Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии искусственного замораживания грунтов при строительстве городских подземных сооружений

Никитушкин, Роман Андреевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии искусственного замораживания грунтов при строительстве городских подземных сооружений
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии искусственного замораживания грунтов при строительстве городских подземных сооружений"

Никитушкин Роман Андреевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИИЯ ГРУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 25.00. 22 - «Геотехнология» (подземная, открытая и

строительная)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 2 МДй 2011

Москва 2011

4845450

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» на кафедре «Строительство подземных сооружений и

шахт»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Шуплик Михаил Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Смирнов Вячеслав Иванович, кандидат технических наук Мишедченко Анатолий Данилович

Ведущая организация - ОАО «МОСИНЖПРОЕКТ»

Защита диссертации состоится « 31 » мая 2011 года в 12.30 час.

на заседании диссертационного совета Д-212.128.05 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан « 29 » апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Мельник Владимир Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Быстрое развитие современных городов, непрерывный рост численности их населения и занимаемых территорий, а также высокие темпы социального и научно-технического прогресса остро ставят вопрос о планомерном, эффективном освоении подземного пространства крупнейших городов и размещении в этом пространстве объектов самого различного назначения.

Одобренная Правительством Москвы «Концепция освоения подземного пространства и основных направлений развития подземной урбанизации города Москвы» предусматривает ежегодное увеличение объёмов подземного строительства. Под землей планируется разместить до 70% всех гаражей, до 80% складских помещений, до 30% объектов сферы услуг, до 15% общего объёма строительства многофункциональных комплексов, а также 9 многофункциональных транспортных узлов, 43 транспортных тоннеля, 135 подземных переходов, 136 подземных автостоянок, объекты инженерной инфраструктуры обеспечения жизнедеятельности и объекты производственного назначения.

Следует особо подчеркнуть, что освоение подземного пространства будет осуществляться при повышенном внимании к вопросам экологии, экономии водных и энергетических ресурсов, при этом будет проводиться жесткая ресурсосберегающая политика.

Анализ гидрогеологических условий подземного строительства запланированных объектов в г. Москве на ближайшие годы в соответствии с принятой концепцией показал, что примерно в 24% случаев подземные сооружения строятся или будут строиться в сложных горно-геологических условиях, характеризующихся неустойчивыми грунтами с низкими коэффициентами фильтрации, нередко с напорными подземными водами. В других мегаполисах такие условия составляют 15-20% общего объема подземного строительства.

В таких условиях при строительстве подземных сооружений требуется применение специальных способов производства работ.

Как показывает мировая практика, одним из универсальных и надёжных специальных способов на сегодняшний день является способ искусственного замораживания грунтов, который применяется в самых сложных гидрогеологических условиях при возведении подземных сооружений под

железными и автомобильными дорогами, вблизи зданий сооружений и действующих подземных коммуникаций.

Способ искусственного замораживания, несмотря на его всестороннюю изученность, большой производственный опыт, остаётся сравнительно дорогим, требующим значительных материальных и стоимостных затрат. Особенно это относится к строительству протяжённых горизонтальных объектов.

В соответствии с изложенным необходимо осуществлять поиск путей снижения стоимостных показателей и материальных затрат при замораживании грунтов в специфических условиях городской застройки, что позволяет считать актуальной научную задачу обоснования и разработки ресурсосберегающих технологий замораживания грунтов в городских условиях.

Цель работы - обоснование параметров ресурсосберегающей технологии искусственного замораживания грунтов, обеспечивающей повышение эффективности и снижение материальных и стоимостных затрат при строительстве городских подземных сооружений в обводненных грунтах.

Идея работы заключается в изменении традиционно применяемой конструктивной системы «массив-колонка» за счёт использования навивки по поверхности колонки на всю её длину, обеспечивающей непосредственный контакт колонки с фунтом, исключающей тампонажный раствор в конструкции колонки, а также буровые работы при её прокладке.

Методы исследований. Для решения сформулированной задачи в работе применены комплексные методы исследований с использованием теоретических методов, натурных наблюдений при опытно-промышленном внедрении, а также анализ и обобщение полученных результатов с применением методов математической статистики.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. При замораживании грунтов горизонтальными колонками нового типа снижается величина тепловых потерь при формировании ледогрунтовых ограждений проектных размеров по сравнению с традиционно применяемой конструкцией на 10-12% за счет непосредственного контакта колонки с фунтом.

2. Разработанная математическая модель погружения новой конструкции замораживающей колонки в грунт отличается учетом физико-механических свойств пересекаемых грунтов, геометрических и конструктивных параметров колонки, и позволяет рассчитывать основные технологические

параметры - осевое усилие и крутящий момент, при прокладке замораживающих колонок на заданную глубину.

3. При погружении замораживающей колонки осевые усилия и крутящий момент линейно зависят от диаметра колонки и глубины её погружения, при этом скорость вращения не оказывает влияния на величины крутящего момента и осевого усилия.

4. Равномерное погружение замораживающих колонок в грунт на заданную глубину и минимальное значение крутящего момента наблюдаются при отношении шага навивки арматуры /? к диаметру колонки О, равном единице.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- корректным использованием математических моделей, созданных на основе апробированных аналитических методов теории теплопередачи и механики грунтов, при составлении расчетных алгоритмов;

- использованием стандартных методик обработки экспериментальных данных при проведении опытно-промышленных экспериментов;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований и экспериментальных данных;

- положительным результатом опытно-промышленного внедрения разработанных рекомендаций в практику подземного строительства.

Научная новизна работы состоит в выявлении закономерностей процесса теплопередачи в замораживающих колонках, а также в установлении взаимосвязей изменения осевой нагрузки и крутящего момента при погружении замораживающих колонок нового типа в грунт в зависимости от их конструкции, глубины, свойств грунта.

Научное значение работы состоит в дальнейшем расширении и развитии существующих в строительной геотехнологии знаний о процессе искусственного замораживания грунтов при горизонтальном замораживании и применении замораживающих колонок нового типа.

Практическое значение работы заключается в обосновании и разработке рекомендаций по выбору и определению параметров технологии замораживания грунтов с использованием предложенной в работе новой конструкции замораживающих колонок (осевого усилия и крутящего момента для погружения колонки на заданную глубину, производительности и времени работы замораживающей станции для создания ледогрунтового ограждения

проектных размеров), позволяющих сократить материальные и стоимостные затраты.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанные «Рекомендации по выбору и определению параметров технологии замораживания грунтов с использованием новой конструкции замораживающих колонок» приняты к использованию ОАО «МОСИНЖПРОЕКТ»; применялись для строительства подземных объектов завода по производству микротоннельных труб в г.Москве.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались в рамках международного симпозиума «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2008-2011 гг.), научных семинаров кафедры СПСиШ МГГУ (2008-2010 гг.), конкурса «Разработки ведущие к снижению затрат на строительство подземных сооружений», проводимом Тоннельной Ассоциацией России, работа была отмечена дипломом и серебряной медалью (2010 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 6 опубликованных работах, включая 1 патент на полезную модель, 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 34 рисунка, 12 таблиц, список литературы из 116 наименований и 1 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ исследований, выполненных в отечественной и зарубежной практике по проблемам, связанным с искусственным замораживанием грунтов, показал, что наиболее полно проблема замораживания фунтов изучена применительно к шахтному строительству.

Изучению свойств замороженных грунтов посвящены работы Н.А.Цытовича, П.А.Шумского, С.С.Вялова, С.Е.Гречищева, Н.К.Пекарской, Е.П.Шушериной, С.Э.Городецкого, Ю.К.Зарецкого, И.Д.Насонова, П.М.Тютюнника, Б.А.Картозия, М.Н.Шуплика, а также Д.Глена, Л.Голда, Д.Виртмана и др.

