Недвижимость
 
Навигация
Правовые ресурсы

ВСН 189-78. Ведомственные строительные нормы. Инструкция по проектированию и производству работ по искусственному замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и тоннелей

(текст документа с изменениями и дополнениями на ноябрь 2014 года)


Утверждена
Приказом Главного технического
управления Минтрансстроя СССР
10 мая 1978 г. N 21


Согласована
Госстроем СССР
5 мая 1978 г. N 1-1671


Срок введения в действие
1 октября 1978 года


Внесены Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС).

Утверждены Главным техническим управлением Министерства транспортного строительства СССР 10 мая 1978 г. Приказ N 21.

Взамен "Технических условий на производство работ по искусственному замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и тоннелей" (ТУ Т11-56/Минтрансстрой).


ПРЕДИСЛОВИЕ

Планом развития городского транспорта предусматривается строительство новых и продолжение существующих линий метрополитена в крупных городах СССР.

Сложные инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительства метрополитенов требуют применения специальных способов производства работ, в частности, искусственного замораживания грунтов. Этот способ как наиболее эффективный и надежный получил широкое распространение в метростроении. Действующие в настоящее время "Технические условия на производство работ по искусственному замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и тоннелей" (ТУ Т11-56, Минтрансстрой), разработанные в 1956 году, не полностью отвечают современным требованиям проектирования и производства работ по замораживанию грунтов.

В соответствии с Приказом N 240 Минтрансстроя от 2 декабря 1976 года по теме ТМ-Х-4-77, раздел I, Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИСом), Управлением N 157 Главтоннельметростроя, Государственным проектно-изыскательским институтом "Метрогипротранс" разработана "Инструкция по проектированию и производству работ по искусственному замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и тоннелей" (взамен ТУ Т11-56 Минтрансстроя).

Инструкция разработана в развитие СНиП III-9-74, раздел 6 "Искусственное замораживание грунтов", и содержит практические рекомендации по изысканиям, проектированию, расчету и производству работ по искусственному замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и тоннелей, а также приемке работ и технике безопасности.

Включение в "Инструкцию" новых технических средств замораживания грунтов, рекомендации по совершенствованию технологии производства работ, уточнению ряда параметров замораживания грунтов будет способствовать высокой технико-экономической эффективности способа.

"Инструкция" составлена доктором технических наук, профессором Я.А. Дорманом (руководитель работы), инженером С.А. Зукакянцем, инженером С.А. Вассерманом, инженером Е.А. Василенко, инженером Б.А. Карасевым, кандидатом технических наук В.А. Квашниным, инженером Д.Г. Максимовичем, инженером М.Х. Пржедецким, инженером В.Я. Цодиковым при участии кандидата технических наук С.Н. Власова, инженера П.А. Васюкова, кандидата технических наук Ю.А. Кошелева.

Дополнительно в работе участвовали: ст. техник Л.С. Бычкова, инженер А.А. Копылова, инженер Е.Ю. Пафунин, инженер Г.О. Смирнова.

В уточнении отдельных вопросов участвовали инженер А.А. Агаев, инженер В.Я. Гацко, инженер П.С. Исаев, инженер В.В. Киселев, инженер К.И. Сахиниди, инженер М.М. Синичкин.

Зам. директора института - канд. техн. наук Г.Д. Хасхачих.

Руководитель отделения тоннелей и метрополитенов - канд. техн. наук В.П. Самойлов.


1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Требования настоящей Инструкции должны выполняться при проектировании и производстве работ по искусственному замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и других тоннелей, а также может быть использована при строительстве подземных сооружений в водонасыщенных неустойчивых грунтах.

1.2. Работы по замораживанию грунтов должны производиться в соответствии с требованиями главы СНиП III-9-74 (раздел 6) "Искусственное замораживание грунтов" настоящей Инструкции, инструкций и указаний на отдельные виды тоннельных и строительно-монтажных работ, правил противопожарной охраны, а также главы СНиП III-А.11-70 и изданных в его развитие правил по технике безопасности.

1.3. Искусственное замораживание грунтов следует применять в сложных гидрогеологических условиях (водонасыщенных песках, супесях, плывунах и т.п.) в целях создания временного укрепления водонасыщенных грунтов в виде прочного и водонепроницаемого ледогрунтового ограждения замкнутого контура при строительстве подземных сооружений.

Искусственное замораживание может применяться и в устойчивых водоносных грунтах при притоке воды свыше 50 м3/ч, если эти грунты подстилают неустойчивые водоносные грунты.

1.4. Искусственное замораживание грунтов должно обеспечивать:

водонепроницаемость и прочность ледогрунтового ограждения, способного воспринять на себя полное горное и гидростатическое давление;

соблюдение проектного направления и габаритов выработок;

сохранность прилегающих к выработкам наземных и подземных сооружений;

максимальную скорость строительства в конкретных инженерно-геологических условиях.

1.5. При замораживании грунтов должна быть обеспечена полная защита выработок от поступления грунтовых вод как по контуру, так и со стороны забоя. Для этого ледогрунтовое ограждение должно быть заглублено в водоупор. При отсутствии под водоносной толщей водоупора или недостаточной его мощности должно быть создано искусственное днище из замороженного грунта.

