное давление нагнетания за чугунные обделки не должно превышать 1 МПа (10 кгс/см²), за сборные железобетонные обделки эту величину определяют расчетом, учитывая возможность смещения блоков и трещиностойкость материала.

Примерные затраты на контрольное нагнетание цементного раствора на участке перегонного тоннеля метрополитена длиной 6 м при среднем расходе цемента 0,5 м на 1 м составляют: при нагнетании за тюбинговую обделку 14–16 чел,-ч. за блочную – 20–22 чел.-ч.

Качество законченных работ устанавливают внешним осмотром, проверкой отсутствия пустот за обделкой (с помощью металлического щупа через разбуриваемые скважины), а также нагнетанием раствора во вновь пробуренные скважины. В отдельных случаях выбуривают керны – столбики затвердевшего раствора и грунта, остающиеся в трубке при вращательном бурении специальной коронкой. Качество зацементированного грунта, окружающего обделку, определяют нагнетанием воды в контрольные скважины, пробуренные в грунт на 400–600 мм. Нагнетание считается удовлетворительным, если водопоглощение грунта не превышает 0,01 л/мин. Результаты контроля за работами по нагнетанию за тоннельную обделку записывают в журналах производства работ.

Безопасность ведения работ по нагнетанию раствора обеспечивается при выполнении следующих основных требований. До начала работы вся система растворовода должна быть испытана на давление воды, в 1,5 раза превышающее рабочее. Необходимо ежедневно проверять исправность манометров и предохранительных клапанов. В процессе проведения работ необходимо тщательно следить за надежным креплением растворовода на всем его протяжении и за плотным соединением его звеньев. Инъектор должен быть надежно закреплен в обделке и дополнительно прикреплен к ней страхующими устройствами. При продувке растворовода сжатым воздухом опасное место должно быть ограждено, а рабочие удалены от выходного отверстия растворовода на безопасное расстояние (не менее 10 м). Запрещается ликвидировать пробки в раствороводе, увеличивая давление в системе выше допустимого.