Правила производства и приемки работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку

ВСН 132-92

МОСКВА 1993

Разработаны Всесоюзным ордена Октябрьской революции научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИСом) - инженеры Смирнова Г.О., Голубев В.Г., канд. техн. наук Сарабеев В.Ф.

Внесены Всесоюзным ордена Октябрьской революции научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИСом).

Подготовлены к утверждению отделом научно-технического развития Государственной корпорации «Трансстрой».

С введением в действие «Правил производства и приемки работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку» ВСН 132-92 теряет силу «Инструкция по производству к приемке работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку» ВСН 132-81.

Согласованы Главным управлением метрополитенов МПС.

В разработке Правил принимали участие управления строительства «Мосметрострой», «Свердловскметрострой», «Бамтоннельстрой», «Днепрометрострой», «Алма-Атаметрострой».

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие «Правила» распространяются на производство и приемку работ по нагнетанию растворов за обделку при строительстве и эксплуатации железнодорожных и автодорожных тоннелей, тоннелей метрополитенов, шахтных стволов, притоннельных камер и других подземных сооружений.

1.2. Нагнетание растворов за обделку тоннелей производится с целью заполнения остающихся за ней в процессе строительных работ пустот и зазоров твердеющими растворами, обеспечивающими совместную работу обделки с окружающим грунтом.

Нагнетание растворов улучшает статическую работу, уменьшает деформации обделки, предупреждает осадки земной поверхности, обеспечивает повышение водонепроницаемости конструкций и, как следствие, уменьшает их коррозию и повышает долговечность сооружений.

1.3. Нагнетание должно производиться в два этапа - первичное и контрольное.

Первичное нагнетание надлежит производить за обделки всех типов, кроме монолитно-прессованных бетонных обделок, сборных обделок, обжатых в породу и возводимых методом продавливания.

Контрольное нагнетание следует производить за обделки всех типов, кроме монолитно-прессованных, и обделок, возводимых при проходке тоннелей щитами с бентонитовым пригрузом.

1.4. При уточнении гидрогеологических условий по трассе тоннеля по исполнительной документации при возможном подъеме уровня грунтовых вод, воздействия техногенных и других факторов должна предусматриваться уплотнительная инъекция окружающих тоннель грунтов с целью повышения их водонепроницаемости.

1.5. Отступления от отдельных положений настоящих Правил из-за особенностей инженерно-геологических условий и при использовании новых технологий сооружения тоннелей должны быть согласованы с заказчиком и проектной организацией и отражены в проекте производства работ.

2. РАСТВОРЫ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

2.1. Для первичного нагнетания следует применять растворы на основе цемента и песка (обычные цементно-песчаные и с мелкодисперсными заполнителями - золой, глиной и другими материалами), для контрольного - на основе цемента (чистые цементные и с мелкодисперсными заполнителями).

Мелкодисперсные заполнители и химические добавки в виде отдельных компонентов или их сочетаний вводятся в растворы для снижения расхода цемента, улучшения технологических свойств раствора (подвижности, нерасслаиваемости и др.), регулирования сроков схватывания, повышения плотности и водонепроницаемости тампонажного камня.

Оптимальное количество заполнителя и химических добавок устанавливается экспериментально, при подборе состава раствора, с учетом технико-экономических показателей.

2.2. Состав раствора для нагнетания выражается последовательным соотношением твердых составляющих по массе и отношением воды к цементу или сумме твердых компонентов. Например, Ц : П : 3 : Г (цемент : песок : зола : глина) = 1 : 3 : 2 : 1, В/Ц (вода/цемент) = 0,8 или В/Т (вода/цемент + песок + зола + глина) = 0,5.

2.3. Выбор состава раствора в зависимости от типа обделки и обводненности грунта следует производить по табл.1.

