СПОСОБ БЕЗОПАСНОЙ ПОДРАБОТКИ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ ПОДЗЕМНЫМ СООРУЖЕНИЕМ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
METHOD FOR SAFE UNDERMINING OF GROUND OBJECTS BY AN UNDERGROUND STRUCTURE IN COMPLEX ENGINEERING-GEOLOGICAL CONDITIONS

Изобретение относится к строительству подземных сооружений под уникальными и историческими объектами.
Известен способ снижения вредного влияния подземных выработок на территории зеленой поверхности (патент RU №2014396, опубл. 22.05.1991), включающий бурение скважин с расположением их по сети прямоугольников на определенном расстоянии друг от друга, при этом меньшие стороны прямоугольников располагают вдоль направления проведения выработок, а очередность нагнетания заполнителя в скважины устанавливают в направлении движения очистной выработки.
Недостаток способа состоит в том, что он не позволяет безопасно выполнять работы под наземными объектами, так как геотехнический барьер устанавливается вертикально.
Известен способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки (патент RU №2245428 С2, опубл. 20.02.2004), включающий устройство в грунте геотехнического барьера между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения. Геотехнический барьер устраивают путем образования щели на расчетную глубину его заделки на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта, в которую помещают плоскую пневмокамеру и закачивают сжатый воздух до получения давления, соответствующего начальному напряженно-деформированному состоянию грунта, а в процессе возведения подземного сооружения при изменении напряженно-деформированного состояния грунта производят подкачку сжатого воздуха до восстановления начального давления, причем после завершения возведения подземного сооружения в пневмокамеру подают твердеющий раствор.
Недостатком способа является вертикальная установка геотехнического барьера, что не позволяет выполнять работы под наземными объектами и не защищает сооружения от подработки снизу.
Известен способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки (патент RU №2245966, опубл. 20.02.2004), включающий устройство в грунте геотехнического барьера между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения. Геотехнический барьер устраивают путем внедрения в грунт ряда вертикальных инъекторов на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта и производят закачивание цементного раствора, а в процессе возведения стен подземного сооружения ведут контроль напряженно-деформированного состояния грунта, при изменении которого производят дополнительную закачку цементного раствора до восстановления напряженно-деформируемого состояния грунта.
Недостатком способа является вертикальная установка геотехнического барьера, что не позволяет выполнять работы под наземными объектами и не защищает сооружения от подработки снизу.
Известен способ защиты существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций в зоне влияния строительства (патент RU №2291253, опубл. 10.01.2007), принят за прототип, включающий устройство в грунте геотехнического экрана из погружаемых в грунт, между фундаментами существующих и возводимых зданий, сооружений и подземных коммуникаций, инъекторов с последующей инъекцией закрепляющего раствора в грунт под давлением. Геотехнический экран устраивают комбинированным - из двух рядов инъекторов, пассивного, со стороны возводимого объекта, и активного, со стороны существующего объекта. Закрепляющий раствор подают сначала в пассивный ряд инъекторов путем однократной инъекции раствора, а затем в активный ряд инъекторов путем многократной инъекции раствора в грунт до восстановления первоначального напряженно-деформированного состояния грунтов основания и фундаментов существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций.
Недостаток способа состоит в том, что геотехнический экран, создаваемый в грунте, укрепляет его неравномерно, что может привести к неравномерным оседаниям. Кроме того, нагрузки на сооружаемый тоннель также могут передаваться неравномерно.
Техническим результатом изобретения является снижение оседаний наземных объектов при подработке подземным сооружением и повышение безопасности строительства за счет применения буронабивных свай вдоль планируемой трассы тоннеля или другого подземного сооружения вблизи здания и бурения скважин для тампонажа грунтов основания.
Технический результат достигается тем, что геотехнический экран создают в грунте вдоль и под зданием, при этом вдоль здания выполняют буронабивные сваи для снижения горизонтальных смещений под зданием, далее выполняют бурение горизонтальных или наклонных скважины для инъектирования тампонажного раствора в грунт под зданием, при этом объем тампонажного раствора назначают из условий компенсации вертикальных и горизонтальных смещений грунта, возникающих в результате подработки, с образованием после набора прочности нагнетаемого тампонажного раствора опирающегося на буронабивные сваи горизонтального перекрытия над подземным сооружением. Буронабивные сваи устраивают с присечкой соседних свай, создавая сплошную стену.
Способ безопасной подработки наземных объектов подземным сооружением в сложных инженерно-геологических условиях поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - схема - разрез реализации способа;
фиг. 2 - схема - план реализации способа;
фиг. 3 - схема распределения вертикальных перемещений поверхности;
фиг. 4 - графики вертикальных перемещений земной поверхности при различном значении давлении нагнетания тампонажного раствора, где:
1 - существующее здание,
2 - фундамент здания,
3 - подземное сооружение,
4 - буронабивная свая,
5 - скважина для тампонирования грунта.
Способ реализуется следующим образом. В грунте вдоль планируемой трассы тоннеля или другого подземного сооружения (фиг. 1) 3 вблизи здания создают геотехнический экран с использованием вертикальных буронабивных свай 4 (фиг. 2), предназначенные для снижения горизонтальных смещений под зданием 1.
Далее выполняется бурение наклонных скважин 5 или горизонтальных скважин для инъектирования грунта под зданием или грунта совместно с фундаментом, для тампонирования основания и укрепления фундаментов 2 с целью снижения оседания здания 1. Бурение выполняется стандартными буровыми установками.
После набора прочности нагнетаемого тампонажного раствора образуется горизонтальное перекрытие, опирающееся на буронабивные сваи. Полученная таким образом пространственная конструкция в грунте позволяет защитить наземный объект от подработки подземным сооружением.
После проведения мероприятий по усилению оснований и фундаментов выполняется строительство подземного сооружения.
Тампонирование основания может осуществляться и параллельно со строительством подземного сооружения, объем и давление тампонажного раствора определяют величиной оседания здания и расположением подземного объекта относительно здания. При ведении работ должен проводится геотехнический мониторинг. Объем тампонажного раствора должен компенсировать вертикальные и горизонтальные смещения грунта, возникающие в результате подработки. Вертикальные буронабивные сваи в этом случае ограничивают в плане зону тампонажа.
Характеристики тампонажного раствора подбираются в зависимости от коэффициента фильтрации основания здания. При необходимости, в случае плохого состояния фундаментов здания, тампонаж основания выполняется вместе с фундаментами. При необходимости буронабивные сваи могут устраиваться с присечкой соседних свай, создавая сплошную стену.
Предлагаемый способ подработки наземных объектов подземным сооружением в сложных инженерно-геологических условиях снижает их оседания и тем самым существенно повышает безопасность строительства.
1
Способ поясняется следующим примером. Выполнено численное моделирование в Plaxis 2D (фиг. 3). Расчет велся на не дренированное состояние глин с учетом естественной скорости фильтрации и распределения порового давления. За основу модели упрочняющегося грунта принята нелинейно-упругая модель Дункана-Ченга, которая обеспечивает гиперболическую взаимосвязь между вертикальными относительными деформациями ε и девиатором напряжений q. Результаты расчета показали, что применение предлагаемого способа может существенно снизить оседания поверхности (фиг. 4), так при давлении в 1,5 γH оседания снижаются в 2 раза с 9 до 4,5 мм, а при значительном избыточном давлении раствора (более 2γH), можно почти полностью компенсировать оседания здания при дальнейшей подработке его тоннелем.