1.6. Замораживание грунтов может выполняться с применением холодильных машин с использованием в качестве хладоагента преимущественно аммиака. При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается использовать фреон и жидкий азот.

Настоящей инструкцией предусматривается применение холодильных установок с использованием в качестве хладоагента преимущественно аммиака.

1.7. Работы по искусственному замораживанию грунтов допускается производить только по проекту замораживания грунтов, увязанному с проектом организации строительства основного сооружения.

Внесение в проект изменений замораживания грунтов, вызванных несоответствием проектных, геологических и гидрогеологических условий фактическим, должно быть согласовано с проектной организацией и заказчиком.

1.8. При использовании типовые проекты должны быть привязаны проектной организацией к местным условиям.

1.9. В проекте производства работ по замораживанию грунтов должны быть учтены расположение подземных коммуникаций (водопровода, канализации, теплосети, кабельной сети, телефона, газа и др.) и состояние зданий и сооружений, расположенных в зоне замораживания грунтов, для предотвращения их повреждения.

1.10. За осадкой или подъемом фундаментов зданий и сооружений, существующих и возводимых на закрепленных (замороженных) грунтах, должно быть установлено наблюдение как в процессе постройки, так и после сдачи их в эксплуатацию, до полного оттаивания замороженных грунтов.

1.11. В процессе выполнения работ по замораживанию грунтов должна составляться техническая документация согласно требованиям настоящей Инструкции.

1.12. По завершении отдельных этапов работ и по окончании замораживания грунтов в целом производится приемка выполненных работ.


2. ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ

2.1. Проект искусственного замораживания должен быть составлен на основании материалов инженерно-геологических изысканий, выполненных в соответствии с действующей "Инструкцией по инженерно-геологическим изысканиям для проектирования и строительства метрополитенов, горных железнодорожных и автодорожных тоннелей" ВСН 189-78/Минтрансстроя.

2.2. Проект искусственного замораживания грунтов должен быть увязан с проектом производства основных работ.

2.3. Технический проект и рабочие чертежи по замораживанию грунтов должны разрабатываться в объемах, предусмотренных в соответствии с эталонами Метрогипротранса, утвержденными Министерством транспортного строительства.

2.4. Величина заглубления замораживающих колонок в водоупор, определяемая проектом, должна быть достаточной для восприятия полного гидростатического давления при вскрытии водоупора выработкой под данное сооружение.

2.5. Подземные коммуникации, расположенные в расчетной зоне замораживания, подлежат перекладке или теплоизоляции.

2.6. При интенсивном городском движении, а также при наличии больших зданий и значительного числа подземных сооружений, препятствующих осуществлению работ с поверхности, замораживающие колонки можно устанавливать в специально пройденных для этой цели выработках (штольнях, траншеях, камерах). Размер и конструкции выработок устанавливаются с учетом условий монтажа и эксплуатации замораживающих колонок.

2.7. При замораживании больших массивов и значительном количестве подземных коммуникаций разрешается комбинированное расположение замораживающих колонок (сочетание наклонных с вертикальными).

При расположении колонок в непосредственной близости от коммуникаций для предотвращения их замерзания предусматриваются мероприятия по п. 2.5 или осуществляется зональное замораживание.

2.8. При замораживании грунтов непосредственно из забоя выработок или штолен и камер допускается веерное расположение замораживающих колонок.

2.9. Конструкция замораживающих скважин определяется проектом в зависимости от геологических и гидрогеологических условий пересекаемых грунтов, способа и глубины бурения, направления скважин и наличия поглощающих грунтов.

2.10. При двух пластах поглощающих пород, над каждым из которых залегают неустойчивые грунты, применяют замораживающие скважины с двумя колоннами обсадных труб, а при одном слое - с одной колонной. При отсутствии поглощающих пород применяются замораживающие скважины простейшей конструкции.

2.11. Рекомендуемый диаметр направляющей трубы (кондуктора) при замораживающей колонке диаметром 100/114 мм:

при бурении скважин без обсадки - 150 - 200 мм;

при бурении скважин с одной колонной обсадных труб - 200 - 250 мм;

при бурении скважин с двумя колоннами обсадных труб 250 - 300 мм.

2.12. Направляющая труба (кондуктор) при вращательном способе бурения должна иметь длину не менее 4 м, для вертикальных скважин - не менее 3 м.

2.13. Замораживающая колонка должна состоять из замораживающей трубы, оголовника, питающей трубы и башмака. Трубы должны применяться согласно п. 2.76 настоящей Инструкции. Нижняя часть колонки должна быть выполнена в форме конуса длиной 15 см.

2.14. Устье замораживающей колонки должно быть снабжено головкой, которая может быть сборной, состоящей из нескольких частей, или литой. В головке должна быть вмонтирована гильза для термометра и трубки для присоединения питающей и отводящей труб.

2.15. Питающие и отводящие трубы замораживающих колонок должны присоединяться к штуцерам коллектора и распределителя посредством прорезиненных шлангов и газовых труб на муфтах.