2.4. Для легкого перекачивания растворонасосом и качественного заполнения зазора между обделкой и грунтом растворы должны отвечать следующим требованиям:

Подвижность (растекаемость) раствора, см ………. 10 - 30

Расслаиваемость, см.........…………………………… менее 5

Водоотделение в течение 1 ч, %....…………………. не более 2

Выход тампонажного камня, %.....…………………. 95 - 100

Таблица 1

Примечания. 1. Условные обозначения: Ц - цемент, П - песок, Г - глина, З - зола, В - вода.

2. Раствор, состав которого указан сокращенно Ц: (П + Г + З), является цемемтно-песчаным с добавками глины (Ц : П : Г), золы (Ц : П : З) или обоих материалов (Ц : П : Г : З).

3. Раствор, состав которого указан сокращенно Ц: (Г, З), является цементным с добавками глины (Ц : Г) или золы (Ц : З).

4. Водотвердое отношение В/Т - соотношение воды и твердых составляющих раствора: цемента, песка, глины, золы (Ц + П + З + Г) по массе.

2.5. Сроки схватывания растворов определяются следующими условиями:

начало схватывания растворов определяется технологией приготовления и обводненностью грунтов;

для первичного нагнетания за сборные обделки растворы должны иметь конец схватывания, укладывающийся в промежуток времени от окончания нагнетания до начала передвижки проходческого комплекса;

для нагнетания за обделки (сборные и монолитные) в обводненных грунтах растворы для первичного нагнетания должны иметь конец схватывания в зависимости от обводненности в пределах 0,5 - 3 ч после поступления за обделку.

2.6. Подбор состава раствора, имеющего при затвердевании однородную плотную структуру, достаточную прочность и водонепроницаемость (в соответствии с табл. 1) и отвечающего требованиям пп. 2.4- 2.5, должен производиться лабораторией по методикам, приведенным в приложении 1.

3. МАТЕРИАЛЫ И ДОБАВКИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ

3.1. Для приготовления растворов могут использоваться различные виды цемента, песок, глины обычные и бентонитовые комовые, бентонитовые глинопорошки, суглинки, золы-унос и другие, инертные материалы, возможность применения которых устанавливается подбором составов растворов в лабораторных условиях.

3.2. Для приготовления растворов следует применять портландцемент марки 300-400 по ГОСТ 10178-85.

Допускается применение высокомарочного портландцемента, а также его разновидностей - пластифицированного, тампонажного при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Применение шлакопортландцемента, пуццоланового, глиноземистого, расширяющегося и гидрофобного цементов допускается только после проведения лабораторных и опытных работ, определяющих время схватывания раствора в конкретных условиях строительства.

В условиях агрессивной среды вид цемента следует выбирать согласно СНиП 2.03.11-85 по защите строительных конструкций от коррозии.

При приготовлении растворов не разрешается смешивать цементы различных видов и марок.

Допускается применение других видов вяжущих для приготовления растворов при соответствующем обосновании и проведении опытно-экспериментальных работ.

3.3. Для приготовления цементно-песчаных растворов рекомендуется применять средне- и мелкозернистый пески (во избежание расслаиваемости растворов при перекачивании) в соответствии с ГОСТ 8736-85.

3.4. Вода для затворения раствора должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79.

3.5. Для замены части цемента при соблюдении требований п. 2.3к качеству растворов рекомендуется использовать перечисленные ниже минеральные мелкодисперсные заполнители:

высоко- и низкокальциевые золы-унос сухого или мокрого отбора, отвечающие требованиям ГОСТ 25818-83, для приготовления цементно-золо-песчаных и цементно-зольных растворов;

бентонитовые комовые глины или глинопорошки, отвечающие требованиям ТУ-39-01-08-158-81, для приготовления цементно-глинистых, глинистых растворов, а также в качестве добавок к цементно-песчаным и цементно-золо-песчаным растворам;

местные глины с содержанием глинистых частиц размером 0,01 - 0,05 мм до 40%, 0,50 - 0,005 мм от 35 до 65%, 0,005 мм от 15 до 30% песчаных частиц не более 8 - 10% (в том числе крупнее 1 мм не более 1%) для приготовления цементно-песчано-глинистых и цементно-глинистых растворов;

другие виды материалов - отходы различных производств (металлургические и топливные шлаки, микрокремнезем, отходы переработки сырья и т.п.), пригодность которых для приготовления тампонажных растворов устанавливается лабораторными исследованиями и технико-экономическим расчетом.

