МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ГЛАВНИИПРОЕКТ
ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
УКАЗАНИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЦЕМЕНТАЦИИ В ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТУННЕЛЯХ
ВСН 03-74
Минэнерго СССР
Срок введения 1 квартал 1975 г.
Внесены Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидротехники имени Б.Е. Веденеева
Согласованы Госстроем СССР 25 февраля 1974 г. и утверждены решением Минэнерго СССР от 24 июля 1974 г. № 145
Указания могут быть использованы при разработке проектов цементации и производства работ по ее осуществлению.
Настоящие Указания составлены в результате пересмотра «Технических условий и норм проектирования гидротехнических сооружений. Цементация в гидротехнических туннелях», ВСН-022-69/Минэнерго СССР по замечаниям отдела технического нормирования и стандартизации Госстроя СССР (№ 1-709 от. 7.03.1972 г.). Указания разработаны в лаборатории цементации ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева заведующим группой Л. Ф. Фурсовым, проф. д. т. и. А. Н. Адамовичем и проф. д. т. н. В. С. Эристовым.
В настоящей работе отражен накопленный за последние годы опыт совершенствования расчетных и конструктивных решений, а также наиболее ценные результаты натурных наблюдений при строительстве и эксплуатации гидротехнических туннелей.
С вводом в действие данных «Указаний по проектированию цементации в гидротехнических туннелях» (ВСН 03-74), разработанных в лаборатории цементации ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, утрачивают силу вышеупомянутые «ТУиН. Цементация в гидротехнических туннелях», (ВСН-022-69).
Взамен BCН-022-69 Минэнерго СССР
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Указания должны соблюдаться при проектировании цементации в гидротехнических туннелях всех классов, сооружаемых горным способом, и могут быть использованы в развитие «Указаний по проектированию гидротехнических туннелей» (СН 238-73) для разработки проектов цементации и производства работ по ее осуществлению.
1.2. Цементационные работы в гидротехнических туннелях подразделяются на два вида:
а) заполнительная цементация, заключающаяся в заполнении зазоров и пустот за обделкой туннеля, для создания плотного контакта между бетоном обделки и окружающей туннель породой;
б) укрепительная цементация, заключающаяся в омоноличивании и укреплении инъекционными растворами трещиноватых горных пород и гравелисто-песчаных грунтов, залегающих вокруг туннеля.
Виды цементации и требования, предъявляемые к ним
Цементация в гидротехнических туннелях подразделяется на следующие 2 вида: заполнительную и укрепительную.
1.3. Заполнительная цементация производится с целью:
а) заполнения зазоров между туннельной обделкой и породой скального массива, ограниченного внешним радиусом сечения туннеля в проходке;
б) создания плотного и непрерывного контакта между обделкой и породой массива для обеспечения равномерной передачи горного и гидростатического давления на обделку и осуществление совместной работы обделки с окружающим скальным массивом.
1.4. При выполнении работ по заполнительной цементации и особенно при создании контакта между обделкой, искусственным камнем материала заполнительной цементации и трещиноватыми породами массива, не исключена возможность заполнения трещин в глубь массива на расстоянии до 30-40 см.
При значительных размерах зазоров между обделкой и скальным массивом (свыше 0,5-1 м) целесообразно заполнение зазоров осуществлять тощим бетоном или гравием с последующей инъекцией цементного или цементно-песчаного раствора.
1.5. Укрепительная цементация производится с целью:
а) консолидации или противофильтрационного уплотнения пород массива вокруг туннеля в зоне заданной глубины инъекции;
б) уменьшения гидростатического давления подземных вод на обделку туннеля и уменьшения фильтрационных потерь воды через обделку в окружающие туннель породы;
в) создания в определенной зоне вокруг туннеля предварительного напряжения путем применения повышенных инъекционных давлений;
г) увеличения устойчивости заполнителя трещин в массиве путем обжатия для исключения возможности выноса его фильтрационным потоком (в туннелях с тонкой обделкой).
1.6. В сложных гидрогеологических условиях необходимо предусмотреть применение предварительной цементации из забоя, осуществляемой с целью улучшения условий проходки туннельной выработки, уменьшения водопритока в период строительства, закрепления неустойчивых горных пород по трассе туннеля (водонасыщенных зон дробления, зон с высоким гидростатическим давлением и т.д.);
1.7. Заполнительная цементация может быть предусмотрена для создания предварительного напряжения в обделках напорных туннелей, пройденных в скальных породах (с коэффициентом крепости по Протодьяконову свыше 4) путем нагнетания инъекционного раствора в кольцевой зазор между обделкой и выравнивающим слоем бетона, предварительно уложенного по поверхности выработки.
