СПОСОБ МОНТАЖА ОБЛЕГЧЕННЫХ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
METHOD FOR INSTALLATION OF LIGHT COOLING DEVICES FOR TEMPERATURE STABILIZATION OF PERMANENTLY FROZEN GROUNDS

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, и может быть использовано для термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов.
При строительстве зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах возникает необходимость применения специальных технических средств и технологий для сохранения их температурного режима в течение всего периода их эксплуатации с целью предотвращения ослабления несущей способности грунтов оснований при их оттаивании; при этом к наиболее эффективным технологиям относится использование парожидкостных охлаждающих устройств - двухфазных термосифонов и/или гравитационных тепловых труб, работа которых основана на конвекции легкокипящего жидкого теплоносителя (то же хладагента) под влиянием естественной разности температур охлаждаемого массива грунта и атмосферного воздуха.
Известна конструкция насыпного охлаждаемого основания (RU 2157872 С2, МПК E02D 3/115, опубликовано 20.10.2000), включающая охлаждающие трубы, соединенные с конденсаторной частью, и размещенные над ними слои теплоизоляции и отсыпку грунта; при этом охлаждающие трубы, заполненные низкокипящей жидкостью, размещены внутри защитных труб, выполненных с заглушенным торцом с одной стороны и открытым торцом с другой, и полостью, заполненной теплопроводной жидкостью. Защитные трубы расположены под отсыпкой грунта и слоем теплоизоляции с уклоном 0-10° к продольной оси основания в сторону заглушенных торцов, а открытые торцы выведены за пределы контура отсыпки грунта.
Наиболее распространенным методом установки вышеупомянутых охлаждающих устройств является их предпостроечный монтаж, заключающийся в откопке траншей и котлованов, отсыпке и трамбовке песчаной подушки, установке охлаждающих устройств с последующей засыпкой и трамбованием грунта, и установкой теплоизоляционного слоя.
Однако, при монтаже известных устройств в процессе обратной засыпки грунтом снижается пространственная прочность системы, так как засыпаемый грунт оказывает механическое воздействие на трубы, вследствие чего оси труб смещаются относительно проектного положения. Кроме того, в процессе обратной засыпки, при трамбовании грунта, образуются воздушные прослойки, обладающие существенным термическим сопротивлением.
Для термостабилизации грунтов также используют охлаждающие устройства различных конструкций, погружаемые в скважины, например, гравитационные тепловые трубы (RU 2387937 C1, МПК F28D 15/02, опубликовано 27.04.2010) содержащие герметичный, частично заправленный теплоносителем трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними.
Для облегчения изготовления, транспортировки и монтажа упомянутых устройств их корпус имеет вставки в виде сильфонных рукавов, снабженных жесткой съемной обоймой.
Погружение упомянутых охлаждающих устройств осуществляется статическим вдавливанием, что способствует существенным изгибающим нагрузкам на конструкцию, вызывающим ее критическую деформацию.
Наиболее близким к настоящему изобретению является охлаждающее устройство для температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов и способ монтажа такого устройства (RU 2454506 С2, МПК E02D 3/115, опубликовано 27.06.2012), при котором в пробуренную методом наклонно-направленного бурения скважину протягивается охлаждающее устройство.
Вышеупомянутые способ и устройство применимы при монтаже достаточно прочных и металлоемких охлаждающих устройств, в то время как облегченные конструкции из тонкостенных стальных труб и алюминиевых сплавов, обладающие небольшим термическим сопротивлением и высокой эффективностью охлаждения грунтов, могут при протяжке с большим усилием претерпеть деформации и потерять работоспособность. Кроме того, используемый в процессе бурения бентонитовый раствор со временем в скважине коагулирует, и стенки скважины постепенно обрушаются, а в пространстве между испарителем и упомянутыми стенками образуются воздушные полости, увеличивающие термическое сопротивление и снижающие эффективность работы испарителя.
Технический результат, на который направлено предлагаемое техническое решение, заключается в увеличении несущей способности грунтовых оснований, снижении нагрузок на облегченные конструкции охлаждающих устройств и снижение стоимости строительно-монтажных работ.
Заявленный технический результат достигается тем, что монтаж облегченных охлаждающих устройств для температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов включает бурение сквозной пологонаклонной скважины, протяжку в скважину до проектного положения охлаждающего устройства, содержащего заправленные хладагентом трубы конденсатора и испарителя, соединенные сильфонными рукавами, защищенными бандажами, при этом трубы конденсатора расположены по краям испарителя, а испаритель разделен непроницаемой перегородкой; монтаж охлаждающих элементов на конденсаторные трубы охлаждающего устройства. Согласно изобретению, охлаждающее устройство заранее укладывают в защитную обойму, состоящую из обсадных труб муфтового соединения, оба торца которой снабжены амортизирующими прокладками и завинчены крышками, протягивают в скважину с одновременным расширением скважины. Достигнув проектной отметки, конденсаторные участки труб охлаждающего устройства освобождают от защитной обоймы, крепят их за анкеры, в зазор между защитной обоймой и стенками скважины устанавливают цементировочную трубу и извлекают буровым станком защитную обойму с одновременной подачей цементного раствора с водоцементным соотношением В:Ц=0,5 в зазор между охлаждающим устройством и стенками скважины.