3.6. Для приготовления растворов могут использоваться выпускаемые специализированными заводами сухие смеси основных компонентов раствора (цемент, песок, добавки), отвечающие требованиям ТУ 400-2-37-88.

3.7. Для улучшения технологических свойств растворов и получения требуемых характеристик тампонажного камня рекомендуется применять химические и минеральные добавки.

Вид и количество минеральных и химических добавок для цементных, цементно-песчаных и глинистых растворов назначаются в соответствии с рекомендуемым приложением 2 и корректируются при подборе составов растворов.

Применение отходов производства и химических добавок для приготовления тампонажных растворов согласовывается с санитарными службами в установленном порядке.

3.8. Расчет потребности материалов для приготовления растворов рекомендуется проводить по методике, приведенной в приложении 3.

3.9. Способы хранения и транспортировки материалов и добавок (приложение 4) должны отвечать требованиям соответствующих ГОСТов, ТУ, инструкций.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

4.1. Для производства работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку применяется смесительное и насосное оборудование, раствороводы, инъекторы и контрольно-измерительная аппаратура.

Технологическое оборудование и его размещение должны обеспечивать:

высокие темпы производства работ при минимальных трудовых и материальных затратах;

наименьшее загромождение тоннеля, и безопасное обслуживание машин и механизмов, а также удобство транспортирования материалов и растворов.

4.2. Приготовление раствора следует производить в растворомешалках периодического и непрерывного действия, производительность которых должна обеспечивать непрерывную работу насосов, подающих раствор за обделку.

Для приготовления растворов на основе цемента и песка рекомендуется использовать растворомешалки лопастные типа СО и турбулентные смесители типа СБ, для приготовления растворов на основе цемента - растворомешалки турбинные типа РМ и лопастные типа ЛРМ (приложение 5).

Пневморастворонагнетатели (приложение 6), а также штукатурные агрегаты (приложение 7) осуществляют как приготовление, так и подачу раствора за обделку.

4.3. При больших расходах растворов на основе цемента и песка и давлении нагнетания до 0,5 МПа рекомендуется применять диафрагменные и поршневые насосы типа СО, при небольших расходах раствора на основе цемента и давлении нагнетания до 1,0 Мпа - плунжерные и винтовые растворонасосы (приложение 8).

4.4. Раствор от насоса к инъектору подается по гибким раствороводам или металлическим трубопроводам.

В качестве гибких раствороводов напорной линии используются рукава:

резиновые напорные с нитяными оплетками (ГОСТ 10362-76);

резинотканевые напорные (ГОСТ 18698-79);

буровые оплеточные (ТУ 38-10358-81).

Для транспортирования раствора по металлическим трубопроводам применяются стальные бесшовные горячедеформированные трубы (ГОСТ 8732-78).

4.5. Стыковые соединения рукавов и металлических труб раствороводов должны обеспечивать свободное прохождение раствора и быструю их сборку и разборку. Варианты конструкции соединений представлены на рис. 1.

Рис. 1. Стыковые соединения раствороводов:

а - металлических труб; б - шлангов; 1 - стальная труба; 2 - гайка; 3- фланцы; 4 - ось диаметром 12 мм; 5 - шплинт; 6 - щека; 7- прокладка; 8 - болт специальный; 9 - шланг; 10 - заклепка

4.6. Присоединение раствороводов к отверстиям в обделке должно осуществляться с помощью инъекторов, оснащенных обратным клапаном или запорными (пробковыми или шаровыми) кранами, которые обеспечивают герметизацию отверстий. Диаметр проходного отверстия крана должен соответствовать диаметру раствороводов. Варианты конструкций инъектора представлены на рис. 2.

