книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

рости движения хладоносителя в трубах около 1 м/с, составля­ ет 6000—8000 кДж/ч.

Достоинства кожухотрубных испарителей: надежность в ра­ боте и.простота в монтаже, так как они поступают в комплек­ те с компрессором. Недостатки их: небольшой объем рассола, заключенного в испарителе, возможность замерзания' рассола в трубах при слабых концентрациях его и остановках движения рассола, а вследствие этого разрыв труб.

Вспомогательная аппаратура состоит из маслоотделителя, регулирующей станции, манометровой станции, промежуточного сосуда, запорной аппаратуры и др.

Маслоотделитель предназначен для улавливания масла из хладагента, которое в некотором количестве всегда уносится из компрессора. Работа маслоотделителя основана на принципе изменения скорости и направления движения хладагента-. По­ падая в маслоотделитель, хладагент уменьшает скорости своего движения и ударяется о его стенки и специальные насадки с просверленными в них отверстиями. Благодаря этому частицы масла отделяются от хладагента и стекают по стейкам сосуда на его дно, откуда масло периодически удаляют. Маслоотде­ литель изготовляют в форме цилиндрического сосуда, диаметр которого примерно в 3 раза больше диаметра нагнетательного трубопровода, а высота изменяется от 1,47 до 2,6 м. Маслоот­ делитель устанавливают на нагнетательном трубопроводе меж­ ду компрессором и конденсатором так, чтобы пары аммиака входили под слой жидкого аммиака толщиной 150—200 м в маслоотделителе.

Регулирующая станция предназначена для дросселирования

боток способом замораживания применяют регулирующие стан­ ции 15 PC, 20 PC, 26 PC, 30’PC (цифры означают условный переход в миллиметрах).

Манометрическая станция служит для наблюдения и кон­ троля за холодильным процессом. С этой целью в систему труб хладагента включают манометры. При одноступенчатом сжа­ тии в системе достаточно иметь два манометра: один для по­ казаний давления во всасывающем трубопроводе, а другой — в нагнетательном. Первый, манометр присоединяют к грязеуло­ вителю, а второй — к маслоотделителю. Аммиачные манометры отличаются от обычных манометров тем, что кроме шкалы дав­ лений они имеют еще и температурную шкалу. Манометры вме­ сте с вентилями диаметром 6 мм обычно монтируют на общей панели.

Промежуточный сосуд применяют в установках двух- и трех­

ступенчатого сжатия хладагента для полного охлаждения па­ ра, поступающего из компрессора предыдущей ступени, и пере­ охлаждения хладагента перед регулирующим вентилем. Про­ межуточный сосуд представляет собой металлический цилиндр диаметром 0,5—0,7 м и высотой 2;82—3,25 м, в котором вмон­ тирован змеевик для жидкого хладагента с поверхностью охлаждения 1,78—5 м2. Промежуточный сосуд устанавливают между нагнетательным трубопроводом цилиндра низкого давле­ ния и всасывающим трубопроводом цилиндра высокого давле­ ния.

4.2.3. Комплексные передвижные агрегаты

При строительстве подземных сооружений способом замора­ живания в условиях плотной городской застройки применяют передвижные замораживающие станции. Это вызвано тем, что в условиях города встречаются самые разные условия строи­ тельства как по протяженности, так и по горно-геологическим условиям. В таких условиях замораживающие станции должны обеспечивать строительство объектов в сжатые сроки с мини­ мальной затратой времени на работы подготовительного перио­ да, быть мобильными и удобными в эксплуатации.

В настоящее время используют передвижные замораживающие станции ПХС-100 и ПНС-100, техническая характеристика которых приведена ниже.