1.8. К заполнительной цементации в гидротехнических туннелях предъявляют следующие требования:
а) заполнение внутренних вывалов и пустот (размером свыше 0,5-1 м) на участках туннеля с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями путем закладки их тощим бетоном, бутом, щебнем или гравием с последующим закреплением инъекционными растворами;
б) заполнение зазоров (размером до 0,5 м) между обделкой и горным массивом, а также крупных трещин разуплотнения массива в зоне до 30-40 см вокруг обделки для создания контакта и связи между обделкой и массивом;
в) заполнение и закрепление природных трещин и пустот или карстовых полостей;
г) улучшение условий статической работы обделки туннеля путем достижения непрерывного плотного контакта бетона обделки с горным массивом, чем обеспечивается более равномерная передача горного и гидростатического давления на обделку и совместная ее работа с окружающей породой;
д) материал заполнительной цементации для напорных гидротехнических туннелей с несущей обделкой и напором свыше 100 м должен иметь модуль деформации не ниже значения модуля деформации окружающих пород, принятого в расчетах обделки;
е) материал заполнительной цементации для напорных туннелей с напором менее 100 м подбирается исходя из технико-экономических соображений;
ж) прочность на одноосное сжатие материала для заполнительной цементации для безнапорных туннелей должна быть не ниже 10-15 кгс/см2.
1.9. К укрепительной цементации в гидротехнических туннелях предъявляются следующие требования:
а) повышение прочностных и деформативных характеристик скального массива вокруг туннеля в зоне заданной глубины с целью передачи большей части внутреннего гидростатического давления на окружающие породы;
б) оптимальное уменьшение толщины обделки при рациональном типе ее в конкретных условиях;
в) создание в зоне вокруг туннеля предварительного напряжения путем применения повышенных значений инъекционного давления (свыше 30 кгс/см2). Величина инъекционного давления в каждом конкретном случае назначается исходя из инженерно-геологических условий массива по трассе туннеля;
г) уменьшение гидростатического давления подземных вод на обделку туннеля;
д) уменьшение фильтрационных потерь воды в безнапорных и напорных туннелях через обделку в окружающие туннель породы;
е) уменьшение степени анизотропности пород за обделкой туннеля и проявления неупругих деформаций;
ж) существенное ослабление агрессивного воздействия подземных вод на материал обделки с целью обеспечения ее долговечности.
1.10. Заполнительная цементация является обязательной в напорных и безнапорных гидротехнических туннелях при всех типах рабочих обделок и любых условиях залегания пород.
1.11. Укрепительная цементация применяется в обоих типах туннелей при надлежащем технико-экономическом обосновании для укрепления и противофильтрационного уплотнения трещиноватых горных пород.
1.12. При сооружении безнапорных туннелей в массиве с высоким гидростатическим давлением подземных вод рекомендуется совместное использование цементации пород и дренажа, способного снизить фильтрационное давление подземных вод.
При сооружении напорных туннелей целесообразно проведение укрепительной цементации пород при достаточно высоких инъекционных давлениях (свыше 30 кгс/см2), обеспечивающих создание предварительного напряжения пород, определенного технико-экономическими соображениями в зоне вокруг туннеля.
1.13. При проектировании заполнительной и укрепительной цементации должны быть разработаны следующие вопросы:
а) обоснование необходимости цементации при данных геологических и гидрогеологических условиях;
б) выбор и назначение вида цементации;
в) установление схемы производства работ;
г) определение объема и стоимости цементационных работ;
д) составление календарного плана работ по цементации.
1.14. При проектировании укрепительной цементации дополнительно к требованиям п. 1.13 должно быть учтено:
а) влияние цементации на деформативные свойства пород (определение модуля деформации и коэффициента упругого отпора до и после цементации);
б) влияние цементации на физико-механические свойства пород (определение временных сопротивлений, угла внутреннего трения и коэффициента сдвига);
в) влияние цементации на фильтрационные свойства пород (определение коэффициента фильтрации и удельного фильтрационного расхода из туннеля).
При проектировании укрепительной цементации необходимо также учитывать коэффициент трещинной пустотности, величину раскрытия трещин, состав заполнителя (химический и минералогический), степень его плотности, химический состав подземных вод.
1.15. В техническом и рабочем проектах цементации и производства работ по ее осуществлению должны быть решены следующие вопросы:
а) установление количества, взаимного расположения и глубины скважин в четных и нечетных рядах;
б) установление расстояния между рядами скважин и последовательности цементации рядов;
в) назначение предельного давления инъекции;
г) назначение последовательности этапов инъекционного давления по глубине цементационных скважин;
д) выбор материалов для цементации (заполнительной, укрепительной);
е) подбор средних оптимальных составов смесей;
ж) подсчет потребности в материалах для цементации и удельного расхода материалов на 1 м2 поверхности туннеля;
з) выбор способа производства работ по приготовлению и нагнетанию раствора;
и) выбор оборудования для бурения, промывки и цементации скважин;
к) составление проекта цементационной установки (передвижной внутри туннеля или стационарной вне туннеля).
