Обоснование параметров и разработка технологии двухкомпонентного тампонажа закрепного пространства при щитовой проходке

• Автор: Викулин, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 25.00.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 217 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ ТАМПОНАЖА ЗАКРЕПНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ
1Л Тампонаж закрепного пространства при щитовом способе проходки тоннелей
1.2 Анализ применяемых растворов и технологических схем их нагнетания
1.3 Анализ методов определения основных технологических параметров тампонажа закрепного пространства
1.4 Анализ физических свойств тампонажного раствора
Выводы и постановка задач диссертационных исследования
ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ И СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДВУХКОМПОНЕНТНОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА И ТЕХНОЛОГИИ ЕГО НАГНЕТАНИЯ
2.1 Программа лабораторных и стендовых испытаний
2.2 Методика проведения лабораторных исследований свойств тампонажного раствора
2.3 Методика проведения стендовых испытаний свойств разработанного двухкомпонентного тампонажного раствора и технологии его нагнетания
2.4 Результаты лабораторных исследований физических свойств тампонажного раствора и их анализ
2.5 Результаты стендовых испытаний
Выводы по 2 главе
ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДВУХКОМПОНЕНТНОГО ТАМПОНАЖА ЗАКРЕПНОГО ПРОСТРАНСТВА
3.1 Выбор схемы тампонажа
3.2 Обоснование технологических параметров двухкомпонентного тампонажного раствора

3.3 Методика определения давления закаченного за обделку двухкомпонентного тампонажного раствора
3.4 Разработка технологии двухкомпонентного тампонажа закрепного
пространства
Выводы по 3 главе
ГЛАВА 4. ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ДВУХКОМПОНЕНТНОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА И ТЕХНОЛОГИИ ЕГО НАГНЕТАНИЯ И ОЦЕНКА ИХ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
4.1 Опыт практического применения разработанного двухкомпонентного тампонажного раствора и технологии его нагнетания за обделку
4.2 Технико-экономическое сравнение применения однокомпонентной и
предлагаемой двухкомпонентной технологий тампонажа
Выводы по 4 главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А. Результаты лабораторных испытаний двухкомпонентного
тампонажного раствора
Приложение Б. Патент на изобретение
Приложение В. Акты по результатам применения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В современном мире рост и развитие крупных городов неразрывно связан с активным освоением подземного пространства. В Москве, например, в соответствии с постановлением правительства к 2020 году протяженность одних только линий метрополитена планируется увеличить на 150 км. Помимо линий метрополитена подземная инфраструктура включает в себя такие ответственные и протяженные сооружения, как кабельные и канализационные коллекторы, автодорожные тоннели и т.д.
Строительство подобных сооружений, как правило, ведется с применением механизированных тоннелепроходческих комплексов (ТПМК). Одной из особенностей применения данных комплексов является образование в процессе проходки между внешней поверхностью обделки и породным массивом так называемого технологического зазора. Размер технологического зазора может достигать 370 мм, что составляет от 3 до 16% от внутреннего объема тоннеля. При этом подобные сооружения зачастую строятся в районах с уже сложившейся инфраструктурой, пересекают или располагаются в непосредственной близости от действующих транспортных магистралей, напорных газо- и водопроводов, кабельных и канализационных коллекторов, т.е. в условиях, когда малейшее смещение уровня земной поверхности может привести к катастрофическим последствиям.
Осадки, возникающие при проходке тоннелей с помощью ТПМК можно разделить на 4 группы: это осадки, возникающие перед забоем щита; осадки, проявляющиеся на уровне оболочки щита; осадки, возникающие из-за неправильного или несвоевременного тампонажа закрепного пространства, а также долговременные осадки, реализующиеся после удаления ТПМК на значительное расстояние. При этом согласно исследованиям, проведенных рядом авторов, до 70% осадок дневной поверхности (от суммарного их числа), возникающих в результате щитовой проходки, являются следствием некачественного или несвоевременного тампонажа заобделочного пространства. При применении однокомпонентных систем тампонажа данное явление главным образом

Формула (1) может применяться для расчета давления раствора в технологическом зазоре за щетками ТПМК относительно горизонтальной оси щитового комплекса. Угол в отвечает за положение точки в плоской полярной системе координат, для которой рассчитывается давление при внешнем радиусе обделки г с учетом времени нагнетания t.
Однако следует отметить, что данная модель применима только для определения давления, оказываемого на обделку однокомпонентным тампонажным раствором, т.к. параметр пластической вязкости раствора (р), входящий в выражение (1), согласно приведенной модели [153], является величиной постоянной и остается неизменной на протяжение всего периода нагнетания, тогда как у двухкомпонентных тампонажных растворов данный параметр значительно меняется со временем. Поэтому для определения давления за обделкой по выражению (1) при нагнетании двухкомпонентного тампонажного раствора необходимо знать закон изменения пластической вязкости в зависимости от времени.
Другим коллективом авторов [ 154] также было получено выражение для определения давления нагнетаемого за обделку тампонажного раствора. При этом авторы отдельно рассматривают два процесса: 1) изменение давления за обделкой тоннеля в момент нагнетания раствора; 2) изменение давления за обделкой в процессе удаления ТПМК от места нагнетания.
В первом случае рассматривается поперечное сечение тоннеля: учитываются размеры самого тоннеля и закрепного пространства, характеристики нагнетаемого раствора, количество и расположение инъекционных отверстий. Давление за обделкой в данном случае в общем виде может быть определено из следующего выражения:
Р = Ps + pgR (sin — — sina^j — AR — a), (2)
где Ps — давление тампонажного раствора в инъекционной трубе; р — плотность раствора; д — ускорение свободного падения; R — радиус тоннеля в проходке.