Диссертация (Разработка и обоснование метода выравнивания гидротехнических сооружений, подвергшихся неравномерным осадкам), страница 3

Б.Е. Веденеева(Санкт-Петербург, октябрь 2015 г., ноябрь 2017 г.), на Всероссийском научно-практическомсеминаре«Современныепроблемыгидравликиигидротехническогостроительства»,посвященном 105-летию со дня рождения профессора, д.т.н. С.М.Слисского (Москва, 16-17 мая2018 г.), на заседаниях научно-технических советов ПАО «РусГидро» и Минэнерго РФ.Результаты исследований были практически использованы при разработке проектавосстановления Загорской ГАЭС-2 в части разработки технических решений по стабилизации и10выравниванию, в части назначения параметров систем внешнего армирования как на периодвыравнивания, так и на эксплуатационный период существования элементов напорного фронта,а также параметров управляемого компенсационного нагнетания при выравнивании зданияГАЭС.Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пятиглав, заключения, библиографии (146 наименований, 36 на иностранных языках) и содержит 172страницы, 105 рисунков и 15 таблиц.По теме диссертационного исследования опубликовано 11 статей, в том числе 8 статей вжурналах, входящих в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны бытьопубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степеникандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук» ВАК Минобрнауки РФ.11ГЛАВА 1. Анализ методов выравнивания положения сооружений, в том числеГТС, методом управляемого компенсационного нагнетания.

Обзор применениятехнологии внешнего армирования композитными материалами1.1 Общие сведения о технологии управляемого компенсационного нагнетанияСущность метода компенсационного нагнетания заключается в том, что развитие осадокзданий(сооружений)предотвращаетсяпутемнагнетаниястроительныхраствороввопределенный горизонт грунтового массива под защищаемым сооружением. Подавая в грунт поддавлениемнасоснойсистемыинъекционныйсостав,можноизменитьнапряженно-деформируемое состояние грунтового массива. При этом возможно, как предотвратить осадкисооружений,расположенныхнаповерхности,например,припроходкеподнимигидротехнических или транспортных тоннелей, так и выполнить подъем грунтового массива,компенсируя таким образом потери грунта, и обеспечить перемещение сооружений, получившихнепроектные осадки [7, 24, 113].Нагнетание начинается, как только возникают подвижки грунта и продолжается по меренеобходимости в течение всего процесса их развития.Управляемое компенсационное нагнетание отличается от широко используемогокомпенсационного нагнетания тем обстоятельством, что при этом методе положениеинъектированных объемов точно фиксируется в пространстве.

При этом, напряженнодеформированное состояние массива изменяется в соответствии с требованиями подъемасооружения и может быть отрегулировано объемами инъецируемого материала.Компенсационное инъектирование может быть охарактеризовано одним из двух типовинъектирования (цементации): инъектирование разрывом и уплотняющее инъектирование.Управляемоекомпенсационноенагнетаниевыполняетсяспомощьюуплотняющегоинъектирования.Технология компенсационного нагнетания связана с подачей инъекционного материалачерез манжеты (иначе: “Трубы в манжете” (Tubes a Manchette (TAM)), которые располагаютсяпод фундаментом сооружения.

Инъекционные трубы с манжетами могут быть проложенывертикально, горизонтально из шахт или наклонно, без шахт, с поверхности земли.Первое упоминание о данной технологии относится к 1930 г [113]. Технологияиспользовалась в США при подъеме тротуарных плит скоростной магистрали Айова. Наначальном этапе инъекционный раствор подавался в грунт под плиты с использованием ручногонасоса, однако вскоре он был заменен на бензиновый насос. В первый сезон около 3 кммагистрали было поднято, высота подъема плит составляла от 75 до 380 мм.12В 1934 г.