Станция ПНС имеет ряд существенных недостатков, основ­ ные из которых: значительная трудность в изготовлении, слож­ ность оборудования и управления, применение в качестве хлад­ агента токсичного газа — аммиака, что в условиях работы го­ рода зачастую в непосредственной близости от жилых домов нежелательно. Учитывая это, в настоящее время станцию ПНС100 не изготовляют, а взамен ее стали изготовлять станцию ПХС-100, в которой в качестве хладагента используют фреои22. Передвижная холодильная станция ПХС-100 состоит из двух одинаковых передвижных холодильных установок ПХУ-50. Каждая из установок ПХУ-50 смонтирована на шасси прицепа МАЗ-5224В и может работать как самостоятельно, так и в со-

четаиии с различным числом таких же установок в зависимости от требуемой суммарной хладопроизводительности.

Холодильная установка ПХУ-50 состоит из холодильной станции, в которой главными элементами являются непрямо­ точный одноступенчатый компрессор П220, испаритель, конден­ сатор, насос 4К8 с электродвигателем, силовой шкаф, щит сиг­ нализации и прибор пульта управления. Система управления каждой установки ПХУ-50 предусматривает автоматическую защиту холодильной машины (остановка без возможности ав­ томатического включения), автоматическое регулирование по­ дачи жидкого фреоиа-22, световую сигнализацию, позволяющую установить готовность холодильной машины к работе. Каждая установка снабжена заземляющим контуром, который при мон­ таже станции на месте производства работ присоединяют к внешнему заземлителю. Установка ПХУ-50 обеспечена аварий­ ным освещением с питанием от аккумуляторных батарей.

Кроме наземных передвижных станций, имеется опыт при­ менения подземных передвижных замораживающих станций. Так, разработаны подземные .передвижные замораживающие установки ППЗУ-1 и ППЗУ-2.

Техническая характеристика установок приведена ниже.

4.2.4. Бурение вертикальных замораживающих скважин

Бурение замораживающих скважин является одним из наи­ более трудоемких и продолжительных процессов при замора­ живании горных пород. На бурение скважин в зависимости от глубины затрачивают-30—65% общего времени на заморажи­ вание. Замораживающие скважины в зависимости от размеров и компоновки подземного сооружения располагают по контуру (тоннели малого диаметра, стволы) или же по всей площади возводимого сооружения (тоннели большого диаметра, котло­ вана, эскалаторные тоннели). Схему расположения заморажи­ вающих скважин, расстояние между ними и их число опреде­ ляют расчетами.

К замораживающим скважинам предъявляют определенные требования:

конечный диаметр скважины должен быть несколько боль­ ше диаметра соединительных муфт замораживающих колонок и составлять не менее 150—170 мм. При большой глубине за­ мораживания горных пород (500—700 м) конечный диаметр за­ мораживающих скважин принимают равным не менее 200— 250 мм;

глубина скважин должна быть на 5—20 м больше проект­ ной отметки замораживания пород;

Скважины должны быть очищены от бурового шлама и обеспечивать свободный'спуск замораживающих колонок при­ нятого диаметра;

бурение замораживающих скважин должно проводиться с минимальным выносом (размывом) горных пород, исключаю­ щим образование пустот, и с минимальными отклонениями от заданного направления.

Допускаемое отклонение замораживающей скважины от вертикали (м) устанавливают в зависимости от ее глубины Я и определяют по формуле

a = 0,5-f 0,002Я.

Формула получена на основании статистической обработки отклонений скважин от вертикали и по существу характеризует современный уровень техники и технологии бурения техниче­ ских скважин. Более правильно максимальное отклонение за­ мораживающих скважин от вертикали должно определяться теплотехническим расчетом из условия обеспечения смыкания ледопородных цилиндров в замкнутое ограждение независимо от глубины замораживания, а в зависимости от температуры пород, температуры замораживания, скорости фильтрации под­ земных вод и др.

В случае отклонения скважины от проектного направления свыше допустимого кривизну исправляют или перебуривают скважину вновь. Как исключение допускаются искривленные

скважины, если положение смежных, также отклонившихся скважин, обеспечит смыкание ледопородного ограждения и про­ ектную толщину. В связи с этим при замораживании горных пород предусматривают бурение дополнительных заморажива­ ющих скражин в количестве! не боле.е 10% от общего объема при глубине замораживания до 100 м, не более 15% при глу­ бине замораживания до 400 м и не более 20% при глубине за­ мораживания свыше 400 м.

