Порівняльний аналіз спеціальних способів під час проходки вертикальних виробок
Loading...
Date
2020
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Все частіше в умовах України будівництво тунелів і метрополітенів потребує спеціальних способів робіт, що дозволяють зменшити водонасиченість та збільшити стійкість ґрунтів та порід оточуючого масиву. Різноманіття способів, що застосовуються в підземному будівництві, потребує наукового обґрунтування, особливо коли спеціальні способи близькі за прямими та трудовитратами. Метою наукової статті є аналіз спеціальних способів проходки вертикальних виробок у складних інженерно-геологічних умовах для визначення області їх застосування. Методика. Існуючі технології закріплення водонасичених ґрунтів використовують без достатнього наукового обґрунтування, в деяких випадках без проведення техніко-економічного порівняння способів на стадії проєктування. Слід виокремити особливості, переваги та недоліки кожного з них та окреслити межі їх застосування. Для досягнення поставленої мети розглянуті і проаналізовані три спеціальні способи закріплення ґрунтів: «стіна в ґрунті», штучне заморожування ґрунтів та струминна цементація «jet-grouting». Результати. Визначені переваги та недоліки трьох способів закріплення ґрунтів та розрахована кошторисна вартість будівництва. Доведено, що єдиною технологією, що забезпечує безпечну проходку стовбурів в складних умовах під час проходки протяжних складних ділянок або у разі проходки дуже глибоких стовбурів, є технологія заморожування ґрунтів. А у тих випадках, коли потужність шарів слабких обводнених ґрунтів незначна, ефективнішою стає технологія струминної цементації ґрунтів «jet-grouting». Результати аналізу є підґрунтям для подальшого обґрунтування кожного зі способів з позиції напружено-деформованого стану загальної системи, що утворюється при спорудженні підземних об’єктів, зокрема вертикальних виробок для шахтних стовбурів. Наукова новизна. Проведений порівняльний аналіз трьох основних спеціальних способів спорудження вертикальних виробок надав змоги окреслити та науково обґрунтувати умови застосування кожного з них. Практична значимість. У програмному комплексі АВК-5 (3.5.1) було виконано розрахунок кошторисної вартості всіх трьох способів закріплення ґрунтів. За результатами розрахунку штучне замороження ґрунтів є найбільш економічно вигідним.
RUS: Цель. Все чаще в условиях Украины строительство тоннелей и метрополитенов требует специальных способов работ, позволяющих уменьшить водонасыщенность и увеличить устойчивость грунтов и пород окружающего массива. Многообразие способов, применяемых в подземном строительстве, требует научного обоснования, особенно когда специальные способы близки по прямым и трудозатратами. Целью научной статьи является анализ специальных способов проходки вертикальных выработок в сложных инженерно-геологических условиях для определения области их применения. Методика. Существующие технологии закрепления водонасыщенных грунтов используют без достаточного научного обоснования, в некоторых случаях без проведения технико-экономического сравнения способов на стадии проектирования. Следует выделить особенности, преимущества и недостатки каждого из них и определить границы их применения. Для достижения поставленной цели рассмотрены и проанализированы три специальных способа закрепления грунтов: «стена в грунте», искусственное замораживание грунтов и струйная цементация «jet-grouting». Результаты. Определены преимущества и недостатки трех способов закрепления грунтов и рассчитана сметная стоимость строительства. Доказано, что единственной технологией, обеспечивающей безопасную проходку стволов в сложных условиях при проходке протяженных сложных участков или в случае проходки очень глубоких стволов, является технология замораживания грунтов. А в тех случаях, когда мощность слоев слабых обводненных грунтов незначительна, эффективнее становится технология струйной цементации грунтов «jet-grouting». Результаты анализа являются основой для дальнейшего обоснования каждого из способов с позиции напряженно-деформированного состояния общей системы, образующейся при сооружении подземных объектов, в частности вертикальных выработок для шахтных стволов. Научная новизна. Проведенный сравнительный анализ трех основных специальных способов сооружения вертикальных выработок предоставил возможность определить и научно обосновать условия применения каждого из них. Практическая значимость. В программном комплексе АВК-5 (3.5.1) был выполнен расчет сметной стоимости всех трех способов закрепления грунтов. По результатам расчета искусственное замораживание грунтов является наиболее экономически выгодным.
ENG: Purpose. Increasingly, in Ukraine, the construction of tunnels and metro requires special methods of work to reduce water saturation and increase the stability of soils and rocks of the surrounding massif. The variety of methods used in underground construction requires scientific justification, especially when special methods are close in direct and labor. The purpose of the scientific article is to analyze special methods of sinking vertical workings in difficult engineering and geological conditions to determine their scope. Methodology. Existing technologies for fixing water-saturated soils are used without sufficient scientific justification, in some cases without conducting a feasibility comparison of methods at the design stage. It should highlight the features, advantages and disadvantages of each of them and determine the boundaries of their application. To achieve this goal, three special ways of fixing soils were considered and analyzed: "wall in the ground", artificial freezing of soils and jet-grouting. Findings. The advantages and disadvantages of three methods of fixing the soil are determined and the estimated cost of construction is calculated. It has been proved that the only technology that ensures safe penetration of trunks in difficult conditions when penetrating extended complex sections or in the case of penetrating very deep trunks is the technology of freezing soils. And in those cases when the thickness of the layers of weak watered soils is insignificant, the jet-grouting soil cementation technology becomes more efficient. The results of the analysis are the basis for the further substantiation of each of the methods from the standpoint of the stress-strain state of the overall system formed during the construction of underground facilities, in particular vertical workings for mine shafts. Originality. A comparative analysis of the three main special methods for constructing vertical workings made it possible to determine and scientifically substantiate the conditions for using each of them. Practical value. In the AVK-5 (3.5.1) software pack age, the estimated cost of all three methods of soil fixation was calculated. According to the calculation results, artificial freezing of soils is the most cost-effective.