2.16. Минимальная мощность h (в м) водоупорного слоя, подстилающего замороженные водоносные грунты, определяется по формуле:


, (1)


где D - диаметр выработки, м;

H - давление столба воды на основание подошвы водоупора, м;

- объемная масса воды, кг/м3;

- объемная масса грунта, кг/м3;

c - коэффициент сцепления, кгс/м2.

2.17. Ледогрунтовое днище образуется с помощью периферийных наклонных или дополнительных скважин в пределах контура выработки.

Для того, чтобы избежать промораживания пород внутри выработки, рекомендуется при наличии специального оборудования выше проектируемого днища в пределах контура выработки применять зональное замораживание.

2.18. Толщину днища (подушки) h (в м) из замороженного грунта можно определять по формуле


, (2)


где G - сила, стремящаяся срезать подушку, тс;

- допускаемое напряжение на сдвиг мерзлого грунта, кгс/см2 (Приложение 1).

2.19. Количество центральных замораживающих скважин, необходимых для образования искусственного днища расчетной толщины, определяется по формуле


, (3)


где - площадь, подлежащая замораживанию центральными скважинами, м2;

- площадь ледогрунтового одиночного цилиндра, м2, а d - его диаметр.

2.20. Для расчета толщины ледогрунтового ограждения из замороженных грунтов определяют нагрузку на нее и строят эпюру давления грунтов.

Горизонтальное давление грунтов P (в тс/м2) вычисляют по формулам:


, (4)


для однородных грунтов


, (5)


где ,..., - объемный вес отдельных слоев грунтов, тс/м3;

,..., - толщина соответствующего слоя грунта, м;

- коэффициент распора отдельных слоев грунта.

Коэффициент распора для отдельных видов грунта имеет следующее значение: для мелкозернистых песков и плывунов, а также разжиженных грунтов ; для гальки, щебня, гравия, песка ; для наносов, слежавшихся грунтов, пластичных глин ; для гипсов, бурых и неплотных каменных углей, глинистых сланцев ; для плотных сланцев, средней плотности известняков и песчаников ; для кварцевых пород, габбро ; для плотных кварцитов, кремния, базальта .

2.21. При определении давления несвязных грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, учитывают взвешивающее действие воды и в выражение (4) подставляют объемный вес взвешенных в воде частиц грунта, (в тс/м3), определяемый по формуле


, (6)


где - удельный вес грунта, т/м3;

m - влажность грунта, %.

При этом к значению давления, вычисленному по формулам (4) и (5), прибавляется величина полного гидростатического давления.

2.22. Необходимая толщина E (в см) цилиндрического ледогрунтового ограждения ствола шахты круглого сечения глубиной до 100 м определяется по формуле Ляме-Годолина


. (7)


Толщина цилиндрического ледогрунтового ограждения шахты глубиной свыше 100 м может быть определена по формуле Домке


, (8)


где R - радиус ствола в проходке, см;

P - максимальное давление на внешнюю поверхность цилиндра, передаваемое от окружающих грунтов, кгс/см2;

- предел прочности замороженного грунта на сжатие, кгс/см2;

- допускаемое напряжение на сжатие для замороженного грунта, кгс/см2;


.


Значения пределов прочности на сжатие замороженных грунтов в зависимости от температуры приведены в Приложении 2.

2.23. Толщину ледогрунтового ограждения котлованов определяют по методам расчета подпорных стен по формуле


. (9)


2.24. При круглом сечении конструкции ледогрунтового ограждения диаметр D (в см) окружности, по которой располагаются центры замораживающих скважин, определяется по формуле


, (10)


где - диаметр выработки в проходке, см;

0,6 - установленный опытом коэффициент распространения замороженной зоны от оси замораживающих скважин к центру выработки.

2.25. При определении линии замораживающих скважин учитывают отклонение скважин от проектного направления при их бурении:

для вертикальных скважин - 1% длины;

для наклонных скважин - 2% длины.

Если замораживающие скважины пробурены с отклонением от заданного направления, превышающим допустимые, но в сочетании со смежными, также отклонившимися, обеспечивают замкнутый контур и необходимую проектную толщину ледогрунтового ограждения, то такие скважины должны считаться удовлетворяющими требованиям настоящей Инструкции.

При нарушении этого требования для устранения возможности прорыва водонасыщенных грунтов или воды в выработку следует пробурить дополнительные скважины.

2.26. Диаметр окружности D (в м), на которой располагают центры замораживающих скважин с учетом среднего отклонения скважин, определяется по формулам:

при наклонных скважинах


; (11)


при вертикальных скважинах


, (12)


где L - длина скважины, м.

2.27. Число замораживающих скважин n (в шт.), располагаемых по окружности, определяется по формуле


. (13)


При расположении замораживающих скважин по прямолинейному контуру их число


, (14)


где a - расстояние между замораживающими скважинами, м;

l - периметр контура, м.