Вопросам прочности расчетов ледогрунтовых ограждений посвящены работы И.В.Баклашова, БАКартозия, С.С.Вялова, Ю.К.Зарецкого, С.Э.Городецкого, Ф.А.Карасева, Ю.МЛибермана, АДМишедченко, О.Домке, Ф.Аульд, Р.Шулински, Ф.Сандер, Д.Кпяйн и др.

Теплотехнические расчеты процесса замораживания наиболее полное отражение нашли в работах Н.Г.Трупака, Г.И.Маньковского, ИДНасонова, ОА.Долгова, В.И.Смирнова, Б.В.Бахолдина, Е.М.Степановой, Г.М.Крастошевского, Х.Р.Хакимова, САСъедина, ЯАДормана, ПАШпарбера, М.Н. Шуплика.Т. Охрай, И. Кухида, Н. Тобе, О. Акимото и др.

Теоретическое обоснование технологии замораживания фильтрующих грунтов наиболее полно отражено в работах ИДНасонова, Л.К.Сильвестрова, НАСелезнева, Л.Д.Прозорова, Т.Такачи, Н.Тобе и др.

Исследованиям, связанным с разработкой безрассольных способов замораживания грунтов, посвящены работы Н.Г.Трупака, В.Ф.Мозгового, САСъедина, В.Н.Яковлева, Н.А.Бучко, С.Е.Дукаревича, Дж.Островски и др.

Исследований по замораживанию грунтов в специфических городских условиях крайне мало. К ним относятся некоторые работы М.Н.Шуплика, ЯАДормана, В.Н.Романова, И.Л.Баркана, В.И.Ресина, В.Н.Пуголовкина.

Анализ перспектив развития городского подземного строительства показывает, что объемы строительства подземных сооружений в крупных городах на глубине 5-20 м неуклонно возрастают. Вместе с тем усложняются гидрогеологические условия строительства, требующие применения специальных способов строительства. Наиболее надежным на ближайшие 10-15 лет специальным способом строительства в неустойчивых водоносных грунтах плотной городской застройки останется способ искусственного замораживания грунтов.

Хотелось бы отметить, что в городском подземном строительстве большой объем искусственного замораживания грунтов осуществляется с применением горизонтально установленных колонок.

Ярким примером применения такого способа служит строительство сбоек Серебряно-Борского транспортного тоннеля в Москве, где в общей сложности было пробурено порядка 76 горизонтальных замораживающих скважин.

Следует также отметить широкое применение данного способа в Германии, Франции, Финляндии, Японии при строительстве тоннелей различного назначения, стволов и камер вблизи зданий и подземных сооружений.

Так, в Нидерландах при строительстве «Вестершельде тоннеля» с применением горизонтального замораживания было успешно пройдено 9

сбоек между тоннелями длиной 18-27 м каждая. В каждой из сбоек было пробурено по 22 замораживающие колонки.

В Дюссельдорфе (Германия) горизонтальное замораживание было применено при проходке 4 тоннелей, три из которых по 40 м и один 48 м.

В Японии способ искусственного замораживания грунтов при строительстве городских сооружений впервые был применен в 1962 г. К 2010 г. способ замораживания применялся при строительстве 260 подземных объектов, в 60% из них использовалась горизонтальная схема замораживания.

На сегодняшний день в городском подземном строительстве замораживание фунтов осуществляется с применением вертикально или горизонтально расположенных колонок.

Анализ применяемых конструкций замораживающих колонок показал, что наиболее простая конструкция замораживающей колонки используется при вертикальном замораживании. В этом случае скважину бурят диаметром 138, реже - 159 мм под защитой глинистого раствора. После бурения на проектную глубину в скважину опускают замораживающую колонку диаметром 114 мм.

При создании горизонтальных ледогрунтовых ограждений в обводнённых грунтах конструкция замораживающей колонки сложнее. Для монтажа замораживающей колонки такого же диаметра, как и вертикальной необходимо скважину бурить под защитой обсадной трубы диаметром не менее 123 мм, во внутренней части которой впоследствии монтируется замораживающая колонка. Пространство между обсадной трубой и колонкой заполняют цементно-песчаным раствором. Горизонтальные замораживающие колонки более металлоёмки, требуют дополнительных материальных и трудовых затрат и обладают дополнительным термическим сопротивлением за счёт наличия в конструкции колонки глинистого и цементно-песчаного раствора.

Обобщая имеющийся производственный опыт, был проведен анализ временных затрат основных технологических операций при производстве работ по искусственному замораживанию грунтов в городских условиях с применением как вертикальных, так и горизонтальных конструкций колонок (рис. 1).

Рис, 1. Затраты времени в % при производстве работ по замораживанию грунтов: а) вертикальными колонками; б) горизонтальными колонками

Л -I Бурение и монтаж замораживающих колонок 50-55 %

2 М Монтаж рассольной сети 7-10%

3 ^ Создание ЯГО пректных размеров 35-40Н

4 в прохадка горной выработки б

замороженном грунте 15-20&

5 Демонтаж замораживающих колонок 3-5?э

Л Бурение и монтаж замораживающих

колонок 45-50 % ^ И Монтаж рассольной сети S-/%

^ ы Создание Л ГО пректных размеров 3540%

Ki Проходка горной выработки в замороженном грунте 15-20%

5 «Оттаивание и ликвидация ЛГО 3-5%

Анализ результатов обработки опытных данных продолжительности основных технологических операций при замораживании грунтов в городских условиях показал, что максимальное время затрачивается в основном на две технологические операции: бурение и монтаж замораживающих колонок, и создание ледогрунтового ограждения проектных размеров. Так, при замораживании вертикальными колонками на долю бурения и монтажа замораживающих колонок приходится 45-50% общего времени строительства, а при горизонтальном замораживании до 55%. На формирование ледогрунтового ограждения приходится до 35-40% общего времени строительства.

Остальные технологические операции строительства подземного сооружения занимают значительно меньшее время в общем объёме строительства.

Обобщая вышеприведенное, следует отметить, что основным резервом снижения материальных и стоимостных затрат при замораживании грунтов является совершенствование процессов бурения и монтажа замораживающих колонок и времени формирования ледогрунтового ограждения проектных размеров.

Исходя из вышеизложенного для снижения материальных затрат и снижения времени замораживания предлагается конструкция замораживающей колонки нового типа (рис. 2).

Рис.2. Конструкция замораживающей колонки нового типа

Предлагаемые конструкция и технология отличается от ранее известной тем, что при монтаже замораживающих колонок в грунт отсутствуют буровые работы. Колонка погружается в грунт буро-завинчиваемым способом за счёт вращающего момента, развивающегося буровой машиной. Для погружения колонки вращательным способом по поверхности колонки предлагается

оребрение в виде винтовой линии с заданными параметрами в зависимости от типа фунта. Данная технология подкреплена Патентом РФ N284869 на полезную модель «Устройство для замораживания фунтов при строительстве подземных сооружений». Для оценки работоспособности предлагаемой конструкции колонки и внедрения ее в производство необходимо было решить ряд задач:

оценить и проверить работоспособность предложенной замораживающей колонки новой конструкции;

оценить величину тепловых потерь при замораживании грунтов с использованием существующих конструкций горизонтальных замораживающих колонок;

найти закономерности изменения силовых факторов (осевое усилие, крутящий момент) от режима монтажа колонок, её геометрических параметров;

установить взаимосвязи между конструктивными элементами предложенной замораживающей колонки и режимом её пофужения в зависимости от типа грунта;

оценить экономическую эффективность предлагаемых технических решений.

Исходя из сформулированных в диссертации целей, были поставлены и решены вопросы, связанные с оценкой температурных потерь при существующей буровой технологии прокладки горизонтальных замораживающих колонок с выполнением следующих допущений и упрощений:

1. Пространство между обсадной трубой и замораживающей колонкой заполнено раствором с известным коэффициентом теплопроводности.

2. Процесс теплопередачи в ледогрунтовом ограждении принят квазиус-тановившимся и рассматривается как плоская задача теплопроводности в цилиндрической стенке.