Сквозную пологонаклонную скважину для монтажа охлаждающих устройств бурят с промывкой цементным раствором с водоцементным соотношением В:Ц=0,9.
Особенности конструкции защитной обоймы, в частности наличие достаточно прочных соединений (муфты, крышки) и амортизирующих прокладок, обеспечивают надежную защиту облегченного охлаждающего устройства при его протяжке.
Цементация охлаждающих устройств позволит дополнительно, кроме создания льдогрунтового массива, укрепить окружающие грунты и защитить облегченное охлаждающее устройство от нагрузок сооружения и коррозионных процессов, увеличив, тем самым, срок его службы.
Таким образом, предлагаемое изобретение существенно снизит металлоемкость охлаждающих устройств и увеличит эффективность охлаждения грунтов оснований, что, в свою очередь, увеличит их несущую способность.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
На Фиг. 1 показано положение устройства перед его протяжкой;
На фиг. 2 изображено охлаждающее устройство в защитной обойме;
На Фиг. 3 изображено охлаждающее устройство в стадии завершения его протяжки;
На Фиг. 4 показан процесс извлечения защитной обоймы с одновременной цементацией скважины;
На Фиг. 5 представлена схема завершающего монтажа охлаждающего устройства.
Способ монтажа облегченного охлаждающего устройства реализуется следующим образом.
Перед пробуренной методом ННБ (наклонно-направленное бурение) с промывкой цементным раствором водоцементного отношения (В:Ц)=0,9 скважиной 1, со стороны выхода на поверхность пилотного долота, выкладывают охлаждающее устройство 2, снабженное трубами испарителя 3, конденсаторными трубами 4, сильфонными рукавами 5 в защитном бандаже 6 и непроницаемой перегородкой в испарителе 7 (Фиг. 1). Согласно изобретению, охлаждающее устройство 2 заранее помещают в защитную обойму 8, состоящую из обсадных труб 9, соединенных муфтами 10. С обеих торцов обойму 8 завинчивают крышками 11, фиксирующими через амортизирующие прокладки 12 установленное охлаждающее устройство 2. Одна из крышек 11 защитной обоймы снабжена серьгой 13, с которой соединяют вертлюг и расширитель 14 (Фиг. 2). Затем охлаждающее устройство, защищенное обоймой, протягивают в скважину 1 в сторону бурового станка 15, с необходимым расширением скважины, до выхода на поверхность первой муфты 10 защитной обоймы 8 (Фиг. 3). Далее отвинчивают крышку 11 с прокладкой 12, а в зазор между стенкой расширенной скважины 1 и защитной обоймой 8 устанавливают цементировочную трубу 16 с тампоном 17 и сальниковым уплотнением 18. После уплотнения тампона и сальника трубу конденсатора 4 крепят за анкер 19. Затем, защитную обойму 8 с помощью бурового станка 15 извлекают на поверхность и одновременно в зазор между охлаждающим устройством 2 и стенками скважины 1 насосом 20 через шланг 21 и цементационную трубу 16 подают цементный раствор с водоцементным соотношением В:Ц=0,5; при этом буровой цементный раствор с В:Ц=0,9 вытесняется раствором с В:Ц=0,5 (Фиг. 4).
После полного извлечения защитной обоймы 8 на поверхность конденсаторную трубу 4 освобождают от крепления за анкер 19, цементационную трубу 16 демонтируют, и охлаждающее устройство и скважину оставляют в «покое» на 72 часа до твердения цементного раствора. Затем крайние бандажи 6 с обеих сторон охлаждающего устройства разъединяют левым вращением и сдвигают по конденсаторной трубе 4, освобождая сильфонные рукава 5. Сильфонные рукава 5 изгибают до приведения конденсаторных труб 4 в вертикальное положение и фиксируют крепежными конструкциями, после чего на конденсаторные трубы напрессовывают дисковые реборды 22, и заправленное хладагентом охлаждающее устройство 2 начинает активный процесс охлаждения грунтов основания (фиг. 5).
Предлагаемое техническое решение достаточно универсально, в частности с предложенной конструкцией защитной обоймы и способом монтажа могут быть использованы различные конструкции охлаждающих устройств, в результате чего, будет достигнут заявленный технический результат.