2.28. Расстояние между замораживающими скважинами определяется проектом, но не должно быть менее:

для стволов шахт - 1,2 м;

для эскалаторных тоннелей - 1,1 м;

для выработок при создании сплошного замороженного массива:

по контуру - 1,5 м;

внутри контура в ряду и между рядами скважин - 3 м;

для открытых выработок (котлованов) с расположением скважин в 2 ряда:

по контуру котлована внутреннего ряда - 1,25 м;

по контуру котлована внешнего ряда - 1,5 м;

расстояние между рядами - 3 м.

2.29. Для наблюдения за процессом замораживания должно быть предусмотрено бурение контрольных скважин:

гидрогеологических, оборудованных фильтром, - для наблюдения за колебаниями уровня грунтовых вод;

термометрических, оборудованных термометрами, - для измерения температур грунта.

2.30. Контрольных скважин должно быть:

гидрогеологических - не менее двух (располагаются внутри и вне замораживаемого контура);

термометрических - не менее 10% общего количества основных замораживающих скважин (располагаются между замораживающими колонками и внешней границей ледогрунтового ограждения).

2.31. При наличии нескольких водоносных горизонтов необходимо наблюдать за колебаниями горизонта грунтовых вод на каждом водоносном горизонте.

2.32. Диаметр и глубина гидрогеологических и термометрических наблюдательных скважин определяются проектом.

Гидрогеологические скважины должны входить в водонасыщенные грунты.

2.33. В процессе замораживания одного или нескольких водонасыщенных слоев грунтов, заключенных между глинистыми прослойками, должен быть обеспечен свободный выход (подъем) грунтовых вод через разгрузочную скважину (трубу), закладываемую на глубину не менее 1 м в водоносный слой. Участок трубы в пределах водоносного слоя должен быть перфорированный.

2.34. Искусственное водопонижение вблизи замораживаемого участка, как правило, запрещается.

2.35. Потребное количество холода, необходимого для замораживания грунтов, должно рассчитываться в следующем порядке:

а) Определяются объемы грунта и грунтовой воды, подлежащие замораживанию:

общий объем замороженного грунта и грунтовой воды определяется по формулам


; ...; ; (15)


объем воды, заключенный в отдельных слоях грунта, определяется по формулам


; ; ...; ; (16)


объем твердых частиц грунта определяется по формулам


; ; ...; ; (17)


где F - площадь сечения ледогрунтового ограждения, м2;

- толщина отдельных слоев, м;

- удельное содержание воды в соответствующих слоях, %.

б) Определяется потребное количество холода:

количество холода (в ккал), необходимое для охлаждения воды, заключенной в замораживаемых грунтах, от естественной температуры до температуры замерзания воды по формуле


, (18)


где - объем воды, содержащейся в грунте, м3;

- плотность воды (1000 кг/м3);

- удельная теплоемкость воды, ккал/кг x °C;

количество холода на ледообразование (скрытая теплота) по формуле


, (19)


где - скрытая теплота плавления льда, 80 ккал/кг;

количество холода (в ккал), потребное для охлаждения льда от температуры до средней температуры замораживания , по формуле


, (20)


где - удельная теплоемкость льда при средней температуре 0,54 ккал/кг x °C;

количество холода (в ккал), потребное для охлаждения грунтов (твердых частиц) от начальной до конечной температуры, определяют по формуле


, (21)


где W - объем твердых частиц грунта, м3;

- плотность грунта, кг/м3;

- теплоемкость твердых частиц грунтов, ккал/кг x °C.

Общее количество холода Q (в ккал), потребное для замораживания расчетного объема грунта и грунтовой воды, определяется по формуле


. (22)


2.36. Потери холода (в ккал/ч) на охлаждение грунтов и грунтовой воды, примыкающих к ледогрунтовому ограждению, определяются по формуле


, (23)


где - наружная поверхность ледогрунтового ограждения с температурой 0 °C, м2;

- среднее количество тепла, притекающего на 1 м2 замороженной поверхности, имеющей температуру 0 °C, в течение часа, равное 6 (ккал/м2 x ч).

Величину можно определить по формуле


, (24)


где - естественная температура грунта, °C;

- коэффициент теплопроводности (незамороженного) грунта, ккал/м x ч x °C (Приложение 3);

- теплоемкость грунта, ккал/кг x °C;

- промежуток времени между началом и концом замораживания, ч.

2.37. Количество холода (в ккал/ч), передаваемого грунтам замораживающими трубами, или холодопроизводительность замораживающей станции (нетто), вычисляется по формуле


, (25)


где S - общая площадь внешних поверхностей замораживающих колонок, м2;

- коэффициент тепловосприятия от грунтов к наружной поверхности замораживающей колонки, ккал/м2 x ч.

Коэффициент тепловосприятия замораживающей колонки зависит от температуры охлаждающего рассола, внешнего диаметра замораживающих колонок, коэффициентов теплоперехода теплопроводности замороженного грунта и диаметра ледогрунтового ограждения.

В практических расчетах значение коэффициента тепловосприятия замораживающей колонки принимается при температуре рассола минус 20 - 25 °C 200 - 250 ккал/м2 x ч, при температуре минус 30 - 35 °C - 350 - 400 ккал/м2 x ч.