3. Замораживающая колонка расположена по центру обсадной трубы. Раствор по всему сечению имеет одинаковую толщину.

4. Коэффициенты теплопроводности замороженной породы и растворов постоянны и равны соответственно Хп и Хр.

5. Тепловой поток и толщина ледофунтового офаждения являются переменными величинами, зависящими от времени замораживания.

Решение сформулированной задачи теплопередачи позволило получить выражение для определения перепада температур между поверхностью колонки и обсадной трубой, которое имеет вид:

' 2 2 ж

1 , г/, 1 , с^пт 1 , й%

—1п—----1п——

К а. Л„ X ¿„„

(1)

где £А - перепад температур между поверхностью колонки и обсадной трубой; цв - линейный тепловой поток к колонке; А„ - коэффициент теплопроводности замороженного грунта; с/3 - диаметр ледогрунтового ограждения вокруг колонки; с1„ - диаметр замораживающей колонки; Ар - коэффициент теплопроводности тампонажного раствора в замораживающей колонке; с/от -диаметр обсадной трубы; Л?, - перепад температур между стенкой колонки ?ст и границей ледогрунтового ограждения при отсутствии обсадной трубы; М2 -перепад температур между колонкой и границей ледопородного ограждения при наличии обсадной трубы.

Для оценки температурных перепадов в замораживающей колонке с обсадной трубой по вышеприведенной формуле, были выполнены расчёты, которые показали, что наличие в замораживающей скважине обсадной трубы с тампонажным раствором приводит к потере температур в колонке в среднем на величину, равную 9-10% от проектной температуры замораживания, и, как следствие, к увеличению мощности замораживающей станции и сроков замораживания при создании ледогрунтового ограждения проектных размеров.

Выполненные аналогичные расчеты применительно к предложенной конструкции колонки показали, что тепловые потери в предлагаемой конструкции замораживающих колонок снижаются на 8 -12% по сравнению с традиционно применяемой конструкцией.

В соответствии со сформулированной в работе целью в диссертации решена задача, по установлению закономерностей изменения осевых усилий и крутящих моментов от конструктивных параметров колонки при ее погружении на заданную глубину.

Для выявления этих закономерностей принята расчетная схема, исходя из которой такая колонка может погружаться за счет внешних источников энергии (продольной силы О и/или вращающего момента М) на заданную глубину в сжимаемой среде или в среде с минимальным внутренним трением - в водоносных слоях грунта. Осевое усилие О и момент М должны

соответствовать мощности, необходимой на сжатие грунта и преодоление сил трения на внешней поверхности колонки с учетом винтовой поверхности.

В такой постановке задачи уравнение энергетического баланса будет иметь вид:

Q ■ v0 + М • со = — ja(r)dV + r2Sv0 + т^со

(2)

где а(г) - удельная энергия деформации грунта; V - объем очага деформации; тх - касательные напряжения (удельные силы трения) на поверхности колонки й в направлении поступательного движения; хк - удельные силы трения на поверхности колонки, возникающие при вращательном движении; у0,о -линейная и угловая скорости колонки, которые при отсутствии «пробуксовки» связаны соотношением ® = 2яу0 / й, где И - шаг навивки.

Решение данной задачи позволило получить зависимости для определения осевого усилия и крутящего момента для погружения замораживающей колонки на требуемую глубину.

При приложении осевого усилия:

}2 т>2 / т>2 т>2\2 п2 п2

тп2 2 т LK2

■Я

RL+Щ

1 +(R2r,

р2\2 nZ г>2

• К, I , . Л, _ — К,

1 ' "In I 2m —L

(3)

RL + Rl

Q = Qo + nrtrDkH, (4)

где Dk - приведенный диаметр колонки (с учетом приваренной арматуры); Н -глубина погружения колонки; К=50 МПа; т,г = 0,01 МПа; F^ и R2m - области деформации на цилиндрической поверхности колонки с оребрением и уплотнения грунта соответственно.

При приложении крутящего момента:

)2 D2 / п2 п2\2

МКР = — Kh

Кр п

0п2 Rim ~ Rl , (R2m ~ R\ ) | 2R2m „2 . n2 +-Г2-^ 1

rl+r:

K2m ~R\

RL +R1

+ TlrDkHh

(5)

Энергетическое уравнение при одновременном приложении осевого усилия и крутящего момента имеет вид

Q + ^M = Q0+VDkHi h

где Оо - осевое усилие; требуемое для продвижения колонки при отсутствии трения и крутящего момента; Н - глубина погружения колонки т(ек -касательные напряжения на поверхности колонки; Н - шаг винтовой навивки.

Таким образом, впервые разработана математическая модель погружения новой конструкции замораживающей колонки в грунт, отличающаяся учетом физико-механических свойств пересекаемых грунтов, геометрических и конструктивных параметров колонки, которая позволяет рассчитывать основные технологические параметры (осевое усилие и крутящий момент) при прокладке замораживающих колонок на заданную глубину.

Для проверки полученных аналитических зависимостей по определению осевых усилий и крутящего момента в процессе погружения замораживающих колонок нового типа были проведены опытно-экспериментальные исследования, которые преследовали следующие цели:

определить значения крутящего момента и осевого усилия, возникающих на валу рабочего органа, при погружении колонок;

установить зависимости крутящего момента и вертикальной силы от глубины погружения колонки при завинчивании её в грунт;

установить оптимальный шаг навивки спирали на поверхности колонки в зависимости от режима погружения и типа грунта;

установить диапазон частот вращения колонки, при которых осуществляется погружение колонки без пробуксовки и проскальзывания.

Комплекс опытно-промышленных исследований производился в супесях, обводненных глинах и насыпных грунтах на производственной базе ОАО ГПР-1 с реальными замораживающими колонками с диаметром 0,075; 0,102 и 0,159 м. К нижней части замораживающей колонки был приварен конусный наконечник. Было забурено порядка 65 замораживающих колонок, с наваренной по длине трубы проволокой в виде спирали с заданным шагом по всей длине. Спираль представляла собой гладкую проволоку (катанку) диаметром 10 мм. Шаг навивки варьировался в пределах от 0,5 диаметра колонки до 2 диаметров колонки. Замораживающие колонки погружались на 6,12,18 м.

Анализ результатов экспериментов показал, что предложенная конструкция колонки диаметром 0,075 - 0,159 м позволяет погружать её на заданную глубину без выполнения буровых работ.

Опыты показали, что крутящий момент - переменная величина, колеблется в пределах 3-35 кНм и зависит от глубины погружения колонки, соотношения шага навивки арматуры, её диаметра, типа грунта.

Так, для колонки диаметром 0,102 м, погружаемой в супесчаный грунт с осевым усилием 1 кН, крутящий момент изменялся от 4 кНм на глубине 2 м до 18 кНм на глубине 18 м, причём погружение осуществлялось с меньшими энергетическими затратами в супесчаных и насыпных фунтах.

Проведенные исследования позволили установить зависимость крутящего момента от глубины погружения замораживающей колонки для различных типов фунта. На рис.3, 4 приведены вышеназванные зависимости для супесчаных и глинистых фунтов.

Ь/0„=1

♦ 0к= 0,159 м И0к=О,О75м

Н, м

Рис. 3. Зависимость крутящего момента от глубины (при погружении колонки в глинистый грунт)

Анализ полученных данных показал, что для любого типа грунта зависимость крутящего момента от глубины является линейной функцией с углом наклона, зависящим от геометрических параметров колонки.

0 5 10 15 20

Мцр, кН-м

Ь/0,=1

♦ 0к=О,159м ■0к=О,О75м

Н,М

О 5 10 15 20

Рис. 4. Зависимость крутящего момента от глубины (при погружении в супесь)

На рис.5 приведена зависимость крутящего момента от диаметра замораживающей колонки для различных грунтов одинаковой глубины 12 м и соотношения шага навивки колонки и её диаметра, равного 1.