данная технология впервые использовалась при корректировке осадкисооружения – подъем фундамента резервуара. Сооружение поднято на 127 мм.В 1953 г. термин “компенсация” использовался впервые в отношении контролируемогопредотвращения осадки сооружения в Германии. С помощью данной технологии осуществлялсяподъем заводской печи и гидроэлектростанции. Один из углов печи был поднят на 90 мм,максимальный подъем здания ГЭС составил 170 мм.Ниже представлен ряд примеров об опыте предотвращения осадок зданий и сооруженийс использованием технологии компенсационного нагнетания (КН).1.2 Примеры мирового опыта предотвращения осадок зданийСтроительство городских тоннелей закрытым способом вызывает осадки грунтовогомассива в окрестности подземной выработки, а в ряде случаев и поверхности земли, что влечетза собой повреждения фундаментов расположенных поблизости зданий, инженерныхкоммуникаций, дорожного покрытия и т.д.Осадки грунтового массива и поверхности земли при щитовой проходке обусловлены,главным образом, выпусками грунта в забое щита, несвоевременным или некачественнымзаполнением строительного зазора, деформациями оболочки щита и тоннельной обделки.Основными причинами осадок при проходке тоннелей горным способом являются переборыгрунта в забое, отставание временной крепи от забоя, недостаточная ее жесткость, а такженесвоевременное возведение постоянной обделки.Одним из способов для стабилизации грунтового массива в зоне влияния строящегосятоннеля является метод КН растворов в определенные области грунтового массива междуфундаментами зданий и тоннельной выработкой.Выравнивание здания ГЭС гидроузла на р.

НеккарОдним из первых примеров использования технологии компенсационного нагнетания дляисправления уже имеющихся осадок, вызванных геологическими процессами в основании,может служить низконапорный гидроузел Hessigheim (напор 6,2 м, расход 30 м3/сек, мощность1,25 МВт), который был построен в период с 1950 г. по 1952 г. на судоходной реке Неккар вблизигорода Хессигхайм (Германия) (рисунок 1.2.1) [7].В состав гидроузла входит судоходный шлюз, водосбросная плотина и русловое зданиеГЭС на правом берегу. Отметка верхнего бъефа +7.000 м, нижнего бъефа + 0.800 м. В створегидроузла залегает достаточно мощный слой гравелистых песков, рассматриваемый в проекте вкачестве основания, на которое от гидросооружения передавалось давление порядка 200 кПа.13В период строительства, в 1951 году, здание ГЭС получило осадку от 70 до 170 мм,средняя скорость развития которой составляла порядка 10 мм в течение 40 дней.

В проектедопустимые деформации основания здания ГЭС не регламентировались. Было проведенодополнительное разведочное бурение более глубоких скважин, показавшее, что гравелистыепески подстилает слой аргиллитов, ниже которых располагается слой гипса с прослоями ила,мягких и туго-пластичных глин (рисунок 1.2.2).Осадка сооружения, по мнению проектировщиков, в основном, была связана сразрушением карстовых полостей, образовавшихся вследствие выщелачивания гипса.Рисунок 1.2.1. Гидроузел на р.Неккар. Общий видПервоначальной задачей для обеспечения нормального функционирования турбинявлялось восстановление высотного положения здания ГЭС. Задача была решена нагнетаниемрастворов в основание с получением строительного подъема в два этапа.

Первоначальносооружение было выровнено, после чего осуществлялся его равномерный подъём до проектныхотметок.Нагнетание раствора велось через инъекторы скважин, пробуренных из здания ГЭС. Впроцессе выполнения работ по нагнетанию было затрачено почти 900 тонн цемента. При этом назаполнение пустот в основании здания ГЭС потребовалось порядка 300 т, около 500 т былопотрачено на обжатие породного массива (в основном это процесс происходил за счёт сжатияпрослоев ила и глины) и только 100-150 т для строительного подъема.14Рисунок 1.2.2. Гидроузел на р.Неккар.

