Под поверхностью: обзор применений цементации для успешной цементации туннелей — TBM: журнал Tunnel Business Magazine

Джейк Суонсон и Бритт Н. Бэбкок

Прокладка туннелей — один из самых сложных и сложных видов строительства, с которым сталкивается сообщество дизайнеров и строителей. Задачи раскопок под землей, часто в водоносных пластах, невероятно трудны для решения. Снимаю шляпу перед всеми, кто неустанно работает над проектированием, строительством и развитием туннельной промышленности и используемых процессов. В этой статье будут освещены типы обычно используемых растворов, когда и где они обычно используются, а также то, как раствор используется для помощи в разработке и строительстве туннельной системы. Эта статья не претендует на всеобъемлющее или чрезмерное упрощение, а представляет собой обзор материалов, методов и применений затирочных растворов, используемых при строительстве туннелей. Эта статья представляет собой краткое изложение того, что может быть очень сложным процессом.

Как цементные (в виде твердых частиц), так и химические (на растворе) растворы используются в туннелях для заполнения узких полостей/трещин, трещин в горных породах и геологических пустот, снижения гидростатического давления, проникновения в грунт для контроля грунтовых вод, упрочнения текучего грунта, создания контакта между облицовкой и окружающей средой. геологии или контролировать грунтовые воды локально через швы или трещины в облицовке туннеля или, более глобально, с использованием навесного цементирования.

Цементные растворы могут состоять из портландцементного раствора или ультратонкого цементного раствора. Отличительная разница между портландцементным раствором и ультратонким цементным раствором заключается в размере частиц. Размер частиц портландцементного раствора может варьироваться в среднем от 50 до 100 микрон для типа I/II и в среднем от 15 до 20 микрон для типа III. Ультратонкий цемент намного меньше, средний размер частиц составляет три микрона. Для справки: размер человеческого волоса составляет примерно 70 микрон.

По химической стороне семейство затирок делится на два разных типа затирок: химически активные и расширяющиеся пенополиуретаны. Химически реактивные затирки состоят из акриламида, акрилатов, акрилов и силикатов натрия. Акриламиды, акрилаты и акрилы преимущественно используются для контроля воды, а силикаты натрия используются для временной структурной поддержки. Расширяющиеся полиуретановые затирки бывают двух видов: гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные затирки обычно представляют собой однокомпонентные системы, которые реагируют с водой и затвердевают, образуя расширяющуюся гибкую пену или нерасширяющийся гель. Гидрофобные растворы требуют использования катализатора, но при перекачке считаются однокомпонентными. Они обычно сильно расширяются во время отверждения и требуют очень мало воды для реакции. Хотя цементные и химические затирки могут различаться по составу и применению, чаще всего они являются взаимодополняющими продуктами в одном проекте.

Туннели различаются по размеру от микро до макро и устанавливаются для транспортировки чего угодно, от воды до транспорта. Туннельная система состоит из компонентов, состоящих из самого туннеля, шахт для взлома и отрыва, а также переходных переходов между соседними туннелями, где это необходимо. Заливка цементного раствора может быть технологией, используемой в каждом компоненте туннельной системы – до, во время и после этапов строительства. Будь то часть первоначального проекта или из-за непредвиденных проблем, цементация часто является незамеченным героем с точки зрения успешного завершения и функциональности любого проекта туннелирования. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных целей цементации, которые могут потребоваться при строительстве туннелей. Могут возникнуть особые ситуации, не перечисленные ниже:

Типы проблем, с которыми могут столкнуться подрядчики, помогут определить тип используемого раствора. Заливка геологического образования, породы или почвы может происходить до начала строительства туннеля, во время строительства или после строительства. Выбор типа раствора обычно определяется желаемым результатом и геологическими условиями. Для инфильтрации воды через трещины и трещины горных пород или для снижения гидростатического давления на облицовку туннеля портландцемент обычно является предпочтительным раствором из-за его эксплуатационных характеристик и экономических преимуществ. Если для трещин и трещин требуется более мелкий материал, подрядчику может потребоваться использовать ультратонкий цемент. При столкновении с текучим песком, который может препятствовать продвижению туннеля и потенциально создавать проблемы с проседанием или устойчивостью надземной инфраструктуры и зданий, можно использовать сверхтонкий цемент или затирки на растворе для проникновения в песок и создания стабильной матрицы песка/раствора. Геологические пустоты могут возникать в некоторых пластах, которые требуют заполнения до внедрения техники для проходки туннелей. Часто используется портландцементный раствор, но при необходимости можно использовать пенополиуретан. После того, как туннелепроходческая машина выкапывает трассу в твердом грунте или твердой породе, между пределами выемки и облицовкой туннеля остается пространство; Обратная засыпка и контактная цементация выполняются с использованием тампонажной смеси из портландцемента для достижения плотного контакта между геологическими породами и облицовкой туннеля. На больших площадях туннелей или облицовок шахт подрядчик может выполнить затирку цементным или химическим раствором, чтобы остановить проникновение воды. Полиуретановые затирки часто используются, когда утечки более локализованы в швах или дефектах.