Мкр, кН-м

Н=12 м Ь/0К=1

♦ Глина ЕСупесь

0к,м

О 0,05 ОД 0,15 0,2

Рис. 5. Зависимость крутящего момента от диаметра колонки

Как видно из приведенного рисунка, значение крутящего момента колеблется в пределах 10-25 кНм в зависимости от диаметра колонки и типа грунта. Чем больше диаметр колонки, тем большие значения крутящего момента требуются для погружения колонки в грунт. В общем виде зависимость крутящего момента от диаметра колонки является линейной функцией.

Большое внимание в процессе исследований уделялось влиянию шага навивки на процесс её погружения. На рис.6 приведены обобщённые зависимости крутящего момента от безразмерного соотношения шага навивки и диаметра колонки в зависимости от типа грунтов и глубины погружения. Как видно из рис.6, при соотношении И/с1, близком к единице наблюдались наиболее благоприятные условия погружения колонки в грунт - значение крутящего момента на 17-20% ниже, чем при снижении или увеличении рассматриваемого параметра.

Мкр, кН-м

Н=12 м

♦ Супесь Щ Глина

Ь/0„

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Рис.6. Зависимость крутящего момента от шага навивки

Обобщая полученные данные, можно утверждать, что при выборе геометрических параметров навивки на поверхность колонки необходимо стремиться, к соотношению близкому к единице.

Обработка опытных данных позволила получить зависимости крутящего момента от величины осевых усилий в процессе погружения замораживающих колонок на заданную глубину (рис.7).

мнр, кН-м 40 т-

0к=О,1м И/0„=1

25 -

♦ Глина

М Супесь

0 -I

Рис. 7. Зависимость крутящего момента от осевого усилия в глинах и супесях при усредненной глубине погружения

Как видно из представленных зависимостей, осевое усилие влияет не столь заметно, как другие факторы. Так, изменение осевого усилия от 1 до 5 кН, привело к уменьшению значения крутящего момента с 30 до 26 кНм (на 10%), а при изменении от 10 кН до 20 кН, т. е. в 2 раза, вращательный момент с учётом погрешности измерений практически не изменялся. Как показали опыты, наибольший эффект в процессе погружения колонки достигается при изменении осевых усилий в пределах 1-10 кН. Дальнейшее увеличение осевой нагрузки практически не влияет на значение крутящего момента.

Большой интерес с практической точки зрения при проведении экспериментов представляло влияние частоты вращения на время, а следовательно, и скорость погружения колонки на заданную глубину. В результате обработки опытных данных были установлены закономерности изменения времени погружения от частоты вращения, часть из которых представлена на рис.8.

Анализ полученных закономерностей показывает, что время погружения колонок на заданную глубину линейно зависит от числа оборотов буровой установки. Так, колонки диаметром 0,075 м погружались на глубину до 18 м за 12-17 мин. при частоте вращения 10-15 об./мин. и осевом усилии 10 кН. Колонки диаметром 0,102 м при прочих равных условиях за 18-22 мин. при частоте вращения 15-16 об./мин., а колонки диаметром 0,159 м за 22-26 мин.

при частоте вращения 15-18 об./мин. При частотах вращения колонки до 5 и свыше 25-30 об./мин. для всех исследуемых диаметров колонок наблюдалось проскальзывание колонки и снижение скорости погружения на заданную

h/D=l

—4~~dk'=0,075 м —S3—dk=0,102 м •-L-- dk-0.159M

п, об/мин

Рис 8. Зависимость времени погружения замораживающей колонки от частоты вращения

Сопоставление результатов расчета по полученным аналитическим зависимостям с данными опытно-промышленных экспериментов показало, что качественная картина изменения осевых усилий и крутящего момента от влияющих факторов полностью совпадает, а количественные показатели разбросаны в пределах ±20%. Несоответствие расчетных и фактических значений мощности можно объяснить погрешностью используемых в расчетах физических свойств грунтов. В частности, модуль объемной упругости суглинков в зависимости от влажности может колебаться в достаточно большом диапазоне. Другим источником погрешности является неоднородность среды, состоящей из твердотельных фрагментов различных размеров, более мелких фракций инородных включений и влаги, неоднородно распределенной по объему очага деформации.

глубину.

г, мин

Анализ полученных данных позволяет утверждать, что разработанную в работе математическую модель погружения колонки в грунт можно использовать при расчете осевых усилий и крутящих моментов.

Полученные закономерности погружения замораживающих колонок на заданную глубину и параметры процесса теплопередачи дают возможность обосновать методику проектирования технологии замораживания грунтов с применением колонок нового типа.

Искусственное замораживание грунтов при строительстве городских подземных сооружений должно обеспечить:

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

сохранность прилегающих к выработке наземных и подземных сооружений, а также различного рода инженерных коммуникаций;

высокие скорости проведения при минимальных затратах. До начала производства работ по искусственному замораживанию грунтов должно быть учтено расположение подземных коммуникаций (водопровода, канализации, кабельной сети, телефона и т.д.). Коммуникации, находящиеся в зоне замораживания грунтов, подлежат перекладке или же тщательной теплоизоляции.

Выбор схемы образования ледогрунтовых ограждений для производства горизонтальных выработок следует производить исходя из геологических и гидрогеологических условий и других природных особенностей, а также из специфики подземного строительства в городских условиях на основе технико-экономических расчётов.

Для выбора наиболее целесообразной схемы замораживания необходимо иметь исходные данные о проекте сооружения и особенно материалы инженерно-геологических изысканий, в частности: структуру пересекаемых грунтов; химический состав подземных вод; начальную температуру грунта;

физические и теплофизические свойства замораживаемых грунтов; наличие фильтрации подземных вод;

гидростатические напоры подземных вод в районе замораживания.

Для определения силовых факторов (крутящего момента и осевого усилия) можно воспользоваться полученными в работе зависимостями (рис. 3-8) или использовать следующие формулы (3-6): - для определения осевого усилия:

о т2 "I ~1пI к*т"I

+ г,В„Нк.

- при одновременном приложении крутящего момента и осевого усилия:

Погружение замораживающих колонок на требуемую глубину в зависимости от положения колонки (горизонтальная или вертикальная) может быть осуществлено с применением машин, развивающих на вращателе одновременно осевые усилия и крутящий момент.

Ниже приведены основные технические характеристики буровой машины, которая использовалась для погружения колонок на проектную глубину.

Буровая машина ЛБУ-50 (вертикальное забуривание), производство Россия:

-шасси КАМАЗ43114,

- максимальное осевое усилие 2кН,

- максимальный крутящий момент 32 кНм,

- максимальная скорость вращения 101 об./мин.,

- максимальный диаметр скважины 400 мм.

Основными параметрами, подлежащими определению при проектировании процесса замораживания, являются: толщина ледогрунтового ограждения; мощность замораживающей станции; время активного замораживания.

Определение параметров технологии искусственного замораживания грунтов осуществляется в зависимости от толщины ледогрунтового ограждения (Л ГО):

- для определения крутящего момента:

Мт =—Кк кр 12

Ш2 С "Я,2

12 т

К, +Д,

1п I

- для круглых выработок

' [о- ]

I. сж У

Е = Л

, м,

(7)

где Е - размеры ледогрунтового ограждения (ЛГО); асж - предел прочности замороженных фунтов; Ртах - максимальное давление на ЛГО; К - радиус ствола в проходке (приведенный радиус для камер); - для прямоугольных выработок

Е = 0,7-кМ\„, (8)

где Ь - высота ЛГО; А - коэффициент бокового распора.

При этом холодопроизводительность замораживающей станции (0Ст) определяется следующим образом:

есг=(ц+и5)-(2*1

Ь=~Т

¿0

а-

1 Е

-1п—

•с1 2 •

(9) (10)

(11)

V- - - 'ч "к; где Ок - теплопоглощающая способность колонок; Б* - суммарная поверхность колонок; ф - удельный тепловой поток; {0 - температура замерзания воды; - температура рассола; а - коэффициент теплопроводности; с1 -диаметр ЛГО; с^ - внешний диаметр замораживающих колонок с учетом диаметра винтовой навивки; Л1 -коэффициент теплопроводности замороженных грунтов.