Для бурения замораживающих скважин применяют уста­ новки ударного, вращательного и комбинированного способов бурения.

Ударный способ бурения замораживающих-скважин основан на разрушении пород благодаря периодическим ударам (час­ тота ударов 1 с-1) бурового инструмента (долота) по забою скважины. При каждом новом ударе буровой инструмент по­ ворачивают на некоторый угол. Долото получает движение от бурового стайка через канат или штанги. В соответствии с этим различают ударно-канат,ный или ударно-штанговый способы бурения. При ударно-канатном способе разбуренную горную по­ роду из скважины удаляют желонками, а при ударно-штанго­ вом— путем прокачки глинистым раствором.

Для бурения замораживающих скважин применяют станки УКС-22М, УКС-ЗОМ и др.

Вращательный .способ бурения применяют в слабых гори­ зонтально залегающих породах прй глубине скважин до 300 м. При этом применяют следующие режущие инструменты: в су­

ренной породы осуществляется с помощью глинистого раствора, который подают в скважину по буровым трубам.

Важными преимуществами данного способа являются воз­ можность бурения скважин без применения обсадных труб, от­ сутствие специальных операций по очистке забоя от буровой мелочи и более высокая скорость бурения по сравнению с удар­ ным способом.

При вращательном способе бурения скважин применяют установки УРБ-ЗАМ, СБУ-150-ЗИВ, ЗИФ-650А, ЗИФ-ЗООМ

и др.

Наибольшее распространение в практике городского подзем­ ного строительства нашел станок УРБ-ЗАМ (установка разве­ дочного бурения № 3), который может бурить скважины глу­ биной до 300 м с бурильными трубами диаметром 72 мм и глу­ биной до 500 м — с бурильными трубами диаметром 76 мм. Все части буровой установки, включая мачту, смонтированы на ав­ томашине МАЗ-200 и транспортируются, в собранном виде, не требуя монтажа и демонтажа.

Внастоящее время применяют установки УРБ-4ПМШ, УТЗ- 2, УБЗШ-2, УБЗШ:2 и др.

Взависимости от объема бурения на объекте могут одно­ временно работать одна, две, три и даже четыре буровые уста­ новки.

Вустойчивых неразмокающихся породах бурение ведут с промывкой скважин водой. В других условиях для промывки скважин используют глинистый раствор, который специально приготавливают на строительной площадке в глинорастворных комплексах. Глиноцементные комплексы включают в себя бу­ ровые насосы, аппараты для приготовления глинистого раство­ ра и для очистки от частиц разбуренной породы. Кроме того, на строительной площадке устраивают земляные емкости — ам­ бары для хранения резерва промывочной жидкости и сбора шлама разбуренной горной породы. Глинистые растворы для бурения замораживающих скважин приготовляют плотностью

1,15— 1,30 г/см3 нз порошковых глин и реже из комовых глин местных карьеров. Для стабилизации параметров глинистых растворов их обрабатывают углещелочным химреагентом УЩР как готовым порошком, так и приготовленным на буровых пло­ щадках из угля и каустической соды.

Глинистый раствор к забою буримой скважины поступает по буровым колоннам с помощью насосов следующих типов: ЗИФ-Р-200/40; НГ-200/30; ИГР; У8-6М; У8-4; У8-3; БрН-1; ГР-12; 9МГР и др.

В, зависимости от числа и типа буровых установок, а также от способа бурения в каждом отдельном случае выбирают насосы необходимых мощности, подачи и давления.

