Струйная цементация в тоннелях

Туннельная струйная цементация — это специализированная техника стабилизации и консолидации грунта, применяемая в подземном строительстве для улучшения механических свойств почвы и горных пород, окружающих туннельные конструкции. В рамках глубоких фундаментов и подземного строительства туннельная струйная цементация служит критически важным восстановительным и профилактическим методом для управления условиями грунта, контроля осадок и обеспечения структурной целостности в сложных геологических условиях. Эта технология применяет принципы струйной цементации — используя высоконапорные струи жидкости для эрозии, смещения и гомогенизации почвы с инъекцией цементного раствора — специально для туннельных приложений, включая предварительную цементацию перед лицами туннелей, последующую цементацию за постоянными и временными обделками, консолидацию в зонах, подверженных осадкам, и массовую стабилизацию грунта вблизи выемок туннелей. Туннельная струйная цементация применяется в различных сценариях подземного строительства: операции предварительной цементации для стабилизации слабых слоев и уменьшения притока воды при проходке через водоносные формации или низкокачественные породы; последующая цементация для заполнения пустот и консолидации грунта между обделками туннелей и окружающей формацией; обработка зон обрушения сводов; восстановление грунта, подверженного осадкам, после выемки; и гидроизоляционные работы вокруг туннельных конструкций. Техника также ценна в строительстве метро и подземных железных дорог, глубоких железнодорожных и дорожных туннелей, гидроэлектрических туннельных проектов и экстренной стабилизации существующих туннельных конструкций, демонстрирующих движение, просачивание или структурное разрушение. Принцип работы заключается в инъекции цементного или полимерного раствора через стратегически расположенные буровые отверстия на рассчитанных расстояниях от туннеля. Высоконапорные струи — обычно работающие при давлении 300–600 бар — эрозируют окружающий грунт или выветрившуюся породу, одновременно вовлекая их в стабилизированную смешанную колонну. Эта эрозия и смешивание происходят, когда буровая установка выполняет контролируемое вращение и извлечение, создавая колонные зоны с повышенной прочностью на сдвиг и сниженной проницаемостью. Однокомпонентные системы инъектируют только раствор; двухкомпонентные конфигурации используют сжатый воздух или инертный газ для улучшения эффективности смешивания и глубины проникновения; трехкомпонентные системы комбинируют начальное высоконапорное водяное струйное воздействие, за которым следуют сжатый воздух и раствор, достигая оптимальной обработки грунта в сложных слоях. Конфигурации оборудования отражают требования применения: стационарные установки обеспечивают точное позиционирование для стратегической предварительной цементации вокруг лиц туннелей; мобильные установки предлагают гибкость для последующих цементационных операций вдоль протяженных участков туннелей; автоматизированные системы с мониторингом давления и потока в реальном времени обеспечивают согласованность и контроль качества. Ключевые технические характеристики включают максимальное рабочее давление (обычно 400–600 бар), расход (50–400 л/мин в зависимости от техники), глубину бурения (до 20–30 метров для туннельных приложений) и мобильность установки — критически важную для ограниченных пространств и переменных диаметров туннелей. Критерии выбора охватывают геологические условия (тип почвы, плотность, проницаемость, режим грунтовых вод), требуемую глубину цементации и диаметр колонны, доступное рабочее пространство в профилях туннелей, ограничения давления, налагаемые существующими системами поддержки, спецификации материалов для раствора (суспензии бентонита, цементные формулы или коллоидный кремний) и временные ограничения, налагаемые ходом выемки. Оборудование должно обеспечивать точный контроль геометрии колонны, чтобы избежать повреждения обделок или соседней инфраструктуры. Отраслевые стандарты, включая DIN 4093 (струйная цементация), EN 12715 (цементация грунта и горных пород) и соответствующие национальные строительные нормы, устанавливают минимальные спецификации производительности, требования к материалам и протоколы испытаний. Проверка качества через ин-ситу тестирование и лабораторный анализ извлеченных образцов обеспечивает соответствие проектным спецификациям.