Время замораживания - т, сек

Оз_,

(12)

Г =

где 03 - количество холода, необходимое для создания горизонтального ледогрунтового ограждения; 0ох- теплоприток к ЛГО.

Для предложенной в работе конструкции колонок была проведена сравнительная оценка экономической эффективности по материальным затратам.

При расчетах учитывались: стоимость буровых работ, стоимость глинистого и тампонажного раствора, стоимость монтажных работ, стоимость материала колонки, стоимость обсадной трубы при горизонтальном замораживании, стоимость навивки и сварочных работ при применении колонки нового типа.

Стоимостные расчеты производились для погружения замораживающих колонок на глубину 10 м в грунты 3 группы с использованием установки вращательного бурения. Расчеты производились на базе Федеральных единых расценок (ФЕР) за ноябрь 2010 года (табл.1).

Таблица 1

Результаты сравнительных стоимостных расчетов

Расположение замораживающих колонок на 10 м Нормативные затраты, чел.-час Сметная стоимость, руб. Стоимость материалов, руб. Стоимость монтажных работ

Вертикально 14 24904 11995 12909

Горизонтально 23 38336 18273 20063

Нового типа 13 21338 9454 11884

Анализ полученных расчетов показал, что по всем показателям предлагаемая конструкция колонки эффективнее традиционно применяемых конструкций на практике. Так, использование предложенных в работе конструкций замораживающих колонок позволяет снизить материальные затраты на 12-15%, сметную стоимость на 40% и на 14-17% стоимость монтажных работ.

В целом выполненные автором исследования содействуют дальнейшему совершенствованию технологии искусственного замораживания грунтов в городских условиях с уменьшением материальных и стоимостных затрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи по обоснованию параметров технологии искусственного замораживания грунтов замораживающими колонками с оребрением по её периметру на всю длину, обеспечивающих более плотный контакт с грунтом, исключающих применение буровых работ при её монтаже и позволяющих снижать материальные и стоимостные затраты при строительстве городских подземных сооружений в обводненных грунтах.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Установлено, что основным резервом снижения материальных и стоимостных затрат при замораживании грунтов является совершенствование процессов бурения и монтажа замораживающих колонок и времени формирования ледогрунтового ограждения проектных размеров, на долю каждого из которых затрачивается от 35 до 40% общего времени замораживания.

2. Установлено, что использование применяемых на практике конструкций горизонтальных замораживающих колонок с обсадной трубой и наличием тампонажного раствора между обсадной трубой и колонкой приводит к потере температур в колонке в среднем на величину равную 10-12% от проектной температуры замораживания, и, как следствие, к увеличению на такую же величину мощности замораживающей станции и времени создания ледогрунтового ограждения проектных размеров.

3. Установлено, что ресурсосбережение и интенсификация процесса замораживания грунтов в городских условиях при применении рассольного способа могут быть достигнуты за счет перехода, где это технически возможно, на конструкции замораживающих колонок нового типа с винтовой навивкой её периметру на всю длину, исключающие применение буровых работ при её монтаже и позволяющие снижать материальные и стоимостные затраты при строительстве городских подземных сооружений в обводненных грунтах.

4. Доказано опытно-промышленными экспериментами, что предложенная конструкция колонки нового типа работоспособна, позволяет осуществлять их погружение завинчиванием на заданную глубину. Диаметр колонок целесообразно использовать в пределах 0,075 - 0,159 м с толщиной стенки не менее 6 мм, что позволяет погружать их на глубину до 30 м без выполнения буровых работ.

5. Разработана математическая модель процесса погружения замораживающей колонки нового типа в грунт, отличающаяся учетом физико-механических свойств пересекаемых грунтов, геометрических и конструктивных параметров колонки, которая позволяет рассчитывать основные технологические параметры при прокладке замораживающих колонок (осевое усилие и крутящий момент) в зависимости от свойств фунтов и глубины монтажа.

6. Показано, что шаг навивки оребрения на поверхности колонки не влияет на энергетические характеристики внедрения колонки в грунт. Наилучший процесс внедрения замораживающей колонки в грунт имеет место при отношении шага навивки Л к диаметру колонки D, равному единице.

7. В качестве оребрения для навивки по поверхности замораживающей колонки целесообразно использовать гладкую арматуру (катанку) диаметром не менее 10 мм с точечной приваркой её по периметру колонки через каждые 40-50 мм. Для снижения силовых нагрузок при погружении колонок в необводнённых грунтах, особенно в начальный период, желательно на контакт колонка-грунт подавать воду, которая играет роль смазки и способствует снижению трения между колонкой и грунтом.

8. Установлено, что изменение осевой нагрузки при погружении замораживающей колонки в грунт существенно не отражается ни на величине крутящего момента, ни на скорости её внедрения. Внедрение колонки в грунт происходит равномерно без пробуксовки и проскальзывания при частотах вращения в пределах от 5 до 25 об./мин.

9. Разработана методика проектирования основных технологических параметров процесса замораживания при строительстве подземных сооружений в городских условиях с использованием колонок нового типа. Даны рекомендации по определению силовых факторов при монтаже замораживающих колонок (осевого усилия и крутящего момента), толщины ледогрунтового ограждения, мощности замораживающей станции и времени активного замораживания.

10. В целом применение результатов выполненных авторов исследований содействует дальнейшему совершенствованию технологии искусственного замораживания грунтов в городских условиях и позволяет снижать материальные и стоимостные затраты.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах автора:

Издания рекомендованные ВАК Минобрнауки Российской Федерации:

1. Корчак A.B., Алюшин Ю.А., Никитушкин P.A. Энергетическая модель внедрения в грунт замораживающей колонки с винтовой навивкой.// Горный информационно-аналитический бюллетень,- 2011 .-№1 .-С. 166-176

2. Шуплик М.Н., Никитушкин P.A. Оценка температурных потерь при замораживании грунтов горизонтальными колонками.// Горный информационно-аналитический бюллетень,- 2011.-№2.-С. 138-142

3. Шуплик М.Н., Никитушкин P.A., Ермаков И.А. Обоснование математической модели формирования ледогрунтового ограждения при строительстве подземных сооружений в сложных гидрогеологических условиях.// Горный информационно-аналитический бюллетень. - №ОВ6. «Строительная геотехнология» - 2010. -С.69-88.

Прочие издания:

4. Никитушкин P.A. Горизонтальное шнековое бурение - эффективный способ микротоннелирования.// Официальный журнал Российского общества бестраншейных технологий. - Информационно-издательский центр «ТИМР». - М.: 2006. - вып. 5(77).-С. 29-30

5. Никитушкин P.A. Экспериментальные исследования процесса погружения замораживающих колонок нового типа.// Сб.науч.тр. «Организационные, горнотехнические, экономические и экологические проблемы развития углепромышленных регионов». -М.: МГГУ, 2007.- С. 34-39

6. Корчак A.B., Шуплик М.Н., Никитушкин A.A., Никитушкин P.A. Устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений// Патент на полезную модель № 2009109467/22,17.03.2009 г.

Подписано в печать. 28.04.2011 г. Формат 60x90/16

Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ

ОИУП Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, 6.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Никитушкин, Роман Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ.

1.1. Особенности технологии замораживания грунтов в городском подземном строительстве.

1.2. Анализ выполненных исследований и производственного опыта по замораживанию грунтов в городском подземном строительстве.

1.3. Анализ применяемых конструкций замораживающих колонок и технологии их монтажа при строительстве городских подземных сооружений.

1.4. Цель и задачи исследований.

ГЛАВА 2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Оценка процесса теплопередачи при замораживании грунтов горизонтальными колонками.