1.16. При разработке рабочих чертежей и при составлении технических проектов строительства туннелей в сложных условиях (карст, зоны повышенной трещиноватости, тектонические зоны) проект цементации уточняется на основании данных дополнительных изысканий, а также - натурных и лабораторных исследований.
1.17. Возможность применения цементации в гидротехнических туннелях определяется технико-экономической и технологической целесообразностью и определяется следующими условиями:
а) для заполнительной цементации - величиной зазоров между обделкой и горной породой, классом туннеля и химическим составом подземных вод;
б) для укрепительной цементации - размером трещин, типом и проницаемостью пород, окружающих туннель, и химическим составом подземных вод.
1.18. Укрепительная цементация пород, в случае нагнетания в них растворов на цементах обычной тонкости помола, осуществима при наличии в породах трещин раскрытием не менее 0,15 мм, а в случае применения пластифицированных цементов (растворов) - не менее 0,10 мм. При более тонкой трещиноватости горных пород рекомендуется предусматривать специальные мероприятия (как например, вибродомол цемента). Если удельное подопоглощение пород менее 0,01 л/мин, проведение укрепительной цементации нецелесообразно. Величина удельного водопоглощения определяется соответствующими расчетами и экспериментальными исследованиями (лабораторными и полевыми).
1.19. В зависимости от трещиноватости, размера водопритока и скорости подземных вод должны применяться соответствующие методы нагнетания раствора, виды вяжущего, схемы расположения цементационных скважин.
При больших скоростях фильтрации (порядка 600 м/сут) возможность и эффективность применения цементации должна устанавливаться на основании опытных работ.
1.20. Для ускорения схватывания и твердения инъекционных растворов необходимо применение добавок-ускорителей.
1.21. В тех случаях, когда подземные поды в породах, окружающих туннель, агрессивны по отношению к обычному портландцементу, необходимо для обеспечения долговечности цементации применять специальные цементы.
При наличии сульфатных вод рекомендуется применение сульфатостойкого портландцемента.
При наличии мягких вод, опасных в отношении выщелачивания раствора, рекомендуется применение портландцемента с минералогическим составом клинкера, приближающимся к белитовому портландцементу.
Примечание: Агрессивность воды определяется по СН 249-63 «Инструкция по проектированию. Признаки и нормы агрессивности воды - среды для железобетонных и бетонных конструкций».
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТАЦИИ
2.1. Проекты цементации и производства цементационных работ должны разрабатываться на основе изыскательских материалов, достаточно полно освещающих геологию района трассы туннеля (например, в форме развернутого геологического и гидрогеологического разрезов по трассе).
Объем и состав изыскательских материалов определяются «Временной инструкцией по разработке проектов и смет для промышленного строительства» (СН 202-69).
2.2. В качестве исходных данных должны служить проектные материалы по конструкции и расчетам обделки, план и продольный профиль трассы туннеля, поперечные сечения туннельных выработок, проект организации и график производства туннельных работ и др.
2.3. При разработке проектов цементации туннеля должны быть изучены условия залегания горных пород, их тектоника, петрографический и минералогический состав, полная характеристика трещиноватости и заполнителя трещин пород. Следует учитывать наличие в породах, окружающих туннель, тектонических нарушений в виде сбросов, сдвигов, складок и т.п., почти всегда затрудняющих и усложняющих производство цементационных работ.
В период проходки туннеля необходимо составлять инженерно-геологический продольный профиль туннеля сейсмо-акустическим способом.
Особое внимание должно быть уделено фильтрационным свойствам пород, режиму подземных вод, наличию сосредоточенных фильтрационных токов, колебаниям ё уровней подземных вод, их связи с наружными водотоками и водоемами, определению вероятного водопритока в выработку.
2.4. Для цементации степень водопроницаемости пород устанавливается путем определения величин коэффициентов фильтрации или удельных водопоглощений в разведочных одиночных скважинах или кустах скважин.
2.5. Для оценки фильтрационных свойств пород допускается использование результатов опробования водой скважин, пробуренных для целей цементации (после их промывки перед цементацией).
2.6. Если в проекте туннеля предусматривается цементация и устройство дренажа, то конструкция дренажа должна обеспечивать его бесперебойную работу.
Заполнительная цементация
2.7. Для нагнетания цементационного раствора за обделку туннеля должны проектироваться скважины, пробуриваемые через бетонную обделку, а при железобетонных обделках закладываются металлические трубки соответствующей длины и диаметра.
По длине туннеля скважины располагаются рядами в плоскостях поперечных сечений туннеля с чередованием скважин в шахматном порядке (рис. 1).
Рис. 1. Схемы расположения цементационных скважин
|