CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP KĨ THUẬT NÂNG CAO ỔN ðỊNH CÔNG TRÌNH KHI ðÀO HẦM QUA VÙNG ðẤT PHAY PHÁ VÒ NHÀU
3.2. Giải phỏp ủúng băng nhõn tạo
Bản chất của phương phỏp là biến ủất ủỏ, cỏt từ trạng thỏi mềm yếu, chứa nước thành trạng thỏi rắn cứng liờn kết chắc cú ủộ bền cao. Vựng ủất ủỏ ủược ủúng băng cú thể coi như rắn cứng và do ủú cú thể tiến hành việc khai ủào bỡnh thường.
Khi giảm nhiệt ủộ của cỏt ủến mức ủộ làm nước ủúng băng lại thỡ ủộ bền của khối tăng lờn. Nhiệt ủộ càng thấp thỡ ủộ bền của khối ủỏ ủúng băng càng lớn. Biểu ủồ thay ủối ủộ bền của ủất ủỏ theo nhiệt ủộ ủược chỉ ra ở hỡnh 3.1 sau ủõy:
Loại ủỏ Hệ số lọc
m/giõy m/ng.ủ
- Sét lẫn cát mịn
- Cát mịn với rất ít hàm lượng sét - Cát mịn sạch, cát hạt trung với ít sét - Cát hạt thô với sỏi nhỏ
- Sỏi hạt trung và thồ
0,00002 - 0,00005 0,00005 - 0,0001 0,0001 - 0,001 0,001
- 0,005 0,005-0,01
1 , 7 - 4 , 3 4,3 - 8,64 8,64 - 86,4 86,4 - 432 432 -
864
Hình 3.1 Thay 1. Cỏt ủư
3. Sột ủư Qua ủồ thị ta thấ loại khác như sét, bùn, nư
Cỏt bóo hũa nước ủúng băng khi nhiệt ủộ -20°C ủộ bền nộn s
ủúng băng giữ vai trũ là xi m thỡ khi ủúng băng sẽ cú ủ thỡ ủộ bền của cỏt ủúng băng s chứa nước ủúng băng. Bi thể hiện hỡnh 3.2 sau ủõy:
ỡnh 3.1 Thay ủổi ủộ bền của ủất ủỏ theo nhiệ 1. Cỏt ủược ủúng băng, 2. ðất bựn ủược ủúng băng, 3. Sột ủược ủúng băng, 4. Nước ủược ủúng băng.
ấy rằng cỏt chứa nước ủúng băng tăng ủộ sột, bựn, nước phỏt triển ủộ bền chậm hơn.
c ủúng băng khi ở nhiệt ủộ -10°C cho ủộ bề n nộn sẽ là 180 kg/cm2. Một ủiều cần chỳ ý là n vai trũ là xi măng gắn kết cỏc hạt cỏt lại. Vỡ lẽ ủú n
cú ủộ bền cao hơn. Nhưng nếu cỏt chứa quỏ nhi a cỏt ủúng băng sẽ giảm do ủộ bền của nước ủúng băng th c ủúng băng. Biểu ủồ phụ thuộc ủộ bền cỏt chứa nước ủư
ủõy:
ệt ủộ c ủúng băng,
ộ bền rất nhanh. Các ền nén 115 kg/cm2, ở n chú ý là nước trong cát khi ủú nếu cỏt bóo hũa nước a quá nhiều nước (thừa) c ủúng băng thấp so với cỏt c ủược ủúng băng ủược
ðộ chứa nước cuả cát Hỡnh 3.2 Biểu ủồ thay ủổi ủộ bền của cỏt khi ủúng băng
Qua ủồ thị ta thấy rằng cỏt chứa nước gần bóo hũa ủúng băng sẽ cú ủộ bền cao nhất và do ủú cú phương phỏp ủúng băng nhõn tạo rất hữu hiệu với cỏt chứa nước.
3.2.2. Cụng nghệ ủúng băng nhõn tạo
Người ta tạo ra cỏc lỗ khoan trong ủịa tầng cỏt cú nước. Trong ống làm lạnh sẽ chuyển ủộng làm lạnh. Nhiệt ủộ của chất làm lạnh cú thể ủạt 35°C. Chất làm lạnh thường là dung dịch CaCl2.