Для нормальной очистки забоя и выноса разбуренной гор­ ной породы на земную поверхность в потоке промывочной жид­ кости рекомендуется скорость восходящей пульпы в затрубном пространстве поддерживать равной 1— 1,2 м/с при бурении по мягким породам » 0,7—1 м/с при бурении по твердым и креп­ ким породам. В зависимости от геологического строения бури­ мых пород количество циркулирующего глинистого раствора может изменяться, оно возрастает в трещиноватых породах и при наличии в них пустот. Для уменьшения количества глини­ стого раствора, уходящего в трещины и пустоты, увеличивают плотность глинистого раствора, добавляют' в него глину и из­ весть:

При бурении скважин буровую колонну комплектуют буро­ выми трубами УБТ диаметром 114, 146 или 178 мм. При тур­ бинном бурении используют турбобур Т12М-65/8.

При выборе способа бурения скважин необходимо учиты-. вать следующие факторы: скорость бурения, отклонение сква­ жин от заданного направления, стоимость буровых работ и вы­ нос пород из скважин в процессе бурения.

В табл. 4.8 приведены средние сопоставительные данные практики бурения замораживающих скважин, из которых вид­ но, что наиболее перспективным является турбинный способ бурения, так как при этом способе достигаются наибольшие скорости бурения при допустимых для практики отклонениях. Особенно целесообразно турбинный способ бурения применять при бурении скважин большой глубины при пересечении креп­ ких скальных пород.

‘При бурении скважин небольшой глубины в породах сред­ ней крепости, а .также в гравийно-галечных и валунных отло­ жениях целесообразно применять буровые станки ударного дей­ ствия. Для бурения вертикальных скважин глубиной до 50 м могут применяться любые станки ударного или вращательного типа.

Успех замораживания в значительной степени зависит от того, насколько правильно выдержано проектное направление замораживающих скважин по глубине. Основными причинами, обусловливающими отклонения скважин от заданного направ­ ления, являются: встреча бурового инструмента с твердыми включениями пород (валунов, гальки); переслаивание крепких и неустойчивых пород, а также встреча бурового инструмента с жилами, сбросами, кавернами, пустотами; крутое залегание пород, при котором буровой инструмент при выходе из мягких горных пород будет стремиться вниз по кромке крепкого пла­ ста; неправильная установка бурового станка, неправильный режим бурения и др.

Для снижения отклонений скважин от заданного направле­ ния необходимо систематически через каждые 30 м измерять фактическое положение забоя скважины и при необходимости принимать меры к исправлению кривизны скважины. Для из­ мерения направления замораживающей скважины применяют специальные приборы, которыми определяют угол, составлен­ ный осью скважины с вертикальным направлением, — зенитный угол а (рис. 4.13) и угол, составленный проекцией отклонения на горизонтальную плоскость с меридианом, — азимутальный угол р. По этим данным определяют местоположение забоя за­ мораживающих скважин по горизонтам через каждые 30 м, по

Рис. 4.13. Принцип замера отклонения заморажи­ вающей скважины

которым в дальнейшем строят планы формирования ледопородиых ограждений на этих горизонтах.

Зенитный угол можно измерить отвесом или с помощью спе­ циальной жидкости, помещенной в сосуде, а азимутальный — компасом. Для измерения азимутов отклонений -замораживаю­ щих скважин не следует применять приборы с магнитной стрел­ кой, так как на последнюю оказывают влияние окружающие металлические предметы (обсадные трубы, замораживающие колонки). Помимо этого на магнитную стрелку оказывают влияние электрические токи, железные руды и др.

Современными приборами можно измерять направления скважин глубиной свыше 1000 м. Для измерения отклонений неглубоких скважин (до 100 м) вполне удовлетворительные ре­ зультаты дают отвес и теодолит. Для измерений направлений глубоких замораживающих скважин применяют фотоинклино­ метры И-560-Ф, И-567-Ф, дистанционные инклинометры ВД-2, И-447-Д. Наиболее совершенным является прибор ВД-2, позво­ ляющий производить замер кривизны непосредственно в буро­ вой колонне и с высокой точностью показаний.