Рис. 2. Варианты конструкций инъекторов для нагнетания растворов за обделку:

а - первичного; б- контрольного; 1 - обделка; 2 - эллипсовидная упорная металлическая пластина; 3 - труба инъектора; 4 - резиновая шайба;5 - плита; 6 - нажимная гайка с рукоятками; 7 - кран запорный; 8 - быстроразъемное соединение; 9 - рукав растворовода;10 - скважина; 11 - затвердевший раствор; 12 - уплотнитель резиновый; 13 - манометр с предохранительной камерой

4.7. Измерительная аппаратура - манометры, водомеры, ареометры, термометры, часы-секундомеры и т.п. - должна обладать требуемой точностью. Манометры, водомеры и весы должны иметь соответствующие удостоверения о проверке.

Манометры должны быть снабжены предохранителями, препятствующими поступлению раствора в трубку манометра.

5. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ

5.1. В зависимости от технологии сооружения, применяемого оборудования и объемов нагнетания возможны следующие схемы приготовления и подачи растворов:

1) транспортирование к месту работ материалов - приготовление раствора (ручная загрузка материалов, периодическое смешение) - нагнетание (в основном, периодическое);

2) предварительное приготовление сухих растворных смесей - транспортирование смеси к месту работ - приготовление раствора (механизированная загрузка, непрерывное смешение) - нагнетание (непрерывное);

3) предварительное приготовление раствора - транспортирование готового раствора - дополнительное перемешивание (побуждение) - нагнетание (в основном, непрерывное).

5.2. Приготовление растворов по первым двум схемам; осуществляется непосредственно на рабочем месте:

из отдельных компонентов раствора в растворонагнетателях и растворомешалках периодического действия;

из сухой смеси, приготовленной на специализированном заводе или установках типа СБ-168 из просушенного песка (золы, глины), вяжущего - в растворосмесителях непрерывного действия.

5.3. По третьей схеме предварительное приготовление растворов осуществляется на строительной площадке с использованием:

для приготовления цементно-песчаных растворов - бетонорастворосмесительной установки передвижной типа СБ-140 или инвентарной типа СБ-135;

для приготовления цементных, цементно-глинистых растворов - высокомеханизированного тампонажного комплекса, включающего цементно-смесительный и цементировочный агрегат УС6-30 (2СМН-20) и ЦА-320, станцию контроля СКЦ-2М и типовую глиностанцию;

для приготовления бентонитовых растворов - глинорастворной передвижной установки типа СБ-137.

5.4. Дозирование материалов в процессе приготовления растворов механизированным способом должно производиться по массе. Вода и водные растворы химических добавок дозируются по объему. Точность дозировки для воды и цемента - до 3%, для песка и минеральных добавок - до 5%.

5.5. Очередность введения компонентов в растворомешалку (растворонагнетатель) при приготовлении многокомпонентных растворов (в зависимости от состава) следующая: вода - бентонит (глина) - цемент - зола-унос - песок.

Бентонитовая глина должна вводиться в раствор в виде порошка или заранее приготовленной суспензии, последнее обеспечивает повышенный выход цементного камня.

Загрузку в емкость растворомешалки (растворонагнетателя) каждого последующего компонента производят при получении однородной смеси после загрузки предыдущих компонентов в полном количестве.

5.6. Химические добавки для улучшения свойств растворов готовятся заранее в виде раствора повышенной концентрации и вводятся в воду затворения в количестве, обеспечивающем рабочую концентрацию их в нагнетаемом растворе.

Введение химических добавок-ускорителей должно производиться в готовый раствор перед выгрузкой (нагнетанием) в виде водного раствора при непрерывном перемешивании раствора.

5.7. Приготовленный раствор должен непрерывно перемешиваться или перекачиваться до момента его нагнетания за обделку.

5.8. Транспортирование материалов к месту производства работ по нагнетанию следует осуществлять в заводской упаковке (многослойных бумажных мешках, барабанах и др.) или в контейнерах и вагонах с перегородками для разделения компонентов раствора.

Транспортирование к месту готовых растворов для первичного нагнетания следует осуществлять в подвижных специальных вагонах, пневмобетононагнетателях и авторастворовозах, оснащенных побудителями, или по трубопроводам, подачу готовых растворов для контрольного нагнетания - по трубопроводам.