2.38. Площадь боковых поверхностей S (в м2) замораживающих колонок определяется по формуле


, (26)


где d - внешний диаметр замораживающих колонок, м;

n - количество замораживающих колонок;

L - длина замораживающих колонок, м.

2.39. Холодопроизводительность замораживающей станции (брутто) (в ккал/ч) определяется по формуле


, (27)


где - потери холода в рассольной сети и холодильной установке, которые можно принимать от 1 до 1,5% холодопроизводительности (нетто) замораживающей станции.

Потери холода в рассольной сети рассчитывают по общим формулам теплопередачи отдельно в рассолопроводах, распределителе, коллекторе, в соединительных и отводящих трубках.

2.40. Время T (в сутках), затраченное на замораживание грунтов, определяется по формуле


. (28)


2.41. Время T (в часах), необходимое для замораживания требуемого объема грунта (при расчетной толщине ледогрунтового ограждения) в зависимости от расстояния между скважинами, теплофизических свойств грунтов, влажности, начальной и конечной температуры грунтов, диаметра замораживающих колонок, может быть определено также по формуле проф. Я.А. Дормана <*>


, (29)


(обозначения те же, что и в предыдущих пунктах).

--------------------------------

<*> По материалам книги Я.А. Дормана "Искусственное замораживание грунтов при строительстве метрополитенов". Издательство "Транспорт", 1971.


2.42. Для решения некоторых теплофизических задач можно применить расчеты по методу гидравлических аналогий (проф. В.С. Лукьянова), позволяющему выбрать выгоднейшие решения из различных вариантов. К числу таких задач относятся:

а) установление режима работы холодильной станции, необходимого для поддержания в проектном состоянии ледогрунтового ограждения во время сооружения объекта, и расчет температурного поля в период оттаивания грунтов;

б) расчеты температурных полей при схемах ступенчатого и зонального замораживания;

в) замораживание грунтов в условиях фильтрационного потока;

г) замораживание с предварительным нагнетанием холодной воды в грунты, обладающие высокой естественной температурой;

д) тепловые расчеты бетонной крепи, бетонируемой в замороженных грунтах, с учетом влияния теплоты гидратации цемента, температурного режима бетона и окружающих грунтов.

2.43. Прочность замораживающих грунтов зависит от температуры. Изменение температуры ледогрунтового ограждения по его толщине описывается логарифмической кривой: наибольшая температура будет у стенок замораживающей колонки и наименьшая (0 °C) - у наружной границы ледогрунтового ограждения. Во всех расчетах принимают среднюю температуру.

Расчеты показывают, что средняя температура ледогрунтового ограждения составляет 30 - 40% температуры рассола, циркулирующего в замораживающих колонках. При температуре рассола минус 20 °C средняя температура ледогрунтового ограждения минус 6 - 10 °C.

2.44. Подбор мощности компрессоров и холодильного оборудования замораживающей станции производят по общим правилам холодильной техники, исходя из следующих параметров:

холодопроизводительность (брутто) замораживающей станции;

температура охлаждающего рассола.

Технические характеристики аммиачных и фреоновых компрессоров приведены в Приложении 4.

2.45. Гидравлический расчет рассольной сети включает расчеты количества рассола, циркулирующего в различных участках сети, диаметра труб и выбора рассольного насоса.

Количество рассола (в м3/ч), проходящего через поперечное сечение магистральных труб в единицу времени (расход рассола) в период образования ледогрунтового ограждения (активное замораживание), определяют по формуле


, (30)


где - холодопроизводительность компрессоров, работающих на объекте в указанный период, ккал/ч;

- плотность раствора хлористого кальция заданной концентрации, кг/м3;

- удельная теплоемкость раствора хлористого кальция при заданной температуре и концентрации, ккал/кг x °C;

- средняя разность температур подаваемого и возвращающегося рассолов в рассолопроводах, принимаемая равной 2 - 3 °C.

Примечание. Определение количества рассола в период пассивного замораживания определяется проектом.


2.46. Пределы скоростей движения рассола: в питающих трубах - 0,6 - 1,5 м/с; в кольцевом пространстве замораживающей колонки - 0,08 - 0,20 м/с; в магистральных трубопроводах (рассолопроводах, рассолораспределителе, коллекторе) рекомендуется принимать 1,0 - 1,5 м/с.

2.47. Напор (в м), развиваемый насосами для перекачки рассола, определяется по следующей формуле


, (31)


где - гидравлические сопротивления трения в системе рассолопроводов, м;

- то же, в замораживающих колонках, м;

- сумма местных сопротивлений в сети рассолопроводов, м;

- то же, в замораживающих колонках, м;

- геометрическая высота подачи рассола, м.

2.48. Гидравлические потери сопротивления трению (в кг/см2) системы трубопроводов определяются по формуле Дарси-Вейсбаха


, (32)


, (33)


где l - длина трубопровода, м;

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

- эквивалентный гидравлический диаметр, м;

v - скорость движения рассола, м/с;

g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2;

- коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода, учитывающий характер и физические свойства рассола;

- плотность раствора хлористого кальция, кг/м3;

F - внутренняя площадь сечения труб, м2;

П - внутренний периметр сечения труб, м.

