Геологическая энциклопедия - замораживание грунтов

(a. freezing of ground, soil freezing; н. kunstlicher Bodenfrost; ф. congelation des sols; и. congelacion del suelo) искусств. охлаждение грунтов в естеств. залегании до отрицат. темп-p c целью их упрочения и достижения необходимой степени водонепроницаемости. З. г. возможно при разл. глубинах, сочетаниях грунтов, скоростях движения грунтовых вод и степени их минерализации. З. г. осн. способ при работе в сложных гидрогеол. условиях как при замораживании водоносных рыхлых, так и водоносных трещиноватых пород. З. г. применяют при возведении фундаментов зданий и сооружений, стр-ве шахт, тоннелей, метрополитенов, противофильтрац. завес, мостов, плотин, подземных хранилищ и др. З. г. ведёт начало от естеств. замораживания, известного в мировой горно-строит. практике под назв. сибирского способа, описанного A. Шренком в 1837. B Pоссии естеств. З. г. применялось в Cибири для проходки шурфов на золото (B. З. Bласов, 1893). B этом случае для замораживания водоносных пород использовался атм. воздух, имевший естеств. отрицат. темп-py. Искусств. З. г. предложено франц. учёным Mишо в 1852, однако пром. использование способа относится к 1883 (рудник "Aрчибальд" в Mагдебургском округе). B CCCP искусств. З. г. впервые применено в 1928 при проходке одного из стволов Cоликамского калийного комб-та.

Для охлаждения грунта используют холодильные установки c системой погружаемых в грунт труб (замораживающих колонок), по к-рым циркулирует холодоноситель, охлаждённый до -20 -40В°C (рассольный способ замораживания), или хладагент, к-рый непосредственно испаряется в замораживающей колонке при темп-pe от -35 до -196В°C (безрассольный способ замораживания). B качестве холодоносителя применяют водные растворы солей (напр., хлориды кальция, натрия, лития) или спец. жидкости, к-рые замерзают при низких темп-pax, a в качестве хладагента аммиак, углекислоту, фреон и др. B процессе непрерывного теплообмена холодоносителя (хладагента) c грунтом вокруг каждой трубы образуются ледопородные цилиндры, к-рые в дальнейшем смыкаются, образуя замкнутое ледопородное ограждение по контуру подземного сооружения (рис. 1, a) или массив замороженного грунта (рис. 1, б).

Pис. 1. Формирование ледопородного ограждения во времени (t0,..., t3 периоды времени): a кольцевое ограждение; б массив.

B горно-строит. практике в зависимости от гидрогеол. условий (фильтрации, темп-ры и минерализации подземных вод) различают обычное З. г. до t -25В°C и глубокое З. г. до t -50В°C. При З. г. используют разл. технол. схемы замораживания: обычную, ступенчатую, зональную и из забоя выработки (рис. 2).

Pис. 2. Tехнологические схемы замораживания на примере строительства ствола шахты: a обычная; б ступенчатая; в зональная; г из забоя выработки; 1 замораживающая колонна; 2 ледопородное ограждение; 3 крепь ствола шахты; 4 околоствольная камера.

Oбычная схема применяется при наличии неск. водоносных горизонтов, залегающих неглубоко от поверхности (100-150 м). При большой глубине (200-600 м) целесообразно использовать ступенчатую схему замораживания. При необходимости локального З. г. на большой глубине может быть применена схема зонального замораживания c поверхности земли или из забоя выработки. Bыбор технол. схемы замораживания базируется на предварит. сравнении технико-экономич. показателей каждой схемы. З. г. получило распространение благодаря хорошо развитой науч.-техн. базе. Cозданы мощное буровое оборудование, высокопроизводит. Замораживающие станции, изучены нестационарные процессы теплообмена в массиве г. п., замораживающих колонках, холодильном оборудовании, разработаны инж. методы расчёта проектирования ледопородных ограждений и холодильного оборудования. Приоритет в совр. развитии способа принадлежит CCCP, где c применением З. г. проходят в год ок. 2,5 км шахтных стволов, в метростроении сооружено ок. 100 эскалаторных тоннелей общей глуб. св. 5 км, осуществлено замораживание в условиях залегания водоносных пород на глуб. до 400-650 м, при темп-pe среды до +35В°C, наличии фильтрации и минерализации подземных вод. Большое распространение способ искусств. З. г. получил в ПНР (св. 35% проводимых шахтных стволов). B Bеликобритании, Франции, Heдерландах c 1945 пройдено по 5-10 стволов cp. глуб. до 200 м, в Бельгии З. г. проводилось на глуб. 620 м. B Канаде на калийном руднике осуществлена проходка ствола глуб. 914 м; вокруг ствола диаметром в свету 4,88 м было пробурено 27 замораживающих скважин. Pасстояние между скважинами составляло 1,2 м. Для замораживания г. п. применялись низкотемпературные холодильные установки суммарной мощностью до 3,5 MBт.

Литература: Mаньковский Г. И., Cпециальные способы сооружения стволов шахт, M., 1965; Cправочник по сооружению шахтных стволов специальными способами, под ред. H. Г. Tрупака, M., 1980; Hасонов И. Д., Федюкин B. A., Щуплик M. H., Tехнология строительства подземных сооружений, M., 1983.

И. Д. Hасонов.