RUS: Цель. Все чаще в условиях Украины строительство тоннелей и метрополитенов требует специальных способов работ, позволяющих уменьшить водонасыщенность и увеличить устойчивость грунтов и пород окружающего массива. Многообразие способов, применяемых в подземном строительстве, требует научного обоснования, особенно когда специальные способы близки по прямым и трудозатратами. Целью научной статьи является анализ специальных способов проходки вертикальных выработок в сложных инженерно-геологических условиях для определения области их применения. Методика. Существующие технологии закрепления водонасыщенных грунтов используют без достаточного научного обоснования, в некоторых случаях без проведения технико-экономического сравнения способов на стадии проектирования. Следует выделить особенности, преимущества и недостатки каждого из них и определить границы их применения. Для достижения поставленной цели рассмотрены и проанализированы три специальных способа закрепления грунтов: «стена в грунте», искусственное замораживание грунтов и струйная цементация «jet-grouting». Результаты. Определены преимущества и недостатки трех способов закрепления грунтов и рассчитана сметная стоимость строительства. Доказано, что единственной технологией, обеспечивающей безопасную проходку стволов в сложных условиях при проходке протяженных сложных участков или в случае проходки очень глубоких стволов, является технология замораживания грунтов. А в тех случаях, когда мощность слоев слабых обводненных грунтов незначительна, эффективнее становится технология струйной цементации грунтов «jet-grouting». Результаты анализа являются основой для дальнейшего обоснования каждого из способов с позиции напряженно-деформированного состояния общей системы, образующейся при сооружении подземных объектов, в частности вертикальных выработок для шахтных стволов. Научная новизна. Проведенный сравнительный анализ трех основных специальных способов сооружения вертикальных выработок предоставил возможность определить и научно обосновать условия применения каждого из них. Практическая значимость. В программном комплексе АВК-5 (3.5.1) был выполнен расчет сметной стоимости всех трех способов закрепления грунтов. По результатам расчета искусственное замораживание грунтов является наиболее экономически выгодным.
ENG: Purpose. Increasingly, in Ukraine, the construction of tunnels and metro requires special methods of work to reduce water saturation and increase the stability of soils and rocks of the surrounding massif. The variety of methods used in underground construction requires scientific justification, especially when special methods are close in direct and labor. The purpose of the scientific article is to analyze special methods of sinking vertical workings in difficult engineering and geological conditions to determine their scope. Methodology. Existing technologies for fixing water-saturated soils are used without sufficient scientific justification, in some cases without conducting a feasibility comparison of methods at the design stage. It should highlight the features, advantages and disadvantages of each of them and determine the boundaries of their application. To achieve this goal, three special ways of fixing soils were considered and analyzed: "wall in the ground", artificial freezing of soils and jet-grouting. Findings. The advantages and disadvantages of three methods of fixing the soil are determined and the estimated cost of construction is calculated. It has been proved that the only technology that ensures safe penetration of trunks in difficult conditions when penetrating extended complex sections or in the case of penetrating very deep trunks is the technology of freezing soils. And in those cases when the thickness of the layers of weak watered soils is insignificant, the jet-grouting soil cementation technology becomes more efficient. The results of the analysis are the basis for the further substantiation of each of the methods from the standpoint of the stress-strain state of the overall system formed during the construction of underground facilities, in particular vertical workings for mine shafts. Originality. A comparative analysis of the three main special methods for constructing vertical workings made it possible to determine and scientifically substantiate the conditions for using each of them. Practical value. In the AVK-5 (3.5.1) software pack age, the estimated cost of all three methods of soil fixation was calculated. According to the calculation results, artificial freezing of soils is the most cost-effective.
Description
О. Тютькін: ORCID 0000-0003-4921-4758; В. Мірошник: ORCID 0000-0002-8115-0128
Keywords
вертикальна виробка, інженерно-геологічні умови, «стіна в ґрунті», штучне заморожування ґрунтів, струминна цементація «jet-grouting», вертикальная выработка, инженерно-геологические условия, «стена в грунте», искусственное замораживание грунтов, струйная цементация «jet-grouting», vertical work, engineering and geological conditions, "wall in the ground", artificial freezing of soils, "jet-grouting", КМТ
Citation
Тютькін О. Л., Мірошник В. А. Порівняльний аналіз спеціальних способів під час проходки вертикальних виробок. Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. 2020. Вип. 17. С. 81–90. DOI: 10.15802/bttrp2020/205019.