Выбор схемы размыва, определение планового расположения секций и их длины с использованием струйной геотехнологии
Сквозная схема обеспечивает возможность непрерывного оперативного контроля над размывом и более экономное расходование раствора, так как здесь отсутствуют тупиковые участки секций. С другой стороны, при сквозной схеме производительность сооружения противофильтрационной завесы меньше, чем при тупиковой. Целесообразность принятия сквозной схемы существует в том случае, когда предъявляются высокие требования по водонепроницаемости, то есть но качеству завесы.
Здесь следует также учитывать то обстоятельство, что при сквозной схеме обязательным требованием является, чтобы обе технологические скважины - мониторная и изливающая - находились в одной плоскости. При большой глубине завесы (10 м и более) выполнение этого требования связано с определенными трудностями, так как возможны небольшие отклонения от вертикали при бурении технологических скважин. Использование инклинометров позволяет установить наличие таких отклонений.
Однако, если отклонение выявлено, скважину необходимо перебуривать. В противном случае, размываемая прорезь может не совпасть с изливающей скважиной. Вообще говоря, если прорезь проходит на небольшом расстоянии от изливающей скважины (примерно, до 10 см), то «пробой» все-таки может произойти. Однако рассчитывать на это не следует.
Смежные секции завесы при сквозной схеме должны располагаться под определенным углом друг к другу - во избежание прохода размывающей струи в готовую секцию. Для несвязных грунтов угол между секциями следует принимать не более 130°. Для связных грунтов он должен быть меньше -порядка 120°. Если между сооружением смежных секций предполагается временной разрыв, то до начала сооружения очередной секции изливающая скважина должна быть прочищена с помощью бурового станка и заполнена свежим глинистым раствором. Это должно быть предусмотрено проектом.
Длину секций целесообразно определять расчетом - по формуле (4.23) - если для данных грунтов известно значение характеристики размываемости Is. При этом давление размывающей жидкости и диаметр водяной насадки следует принимать максимальными, исходя из характеристик насоса. Расчетное давление необходимо определять с учетом потерь в водоводе (при максимальной его длине) и в подводящих трубах монитора. При расчете диаметра воздушной насадки скорость воздуха следует назначать не менее 150 м/с на глубине подошвы завесы. Поскольку значение Is для конкретных грунтов аолжно быть определено по результатам экспериментальных работ перед началом строительства завесы, в предварительном проекте длину секции можно назначать по аналогам. При использовании насосов с давлениями 6... 10 МПа для несвязных и слабосвязных грунтов можно предваризельно принимать длину сквозной секции 2,5...3,0 м, для суглинков предварительно принимаются меньшие значения - 1,5...2,0 м.
Тупиковая схема обеспечивает большую производительность при сооружении завесы - за счет меньшего количества технологических скважин. Смежные секции при тупиковой схеме следует располагать под углом дру к другу 140...150°. Это необходимо для обеспечения пересечения секций при отклонения от вертикали технологических скважин, а также при неточной ориентации размывающих насадок монитора.
Завеса по двусторонней тупиковой схеме выполняется в две очерет и первую очередь выполняются все четные секции, а во вторую - нечеты» (или наоборот), что обеспечивает хорошую стыковку между секциями и предотвращает вынос раствора из готовых секций.
Расстояния между технологическими скважинами при тупиковой схем. в случае несвязных и слабо связных грунтов, предварительно назначают 4...5 м, в случае связных грунтов - принимают меньшие значения.
Если известно значение удельного импульса размыва Is для данных грунтов, то длину секции, точнее, половину длины двусторонней секции следует определять расчетом. При этом необходимо учитывать, что через каждую из двух водяных насадок пропускается половина максимального расхода обеспечиваемого производительностью насоса. Хотя при тупиковой схеме длина прорези получается больше, чем при сквозной схеме при тех же значениях параметров размыва, однако неравномерность структуры грунта определяет «зубчатые» очертания торцовой части тупиковой секции по высоте, Поэтому, принимая некоторый запас, целесообразно рассчитывать тупиковые секции по тем же зависимостям, что и сквозные.