В процессе подачи материалов и растворов необходимо исключить возможность попадания в них воды, грунта и других инородных предметов, а также, потери раствора и его составляющих.

5.9. Для приготовления и нагнетания растворов должны применяться инвентарные передвижные тележки, оснащенные растворомешалками, растворонасосами и оборудованием для подъема контейнеров и вагонеток с раствором, сухой смесью или отдельными компонентами для приготовления раствора (приложение 9).

6. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПО НАГНЕТАНИЮ

Первичное нагнетание

6.1. Перед нагнетанием раствора торцевые зазоры между сборной обделкой и грунтом при горном способе герметизируются уплотняющим материалом или специальным устройством, не пропускающим раствор (приложение 10).

При щитовой проходке для герметизации зазоров между сборной обделкой и оболочкой щита следует применять специальное металлическое кольцо с резиновым фартуком, подвешиваемое на щитовые домкраты, или уплотнительное торовое устройство, размещаемое в хвостовой части оболочки (приложение 11).

Перед нагнетанием за сборную обделку все трещины и неплотности в швах тщательно законопачивают.

6.2. Первичное нагнетание раствора за сборную обделку тоннеля должно производиться за каждое последнее смонтированное кольцо.

При горном способе проходки допускается в устойчивых грунтах нагнетание производить до уровня горизонтального диаметра последнего собираемого кольца, а на всю высоту кольца - с отставанием не более трех колец.

6.3. При щитовой проходке рекомендуется (а при проходке под сооружениями метрополитена необходимо) осуществлять нагнетание раствора в последнее смонтированное кольцо непосредственно в процессе передвижки щитового комплекса.

6.4. Процесс нагнетания должен осуществляться непрерывно до полного заполнения пустот. Нагнетание должно осуществляться снизу вверх по кольцу во все отверстия в спинках блоков или тюбингов по обе стороны вертикальной оси обделки тоннеля (рис. 3).

Рис. 3. Порядок первичного нагнетания за сборную чугунную и железобетонную обделки:

1, 2, 3,4 - симметричное нагнетание за обделки без связей; 1¢, 2¢, 3¢, 4¢, 5¢, 6¢, 7¢ - последовательное нагнетание

6.5. Первичное нагнетание раствора за монолитную обделку тоннеля должно производиться на участках длиной 20 - 30 м по достижении бетоном обделки проектной прочности.

Допускается производить нагнетание раствора за обделку по достижении бетоном 75% проектной прочности при наличии соответствующего обоснования, тщательного контроля за процессом нагнетания и согласования с проектной организацией.

6.6. Первичное нагнетание за монолитную обделку стен необходимо производить последовательно по обе стороны тоннеля в скважины, расположенные продольными рядами (рис. 4). Работы по нагнетанию следует производить одновременно по обе стороны вертикальной оси обделки в два симметрично расположенных отверстия.

Нагнетание за монолитную обделку, сооружаемую с применением пневмобетоноукладчиков или бетононасосов в устойчивых плотных грунтах, не производится на участках тоннелей ниже пяты свода при отсутствии временной крепи с забутовкой или деревянной затяжкой.

Рис. 4. Порядок первичного и контрольного нагнетания раствора за монолитную бетонную обделку:

· - скважины для первичного нагнетания; о - скважины для контрольного нагнетания; à - направление нагнетания

6.7. Нагнетание за сводовую часть обделки надо производить после завершения нагнетания за стены тоннеля, переходя от нижерасположенных к вышерасположенным скважинам.

6.8. Нагнетание за обделку шахтных стволов следует производить снизу вверх отдельными захватками, высота которых устанавливается проектом производства работ в зависимости от инженерно-геологических условий и метода возведения обделки.

6.9. При сооружении стволов методом погружения в тиксотропной рубашке должны устраиваться пояса из цементно-песчаного раствора состава 1:1, сооружаемые в пределах двух нижних и двух верхних колец обделки.