Khi trao ủổi nhiệt ủộ với lớp cỏt thỡ nhiệt ủộ của cỏt giảm ủi, nhiệt ủộ dung dịch làm lạnh tăng lờn. Quỏ trỡnh diễn ra như vậy cho ủến khi xung quanh lỗ khoan hỡnh thành vựng ủất ủỏ ủụng cứng cú bỏn kớnh cần thiết ứng với thời gian làm ủụng cứng xỏc ủịnh nào ủú (thời gian này phụ thuộc nhiều yếu tố mà ở ủõy không trình bày).
Khi khoan nhiều lỗ khoan ủúng băng và xếp theo hỡnh dạng nhất ủịnh ta sẽ cú ủược vựng ủất ủỏ ủúng băng cần thiết.
ðộ bền tỷ ủối của cỏt khi ủúng băng
ðể cú thể tiến hành ủào cụng trỡnh bỡnh thường người ta phải tạo ủược vũng ủỏ gia cường cú ủủ khả năng ngăn chặn ỏp lực nước, ỏp lực mỏ khi ủào cụng trỡnh. Chiều dày của vũng ủỏ ủúng băng xỏc ủịnh theo cụng thức:
R: Bỏn kớnh cần ủào của ủường lũ, cm;
σ: Úng suất nộn cho phộp của cỏt ủó ủúng băng, kg/cm2;
P: Giá trị lổm nhất của áp lực tác dụng từ bên ngoài vòng cát gia cường, Kg/cm2. Với lũ bằng, chiều dày lớp ủỏ cỏt ủúng băng xỏc ủịnh theo cụng thức
σ = kn.kt 3. . 2
P h σ kn: Hệ số an toàn
kt: Hệ số tỉ lệ, kj = 1,2-1,5
P: ỏp lực mỏ lờn lớp ủỏ ủúng băng, MPa H: Chiều cao 1 chu kỳ, m
φ: Giới hạn bền của ủỏ ủúng băng ở thời ủiểm thi cụng lũ, MPa.
Bỏn kớnh của tõm lỗ khoan ủúng băng ủến tõm ủường lũ (Rj) ủược xỏc ủịnh công thức sau:
Rj= R + E/2
ðể kể ủến ủộ lệch lỗ khoan m và mức ủộ truyền nhiệt về hai phớa của lỗ khoan khụng ủều (tỷ lệ 6/4). Bỏn kớnh của tõm lỗ khoan ủể ủúng băng R2 ủược xỏc ủịnh công thức sau:
R2 = (R + m + 0,6E) Số lỗ khoan ủúng băng ủược xỏc ủịnh cụng thức sau:
N = 2π.(R+m+0,6E)/l
1: Khoảng cách giữa hai lỗ khoan (khoảng cách này phụ thuộc váo thời gian ủúng băng, nhiệt ủộ dung dịch làm lạnh, ủặc ủiểm của mụi trường, cụng suất trạm làm lạnh.. .thông thường 1 = 0,8-:-l,3m.
Sơ ủồ cụng nghệ ủúng băng cỏt ủỏ khi ủào lũ bằng, lũ nghiờng hay giếng ủứng về nguyờn tắc khụng cú gỡ khỏc nhau nhiều. Bố trớ hệ thống lỗ khoan ủể ủúng băng ủất ủỏ cú thể từ một vị trớ khỏc hay từ gương lũ ủang ủào. Sơ ủồ bố trớ hệ thống lỗ khoan ủúng băng ủất ủỏ ủược thể hiện hỡnh 3.3 sau ủõy:
Hỡnh 3.3: Sơ ủồ làm lạnh từ vị trớ khỏc nhau khi ủào lũ bằng 3.2.3.ðiều kiện sử dụng
Phương phỏp ủúng băng nhõn tạo ủược ỏp dụng trong khai ủào tất cả cỏc loại dường lũ trong ủất ủỏ cứng, mềm yếu chứa nước. Phương phỏp này rất hiệu quả ủể ra cường cỏt chứa nước tĩnh hoặc chứa nước cú tốc ủộ nhỏ hơn 20m/ngày ủờm.
Sự phụ thuộc giữa tốc ủộ nước, khoảng cỏch lỗ khoan và tỷ lệ nhiệt ủộ làm lạnh, `nhiệt ủộ cỏt ủược thể hiện hỡnh 3.4 sau ủõy:
Hỡnh 3.4 Sự phụ thuộc giữa tốc ủộ nước, khoảng cỏch lỗ khoan
Tỷ lệ nhiệt ủộ làm lạnh ủược xỏc ủịnh cụng thức sau:
k = T/t Trong ủú:
T: nhiệt ủộ của chất làm lạnh
t: Nhiệt ủộ của cỏc cỏt cần gia cường ban ủầu.