2.49. Гидравлический коэффициент сопротивления турбулентного потока Re > 3100 определяется по формуле


, (34)


где Re - коэффициент, равный , в котором:

- коэффициент вязкости рассола, кгс/м2;

- гидравлический диаметр, м.

2.50. В случае ламинарного потока гидравлический коэффициент трения определяется по формуле


. (35)


При Re > 2320 движение жидкости в трубах считается ламинарным.

При 2320 < Re < 13000 движение жидкости является переходным от ламинарного к турбулентному. При Re > 13000 имеет место турбулентное движение.

Режим движения рассола в рассольной системе переменный, а именно: ламинарный - в кольцевом пространстве, турбулентный - в рассольной сети и переходный - в питающих трубах.

2.51. Мощность N (в кВт), расходуемая рассольным насосом, определяется по формуле


, (36)


- коэффициент полезного действия насоса.

2.52. Тип рассольного насоса выбирается по количеству циркулирующего в сети рассола и необходимому напору для преодоления гидравлических сопротивлений в сети. Гидравлические потери принимаются по опытным данным или определяются по общепринятым формулам для расчета потерь в трубопроводах.

2.53. Замораживающая станция должна быть расположена возможно ближе к участку замораживания грунтов, на территории строительной площадки или вблизи нее.

2.54. Размеры замораживающей станции должны соответствовать расчетному количеству и типам холодильного оборудования.

2.55. Стены замораживающей станции должны быть из несгораемых материалов, а высота зданий должна быть не менее 4 м.

2.56. Аппаратное отделение может быть расположено как в здании станции, так и вне его.

Высота аппаратного отделения должна быть не менее 3 м.

2.57. Электропусковая аппаратура должна размещаться в здании замораживающей станции в отгороженной части.

2.58. Проект электротехнических устройств замораживающей станции должен соответствовать действующим правилам устройства электротехнических установок.

2.59. Здание замораживающей станции должно иметь два выхода. Двери и окна здания должны открываться наружу.

2.60. Электрическое освещение в здании станции должно обеспечивать освещенность не менее 60 люкс.

Рекомендуется для освещения иметь два независимых источника.

2.61. Кнопка аварийного отключения электрического привода компрессоров должна быть расположена вне здания на наружной стене, в непосредственной близости к выходу.

2.62. Здание станции должно иметь принудительную вытяжную вентиляцию.

2.63. При размещении холодильных машин необходимо выдержать следующие размеры проходов:

главный проход и проход между электросборками и выступающими частями не менее 1,5 м;

между выступающими частями машин не менее 1 м;

между гладкой стеной и машиной (или аппаратом) - не менее 0,8 м, если проход не является главным для обслуживания, и не менее 0,5 м (для мелких машин) при отсутствии прохода.

2.64. При установке горизонтальных компрессоров с ременной передачей цилиндры должны располагаться в сторону, противоположную двигателю.

2.65. Взаимное расположение основных частей холодильного оборудования должно обеспечивать наименьшую длину трубопроводов между ними.

2.66. В схеме трубопроводов должна быть предусмотрена возможность отсоса аммиака из любого аппарата (на случай утечки аммиака) через мосты переключений на всасывающих линиях.

2.67. Аммиак из холодильной установки должен выпускаться в воду через соответствующий смеситель, причем для поглощения 1 кг аммиака должно быть не менее 3 л воды.

2.68. Рассольная сеть должна быть запроектирована с наименьшим количеством соединений, стыков и фасонных частей.

Примечание. К рассольной сети относятся: рассолопроводы прямой и обратный, распределитель и коллектор, замораживающая колонка с питающей и обратной трубами.


2.69. Рассолопровод должен быть минимальной длины, при длине рассолопровода более 150 м должны быть предусмотрены компенсаторы. Количество и тип компенсаторов устанавливаются проектом.

2.70. Рассолопровод может укладываться как в траншее, так и на поверхности с соответствующей теплоизоляцией.

2.71. Монтаж рассольной сети производится в соответствии со специальными чертежами проекта.

2.72. Распределительные и коллекторные трубопроводы должны быть размещены в форшахте или галерее.

В отдельных случаях допускается размещать эти трубопроводы на поверхности с устройством теплоизоляции.

2.73. Замораживающие колонки должны присоединяться к распределительному и коллекторному трубопроводам по схеме с попутным движением жидкости.

2.74. На коллекторных и распределительных трубопроводах в наиболее высоких точках должны устанавливаться воздухоспускные устройства.

2.75. При определении размеров форшахты необходимо учитывать размещение распределительных коллекторов и трубопроводов, соединительных труб от замораживающих колонок и проходы для обслуживающего персонала. Форшахта должна быть надежно закреплена.