Подача цементно-песчаного раствора должна производиться растворонасосами по металлическому раствороводу, погружаемому через тиксотропный раствор до заданного уровня. По мере вытеснения тиксотропного раствора растворовод укорачивается. Подача цементно-песчаного раствора через отверстия в тюбингах не допускается.

6.10. Нагнетание за обделку должно производиться при температуре в тоннеле не ниже 5°С. При температуре ниже 5°С и нагнетании раствора за обделку тоннелей, сооружаемых в вечномерзлых или искусственно замороженных грунтах, следует выполнять дополнительные требования, согласно специальным указаниям проекта и приложения 12.

6.11. Окончание нагнетания за сборные и монолитные обделки следует определять по появлению раствора в вышерасположенных отверстиях (скважинах) или при наступлении «отказа». Максимально допустимое давление на обделку не должно превышать 0,5 МПа.

6.12. Отверстия, в которых нагнетание уже произведено, после снятия инъекторов следует закрывать деревянными или полиэтиленовыми пробками. Пробки из отверстий извлекаются только после схватывания раствора.

6.13. При перерыве нагнетания более полутора часов необходимо производить промывку растворомешалок, растворонасосов и раствороводов.

6.14. Дефекты в беконе обделки (раковины, трещины и т.д.) должны быть ликвидированы до начала контрольного нагнетания.

Контрольное нагнетание

6.15. Контрольное нагнетание раствора за сборные обделки необходимо производить по всему периметру. Контрольное нагнетание не производится за лотковую часть монолитных обделок.

6.16. Контрольное нагнетание за сборные обделки производится вне действия проходческого комплекса (щита) на расстоянии 30 - 50 м от забоя. Контрольное нагнетание на участке с притоннельными сооружениями должно осуществляться после завершения их строительства.

При сооружении станций контрольное нагнетание за обделку боковых тоннелей должно быть полностью закончено до приближения забоя среднего тоннеля к соответствующим кольцам боковых тоннелей на расстояние не менее 10 м.

6.17. Контрольное нагнетание за обделку шахтных стволов следует производить снизу вверх отдельными захватками. От места контрольного нагнетаний в направлении забоя должно быть не менее 6 м обделки, за которую произведено первичное нагнетание.

Допускается выполнять контрольное нагнетание после завершения первичного нагнетания на длине всего ствола.

Контрольное нагнетание не должно производиться, если за обделкой ствола, сооруженного методом погружения в тиксотропной рубашке, оставлен тиксотропный раствор.

6.18. Контрольное нагнетание за обделки из сборного железобетона производится после чеканки швов и отверстий для первичного нагнетания, а также после гидроизоляции болтовых отверстий и отверстий для установки шпилек в ребра блоков. Чеканка швов сборных железобетонных блоков, в конструкции которых предусмотрены резиновые уплотнения (прокладки), не производится.

6.19. Контрольное нагнетание за обделку из чугунных тюбингов производится до переболчивания и чеканки швов.

6.20. Нагнетание за сборные обделки производится в каждое кольцо по обе стороны вертикальной оси тоннеля снизу вверх во все пробуренные отверстия.

6.21. Скважины для контрольного нагнетания за сборные железобетонные обделки, следует бурить до грунта в местах пересечения швов (в крестовинах).

6.22. Скважины для контрольного нагнетания за обделки из чугунных тюбингов необходимо бурить до грунта через пробковые отверстия в спинках тюбингов.

6.23. Порядок производства работ по контрольному нагнетанию за монолитную обделку тоннеля аналогичен порядку первичного нагнетания и должен соответствовать схеме, представленной на рис. 4.

Порядок производства работ по нагнетанию за монолитную обделку ствола должен соответствовать схеме, представленной на рис. 5.

6.24. Скважины для контрольного нагнетания за монолитную обделку следует бурить до грунта между скважинами для первичного нагнетания в шахматном порядке.

Рис. 5. Порядок контрольного нагнетания раствора за монолитную бетонную обделку ствола:

1, 2, 3... - номера скважин; I,