2.2. Обоснование и разработка математической модели процесса погружения замораживающей колонки нового типа в грунт.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОГРУЖЕНИЯ КОЛОНОК НОВОГО ТИПА В ГРУНТ И ОТРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ИХ МОНТАЖА.

3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований.

3.2. Оборудование для экспериментальных исследований.

3.3 Обработка экспериментальных данных.

3.4. Результаты и анализ опытно-экспериментальных исследований.

3.5. Выводы по главе.

ГЛАВА. 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ

ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАМОРАЖИВАЮЩИХ КОЛОНОК НОВОГО ТИПА.

4.1. Исходные данные для проектирования.

4.2. Обоснование технологических параметров погружения замораживающих колонок на заданную глубину.

4.3. Проектирование геометрических размеров ледогрунтовых ограждений.

4.4. Проектирование мощности замораживающей станции и времени активного замораживания.

4.5. Оценка стоимостных показателей при монтаже замораживающих колонок.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии искусственного замораживания грунтов при строительстве городских подземных сооружений"

Быстрое развитие современных городов, непрерывный рост численности их населения и занимаемых территорий, а также высокие темпы социального и научно-технического прогресса остро ставят вопрос о планомерном, эффективном освоении подземного пространства крупнейших городов и размещения в этом пространстве объектов самого различного назначения. Как показывают исследования, только в ближайшие пять лет в подземном пространстве крупных городов предстоит построить свыше 600 км тоннелей различного назначения, более 200 объектов социального и культурно-бытового назначения, а также другие подземные сооружения, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность городов.

Одобренная Правительством Москвы «Концепция комплексного социально-экономического развития Москвы до 2015 года», в основу которой положено экономическое и социальное развитие региона как единого комплекса, предусматривает рост производительности труда в производственной сфере в 2,53 раза. Ее планируется примерно на две трети обеспечить за счет повышения технического уровня, на одну треть - за счет совершенствования организации труда и производства. Намечено широкое применение современных технологий, гибких автоматизированных систем и робототехники, углубление специализации и развития межотраслевых производств. Внедрение научно-технических разработок призвано существенно снизить энергоемкость и материалоемкость производства, в 3-4 раза сократить сроки создания и освоения новой техники и технологии.

Выбор способа и технологии производства работ при строительстве городских подземных сооружений во многом зависит от целого комплекса взаимоувязанных друг с другом факторов. Наибольшее значение имеет глубина заложения сооружения. Так, при строительстве коммунальных тоннелей на глубине, превышающей 6-7 м, как показал ряд исследований [61, 62], с экономической точки зрения целесообразно переходить на закрытые способы проходки с применением проходческих щитов. Вместе с тем, с увеличением глубины резко увеличивается вероятность проходки в неблагоприятных гидрогеологических условиях. Для примера в таблице 1 приведены осредненные результаты анализа гидрогеологических условий для г.Москвы, из которой видно, что, начиная с глубин 20 м, строительство подземных объектов ведется, как правило, в обводненных грунтах.

Таблица!

Глубина, м Неустойчивые грунты (песчаные), % Устойчивые грунты (глинистые), % обводненные необводненные обводненные необводненные

5 6 60 3 31

10 28 28,25 20 23,75

15 52,5 14,5 20,25 6,75

20 61,37 3,29 33,6 1,8

25 55 — 45 —

Анализируя гидрогеологические условия подземного строительства в других крупных городах России, можно констатировать, что примерно в 20% случаев подземные сооружения строятся или будут строиться в сложных горногеологических условиях, характеризующимися неустойчивыми грунтами с низкими коэффициентами фильтрации нередко с напорными подземными водами.

В г.Москве такие условия составляют примерно 24% общего объема подземного строительства. В этих условиях при строительстве подземных сооружений требуется применение специальных способов производства работ.

Как показывает мировая практика, одним из универсальных и перспективных специальных способов на сегодняшний день является способ искусственного замораживания грунтов.

Технология замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений в условиях города сопряжена с целым рядом принципиальных особенностей по сравнению с технологией замораживания в шахтном строительстве: частые пересечения трасс строящихся объектов железными или автомобильными дорогами, замораживание грунтов под зданиями и сооружениями подчас в малых объемах (200-700 м3), что требует применения в таких условиях нетрадиционных технологий замораживания грунтов.

Возрастающие объемы замораживания грунтов при возведении подземных сооружений под железными и автомобильными дорогами, вблизи зданий, сооружений и действующих подземных коммуникаций, требования по обеспечению безопасности строительства в таких условиях и охраны окружающей среды, необходимость снижения стоимостных показателей и энергозатрат позволяют считать актуальной научную задачу теоретического обоснования и разработки ресурсосберегающих технологий замораживания грунтов в городских условиях, имеющей важное значение и актуальной для городского подземного строительства.

Идея работы заключается в изменении традиционно применяемой конструктивной системы «массив-колонка» за счёт использования навивки по поверхности колонки на всю её длину, обеспечивающей непосредственный контакт колонки с грунтом, исключающей тампонажный раствор в конструкции колонки, а также буровые работы при её прокладке.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

2. Разработанная математическая модель погружения в грунт замораживающей колонки новой конструкции, учитывающая физико-механические свойства пересекаемых грунтов, геометрические и конструктивные параметры колонки, использование которой позволило установить зависимость осевого усилия С) и крутящего момента М0 от диаметра колонки и глубины её погружения в массив породы.

4. Равномерное погружение замораживающих колонок в грунт на заданную глубину и минимальное значение крутящего момента наблюдаются при отношении шага навивки арматуры К к диаметру колонки Д равном единице.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- использованием стандартных методик обработки экспериментальных данных при проведении опытно-промышленных экспериментов; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований и экспериментальных данных; положительным результатом опытно-промышленного внедрения разработанных рекомендаций в практику подземного строительства.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Никитушкин, Роман Андреевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи по обоснованию параметров технологии искусственного замораживания грунтов замораживающими колонками с оребрением по её периметру на всю длину, обеспечивающих более плотный контакт с грунтом, исключающих применение буровых работ при её монтаже и позволяющих снижать материальные и стоимостные затраты при строительстве городских подземных сооружений в обводненных грунтах.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

3. Установлено, что ресурсосбережение и интенсификация процесса замораживания грунтов в городских условиях при применении рассольного способа могут быть достигнуты за счет перехода, где это технически возможно, на конструкции замораживающих колонок нового типа с винтовой навивкой по её периметру на всю длину, исключающие применение буровых работ при её монтаже и позволяющие снижать материальные и стоимостные затраты при строительстве городских подземных сооружений в обводненных грунтах.

6. Показано, что шаг навивки арматуры на поверхности колонки не влияет на энергетические характеристики внедрения колонки в грунт. Наилучший процесс внедрения замораживающей колонки в грунт имеет место при отношении шага навивки арматуры к к диаметру колонки £), равному единице.

7. В качестве оребрения для навивки по поверхности замораживающей колонки целесообразно использовать гладкую арматуру (катанку) диаметром не менее 10 мм с точечной приваркой её по периметру колонки через каждые 4050 мм. Для снижения силовых нагрузок при погружении колонок в необводнённых грунтах, особенно в начальный период, желательно на контакт колонка-грунт подавать воду, которая играет роль смазки и способствует снижению трения между колонкой и грунтом.

9. Разработана нормативная документация проектирования основных технологических параметров процесса замораживания при строительстве подземных сооружений в городских условиях с использованием колонок нового типа. Даны рекомендации по определению силовых факторов при монтаже замораживающих колонок (осевого усилия и крутящего момента), толщины ледогрунтового ограждения, мощности замораживающей станции и времени активного замораживания.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Никитушкин, Роман Андреевич, Москва

1. Адлер Ю.П., Макаров Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.- М.: Наука, 1976.-278 с.

2. Алюшин Ю.А. Энергетические основы механики. Учеб. пособ. для вузов. М.: Машиностроение, 1999. - 192 с: ил.