2.76. Трубы для рассольной сети и замораживающих колонок, питающих и отводящих рассол при замораживании грунтов, определяются проектом:

для рассолопроводов - по ГОСТ 8734-75;

для распределителя и коллектора - по ГОСТ 8734-75 или 10704-76;

для замораживающих колонок: насосно-компрессорные - по ГОСТ 633-63 или бесшовные стальные - по ГОСТ 8732-70, 8734-75;

питающие и отводящие - по ГОСТ 3262-75 или полиэтиленовые, для больших глубин - высокопрочные марки ТЭК.

2.77. После создания ледогрунтового ограждения проектных размеров работа замораживающей станции должна обеспечивать только поддержание грунта в замороженном состоянии при заданных температурах и осуществляться по специальному режиму или при уменьшении количества находящихся в работе компрессоров. Указанный режим и количество рабочих компрессоров для этого периода устанавливаются проектом и должны корректироваться в процессе производства работ по данным наблюдений за температурами в термометрических скважинах.

2.78. Рекомендуется при соответствующих условиях предусматривать также локальный, зональный, дифференцированный методы замораживания, а также использование мерзлых грунтов в качестве ограждающих несущих конструкций при проходке глубоких котлованов. Замороженные стены котлованов необходимо защищать теплоизоляцией путем покрытия их матами по деревянному каркасу с оставлением воздушной прослойки 15 - 20 см между матами и ледогрунтовой стенкой.

2.79. Производство строительных работ в пределах, ограниченных ледогрунтовым ограждением, разрешается только после составления акта о приемке ограждения.

2.80. Разработка грунтов под защитой ледогрунтового ограждения производится в соответствии с проектом и требованиями глав СНиП. Применение гидромеханизации и буровзрывных работ разрешается при соблюдении мероприятий, гарантирующих сохранность ледогрунтового ограждения. Для взрывов замороженного грунта следует применять взрывчатые вещества, не чувствительные к низким температурам.

2.81. Во время выемки грунта из земляной выработки при положительных температурах воздуха должна быть обеспечена защита замороженной стенки от действия атмосферных осадков и солнечных лучей при строгом контроле за состоянием ледогрунтового ограждения и своевременной корректировкой режима работы замораживающей станции в целях сохранения размеров ограждения и ее температуры.

2.82. При обнаружении в процессе разработки грунта замораживающих колонок, отклонившихся внутрь выработки, их необходимо отключить от распределителя и коллектора, удалить из них рассол и затем отрезать часть, выступающую внутрь выработки.

2.83. Рекомендуется стволы шахт метрополитенов с большим притоком воды в коренных породах проходить с предварительным замораживанием на полную глубину ствола.

2.84. Применение низких температур рекомендуется при замораживании грунтов, содержащих рассолы крепостью свыше 3° , воду с температурой выше плюс 20 °C, проточную воду, движущуюся со скоростью, превышающей 30 м/сут, при значительных отклонениях замораживающих колонок.


3. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ

Бурение скважин и монтаж замораживающих колонок

3.1. Разбивка мест заложения скважин должна производиться согласно "Технической инструкции по производству геодезическо-маркшейдерских работ при строительстве транспортных тоннелей" (ВСН 160-69 Минтрансстроя).

3.2. До начала производства работ необходимо уточнить расположение подземных коммуникаций (телефона, газа, водопровода, кабельной сети и др.) с соответствующими службами подземного хозяйства и осмотреть здания и сооружения, расположенные в зоне и вблизи зоны замораживания грунтов, для проверки их состояния.

3.3. При выборе способов бурения скважин должны учитываться скорость бурения, стоимость буровых работ, необходимость обеспечения минимальных отклонений скважин и предотвращения выноса грунта.

3.4. Бурить вертикальные скважины можно вращательным, ударным или комбинированным способом. Бурить наклонные скважины рекомендуется вращательным способом станками шпиндельного типа (Приложение 5). В ряде случаев, при глубине скважин более 75 м, рекомендуется применять роторное бурение. Выбор способа бурения и бурового оборудования обосновывается в проекте.

3.5. Бурить скважины вращательным способом необходимо с промывкой глинистым раствором, качество которого должно систематически контролироваться. В Приложении 6 даны характеристики насосов для промывки.

3.6. В устойчивых, неразмывающихся грунтах промывка может производиться водой.

3.7. Глиноемники для глинистого раствора должны устраиваться из трех секций, разделенных перегородками с двумя отверстиями размером 20 x 20 см в каждой.

Емкость каждой секции при бурении скважин в песчаных и супесчаных грунтах в зависимости от объема бурения рекомендуется принимать в пределах от 10 до 50 м3.

3.8. Для работы в зимних условиях должен предусматриваться подогрев глины и глинистого раствора до плюс 30 - 40 °C.

3.9. Глинистый раствор должен удовлетворять следующим условиям (при температуре плюс 15 °C):

плотность 1,15 - 1,25 т/м3 по ареометру;

вязкость 20 - 25 с по стандартному полевому вискозиметру СПВ-5;

коллоидальность 95 - 97% по гранулированному стеклянному цилиндру емкостью 100 м3;

содержание песка не выше 5 - 7% по отстойнику Лысенко.

3.10. При приготовлении глинистого раствора рекомендуется исходить из следующего количества глины и воды на 1 м3 раствора (табл. 1).