Для сквозной и тупиковой секций, в случае большой глубины завесы, возможно получение разной длины секций в верхней части и у подошвы завесы. Это определяется изменением гидростатических давлений в прорези и, соответственно, разными скоростями воздуха в искусственном воздушном потоке, по мере подъема монитора. Для сквозной схемы уменьшение длины секции по высоте выражается в прекращении «пробоя» и в изливе пульпы из мониторной скважины.
Для того, чтобы избежать большого перерасхода раствора для тупиковой схемы или чрезмерного уменьшения длины прорези для сквозной схемы, следует производить расчеты длины прорези для глубины подошвы завесы и для глубины 1 м от поверхности (или же для верха завесы, если он находим » ниже поверхности). Если оба расчета дают существенно разные результаты то следует изменять значения характеристик технологического процесса:. скорость или расход воздуха. Скорость размывающей жидкости или диаметр размывающей струи изменять не следует. Они должны быть максимальными, исходя из характеристик насоса. Такой пересчет иногда приходится производить несколько раз - до получения близких значений длины прорези для ее верхней и нижней частей.
Чем глубже завеса, тем меньше получается длина секции (при обеспечении ее равномерности по высоте). Однако возможны ситуации, когда изменение скоростей воздушного потока в пределах скорости звука (338 м/с) не приводит к получению равномерной по высоте длины секции. В этом случае, который является крайне нежелательным, приходится принимать сверхкритические скорости воздуха. Сверхкритические скорости воздуха мало зависят от гидростатического давления в прорези, и поэтому мало изменяются по ее высоте. В этом случае длина секции будет хотя и не очень большой, но равномерной по высоте.
Комбинированная схема, при которой сквозные секции (например, двусторонние) чередуются с тупиковыми (рис. 7.1), имеет преимущества и недостатки сквозной и тупиковой схем. Смысл комбинированной схемы в том, что благодаря наличию сквозных секций, в данных конкретных грунтовых условиях контроль над размывом обеспечивается по всей высоте секции при заданной ее длине. Тогда можно иметь определенную надежду, что для тупиковых секций сплошность конструкции будет обеспечена. При этом, с учетом того, что расход размывающей жидкости на одну насадку уменьшается вдвое, необходимо пересчитывать все параметры технологического процесса.
Рис. 7.1. Комбинированная конструкция противофильтрационной завесы 1 - технологическая скважина; 2- «сквозная» односторонняя секция завесы, 1-й очереди; 3- «тупиковая» двусторонняя секция завесы 2-й очереди
Сдвоенная завеса может быть принята в тех случаях, когда предъявляются высокие требования к ее сплошности, то есть когда необходимо обеспечить гарантированную противофильтрационную защиту, или же когда завеса имеет большую глубину и большую площадь. Сдвоенную завесу целесообразно выполнять не в виде двух параллельных завес, а в виде цепочки связанных друг с другом ячеек. На рис. 7.2 показаны возможные виды конструкции ячеек сдвоенной завесы. Преимущества ячеистой конструкции здесь в том, что в случае локального нарушения сплошности завесы (на напорной или низовой стороне) ячеистая конструкция перекроет фильтрационный поток. В случае же параллельной завесы локальное нарушение сплошности им зовет повышенную фильтрацию через завесу и даже может быть причиной образования суффозионной полости.
Из показанных на рис. 7.2 вариантов конфигурации ячеистых конструкций сдвоенной завесы наиболее предпочтительным представляется вариант с ячейкой треугольной формы (рис. 7.2в). В других вариантах предусматриваеттся повторное использование технологической скважины, связанное с опасностью отклонения бурового снаряда при повторном пробуривании скважины в сторону более мягкого грунта.
Рис. 7.2. Варианты конструкций сдвоенной противофильтрационной завесы а - конструкция с ромбовидной формой ячейки, с повторно используемой технологической скважиной; б - конструкция с ромбовидной формой ячейки, с дополнительной технологической скважиной; в - конструкция с симметрично-треугольными формами ячеек; 1 - секции 1-й очереди; 2-секции 2-й очереди; 3-секции 3-й очереди; 4- технологические скважины; 5 - дополнительные технологические скважины; 5 - ось завесы