Разрез по потокуТаким образом, за счет инъекции соответствующих составов в область под фундаментнойплитой, удалось решить задачу выравнивания здания ГЭС и предотвратить дальнейшие осадкисооружения. Сооружение начало работать в эксплуатационном режиме.Выравнивание башни Елизаветы в г.ЛондонНаиболееизвестнымизсовременныхпроектовявляетсяопытприменениякомпенсационного нагнетания при строительстве линии «Юбилейная» лондонского метро(станция «Вестминстер» (Westminster), Лондон) (рисунок 1.2.3) [24].Проектом предусматривалось компенсировать осадки и крен Башни Елизаветы (Биг-Бен)Вестминстерского дворца вызванные строительством котлована для станции метрополитенаглубиной 39 метров и проходки тоннелей закрытым способом (рисунок 1.2.3). Основаниембашни являются гравелистые пески и лондонские глины, на которые передается давлениепорядка 450 кПа.Нагнетание велось через стальные манжетные инъекторы, которые устанавливались изспециально устроенных для этого шахт (рисунок 1.2.5).

Горизонт нагнетания расположен втолще лондонских глин, подстилающей вышележащие гравелистые пески. Такое решение15позволило не производить предварительное пропитку грунта, т.е. отказаться от создания«матрицы» [119].Рисунок 1.2.3. Поперечное сечение станции «Вестминстер» и Биг-БенКритерием начала работ по компенсационному нагнетанию являлся расчетный диапазонотклонения шпиля от его первоначального положения, который составлял от 15 до 25 мм,максимальное допустимое значение отклонения шпиля было назначено в размере 55 мм. Напротяжении всего строительства, которое продолжалось два года, было выполнено 24 этапа работпо компенсационному нагнетанию (рисунок 1.2.5).16Рисунок 1.2.4.

Шахта 4/6 и места нагнетания составов в грунтРисунок 1.2.5. График изменения крена башни Биг-БенЗа весь период строительства станции Юбилейная Лондонского метрополитена быловыполнено нагнетание порядка 122 кубических метров раствора в основание башни Биг-Бен, чтопозволило не допустить превышения отклонения шпиля от расчетных значений на время17строительства. Дальнейшее развитие крена с момента завершения строительства, связанное срелаксацией окружающего массива, не превысило максимально допустимого значения,стабилизировавшись в уровне 35 мм/55 м.Выравнивание здания в Новом ОрлеанеПри проходке в Новом Орлеане тоннеля сечением порядка 240 м² на глубине 17 м отуровня бытовой поверхности по ново-австрийской технологии (NATM), возникла необходимостьобеспечения сохранности 5-ти этажного здания находящегося в зоне влияния строительства.Сохраняемое здание кирпичное, на ленточном фундаменте.

Для недопущениясверхнормативных дополнительных деформаций основания здания было принято решениеиспользовать технологию компенсационного нагнетания [127].В основание здания, из предварительно сооруженных трёх шахт (диаметром 5 метров иглубиной 13 м), были установлены металлические манжетные инъекторы длиной до 40 метров исуммарной длиной около 9000 м. Расположение инжекторов в плане выполнено по веернойсхеме. Расположение инжекторов по высоте выполнено в шахматном порядке, с расстояниеммежду ярусами 1,4…1,8 м (рисунок 1.2.6). Подготовительный период работ занял 4 месяца.Рисунок 1.2.6.

Схема расположения шахт, инжекторов, здания и тоннелей в плане18Инженерно-геологические условия характеризовались наличием слоя песка мощностью6м, подстилаемого супесями и суглинки (рисунок 1.2.7).Рисунок 1.2.7. Поперечное сечение по шахте №2, тоннелю и защищаемому зданиюПри проявлении осадочных деформаций здания во время проходки тоннелей в зону междутоннелем и зданием (на глубине 6 м от подошвы фундамента) производилось нагнетаниераствора, которое позволяло компенсировать все проявляющиеся осадки.