3. Бабков В.Ф., Гейрбурт-Гайбович A.B. Основы грунтоведения и механики грунтов.- 2-е изд.- М.: Высшая школа, 1964.-366 с.

4. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Расчет ледопородного ограждения сучетом переменного поля температуры // Сооружение горных выработок: Сб.науч,тр. -М.: МГИ, 1973, Вып. 7. С. 30-37.

5. Баркан И.Л. Разработка геотехнического метода прогноза и контроля процессов при искусственном замораживании грунтов в подземном городском строительстве: Дис. канд. техн. наук. М., 1986. - 205 с.

6. Барон Л.Н., Глотман Л.Б., Меньшиков А.Н. Методика определения контактной прочности горных пород.- М.: ИГД им. Скочинского, 1967.- 24 с.

7. Бахолдин Б.В. Выбор оптимального режима замораживания в строительных целях. М.: Госстройиздат, 1963. - 71 с.

8. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности. М.: Высшая школа. 1982. - 304 с.

9. Бирюков А.Е., Шуплик М.Н., Картозия Б.А., Левицкий A.M., Ресин В.И. и др.; A.c. 1421016 СССР, МКИЗ Е 21 Д I/I2. Способ замораживания грунтов / Московский горный институт. В 3887902; заявл. 22.04.85 (ДСП).

10. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова A.B. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. -М.: Агропромиздат, 1985. 208 с.

11. Болотских Н.С., Гальченко П.П., Панькин В.А. Проведение горизонтальных и наклонных выработок специальными способами. М.: Недра. 1975. - 167 с.

12. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра. 1982.- 171 с.

13. Васильев В.А., Крастоповский Г.М., Осадчий М.Ф. Метод конечных элементов при проектировании замораживания пород // Шахтное строительство. 1983. - 1 9. - С. 12-14.

14. Васильев С. Г. Подземное строительство неглубокого заложения. -Львов: Вища школа, 1980. 176 с.

15. Владимиров B.C. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1971.-512 с.

16. ВНИИОМШС Вопросы организации и механизации горнопроходческих работ: Сб. науч. тр. Харьков: 1979. С. 89-94.

17. Вознесенский В.А. Статические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях.- М.: Статистика, 1974.- 192 с.

18. ВТУ МИЭАЗ 1653-126. Временные технические условия на монтаж, испытания и эксплуатацию системы азотного замораживания. 300 -JL: Ленметрогипротранс, 1987, - 46 с.

19. Вялов С.С., Зарецкий Ю.К., Городецкий С.Э. Расчеты на прочность и ползучесть при искусственном замораживании грунтов. Л,: Стройиздат, 1981. -199 с.

20. Вялов С.С., Плющинский В.Г., Городецкий С.Э и др. Прочность и ползучесть мерзлых фунтов и расчеты ледогрунтовых ограждений М.: Изд. АН СССР, 1962. - 254 с.

21. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. Изд-во литературы по строительству. М.: 1971

22. Дорман Я.А. Искусственное замораживание грунтов при строительстве метрополитенов. М.: Транспорт, 1971. - 272 с.

23. Дорман Я.А. Специальные способы работ при строительстве метрополитенов. М.: Транспорт, 1981. - 302 с.

24. Дугарцыренов A.B., Гончаров B.C. Расчет параметров процесса замораживания грунтов вокруг цилиндрической полости с учетом термодиффузии влаги.// Горный журнал. Изв. вузов. 1986. -1 10. - С. 21-24.

25. Зайдель П.Н. Элементарные оценки ошибки измерений.- JL: Наука, 1967.

26. Иванов Н.С., Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства мерзлых горных пород. М.: Наука, 1965. - 73 с.

27. Изд. АН СССР Замораживание горных пород при проходке стволов шахт / Под ред. Г. И. Маньковского. М.:, 1961. - 217 с.

28. Ильюшин A.A. Механика сплошной среды. М.: МГУ, 1978. 288 с.

29. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. -М.: Энергия, 1975. 488 с.

30. Карслоу Г., эгер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. - 487 с.

31. Картозия Б. .А. Исследование механических процессов в породных массивах с искусственной неоднородностью и разработка методов их прогнозирования в подземном строительстве: Дис. . д-ра техн. наук. М. 1979. - 372 с.

32. КорчакА.В., ШупликМ.Н., Никитушкин A.A., Никитушкин P.A. Устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений// Патент на полезную модель № 2009109467/22, 17.03.2009 г.

33. Корчак A.B., Алюшин Ю.А., Никитушкин P.A. Энергетическая модель внедрения в грунт замораживающей колонки с винтовой навивкой.// Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2011 .-№1.-с. 166-176

34. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. М.: Наука, 1971. - 432 с.

35. Ланцош К. Вариационные принципы механики. М.: Наука, 1965. 450с.

36. Либерман Ю.М. Метод расчета толщины стенки ледопородного цилиндра. В кн.: Замораживание горных пород при проходке стволов шахт. М.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 194-217.

37. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.

38. Ма Иенминь, Ван Шурен, Проходка стволов в неустойчивых обводненных породах на шахтах КНР //Глюкауф. 1985. №19. 14-20. МТИ. Сооружение горных выработок. Сб №6, М. Недра, 1971, с. 20-29.

39. Маковский Л.В. Городские подземные транспортные сооружения. М.: Строииздат, 1985. 439 с.

40. Механика грунтов http://www.geoteck.ru/publications/public3/M4.php

41. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973.-320 с.

42. Мишедченко А. Д. Сооружение крепи шахтных стволов, проходимых в сложных горно-геологических условиях. Пути ускорения сооружения стволов и скважин большого диаметра. ЦНИЭИуголь, Донецк, 1984. 38-39

43. Мишедченко А. Д. Из опыта крепления стволов на калийных рудниках. Реферативная информация о передовом опыте. Серия 5. Специальные работы в промышленном строительстве. Изд. Министерства специальных монтажных работ СССР. 1968.

44. Мишедченко А. Д. Крепление стволов проходимых специальными способами. Сборник «Проходка стволов шахт специальными способами» Изд. Айаштан. Ереван 1969.

45. Насонов И.Д., Федюкин В.А., Шуплик М.Н. Технология строительства подземных сооружений. Часть III. Специальные способы строительства. М.: Недра, 1983. - 311 с.

46. Насонов И.Д., Шуплик М.Н. Закономерности формирования ледо-грунтовых ограждений при сооружении стволов шахт. М.: Недра, 1976. - 237 с.

47. Насонов И.Д., Шуплик М.Н. Характер изменения температуры внешней поверхности замораживающей колонки в процессе замораживания // Шахтное строительство. 1972. - 11 12. - С. 12-15.

48. Насонов И.Д., Шуплик М.Н., Ресин В.И. Исследование параметров замораживания при проведении горизонтальных выработок. М.: Недра, 1980. - 248 с.

49. Никитушкин P.A. Горизонтальное шнековое бурение -эффективный способ микротоннелирования.// Официальный журнал Российского общества бестраншейных технологий выпуск 5(77) август 2006, г. Москва, с. 29-30

50. Никифоров К.П., Киселев В.Н., Депланьи Е.А. Подземное пространство мира. Периодический журнал №3, 2000. Статья «Применениетвердого холодоносителя («сухого льда») для искусственного замораживания грунта».

51. Никифоров К.П., Тараненко И.Н., Киселев В.Н., Депланьи Е.А ООО «СМУ-9 Метростроя» Применение искусственного замораживания грунтов при сооружении межтоннельной сбойки Серебряноборских тоннелей.

52. Отчет о НИР (оконч.)/ Обоснование способов и схем строительства подземных сооружений в сложных гидрогеологических условиях: Моск. горный ин-т, № ГР 01830022869. М., 1984 - 51 с. (ДСП).

53. Пекарская Н.К. Прочность мерзлых грунтов при сдвиге и ее зависимость от текстуры. М.: Инд-во АН СССР, 1963. - 108 с.