Таблица 1


------------+------------------+-------------------------------------------
 Плотность  ¦ Содержание глины ¦   Потребное количество на 1 м3 раствора
 глинистого ¦    в растворе    +---------------------------+---------------
  раствора  ¦   по массе в %   ¦  глины в воздушно-сухом   ¦   воды в л
            ¦                  ¦       состоянии, кг       ¦
------------+------------------+---------------------------+---------------
    1,10    ¦        15        ¦            165            ¦      935
    1,14    ¦        20        ¦            230            ¦      910
    1,17    ¦        25        ¦            290            ¦      880
    1,20    ¦        30        ¦            360            ¦      840
    1,24    ¦        35        ¦            430            ¦      810
    1,29    ¦        40        ¦            520            ¦      770

3.11. Глинистый раствор для сохранения постоянства требуемых показателей должен очищаться от шлама и периодически заменяться.

Очищается глинистый раствор пропусканием его по циркуляционной системе из деревянных желобов с перегородками.

Устройство циркуляционной системы должно удовлетворять следующим требованиям:

ширина желоба не менее 0,3 м;

высота не менее 0,25 м;

уклон 1 - 0,75 см на 1 м.

Через каждые два метра на высоту 0,1 м от нижней кромки желоба делаются перегородки (перепады).

Общая длина желобов в зависимости от глубины и диаметра скважины, а также от свойства буримых пород должна быть не менее 15 м.

На всю систему должно устанавливаться 1 - 3 промежуточных отстойника сечением 1,0 x 1,0 м, глубиной 0,5 - 0,75 м.

3.12. При бурении рекомендуется очищать глинистый раствор способом принудительной очистки на вибрационных ситах или сепараторах.

3.13. При бурении скважин в трещиноватых, кавернозных и крупнопористых грунтах, поглощающих воду, должны применяться растворы бентонитовых глин или вязкие глинистые растворы, получаемые добавлением жидкого стекла или кальцинированной соды.

Сода вносится в раствор в количестве от 1 до 3% массы (глины).

Жидкое стекло (силикат натрия) плотностью 1,50 - 1,56 с модулем добавляется к глинистому раствору в количестве 1 - 3% объема глинистого раствора.

3.14. Для предотвращения потерь промывочного раствора при бурении поглощающих грунтов рекомендуется также тампонировать скважину глинистым раствором состава 1:2 (расход раствора 5 - 10 м3 на 1 м мощности поглощающего грунта).

3.15. Если над поглощающим грунтом залегает неустойчивая порода, ее необходимо перекрыть обсадными трубами. В этом случае скважина тампонируется после закрепления ее обсадными трубами.

Направляющая труба (кондуктор) должна быть установлена под наблюдением маркшейдера и надежно закреплена. Одновременно необходимо принять меры, предупреждающие просачивание глинистого раствора на поверхность при бурении.

3.16. При бурении вертикальных скважин ударным способом первая труба колонны обсадных труб может служить направляющей трубой (кондуктором). В этом случае первая труба должна опускаться строго по отвесу и проверяться. При отклонении направляющей трубы (кондуктора) от заданного проектного направления должны быть сделаны необходимые исправления.

3.17. Для предупреждения отклонения скважин от проектного направления при бурении должны быть приняты следующие меры:

а) вышка и буровой агрегат должны быть установлены на прочном основании;

б) перед началом бурения необходимо тщательно проверить установку вышки станка;

в) не допускать забуривания и бурения скважин без направляющей трубы неисправным буровым станком, шпинделем, имеющим во втулке большой люфт;

г) проверять положение направляющей трубы и при необходимости делать нужные исправления;

д) центрированно закреплять штанги в патроне;

е) не употреблять для работы погнутые штанги и колонковые трубы;

ж) производить забуривание скважины при минимальной частоте вращения;

з) применять при бурении "фонари" длиной не менее 4 м, пустотелые, при толщине стенок труб 4 - 5 мм, со сквозной штангой;

и) при бурении в породах перемещающейся твердости употреблять удлиненный "фонарь" или колонковый снаряд (длиной не менее 6 м);

к) при переходе во время бурения от мягких пород к твердым ограничивать подачу снаряда на забой и одновременно уменьшать осевое давление и частоту вращения бурового снаряда;

л) не применять при большом диаметре скважины штанги малого диаметра;

м) не применять затупившийся режущий инструмент.

3.18. Для регулирования подачи промывочной жидкости в скважину на нагнетательной линии насоса должен быть установлен тройник с вентилями или трехходовой кран.

3.19. Для предупреждения зашламования скважин при бурении с промывкой храпок всасывающего шланга следует устанавливать в приемнике на высоте 0,3 - 0,4 м от дна и по возможности чаще чистить глиноемник и промежуточные отстойники.

3.20. При бурении скважин вращательным способом должны применяться следующие наконечники:

долото "РХ" с "фонарем" для бурения сплошным забоем по мягким сыпучим грунтам;

долото трехшарошечное с "фонарем" для бурения сплошным забоем по крепким грунтам и грунтам средней крепости;



Интересные материалы
...




Разное

Разное

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100