54. Петренко Е.В. Освоение подземного пространства. М.: Недра, 1988. - 148 с.

55. Пржедецкий Б.М., Шуплик М.Н., Жуков И.В. Искусственное замораживание грунтов при реконструкции здания МХАТ // Метрострой. 1988. -№ 3. - С. 7-8.

56. Программный комплекс «Строительный эксперт» ФЕР утв. Госстрой Росии 2001 г.

57. Пуголовкин В.Н. Исследование горизонтального замораживания грунта при строительстве городских подземных коммуникаций: Дис. . канд. техн. наук. М., 1971. - 168 с.

58. Ресин В. И. Статьи разных лет. М. Издательство «Московская перспектива» 2011. - 255 стр.

59. Роменский A.A. Обоснование параметров проходческого цикла и ледопородного ограждения при строительстве вертикальных стволов: Дис. . канд. техн. наук. М., 1984. - 225 с.

60. Смирнов В.И. Строительство подземных газо-нефте хранилищ. Спец. Горное дело. Газойл пресс. Москва 2000 г. 16 печатных листов.

61. Смирнов В.И., Косорева Т.В. Опыт строительства и эксплуатации хранилищ шахтного типа, в районах крайнего севера. Журнал Колыма 2, г. Магадан, с. 13-16, 1987 г.

62. Смирнов В.Н., Дудин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений.- М.: Наука, 1965.

63. Смолянский M.JI. Таблицы неопределенных интегралов. М.: Физматгиз, 1963. 112 с.

64. Спиридонов A.A., Васильев Н.Г. Планирование эксперимента.-Свердловск: УПИ, 1975.- 12 с.

65. Трупак Н.Г. Замораживание горных пород при проходке стволов. М.: Углетехиздат, 1954. 895 с.

66. Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве. М.: Недра, 1974. 280 с.

67. Трупак Н.Г. Замораживание фунтов в строительстве (примеры применения). М.: Стройиздат, 1970. - 290 с.

68. Тютюник П. М. Прочность и устойчивость замороженных горных пород. М.: Недра, 1965. - 78 с.

69. Федюкин В.А. Проходка стволов шахт способом замораживания. -М.: Недра, 1968.-352 с.

70. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз, 1962, 536с.

71. Физические свойства бурильных труб http://www.geoteck.ru/learning/report

72. Хакимов Х.Р. Замораживание фунтов в строительных целях. М.: Гос. издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. 1962. - 187 с.

73. Хмызников К.П. Определение усилия подачи на буровой инструмент в зависимости от направления скважин. Http://www.spmi.ru/download/zgi/157/t 157hmyznikovr.htm

74. Цытович H.A. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1973.446 с.

75. Штеренберг М. Г., Непомнящий С. И., Ворванин Г. Н., Циммер Г. П. Использование турбоохладительных машин МТХМ-25 для замораживания неустойчивых водоносных пород // Шахтное строительство. 1982. - №4. — с. 29.

76. Шуплик М. Н. Теоретическое обоснование способов и технологий замораживания грунтов в условиях плотной городской застройки. Избранные труды учёных Московского государственного горного университета. М. изд. Академии горных наук 2001. - 133 стр.

77. Шуплик М.Н. Строительство подземных сооружений в условиях городской застройки // Строительство подземных сооружений в условиях городской застройки: Сб. научн. тр. М.: МГИ, 1987. С. 8-13.

78. Шуплик М.Н., Пржедецкий Б.М., Левицкий A.M. Интенсификация процесса замораживания грунтов в городском подземном строительстве //

79. Интенсификация инженерного строительства: Матер. Всесоюзного семинара. -М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1987. С. 13386. Ямщиков B.C., Глужо В.Т. Геофизический контроль угольных шахт. Киев: 1978.

80. Auld F.A. Freeze wall strength and stability design problems in deep shaft sinking. Is current theory realistic? // Proceeding of the Fourth International Symposium on ground freezing.- Sapporo, 5-7 august 1985. v.l. p.343

81. Fourth International Symposium on ground freezing.- Sapporo, 5-7 august 1985 // Sand ground freezing for the construction of a subway station in Brussels.

82. Gardner A.R., Jones R.H., Harris J.S. Strength and creep testing of frozen soils//ISGF, 1982.

83. Gonze P. Wise au point d'un projet de congelation du sol. // ITA Tunnels. 1984.

84. Gonze, Lejeune MThimus J. Fr.Monjoiea Sand ground freezing for the construction of a subway station in Brussels // Proceedings of the Fourth Internation Symposium on ground frezing Sapporo, 5-7 august 1985. v* 1 , p. 277-283 .

85. Graetz L. Uber die Warmeleitungsfahigkeit von fllissig- keiten // Annln. Phys., 1883.- Bd. 18.-S.79-84.

86. Hab Helmut CDM Jessberger GmbH, Mochum, Germany, Peter Schafers CDM Jessberger GmbH, Mochum, Germany Application of Ground Freezing for Underground Construction in Soft Ground

87. Jessberger H.L., Bassler K.H., Jordan P. Thermal calculation for ground freezing with LN2. // Proceeding fourth International Symposium on ground freezing. Sapporo, - 5-7 august 1985, - v.2. p. 95 101.

88. Lein J. Die Bemessung von Gefreirschachten in Tonforma- tionen ohne Reibung mit Berücksichtigung der Zeit.// Gliic- kauf-Forschungshefte.- 1980. T 41.-N 2.- p.51-56.

89. Murayma S., Ohno K. Design and construction of frozen rock roof method applied to Nunobiki Tunnel //J., Japan Soc., Civil Eng., -1984.-v.l2.-p.51-58.

90. Ostrowski W.J. Industrial tests on application of Liquid nitrogen for ground freezing // Proceedings of the Fourth International Symposium on ground freezing.-Sapporo, 5-1 august 1985-p.265-275.

91. Sakuro Hurayama, Yasuo Matsumoto, Shinichi Momitani. Application of freezing method to construction of tunnel throgh weathered granite ground.// Proceedings fourth International Symposium on ground freezing.- Sapporo, 5-7 august 1985. p. 253-258.

92. Sanger F.J., Sayles F.H. Thermal and rheological computations for artificialy frozen ground construction.//Engineering Geology.- 1979.-N13- Elsevier Scientific Publishing Company.- Amsterdam, p. 331-337.

93. Takahiro Ghrai, Yoshio Ishikawa, Yukihiro Kushida. Actual rezults of ground freezing in Japan // Proceedings fourth International on ground freezing.-Sapporo, 5-7 august 1985- v.2. p. 289-294.

94. Takashi T. Influence of seepage stream on the jointing of frozen soil zones in artificial soil freezing.// Special Rep 103, Highway Research Board.- Washington; P.O. 1969. p. 273-286.

95. Takashi T., Wada S. The Soil reezing method in ungineering construction.//Refrigeration, Japanese Association of Ref., 1961. v. 36. N408. p. 1-15

96. Takashi T., Kiriyama S., Kato T. Jointing of two tunnel shields using artificial underground freezing // Engineering Georg Y., 1979. - v. 13. - p.519-529.

97. Takashi T., Yamamoto Y. The soil freezing method in engineering (1Y). //Refrigeration. 1964.V.39-N 39. p. 1-12.

98. Tobe N. On the Influence of ground water flow in the artificial soil freezing method //Refregeration.- 1976- v. 51.- N 585.- p. 19-29.

99. Tobe N., Akimoto O. Temperature disteibution formula in frozen soil and its application // Refregeration- 1979— v. 54.-H 622. p. 3-11.

100. Zylinski R. Zagadnienie statecznosci ociosow w szybach glebionych metoda zamrazania skat (Stability of walls in shafts sunk by freezing method) //Przeglad Gorniczy.-197. N 5.- p. 164-190.

Информация о работе

Никитушкин, Роман Андреевич
кандидата технических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии искусственного замораживания грунтов при строительстве городских подземных сооружений - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы