автореферат диссертации по строительству, 05.23.13, диссертация на тему:Технология применения турбохолодильных устройств на строительстве транспортных сооружений

НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ( ОАО ЦНИИС)

Г

На правах рукописи

РГ В ОД

АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ЕФРЕМОВ

2 а И'Аг- 2003

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность - 05. 23 . 13. « Строительство железных дорог »

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2000 г.

НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА (ОАО ЦНИИС)

На правах рукописи

АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ЕФРЕМОВ

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность - 05. 23 . 13. « Строительство железных дорог »

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва

2000 г.

Работа выполнена в Научно - исследовательском институте транспортного строительства (ОАО ЦНИИС)

Научный руководитель -Заслуженный Деятель науки, доктор технических наук,

профессор Г. С. Переселенков

Официальные оппоненты:

доктор технических наук В. В. Пассек

кандидат технических наук Т. В. Шепитько

Ведущее предприятие : Московский проектно - изыскательский институт

в часов на заседании диссертационного совета Д 133.01.01.

Научно - исследовательского института транспортного строительства ( ОАО ЦНИИС ) , 129329, Москва, Кольская ул., д. I.

транспортного строительства « Мосгипротранс »

Защита диссертации состоится «ЗУ» 2000 г

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета , к. т.

/ /

А. Петрова

О^-Обо.ш^о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Искусственное замораживание грунтов является одним из распространённых методов строительства железных дорог и различных транспортных сооружений в сложных гидрогеологических и мерз-лотно-грунтовых условиях. Замораживание грунтов широко применяют при проходке шахт, тоннелей, метрополитенов, гидротехническом строительстве . В нашей стране и за рубежом накоплен солидный опыт работы и достигнуты значительные успехи по замораживанию водонасыщенных , водонапорных и неустойчивых грунтов. Позитивные успехи в области замораживания фунтов в строительных целях достигнуты , в основном , за счёт применения рассольной технологии и жидкого азота. В настоящее время применение традиционных технологий замораживания грунтов сдерживает высокая энергоёмкость и стоимость, экологические ограничения и запрещение применения озоноразрушающих веществ.

Большая потребность в устройстве водонепроницаемых ледогрунтовых ограждений, оснований из твёрдомёрзлых грунтов и оперативном ликвидировании массивов протаявшего грунта на строительстве новых участков железных дорог или при эксплуатации транспортных сооружений различного назначения в криолитозоне позволяют заключить , что разработка новых технологий замораживания грунтов с применением экологически чистых и не энергоёмких средств является актуальной. К числу таких технологий может быть отнесено воздушное замораживание грунта с применением турбодетандеров или турбохолодильных устройств (Т X У ).

С тех пор, как в 1939 году академик П. Л. Капица доказал высокую эффективность машин, в которых газ с помощью турбины совершает работу, турбодетандеры получили большое распространение . Их применяют для обеспечения воздухом пассажиров летательных аппаратов, в холодильных машинах , в приборостроении, машиностроении и других отраслях техники.

В транспортном строительстве разработанная нами воздушная технология с применением малогабаритных ТХУ дополняет традиционные методы замораживания грунтов. Она рекомендуется там, где требуется быстро ( менее чем за 1час ) получить источник искусственного замораживания грунта при температуре холодного воздуха от минус 40 ° С до минус 80 -100 ° С , по своим характеристикам полностью отвечающим самым жёстким экологическим требованиям.

Опыт применения воздушного замораживания грунтов на БАМе, участке перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Московского метрополитена и при проектирования ряда инженерных сооружений с использованием результатов диссертации, показывает актуальность и перспективность широкого применения разработанной технологии.

Цель работы : определение области эффективного применения технологии воздушного замораживания грунтов в транспортном строительст-

ве, с принудительной циркуляцией потока холодного воздуха от турбоде-тандера ; экспериментальное определение физико - механических свойств ледогрунта с целью его проектирования в качестве элемента конструкции железнодорожной насыпи или транспортного сооружения ; разработка методики расчёта технологических параметров и технологических схем воздушного замораживания грунтовых массивов для различных сооружений.

Научная новизна работы : на основании теоретических и экспериментальных исследований разработана технология объёмного низкотемпературного замораживания грунта при строительстве объектов железных и автомобильных дорог с помощью потока холодного воздуха от Т X У; разработан алгоритм расчёта процесса замораживания несвязных грунтов с применением воздушной технологии; установлена зависимость изменения свойств грунта от продолжительности , температуры, скорости подачи потока холодного воздуха, минерального состава и рН поровой воды на строительстве участков насыпей железных и автомобильных дорог.

Практическое значение работы. Результаты выполненных исследований позволяют рекомендовать применение технологии воздушного объёмного низкотемпературного замораживания грунтов с помощью ТХУ при строительстве земляного полотна железных и автомобильных дорог и объектов транспортной инфраструктуры в криолитозоне , для восстановления несущей способности грунтовых оснований, построенных по первому принципу использования вечномёрзлых грунтов, а также в технологических процессах.

Результаты исследований использованы при восстановлении несущей способности фундаментов производственного и административного корпусов здания на станции Юктали БАМ. Ж. Д. и при проходке участка перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Люблинской линии Московского метрополитена. Технологию воздушного замораживания грунтов по разработанной технологии намечено внедрить при проектировании и возведении ряда инженерных сооружений, в том числе при проходке в неустойчивых фунтах деривационного тоннеля ГЭС на р. Черек в Кабардино- Балкарской республике.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы :

■ технология воздушного объёмного низкотемпературного замораживания грунтов с принудительной подачей холодного воздуха от малогабаритных турбодетандеров ( ТХУ ) типа «Борей - Турбо» для строительства дорожных насыпей и других транспортных сооружений ;

■ методика расчёта параметров технологии воздушного замораживания водонасыщенных, водонапорных и неустойчивых грунтов;

■ технологические схемы восстановления несущей способности грунтовых оснований дорожных насыпей и других сооружений с применением воздушной технологии замораживания.

Достоверность основных научных положений, рекомендаций и выводов обоснована проведением многофакторных экспериментов с получени-

ем результатов лабораторных и натурных исследований, а также удовлетворительной ( с точностью не менее 10 % ) сходимостью результатов расчётов и экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались; на Международной конференции « Анализ и оценка природных рисков в строительстве » ( г. Москва, 12-13 ноября 1997 г .), на второй Международной конференции « Автомобильные дороги Сибири » ( г. Омск, 20 -24 апреля 1998 г.) и Международном симпозиуме « Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях » ( г. Белгород, 24 - 28 мая 1999 г. ).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано четыре печатных работы автора. Работы по теме диссертации нашли отражение в трёх научно - исследовательских отчётах по тематике ОАО ЦНИИС.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов и списка литературы. Работа содержит 146 страниц текста, 65 рисунков, 8 таблиц и списка использованных источников литературы включающего 141 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дано обоснование выбора и актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследований, приведена оценка полученных результатов, научной новизны и практической ценности научных и технологических разработок.

В первой главе приведен обзор и дан краткий анализ методов замораживания фунтов в строительстве с целью восстановления несущей способности оснований дорожных насыпей и фундаментов различных инженерных сооружений.

Анализ опыта производства работ показал, что отечественными и зарубежными учёными и практиками разработан и успешно внедрен на строительстве железных дорог и искусственных сооружений радикальный метод изменения и восстановления несущей способности водонасыщенных, водонапорных и талых грунтов, основанный на искусственном замораживании. Технологические приёмы искусственного замораживания грунтов занимают особое место в строительной практике, в связи с высокой надёжностью и возможностью применения в таких инженерно - геологических условиях, где другие способы, например, химического закрепления и цементации, неэффективны, или технически неосуществимы.

Технология искусственного замораживания грунтов в России впервые была применена при проходке шахт в Соликамске в конце двадцатых годов. С началом строительства Московского метрополитена способ искусственного замораживания грунтов получил более широкое распространение. Его стали применять в гражданском и энергетическом строительстве : при возве-

дении зданий, плотин и гидротехнических тоннелей, а также других объектов и инженерных сооружений в сложных гидрологических и фунтовых условиях. Наиболее часто искусственное замораживание фунтов в строительстве стали применять после проведения ряда натурных и лабораторных исследований и раскрытия физической сущности криогенных процессов. Параметры процесса замораживания при проектировании стали назначать на основе результатов решения задачи Стефана ( Заольшютца ), как наиболее полно и достоверно описывающей фазовые переходы замораживания и оттаивания фунта.

Метод гидравлических аналогий и гидроинтефатор В. С. Лукьянова, разработанные в ЦНИИС впервые в мировой практике, обеспечили решение наиболее сложных теплотехнических задач и позволили довести результаты до инженерной практики строительства железных дорог. Дальнейшее развитие и совершенствование методы расчётов насыпей дорог, возводимые в сложных фунтово - гидрологических условиях, в зимний период, в районах вечной мерзлоты, а также проектирование управления тепловыми режимами металлических и железобетонных конструкций, разработке мёрзлых фунтов получили в работах д. т. н. А. А. Цернанта, В. В. Пассека,

A. Р. Соловьянчика, В. Н. Кондратьева, И. А. Недорезова и других исследователей и практиков. Теоретические и экспериментальные работы по движению и теплообмену сквозных потоков проводили Г. Н. Абрамович, А. Д. Альтшуль, 3. Р. Горбис, И. М. Коновалов, П. Г. Киселёв, М. А. Могилев-ский, Г. Н. Сизов, Ф. Ф. Цветков, С. М. Филиповский и другие исследователи. Опыт замораживания фунтов в шахтном строительстве, тоннеле и метростроении отражён и проанализирован в работах Я. А. Дормана, С. Н. Дукаревича, Н. Г. Трупака, X. Р. Хакимова и других учёных , проектировщиков и строителей. В практике инженерных расчётов решения задач по определению сроков и фаниц промерзания рекомендуется использовать полуэмпирические формулы К. Ф. Войтковского, Г. В. Порхаева, Н. Н. Розанова, метод гидравлических и электрических аналогий В. С. Лукьянова или находить решения методом конечных элементов, на основе составления уравнения теплового баланса, методом конечных разностей ( д. т. н. В.

B. Пассек ).

Наряду с теоретическими исследованиями и разработкой методов расчёта для проектирования получили широкое распространение результаты внедрения натурных наблюдений по вопросам мерзлотоведения, строительства и эксплуатации участков земляного полотна железных дорог на мёрзлых фунтах, выполненные на мерзлотной станции в Сковородино Транссибирской Ж. Д. и Тындинской мерзлотной станции ЦНИИС на БАМе.

В строительной практике наиболее часто применяли рассольную и азотную технологии замораживания фунта или термосваи. Воздушное замораживание имело , преимущественно, сезонное применение на строительстве фунтовых плотин , когда хладагентом служил атмосферный воздух, охлаждаемый в естественных условиях в зимний период. Грунт замораживали

с помощью ряда коаксиальных колонок, расположенных в заранее пробуренных скважинах, соединённых с воздуховодом естественной или принудительной вентиляции. Опыт эксплуатации показал невысокую надёжность традиционных воздушных систем замораживания грунтов, в связи со значительными перерывами в работе и прямой зависимостью от климатических условий.

Разработанная нами воздушная технология объёмного низкотемпературного замораживания грунтов и восстановления их несущей способности основана на принудительной вентиляции потока холодного воздуха от малогабаритной турбодетандерной установки. Для восстановления несущей способности «больных» участков дорожных насыпей ( рис. 1 ) прокладывают воздуховоды. Холодный воздух от турбодетандерной установки (ТХУ) подают в трубопровод или непосредственно на массив замораживаемого грунта.

ТХУ типа « Борей - Турбо » ( рис.2 ) представляет собой малогабаритное устройство размером 1,2 х 0,4 х 0,6 м и массой 45 кг. Работу его обеспечивает сжатый воздух давлением около 6 ати и подачей 0,17 м3/с. В зависимости от подачи сжатого воздуха хладопроизводительность ТХУ составляет 50 - 80 кВт.

Для проектирования технологии и конструкций устройств для воздушного замораживания выполнили теоретические исследования и экспериментальные проработки.

Во второй главе диссертации поставлена задача по определению зависимостей для расчёта изменений скорости , расхода и площади живого сечения потока холодного воздуха при движении от напорного выпускного патрубка ТХУ по коллектору и трубопроводам замораживающих колонок, а также прогнозированию времени замораживания , температуры и границ промерзания фунта.

Анализ теоретических и экспериментальных работ по движению и теплообмену сквозных потоков показал, что разработанные разными исследователями уравнения пригодны для расчёта газовых и гидравлических параметров тепловых и дисперсных потоков , однако не проверены для воздушной технологии замораживания грунта при подаче холодного воздуха из напорного патрубка турбодетандера в трубы замораживающих колонок или непосредственно на грунтовый массив.

Исходной гипотезой для нас послужили теоретические и экспериментальные положения по газо^-воздушным струям и тепловым завесам, при свободном их растекании или ограничении растекания плоскими стенками.

Движение потока холодного воздуха, выходящего из ТХУ, с обменом тепла с внешней средой может быть записано на основе преобразований уравнения Бернулли, в следующем виде :

V,2 У22

gZ| + IIТ| 1пР, +--- = ИТ21пР2 + — + g hw|.¡ , ( 1 ) 2 2

Рис. I . Технологическая схема работы ТХУ. I-электропривод ; 2-компрессор;3-регулятор давления ; 4- воздухооб-менник :5 - теплообменник : 6 - турбохолодильник : 7 - трубопровод подачи холодного воздуха ; 8 - внешняя поверхность ледогрунтового цилиндра; 9 - дорожная насыпь ; 10 - естественное основание.

Рис. 2. Турбохолодильная установка для замораживания грунта. 1 - регулятор давления ; 2 - воздухообменник ; 3 - турбохолодильник; 4 - выпускной патрубок.

где ускорение свободного падения , м/с2; Ъ\ и Ъ 2 - геометрическая высота центра тяжести потока холодного воздуха в начальном ( 1 ) , например, на выходе из ТХУ и рассматриваемом сечении ( 2 ) ; Я - удельная газовая постоянная , 11=287,14 Дж / ( кг К ); р - плотность холодного воздуха , кг / м3; Т| и Т2 - температура воздуха на выходе ( 1 ) из ТХУ и в рассматриваемом (2 ) сечении, ° К ; Р| и Р2 - давление в начальном ( 1 ) сечении ( выпускном патрубке ТХУ) и рассматриваемом участке ( 2 ) трубопровода, Па ; V, и V; - средняя скорость потока холодного воздуха в начальном ( 1 ) и рассматриваемом ( 2 ) сечении, м / с ; ,_2 - потери напора потока холодного воздуха по пути движения.

Из уравнения ( 1 ) получена формула для расчёта разности температур воздуха , на выходе из напорного патрубка ( Т | ) ТХУ и в рассматриваемом сечении, например, трубопроводе охлаждающей колонки Т2 :

Т,-Т2 = [(к-1 )/к Л] (У22/2-У2,/2)^11*4.2, (2) где к - показатель адиабаты, определяемый по характеристикам ТХУ. Между потоком холодного воздуха, трубопроводом замораживающей колонки и окружающим грунтом происходит теплообмен. Движение потока воздуха сопровождается изменением скорости, для расчёта которой получено уравнение:_

у2 = V, -г, - г2) + 2Я (т, ь р,- т21п р 2) - 2 Ьш,.2(з) используя уравнение состояния газа р = Р / Я Т , получена формула для расчёта весового расхода воздуха при его движении по трубопроводам замораживающих колонок:_

пЭ2 [ Р,2-Р22 ёБр'

0= / ..................... , (4)

4 Ь Р

где в - весовой расход газа, кг / с ; Б - диаметр трубопровода, м ; Г тр -коэффициент трения ; Ь- длина расчётного участка трубопровода, м ; р -плотность воздуха , кг / м 3. Замораживание и восстановление несущей способности грунта происходит в процессе теплообмена при движении потока холодного воздуха по трубопроводам замораживающих колонок. Существует большое количество методик и формул для определения температуры грунта и расчёта границ его промерзания. В большинстве случаев методики расчёта и формулы , использованные в различных исследованиях, получены на основе решения задачи И. Стефана. Условия на границе раздела мёрзлой л талой зоны относятся к классу нелинейных задач математической физики. Поэтому точные аналитические решения задачи И. Стефана получены только для частных случаев, выполнены с целым рядом допущений и для конкретных условий и предпосылок. Для расчёта времени замораживания фунта с применением ТХУ и формирования ледогрунтового цилиндра приняли схему ( рис. 1 ) с подачей холодного воздуха в трубу, расположенную в дорожной насыпи .

Решение поставленной задачи сводится к определению изменений температурного поля грунта земляного полотна, контактирующего с окружающей атмосферой и естественной грунтовой средой, имеющей сложные граничные условия и теплофизические характеристики, зависящие от температуры, влажности, льдистости и плотности грунтового скелета.

Для вывода зависимости времени замораживания фунтового цилиндра радиусом Я ( рис. 1 ) нами условно принято равномерное изменение температуры в фунте и потока холодного воздуха в трубе. В соответствии с принятыми допущениями получена зависимость для расчёта времени (, подачи холодного воздуха в трубопровод для формирования ледофунтового цилиндра радиусом Я в виде :

1, = Т [у уу 1 АХ (Т2-Т|) ] х [ 2 Я21п (Я / а ) - Я2 + а2 ], (5)

где т - эмпирический коэффициент , зависящий от рН поровой воды ; у -объемный вес фунта, кг/м3; - влажность ; X - коэффициент теплопроводности , ккап / м ч.

Как известно существует зависимость теплоотдачи газового потока от скорости его движения. Для оптимальных условий формирования ледог-рунтового массива вокруг стальной трубы на рис. 3 приведена фафическая зависимость для выбора скорости подачи холодного воздуха в трубопровод с минимальным временем формирования ледофунтового цилиндра. При проектировании конструкции трубопроводов и расчёте скорости движения потока холодного воздуха рекомендуется соблюдать следующее неравенство

2 < В1 < 8 , (6)

где В1 - критерий Био , характеризует теплообмен однородной среды (фунта) и воздушного потока в трубе, В1 = а 1 О / X; а I • коэффициент теплоотдачи потока холодного воздуха , ккал/( м2 ч фад).

Зависимость критерия Био ( рис. 3 ) построена для безразмерной координаты времени выраженной в виде критерия Фурье ( Б = Р I /X ), где р - коэффициент температуропроводности, м2/ ч. Анализ приведенной на фафи-ке зависимости позволяет заключить, что для определённого расхода холодного воздуха следует выбирать параметры колонок удовлетворяющие условия неравенства ( 6 ).

Таким образом, совокупный анализ приведенных характеристик и расчётных положений позволяет заключить, что в настоящее время поставленная задача не имеет строгого аналитического решения и , в связи с наличием в расчётных зависимостях ряда эмпирических коэффициентов, а также необходимостью уточнения технологических процессов, в диссертации были выполнены экспериментальные исследования в лаборатории и натурных условиях.

В третьей главе приведены результаты лабораторных и натурных исследований воздушной технологии замораживания фунтов с использованием ТХУ.

Ро

Рис. 3. Зависимость критерия Фурье ( Р0 = Р I / к ), характеризующего время подачи холодного воздуха в трубопровод , от критерия Био ( В'1 =а, Б 1 к ), характеризующего интенсивность теплообмена воздушного потока в трубе и грунта.

( по данным С. М. Филиповского )

В лабораторных условиях определяли изменения скорости потока холодного воздуха по пути движения, влияние минерального состава поровой воды на процесс замораживания и механические характеристики грунтовых образцов, воздействия работы ТХУ на окружающую среду и условия труда. Исследования проводили в лаборатории ЦНИИС и на испытательном стенде НПО « Наука ».

В лабораторных опытах образцы приготавливали из песка и гравия цилиндрической формы диаметром 4, 8 см и 9,5 см, высотой 12 см и 23 см. Все образцы приготавливали при плотном сложении фунта с коэффициентом относительной плотности 0,7 -1. Образцы приготавливали при подаче на них холодного воздуха от ТХУ и в холодильной камере размером 0,4 х 0,4 х 0,5 м , обеспечивающей проведение опытов при температуре до минус 50 ° С. В лаборатории определяли временную прочность на сжатие, сопротивление срезу, предел прочности на растяжение и усилие смерзания образцов с металлом. Параллельно была поставлена задача определения влияния на процесс кислотных и щелочных свойств фунта и воды.

Концентрацию ионов веществ и рН воды для приготовления образцов исследовали на основании изучения водных вытяжек с помощью ионометри-ческого преобразователя « Экотест -110» и иономера типа И - 160.

Температуру воздушного потока и образцов фунта измеряли термометрами и термопарами. Скорость подачи воздуха от ТХУ измеряли анемометром, с пределом измерений от 0,3 до 25 м /с. Шум и виброакустические воздействия измеряли датчиками прибора ВШВ - 003 - М2.

В натурных условиях на станции Юктали БАМ Ж. Д. исследовали процесс подачи холодного воздуха от ТХУ в трубчатые замораживающие колонки при ликвидации талика, в связи с протаиванием вечномёрзлых грунтов основания при эксплуатации производственного и административного здания мастерских. На участке перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Люблинской линии Московского метрополитена воздушную технологию применили для замораживания фунтов за оболочкой щита « Вайс и Фрадтах ». Здесь проверяли эффективность воздушного замораживания грунтов, поровое пространство которых заполняла вода с рН = 6 - 5 в смеси с рассолом , в связи с его протечками при замораживании по принятой ранее технологии.

На станции Юктали работу ТХУ обеспечивал стационарный компрессор с подачей воздуха 0,17 м3/с и давлением до 8 ати. С помощью ТХУ , имевшего два турбодетандера, получали холодный воздух температурой до минус 80 ° С -100 ° С зимой и около минус 30 ° С - 40 ° С в летний период. Грунтовое основание замораживали при подаче холодного воздуха в 40 скважин глубиной 10 м каждая , выполненных из стальных труб диаметром 0,17м (для производственного здания размером в плане 18 х 49 м) и 32 скважины административного здания размером 14,8 х 33 м. Воздух в скважины подавали по полиэтиленовым трубам с внутренним диаметром 0,05 м. Процесс замораживания контролировали с помощью б термометрических сква-

жин. Температуру измеряли ртутными и электротермометрами. Для определения минерального состава и рН отбирали пробы воды или льда.

На участке перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка температурные измерения выполняли в скважинах с герметичными обсадными трубами длиной до 2 х метров и диаметром 0, 08 м. Холодный воздух подавали из напорных патрубков ТХУ непосредственно на забой и по воздуховодам за стальную оболочку щита. Сжатый воздух к ТХУ подавали по пневмомагистрали давлением 4-5 ати . Подачу сжатого воздуха регулировали задвижкой типа Лудло ( Ду = 80 ).

На основании результатов лабораторных исследований установлено, что на выходе из напорного патрубка ТХУ формируется струя холодного воздуха, которая является свободной, при выпуске непосредственно на поверхность замораживаемого грунта, или ограниченной, при выпуске в трубопровод замораживающей колонки.

Параметры свободной струм холодного воздуха на выходе из ТХУ ( изменение скорости по пути движения , расхода, площади живого сечения и т . п. ) могут быть определены по зависимостям Г. Н. Абрамовича, полученным для расчёта затопленных струй. При этом , угол расширения струи ф равен 14° 45'±45'.

Для свободных турбулентных воздушных струй угол расширения ф „ равен 12 ° - 16 Следовательно угол ф в , определённый экспериментально для воздушной струи на выходе из напорного парубка ТХУ и угол расширения воздушных струй, например, тепловых завес, в расчётах может быть принят одинаковым.

Ширина распространения свободной струи холодного воздуха, так же как и для струй тепловых завес, равна удвоенному произведению тангенса угла Ф на расстояние от выпускного патрубка ТХУ до рассматриваемого сечения. Поверхность грунтового массива , которую целесообразно замораживать при подаче струи холодного воздуха из напорного патрубка ТХУ можно определять по расчётным зависимостям для свободных струй. На рис. 4 приведена зависимость изменения осевой скорости свободной струи холодного воздуха по пути движения. Ось ординат на графике - отношение осевой скорости струи V „ к начальной V о • Ось абсцисс - отношение расстояния Ь к диаметру 0„ напорного патрубка ТХУ. Анализ кривой на рис. 4 позволяет сделать вывод о её подобии аналогичным зависимостям для воздушных струй тепловых завес и выпускам дыма. График изменения средней скорости воздушного холодного потока по пути движения в трубопроводе приведен на рис. 5. На графике приведена так же расчётная кривая изменения скорости V по пути движения по трубопроводу, вычисленная по зависимости ( 3 ). Расчётная скорость отличается от измеренной в опытах на 5 - 10 %, что допустимо при проектировании воздушных трубопроводов. Потери напора в зависимости 3 могут быть

Рис. 4. Изменение осевой скорости V,, струи холодного воздуха по пути движения ( Б = 80 мм - диаметр напорного патрубка ТХУ . V» = 25 м/с - начальная скорость потока холодного воздуха ) • - по данным опытов ( кривая № I ); х- по формуле Г. Н. Абрамовича (кривая № 2 ), V,, = V,, [ 0,48 О / ( 0,08 Ьх + 0,145 0)] .

V, м/с.

\ 15 \

\\

■ 2 V

N 1 №2 /

9 I / N

№ 1 /

6 с Цм.

О 5 10 15

Рис.5. Изменение средней скорости ( У= 15 м/с, 0=80 мм) потока холодного воздуха по пути движения по трубопроводу замораживающей колонки. * - по опытным данным (кривая № 1 ); и по зависимости 3 ( кривая № 2 ).

приняты в расчётах как потери на трение и местные сопротивления из технической литературы по гидравлике и аэродинамике.

Исследования механических свойств ледовопесчаных и ледовокаменных образцов показали значительные различия временной прочности на сжатие, растяжение, срез, изгиб и смерзание с металлом от температуры и минерального состава поровой воды. Наибольшее расхождение опытных показателей отмечено в экспериментах с образцами , испытания которых проводили на начальном этапе замерзания поровой воды. В зависимости от минерального состава и рН поровой воды эта температура составляла от 0 ° С до - 3,5 ° С. Различия экспериментальных точек может быть объяснено ослаблением связей между льдом и поверхностью минеральных частиц.

Некоторые из отмеченных закономерностей совпадают с данными, которые наблюдали Н. А. Цытович, Б. А. Савельев, Э. Д. Ершов и другие исследователи при изучении свойств льда и мёрзлого грунта.

При понижении температуры в опытах возрастали временные механические характеристики образца. Образцы, приготовленные из песчаных грунтов имели во всех случаях более высокие показатели, чем гравийные. Различия составляли в среднем от 1,5 до 3-х раз.

Исключение составили только опыты на срез, в которых образцы из гравия и песчано - гравийной смеси имели более высокие показатели, чем песчаные. Объясняется данный результат более высокими показателями сопротивлению сдвигу у гравийных и песчано - гравийных образцов, по сравнению с песчаными .

На основании анализа результатов опытов установлено, что с понижением температуры и уменьшением концентрации минеральных веществ в поровой воде прочность ледогрунта повышается, в связи со снижением количества не замёрзшей воды в исследуемых образцах. Понижая температуру в морозильной камере или натурных условиях можно прийти к такому состоянию, когда вся не замёрзшая поровая вода превратится в лёд. Для морской воды , имеющей наиболее высокую природную минерализацию в 3000 -6000 мг / л по данным профессора Б. А. Савельева, температура окружающей среды при этом должна быть ниже минус 36 ° С. Дальнейшее понижение температуры будет оказывать влияние только на изменение свойств образовавшейся однородной системы. Воздушная технология с применением ТХУ типа « Борей - Турбо » обеспечивает подачу холодного воздуха ниже минус 40 0 С в ординарных условиях. Следовательно, весьма вероятны случаи перехода всей воды в твёрдомёрзлый лёд или когда дальнейшее замораживание с понижением температуры воздуха станет не рациональным и приведёт к неоправданным затратам энергии.

В лабораторных опытах наивысшие механические показатели получали при испытании образцов приготовленных из разнозернистых песков с К н = с! 60 ю > 3, где . с! 60 - диаметр частиц, мельче которого в данном грунте содержится 60% частиц по массе, мм; с! ю - диаметр частиц , мельче которого в данном грунте содержится 10 % частиц по массе. Поэтому для

получения наиболее прочного и надёжного земляного полотна дороги или основания сооружения рекомендуется использовать разнозернистые грунты, обеспечивающие наивысшие показатели прочности при замораживании.

На основании результатов исследований установлено, что концентрация водородных ионов рН в поровой воде исследуемых грунтов составляла от 5,8 до 8,0. Поровая вода в опытах была нейтральной ( рН=6,5-8,5 ) или слабокислой рН = 5,8 ( поровая вода водной вытяжки гравия Назымского месторождения ).

В современных условиях, в связи со строительством в криолитозоне и большими техногенными воздействиями на окружающую природную среду, имеется большое количество примеров, когда строителям приходится замораживать грунты с кислой или щелочной поровой водой. Кроме того, ещё ранее В. Н. Конищевым, В. В. Роговым, С. А. Поклонским и М. А. Мотковским установлено, что в криолитозоне кварц или полевой шпат даже при незначительных изменениях температуры и потеплении изменяют нейтральную водную среду на слабокислотную или слабощелочную. Это заставило обратить внимание на влияние уровня показателя рН на прочностные параметры ледогрунта.

На основании анализа результатов исследований установлено, что наибольшее значение а сж получено при испытании образцов приготовленных с поровой водой нейтрального состава рН к 7. Наличие кислоты и щёлочи уменьшает а сж. Причём, чем больше поровая вода отличается от нейтральной, тем существеннее снижение о сж.

Лабораторный анализ образцов поровой воды на БАМ. Ж. Д. и перегонном тоннеле Люблинской линии Московского метрополитена показал ( рис.6 ), что не только прочностные показатели, но и время замораживания зависит от рН поровой воды и характер кривой аналогичен изменениям прочности на сжатие. На основе результатов обработки опытных данных получена эмпирическая зависимость для расчёта времени замораживания от рН поровой воды :

1ф=1,е-\ (7)

где I ф и Iвремя замораживания грунта фактическое и с поровой водой нейтрального состояния рН«7; е - основание натурального логарифма; х-показатель степени , х = рН ( рН / 7 - 1 )2; рН - концентрация водородных ионов в поровой воде .

Расчёт времени замораживания грунта по зависимости ( 6 ) с учётом коэффициента т = ( I, /1 ф), определяемого по эмпирической формуле ( 7 ) , позволяет более достоверно определять параметры работы турбохолодиль-ного устройства и проектировать конструкцию ледогрунтового массива.

Поскольку при разработке новых технологий важной проблемой является оценка условий безопасного ведения работ, условий труда и воздействий на окружающую экологическую среду, а при работе ТХУ в режиме замора-

живания имеют место шумовые воздействия, длительное действие которых может стать причиной снижения производительности труда и повышения утомляемости работников, в процессе проведения испытаний ТХУ на стенде нами измерялись уровни и направленность воздействия шума, а также оценивалась эффективность снижения его уровня за счёт применения различных шумозащитных экранов и кожухов. При работе газовая турбина ТХУ является источником « аэродинамического» шума. На рис. 7 приведены результаты измерений уровня звукового давления на различном расстоянии ( а ) и при экранировании ( б ) ТХУ .

В настоящее время в России установлен допустимый уровень шума на рабочих местах в 80 дБА.

Без шумопоглатительных экранов на расстоянии I метр от рамы уровень шума составляет ( 98 ± 5 ) дБ. Только на расстоянии более 3 метра от рамы уровень звука снижается и становится допустимым по санитарно - гигиеническим нормам. Поэтому, для нормальной эксплуатации ТХУ рекомендуется подавать холодный воздух по трубопроводу длиной более трёх метров, устанавливать шумопоглотительный экран или кожух. Звукоизолирующая способность такого устройства самой простой конструкции составляет 20 - 35 дБА в диапазоне рассматриваемых частот. При наличии подобной звукоизоляции или при подаче воздушного потока по трубопроводу длиной более трёх метров воздушная технология с применением ТХУ типа « Борей - Турбо » рекомендуется для применения на всех объектах транспортного строительства без каких-либо ограничений по условиям труда.

На начальной стадии испытаний воздушной технологии замораживания на ст. Юктали суммарный объём талого грунта в основании производственного и административного зданий составлял , соответственно, 1740 м3 и 980 м3. Талые песчаные и галечниковые грунты имели среднюю температуру плюс 0,3° С . Средняя мощность их залегания составляла около 4 х метров с южной стороны и 3 х метров с севера. На ряде участков мощность слоя талых грунтов достигала 10 метров. Осадки основания зданий имели прогрессирующее развитие, были неравномерными и являлись причиной появления трещин в конструкциях. Талик ликвидировали в три этапа с октября 1996 года по март 1998 года. Наивысшая интенсивность замораживания грунта приходилась на период с ноября по март, в связи с минимальными потерями холода и средней температурой наружного воздуха минус 25,5 ° С. Осенью с сентября по ноябрь и весной с марта по май интенсивность процесса охлаждения снижалась , в связи с потерями холода при транспортировании к трубопроводам замораживающих колонок и повышением средней температуры воздуха до плюс 8 ° С. Результаты расчёта времени замораживания по формуле 5 и сопоставление с фактическими данными дают расхождение до 10 % , что допустимо для практики и проектирования воздушной технологии.

1эЛф

1

0.8 ✓ л Л» \Ч №.1

< / / ч\ /

^ / 0.6 / ч ч X

г №2 \ :

0,4

РН

4 5 6 7 8 9 10

Рис. 6. Зависимость времени замораживания грунта от рН поровой воды. • - по данным опытов ( № 1); х- по зависимости ( 7 )1 э= Ц е'х (№ 2 )■

дБА

"100------- « а »

80

60

м.

0 1 2 3 4

Рис. 7 « а » средний уровень звука на различном расстоянии от ТХУ.

дБА___"_ _ _

40 « б »

30--

20

10 л га.

63 250 1000 4000

Рис. 7 « б » график снижения частотных характеристик воздушного шума при ограждении ТХУ стальным кожухом.

По окончании процесса замораживания средняя температура грунта северной части талика составляла минус 1,2 ° С , а с южной минус 1,0 ° С для температурных скважин расположенных на расстоянии 3-5 м от действующих рабочих скважин. К декабрю 1997 года был достигнут устойчивый переход грунтов северной и центральной части талика в твёрдомёрзлое состояние. Поровая вода , имевшая среднюю концентрацию минеральных веществ около 1500 мг / л и рН=6, по окончании третьего этапа воздушного замораживания превратилась в лёд. При этом , все талые грунты основания перешли в твёрдомёрзлое состояние и осадки здания стабилизировались.

На участке перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка слой водоносных фунтов средней мощностью около 1 метра заморозили с помощью ТХУ за четверо суток до твердомерзлого состояния. Сжатый воздух в ТХУ подавали по стационарному воздуховоду и пропускали через циклон для удаления из него влаги и частиц масла. Поток холодного воздуха подавали при свободном истечении из напорного патрубка ТХУ на забой и металлическую оболочку щита. С целью уменьшения шума при работе ТХУ, а также для уменьшения непроизводительных потерь холода рабочую площадку и корпус ТХУ офаждали от внутреннего пространства тоннеля временной перегородкой из досок. Поток холодного воздуха на выходе из ТХУ имел температуру от минус 45 0 С до - 50 ° С . Температура фунта в начале работ была около плюс 5 ° С. По окончании процесса фунт за корпусом щита имел температуру от - 1,5 ° С до - 3 ° С и находился в твёрдомёрзлом состоянии. Результаты расчёта времени замораживания фунта по воздушной технологии (зависимость 5 ) с коэффициентом т ( зависимость 7 ) позволяют проектировать применение воздушной технологии с учётом концентрации водородных ионов рН в поровой воде.

Натурные исследования позволили уточнить технологию замораживания фунтов с применением ТХУ и получить данные для разработки рекомендаций по проектированию и производству работ на строительстве земляного полотна дорог в криолитозоне, сложных геологических и гидрологических условиях.

В четвёртой главе диссертации приведены данные опытного внедрения технологии воздушного замораживания грунтов с применением ТХУ и рекомендации по её применению, разработанные на ряде реальных примеров. На основании результатов выполненных исследований рекомендуется три варианта ( рис. 8 ) технологических схем подготовки объёмного низкотемпературного мёрзлого основания железнодорожных и автодорожных насыпей. Во всех технологических схемах устойчивость земляного полотна обеспечивается за счёт аккумуляции холода воздушного потока ТХУ талыми и водонасыщенными грунтами. Охлаждающие системы состоят из ряда воздуховодов, расположенных поперёк продольной оси насыпи. Они снабжены входными и выпускными патрубками и объединены между собой коллекторами. С целью обеспечения рациональных условий теплоот-

Йа вновь строящихся участках ж/д пути

Рис. 8. Варианты повышения устойчивости земляного полотна методом объёмного низкотемпературного замораживания с помошью воздушной технологии. 1 - дорожная насыпь : 2 - трубопровод : 3 - ТХУ ; 4 - компрессор.

дачи , а также исключения засорения трубопроводов инеем и льдом рекомендуется подавать холодный воздух в трубы воздуховодов со скоростью от 3 до 9 м / с , что удовлетворяет условиям неравенства ( 6 ).

Для реализации одного из проектов разработана технологическая схема (рис. 9 ) с целью замены железобетонных плит крепления от-

косов земляного полотна дорожной насыпи 1 от размыва на твёрдомёрз-лый ледогрунтовый материал. Предлагаемый вариант крепления откосов дорожной насыпи , например, на подходе к мосту северной или сибирской реки содержит массивные плиты 2 и 3 из ледогрунта , при подготовке которых укладывают трубы воздуховодов 4 , объединённые коллектором 5, для подачи холодного воздуха от ТХУ. Внешняя поверхность плиты 3 может быть выполнена ребристой, обеспечивать эффективное гашение ветровых волн и полностью исключать размыв земляного полотна дорожной насыпи. Трубы воздуховодов 4 укладывают на откосе дорожной насыпи 1 на расстоянии 1 - 3 -х метров друг от друга. Их объединяют в звенья по 14 -18 штук. Периодическая подача холодного воздуха от ТХУ обеспечит надёжную работу крепления откоса дорожной насыпи при существенной экономии материалов.

На рис. 10 приведены схемы воздушной технологии замораживания грунта при проходке тоннелей в сложных гидрогеологических условиях. Схемы ( рис. 10 «а» , «б» и « в ») предусматривают подачу холодного воздуха от ТХУ в трубчатые замораживающие колонки. Результаты расчётов по формулам 2, 3, 5 , 6 и 7 показывают, что установка типа «Борей- Турбо » , при подаче воздуха около 0,19 кг/с , обеспечивает одновременное замораживание грунтового массива содержащего до 20 скважин длиной около 20 м каждая. В технологической схеме на рис. 10 « в » холодный воздух от ТХУ подают непосредственно на забой или грунтовый массив замораживаемого грунта. Эту схему воздушного замораживания применили на участке перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Люблинской линии Московского метрополитена. Опыт производства работ показал, что с целью повышения интенсивности процесса замораживания, рекомендуется ограждать экраном участок замораживания грунта. Для всех рекомендуемых технологических схем (рис.10) экран ( 6 ) может быть выполнен из резино - тканевого материала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам выполненных исследований дана методика расчёта для проектирования, включающая определение таких технологических параметров, как скорость( 3 ), расход ( 4 ) и температура ( 2 ) холодного воздуха, время замораживания одиночного цилиндра ( 5 ), количества холодного воздуха для замораживания грунтового массива определённых размеров и количества выпускных отверстий при подаче холодного воздуха на поверхность замораживаемого грунта.

I

ч

11

п\

о ц у и

ш

[ I

II

А-А

о

¡ш

шг

Т

I

Ш

ш

е>-ь

Рис. 9. Конструкция крепления откосов дорожной насыпи из ледогрунтовых плит. 1 -насыпь ; 2 - ледогрунтовая плита ; 3 - ледогрунтовая плита с ребристой внешней поверхностью ; 4 - трубы воздуховодов ; 5- трубчатый коллектор ; 6 - ТХУ.

Рис. 10. Воздушная технология замораживания грунта при проходке тоннеля. 1 - компрессор; 2 - ТХУ; 3 - коллектор; 4 - воздуховод; 5 - скважина; 6 - экран.

Установлено, что воздушная технология замораживания грунтов с применением ТХУ отличается от традиционных высокой универсальностью и может быть рекомендована для применения в различных отраслях техники, например, для замораживания фунта с целью ликвидации талика в приустьевой части газодобывающих скважин. Эксплуатацию таких скважин в криолитозоне осложняют осадки поверхности фунта, деформация труб и арматуры, что связано с высокой температурой природного газа. Рекомендуемая технологическая схема предусматривает размещение труб воздуховодов вокруг газодобывающей скважины, засыпку их слоем грунта и периодическую подачу холодного воздуха от ТХУ. В конкретных условиях представляется целесообразным обеспечить реализацию данной технологии посредством отбора части добытого газа из скважины и подачи его под естественным напором во входной патрубок ТХУ без применения компрессора. Объём фунта для засыпки рекомендуется определять на основе расчётов по обеспечению прочности устья скважины на сдвиг и продольную устойчивость.

Сравнительный анализ технико-экономических показателей позволяет заключить, что наиболее короткое время требуется для замораживания фунтов с применением азотной технологии. Вариант воздушной технологии с использованием ТХУ приводит к промежуточным затратам времени по сравнению с применением жидкого азота и рассола. По расчётам , затраты времени для замораживания равного фунтового массива для рассольной, воздушной и азотной технологий в относительных единицах , соответственно, равны - 8 ; 3,5 и I. Стоимость работы одной ТХУ типа « Борей -Турбо» в смену составляет 208,18 руб. в ценах 1998 г, что существенно ниже применения традиционных технологий замораживания грунтов с использованием жидкого азота или рассолов.

В транспортном строительстве воздушная технология замораживания грунтов хорошо и надёжно дополняет существующую рассольную и азотную технологии. При этом, в соответствии с действующей в России классификацией , для работы ТХУ рекомендуется использовать компрессоры средней мощности как стационарных и так и передвижных станций.

ВЫВОДЫ

1. В диссертации выявлены и систематизированы материалы по вопросу изменения свойств слабых, водонасыщепных и талых грунтов на строительстве участков насыпей железных и автомобильных дорог на основе применения технологий искусственного замораживания с применением метода воздушного замораживания .

Установлено, что искусственное замораживание является надёжным и достаточно распространённым методом повышения прочностных свойств грунтов при возведении насыпей и других транспортных сооружений.

применение которого в настоящее время сдерживает высокая энергоёмкость и стоимость ( технология замораживания с применением жидкого азота ) , экологические ограничения ( рассольная технология ) и запрещение применения озоноразрушающих веществ.

2. Предложенная технология воздушного низкотемпературного замораживания грунтов на основе применения малогабаритных турбодетандеров ТХУ типа « Борей - Турбо» размером 1,2 х 0,4 х 0,6 м и массой менее 0,045 т. лишена недостатков азотной и рассольной технологий и рекомендуется для применения на строительстве и при эксплуатации насыпей железных и автомобильных дорог в криолитозоне, для восстановления несущей способности грунтовых оснований , построенных по первому принципу использования вечномёрзлых грунтов , а также в технологических процессах возведения различных объектов инфраструктуры железных дорог. Работа по воздушной технологии с использованием ТХУ типа « Борей - Турбо » может быть организована не более чем за 1 - 2 часа, с помощью источника сжатого воздуха подачей 0,20 кг/с и напором до 6 ати ( пневмомагистрапи или компрессорной станции ), простыми средствами, с получением экологически чистого холодного воздуха (пригодного даже для дыхания ) температурой минус 40 0 С ( в летний период ) и до минус 100 0 С ( зимой ) со средней хладопроизводительностью 50 - 80 тыс. ккал / ч.

Разработанная технология воздушного замораживания грунтов высоконадёжна, электро - и взрывобезопасна и не имеет экологических ограничений по применению.

3. По результатам исследований установлены основные параметры воздушной технологии, характеризующие процесс формирования твёрдомёрз-лого грунта и стабилизации осадок талых грунтовых оснований насыпей железных дорог. Разработана методика расчёта технологических параметров, включающая определение скорости подачи холодного воздуха от ТХУ в трубопровод замораживающей колонки или на фунтовый массив, расхода (4 ), изменения температуры по пути движения воздушного потока ( 2 ), времени подачи потока холодного воздуха для формирования твёрдомёрз-лого массива фунта заданных размеров ( 5 ), в том числе с учётом рН по-ровой воды ( 7 ), а также максимально допустимого количества выпусков или замораживающих колонок.

4. Составлены рекомендации по производству работ, предусматривающие технологические схемы замораживания « больных » участков дорожных насыпей, стабилизации осадок, повышения и восстановления несущей способности фунтов.

Технологические схемы предусматривают подачу холодного воздуха от ТХУ в трубы замораживающих колонок или непосредственно на массив фунта.

5. Рекомендуемые схемы замораживания грунтов с применением воздушной технологии и подачей холодного воздуха от ТХУ внедрили при стабилизации осадок основания производственного и административного корпусов здания на станции Юктали БАМ. Ж, Д. , а также при проходке участка перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Люблинской линии Московского метрополитена.

Результаты внедрения показали высокую эффективность и перспективность применения воздушной технологии объёмного низкотемпературного замораживания грунтов с применением ТХУ на строительстве и при эксплуатации участков насыпей железных и автомобильных дорог и других транспортных сооружений.

6. Разработан проект применения воздушной технологии при проходке деривационного тоннеля в неустойчивых грунтах на строительстве ГЭС на реке Черек, при замораживании грунта в основании площадок для размещения строительной техники, при возведении подземного гаража методом стена в грунте, а также строительстве других сооружений.

7. В задачу дальнейших исследований входит разработка технологии замораживания неустойчивых и слабых грунтов при производстве работ в городских и стеснённых условиях, а также при работе со связными грунтами .

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Замораживание грунтов на объектах транспортного строительства с помощью турбохолодильных установок. -Транспортное строительство, 1997, № 11,с.10- 11.

2. Новая технология купирования появлений криогенных ОШ11 в транспортном строительстве. Материалы международной конференции « Анализ и оценка природных рисков в строительстве» . М. : ПНИИС, 1997, с. 159 -160.

3. Технология восстановления мёрзлого основания опор мостов и водопропускных труб с помощью ТХУ. Тезисы доклада 2-ой международной научно - технической конференции « Автомобильные дороги Сибири », Омск, 1998 , с. 346 - 347.

4. Воздушная технология замораживания. Тезисы доклада на Международном симпозиуме « Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях » , Белгород; 1999 г., Секция Геомеханика, с.6.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ СООТРУЖЕНИЙ ■

1.1. Обзор и анализ методов замораживания грунтов в строительстве

1.2. Опыт применения воздуха для замораживания грунта при возведении и эксплуатации сооружений

1.3. Цель и задачи исследований по применению воздушных турбохолодильных устройств ( Т X У) для завораживания грунтов ;

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВ

С ПОМОЩЬЮ ТХ У

2.1. Процесс искусственного замораживания плывунов и слабых грунтов с помощью Т X У '

2.2. Теоретические предпосылки применения воздушных холодильных машин и устройств для замораживания грунтрв и формирования ледогрунтовых элементов конструкций сооружений

2.3. Теплротдача потока холодного воздуха от ТХУ при замораживании грунтов

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ И НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВ

3.1. За^чи исследований и описание лабораторных установок

3.2. Методика исследований

3.3. Влияяие параметров работы компрессора на рабочие характеристики турбохолодильного устройства

3.4. Механические свойства ледовопесчаных и ледовокаменных образцов

Актуальность темы. Искусственное замораживание грунтов является одним из распространённых методов строительства железных дорог и транспортных сооружений в сложных гидрогеологических и,мерзлотно - грунтовых условиях. Замораживание грунтов широко применяют при проходке шахт, тоннелей, метрополитенов, выемке котлованов глубоких фундаментов, гидротехническом строительстве для устройства противофильтрационных завес. В нашей стране и за рубежом накоплен солидный опыт работ и достигнуты значительные успехи по замораживанию водона-сыщенных, водонапорных и неустойчивых грунтов. Позитивные успехи в области замораживания грунтов в строительных целях достигнуты, в основном, за счёт применения рассольной технологии и жидкого азота. В последние время, широкое применение азотной технологии замораживания грунтов сдерживает чрезмерная энергоёмкость процесса и сопутствующие ему большие денежные затраты. Применение рассольной технологии сдерживают экологические ограничения и запрещение использования озоноразрушающих веществ.

Большая потребность'в устройстве водонепроницаемых ледогрунтовых ограждений, подготовке оснований из твёрдомёрзлых грунтов и оперативном ликвидировании массивов протаявшего грунта на строительстве новых участков железных дорог или при эксплуатации транспортных сооружений в криолитозоне позволяют заключить , что разработка новых технологий замораживания грунтов с применением экологически чистых и не энергоёмких средств является актуальной. К числу таких технологий может быть отнесено воздушное замораживание грунтов с применением турбодетандеров или турбохолодильных устройств ( Т X У ).

С тех пор , как в 1939 году академик П. Л. Капица доказал высокую эффективность машин, в которых газ с помощью турбины совершает работу, турбодетандеры получили большое распространение. Их применяют для обеспечения воздухом пассажиров летательных аппаратов, в холодильной технике, приборостроении, машиностроении и других отраслях хозяйственной деятельности.

Об актуальности разработки воздушной технологии замораживания грунтов указывают также результаты анализа информационных данных о последствиях потепления климата, связанное с ним повышение температуры мёрзлых грунтов и увеличение мощности слоя сезонного протаивания. Данные негативные последствия для участков земляного полотна и других объектов инфраструктуры железной дороги могут быть частично, а в некоторых случаях и полностью нейтрализованы при помощи мероприятий. направленных на искусственное охлаждение грунтов с помощью Т X У.

Опыт применения воздушного замораживания грунтов на БАМе, участке перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Московского метрополитена и при проектировании ряда инженерных сооружений с использованием результатов диссертации, показывает перспективность широкого применения разработанной технологии.

Цель работы : определение области эффективного применения технологии воздушного замораживания грунтов в транспортном строительстве, с принудительной циркуляцией потока холодного воздуха от турбодетандера ; экспериментальное определение физико - механических свойств ледогрунта с целью его проектирования в качестве элемента конструкции железнодорожной насыпи или транспортного сооружения ; разработка методики расчёта технологических параметров и технологических схем воздушного замораживания грунтовых массивов для различных сооружений.

Научная новизна работы : на основании теоретических и экспериментальных исследований разработана технология объёмного низкотемпературного замораживания грунта при строительстве объектов железных и автомобильных дорог с помощью потока холодного воздуха от Т X У ; разработан алгоритм расчёта процесса замораживания несвязных грунтов с применением воздушной технологии, установлена зависимость изменения свойств грунта от* продолжительности, температуры и скорости подачи воздуха, минерального состава и рН поровой воды на строительстве участков насыпей железных и автомобильных дорог.

Практическое значение работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют рекомендовать применение технологии воздушного объёмного низкотемпературного замораживания грунтов с помощью ТХУ при строительстве земляного полотна железных и автомобильных дорог и объектов транспортной инфраструктуры в криолитозоне , для восстановления несущей способности грунтовых оснований, построенных по первому принципу использования вечномёрзлых грунтов, а также в технологических процессах.

Результаты исследований использованы при восстановлении несущей способности фундаментов производственного и административного корпусов здания на станции Юктали БАМ )К. Д. и при проходке участка перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Люблинской линии Московского метрополитена. Воздушное замораживания грунтов по разработанной технологии намечено внедрить при проектировании и возведении ряда инженерных сооружений, в том числе при проходке в неустойчивых грунтах деривационного тоннеля ГЭС на р. Черек в Кабарди-но - Балкарской республике.

Достоверность основных научных положений, рекомендаций и выводов обоснована проведением многофакторных экспериментов с получением результатов лабораторных и натурных исследований, а также удовлетворительной ( с точностью не менее 10 % сходимостью результатов расчётов и экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили признание на Международной конференции « Анализ и оценка природных рисков в строительстве » ( Москва, ноябрь 1997 г. ), 2-ой Международной нучно - технической конференции « Автомобильные дороги Сибири » ( Омск, апрель 1998 г. ), Международной конференции по транспортному строительству в сейсмичных районах ( Москва, декабрь 1998 г.) и Международной конференции по строительству шахт ( Белгород, май 1999 г. ).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано четыре печатное работы автора. Работы по теме диссертации нашли отражение в трёх научно - исследовательских отчётах по тематике ОАО ЦНИИС.

Содержание работы. Во введении дано обоснование выбора и актуальности темы, сформулирован^ цель и задачи исследований, приведена оценка полученных результатов, научной новизны и практической ценности научных и технологических разработок.

В первой главе диссертации приведен обзор и дан краткий анализ методов замораживания грунтов в строительстве с целью восстановления несущей способности оснований дорожных насыпей и фундаментов различных инженерных сооружений. Рассмотрены примеры применения рассольной и азотной технологий замораживания грунтов при строительстве дорожных насыпей, водопропускных труб, опор мостов, а также проходки тоннелей в водонасыщенных и слабых грунтах. Сделан вывод о необходимости разработки технологии замораживания грунтов транспортных сооружений , с применением компактных и относительно простых в эксплуатации устройств ( ТХУ ), работа которых основана на применении экологически безопасного хладагента - воздуха. Сформулирована цель и задачи исследований.

Во второй главе диссертации поставлена задача по определению зависимостей для расчёта изменения скорости, расхода и площади живого сечения потока холодного воздуха при движении от напорного выпускного патрубка ТХУ по коллектору и трубам замораживающих колонок, а также прогнозированию времени замораживания, температуры и границ промерзания грунта. В связи с наличием в расчётных зависимостях ряда эмпирических коэффициентов, а также необходимостью уточнения технологических процессов выполнили экспериментальные исследования в лаборатории и натурных условиях.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований воздушной технологии замораживания грунтов с помощью ТХУ, выполненные в лабораторных условиях в ЦНИИС-е и НПО « Наука» , а также в натужных условиях на станции Юктали БАМ Ж. Д. и при проходке участка перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Люблинской линии Московского метрополитена.

В лабораторных условиях определяли изменения скорости потока холодного воздуха по пути движения, влияние минерального состава поровой воды на процесс замораживания и механические характеристики грунтовых образцов, воздействия ТХУ на окружающую среду и условия труда. В натурных условиях исследовали процесс подачи холодного воздуха от ТХУ в трубчатые замораживающие колонки при ликвидации талика, э также замораживание грунта, поровое пространство которого заполняла вода в смеси с рассолом, в связи с его протецками при замораживании по принятой здесь ранее технологии.

Экспериментальные исследования позволили уточнить технологию замораживания грунтов с применением ТХУ и получить данные для разработки рекомендаций для проектирования и производства работ на строительстве земляного полотна дорог в криолитозоне, сложных геологических и гидрологических условиях. В четвёртой главе диссертации приведены данные опытного внедрения технологии воздушного замораживания грунтов с применением ТХУ и рекомендации по её применению, разработанные на ряде реальных примеров.

Диссертационная работа содержит 146 страниц машинописного текста, в том числе 8 таблиц и 65 рисунков, включает список литературы из 141 наименования. На защиту выносятся следующие основные результаты работы : технология воздушного объёмного низкотемпературного замораживания грунтов с принудительной подачей холодного воздуха от малогабаритных турбодетанде-ров ( ТХУ ) т;ипа « Борей - Турбо » для строительства дорожных насыпей и других транспортных сооружений ; методика рарчёта параметров технологии воздушного замораживания водонасы-щенных, водонапорных и неустойчивых грунтов ; технологически? схемы восстановления несущей способности грунтовых оснований дорожных насыпей и других сооружений с применением воздушной технологии замораживания.

6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. В диссертации выявлены и систематизированы материалы по вопросу изменения свойств слабых, водонасыщенных и талых грунтов на строительстве участков насыпей железных и автомобильных дорог на основе применения технологий искусственного замораживания с применением методов воздушного замораживания.

Установлено, что искусственное замораживание является надёжным и достаточно распространённым методом повышения прочностных свойств грунтов при возведении насыпей и других транспортных сооружений, применение которого в настоящее время сдерживает высокая энергоёмкость и стоимость ( технология замораживания с применением жидкого азота ) , экологические ограничения ( рассольная технология ) и запрещение применения озоноразрушающих веществ.

2. До настоящего времени воздушное замораживание грунтов имело, преимущественно, сезонное применение на строительстве грунтовых плотин , промышленных и гражданских зданий, с применением атмосферного воздуха охлаждаемого в естественных условиях в зимний период. Грунт замораживали при подаче воздуха в трубчатые колонки, расположенные в заранее пробуренных скважинах, соединённых с воздуховодом естественной или принудительной вентиляции. Опыт эксплуатации показал не высокую надёжность традиционных воздушных систем замораживания грунтов, в связи со значительными сезонными перерывами в работе , а также прямой зависимостью от климатических и погодных условий.

3. Предложенная технология воздушного низкотемпературного замораживания грунтов на основе применения малогабаритных турбодетандеров ( ТХУ ) типа « Борей - Турбо » размером 1,2 х 0,4 х 0,6 м и массой менее 0,045 т лишена недостатков азотной и рассольной технологий и рекомендуется для применения на строительстве и при эксплуатации насыпей железных и автомобильных дорог в криолитозоне, для восстановления несущей способности грунтовых оснований, построенных по первому принципу использования вечномёрзлых грунтов, а также в технологических процессах возведения различных объектов инфраструктуры железных дорог. Работа по воздушной технологии с использованием ТХУ типа « Борей - Турбо » может быть организована не более чем за 1 - 2 часа. с помощью источника сжатого воздуха подачей 0,20 кг / с и напором до 6 ати ( пневмомагистрали или компрессорной станции ) , простыми средствами, с получением экологически чистого холодного воздуха ( пригодного даже для дыхания ) температурой минус 40 ° С ( в летний период) и до минус 100 0 С (зимой ) со средней хладопроизводительностью 50 - 80 тыс. ккал / час.

Разработанная технология воздушного замораживания грунтов высоконадёжна, электо - и взравобезопасна и не имеет экологических ограничений по применению.

4. Анализ работ по замораживанию грунтов дорожных насыпей, проектированию управления тепловыми режимами металлических и бетонных конструкций, раз работке мёрзлых грунтов ( А. А. Цернанта, В. В. Пассека, А. Р. Соловьянчика, В. Н. Кондратьева, И. А. Недорезова и других ) показал, что рассматриваемые в них уравнения пригодны для применения в разнообразных геологических и гидрологических условиях, но не рассматривают систему управления тепловыми режимами при подаче потока искусственно полученного холодного воздуха для замораживания или восстановления несущей способности грунтов.

5. По результатам исследований установлены основные параметры воздушной технологии, характеризующие процесс формирования твёрдомёрзлого грунта и стабилизации осадок талых грунтовых оснований насыпей железных дорог.

6. На стенде НПО « Наука » и лабораториях ОАО ЦНИИС были проведены исследования по изучению физической картины процесса замораживания грунтов по воздушной технологии.

Установлено, что основными технологическими параметрами , определяющими процеср замораживания грунта , являются расход, скорость и температурный градиент холодного воздуха на выходе из напорного патрубка ТХУ , величина которых зависит от подачи в устройство сжатого воздуха и его напора.

7. На основе результатов лабораторных исследований выявлены параметры рабо -чих характеристик ту рбохол од ильного устройства, в числе которых зависимость расхода холодного воздуха от напора, а также температуры подачи холодного возду*а в трубопровод замораживающей колонки .

8 . Лабораторные исследования изменения скорости потока холодного воздуха по пути дрижения при свободном его выпуске из напорного патрубка ТХУ позволили получить расчётные зависимости , в том числе размеры профилей струи на различных расстояниях, для проектирования воздушной технологии замораживания грунтов при свободном истечении на поверхность грунтового массива.

9. Изучение механических свойств ледовопесчаных и ледовокаменных образцов в лаборатории позволило выявить влияние на прочность при сжатии, сопротивлении срезу и изгибу температуры при различной минерализации поровой воды мг/л ) . Установлено, что при повышении концентрации минеральных веществ в поровой воде механические показатели прочности уменьшаются.

10. С целью получения наиболее высоких показателей прочности и надёжности дорожного земляного полотна или основания искусственного сооружения ре-коендуется применять разнозернистые грунты, обеспечивающие наивысшие характеристики при замораживании.

11. В сцязи со строительством в криолитозоне и большими техногенными воздействиями на окружающую природную среду представляется целесообразным определясь рН поровой воды при проектировании прочностных характеристик ледогрунтового материала.

Установлено, что наивысшие показатели прочности ледовокаменного и ледово-песчаного материала при одинаковых условиях замораживания получены для об -разцов имеющих нейтральную поровую воду с рН = 6,5 - 8,5. Образцы с кислой рН = 6,5 - 4 и щелочной рН = 8,5 . И) поровой водой имеют показатели прочности в 1,2 . 1,6 раза меньше нейтральной.

12. Важной проблемой при разработке технологии воздушного замораживания является создание безопасных условий ведения работ и уменьшение воздействий на окружающую экологическую среду. В связи с этим , провели исследования шумовых воздействий на стенде, результаты которых показали, что для обеспечения нормальных условий труда корпус ТХУ рекомендуется закрывать защитным кожухом из звукопоглощающего материала или подавать холодный воздух по тру бопроэоду длиной не менее трёх метров. Звукоизолирующая способность таких устройств составляет 20 - 35 дБ в диапазоне рабочих частот ТХУ и полностью соответствует нормам по условиям труда.

13. Результаты лабораторных исследований позволяют заключить, что при проек -тировании производства работ с подачей холодного воздуха от ТХУ типа « Борей - Турбо » непосредственно на массив грунта параметры свободной струи холодного воздуха ( изменения скорости по пути движения, расхода, площади жи -вого сечения) рекомендуется определять по зависимостям для расчёта затопленных струй'.

14. Натурные исследования процессов замораживания грунтов с применением воздушной технологии и ТХУ проводили на станции Юктали БАМ. Ж. Д. и участке перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Москов -ского метрополитена.

Натурные испытания подтвердили результаты теоретических и лабораторных исследований технологии воздушного замораживания грунтов с помощью ТХУ и показали перспективность применения её для ликвидации таликов, возведения и эксплуатации различных транспортных сооружений с сохранением грунтов основания в цёрзлом состоянии в процессе всего срока службы сооружения.

15. По результатам исследований разработана методика расчёта технологических параметров, включающая определение скорости подачи холодного воздуха от ТХУ в трубопровод замораживающей колонки или на грунтовый массив, расхода (15) хрлодного воздуха, изменений температуры по пути движения воздушного потока ( 8 ), прогнозирование потребного времени работы устройства ( 25 ) для формирования твёрдомёрзлого массива грунта заданных размеров, в том числе с учётом рН поровой воды ( 41 ) , а также максимально допустимого количества -ва вьщусков или замораживающих колонок.

16. Составлены рекомендации по производству работ, предусматривающие технологические схемы замораживания «больных» участков дорожных насыпей, стабилизации осадок, повышения и восстановления несущей способности грунтов, Технологические схемы предусматривают подачу холодного воздуха от ТХУ в трубы замораживающих колонок или непосредственно на массив грунта.

17. Рекомендуемые схемы замораживания грунтов с применением воздушной технологии и подачей холодного воздуха от ТХУ внедрили при стабилизации осадок основания прризводственного и административного корпусов здания на станции Юктали БАМ. Ж. Д., а также при проходке участка перегонного тоннеля между станциями Кожуховская и Дубровка Люблинской линии Московского метрополитена.

Результаты внедрения показали высокую эффективность применения воздушной технологии объёмного низкотемпературного замораживания грунтов с применением ТХУ на строительстве и при эксплуатации участков насыпей железных и автомобильных дорог и других транспортных сооружений.

18. Разработан проект применения воздушной технологии при проходке дериваци-онногр тоннеля в неустойчивых грунтах на строительстве ГЭС на реке Черек, при замораживании грунтов в основании площадок для размещения строительной техники , при возведении подземного гаража методом стена в грунте, а также строительстве других сооружений.

19. В задачу дальнейших исследований входит разработка технологии замораживания неустойчивых и слабых грунтов при производстве работ в городских и стеснённых условиях , а также при работе со связными грунтами .

138

1. Абрамович Г-Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматтиз, 1960.

2. Антипов В. И., Нагаев В. Б. , Седых А. Д. Физические основы расчёта устойчивости труб в скважинах в криолитозоне. М.: Недра, 1995, 166 с.

3. Альтшуль А. Д., Киселёв П. Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975.

4. Апельсин В. Г. Проектирование, строительство и эксплуатация морских ледяных сооружений. М.: Мортехинформреклама, 1991, 35 с.

5. Беккергун A. JL, Гальперин Д. М. Монтаж технологического оборудования холодильников и холодильных установок. М.: Издательство литературы по строительству, 1969, 335 с.

6. Березовский Б. И. Строительное производство в условиях Севера. Л.: Стройиздат, Ленингр. Отд - ние, 1982. 183 е., ил.

7. Биянов Г. Ф. Плотины на вечной мерзлоте. М.: Энер.гоатомиздат, 1983, 176 с.

8. Блинков Л. С., Нагин В. Н., Чахлов В. С., Берштейн В. Е., Ткаченко Г.В., Гришин Г.И. Сооружение фундаментов опор мостов столбчатого типа в условиях вечной мерзлоты. М.: Оргтрансстрой , 1976, 11 с.

9. Блюм Ю.Ф. Искусственное замораживание грунтов при строительстве городских подземных сооружений Шахтное строительство, 1982, № 10, с. 18-21.

10. Болотинцев В. Б. , Ильяхин В. Н., Дерябин О. Н. Применение радиолокации в геологических и инженерных изысканиях . Транспортное строительство, 1999, № 6, с. 23 - 24.

11. Бучко Н.А., Турчина В.А. Искусственное замораживание грунтов. М.: Информ-энерго, 1978,64 с.

12. Бутягин И. П . Прочность льда и ледяного покрова. Новосибирск. Наука, 1966.

13. Ваничев А. П. Приближённый метод решения задач теплопроводности при переменных константах. Изд. АН СССР. Отделение технических наук, 1946, № 12.

14. Войтковский К. Ф. Расчёт сооружений из льда и снега. М.: Изд. АН СССР, 1954.

15. Вялов С. С., Фотиев С. М., Герасимов А. С., Золотарь А. И. Изменение границ температурных зон в Западной Сибири при глобальном потеплении климата. -Гидротехническое строительство, 1997, № 11, с. 9 -13.

16. Галеев С. И. Укрепление мёрзлых оснований охлаждением. Л.: Стройиздат. 1969. * *

17. Герасимова Е. И. Расчёт температурного режима оснований гидротехнических сооружений с применением аналоговой и цифровой вычислительной техники. Тезисы доклада Всесоюзной научно-технической конференции . М.: 1976, с.87 88.

18. Гогиш Л. В., Пинке И. М. Результаты испытаний волнового воздухоохладителя. Труды ЦИАМ, М., 1993.

19. Гончаров Л, В. Основы искусственного улучшения грунтов. М.: МГУ, 1973.

20. Горбис 3. Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М., Энергия. 1970, 424 с., ил.

21. Гречищев С. Е., Чистотников Л. В., Шур Ю. Л. Криогенные физико геологические процессу и их прогноз. М.: Недра, 1980, 383 с.

22. Грязнов Г. С. Конструкции газовых скважин в районах многолетнемёрзлых пород. М.: Недра! 1978, 136 с.

23. Гуттер Р. С. , Овчинский Б. В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опытов, М.: Наука, 1970, 432 с.

24. Дорман Я. А. Специальные способы работ при строительстве метрополитенов. М.: Транспорт. 1981, 302 с.

25. Дукаревич С. Ем Власов С. Н. Технология азотного замораживания грунтов -универсальный специальный способ строительства в водонасыщенных грунтах. Сб. Трудов международной конференции в Чехословакии, апрель 1989, с. 51 56.

26. Дукаревич С. Е. Совершенствование технологии азотного замораживания, Мет-рострой, 1990, № 7, с. 15-18.

27. Ершов Э. Д. Теплофизические свойства горных пород. М.: МГУ, 1984, 186 с.

28. Ершов Э. Д. Лабораторные методы исследования мёрзлых пород. М.: МГУ, 1985, 350с.

29. Ершов Э. Д. Инженерная геокриология. Справочное пособие. М.; Недра, 1991,439 с.

30. Ефремов А. Н. Замораживание грунтов на объектах транспортного строительства с помощью турбохолодильных установок. Транспортное строительство, 1997, №11, с. 10-11. ,

31. Ефремов А. Н. Воздушная технология замораживания, Тезисы доклада на Между- народном симпозиуме « Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях », Белгород, 1999 г, Секция Геомеханика, с. 6.

32. Зукакянц С. А. Применение специальных способов работ на строительстве тоннелей, метрополитенов и других объектов. Экспресс информация, серия « Метростроение и тоннелестроение» , М.: Вптитрансстрой, 1982, выпуск 1, с. 25.

33. Иванов И. С. Тепло массоперенос в мёрзлых горных породах. М.: Наука, 1969.

34. Инструкция по проектированию гидротехнических сооружений в районах распространения вечномёрзлых грунтов. ВСН 30 -83, Ленинград, 1983.

35. Инструкция по проектированию причальных сооружений для условий Арктики, РД 31.31.25 т 85, М.: Мортехинформреклама, 1986.

36. Изыскания и проектирование железных дорог. Учебник ля вузов ж. д. транспор- . та. Под ред. И. В. Турбина. М.: Транспрот, 1989. - 479 с.

37. Каменский Р. М. Проектирование плотин для оросительной мелиорации в центральной Якутии, Якутск, 1976.

38. Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. М.: Наука, 1981, 490 с.

39. Картозия Б. А., Долгов О. А., Роменский А. А. Определение параметров для проектирования ледопородного ограждения. LI lax гное строительство, I9K2, № 5, с. 12- 15.

40. Киселёв В. Н., Никифоров К. П. Особенности замораживания грунтов в условиях движения подземных вод. Транспортное строительство, 1998 , № 4; с. 7 - 8.

41. Кондратьев В. Н., Королёв А. А. Состояние и задачи геокриологического обеспечения строительства. Транспортное строительство, 1988, № 6, с. 9 - 11.

42. Киселёв П. Г. Справочник по гидравлическим расчётам. М.: Энергия, 1975, изд. 4

43. Кондратьев В. Н. , Королёв А. А. Противомерзлотная защита. Транспортное строительство, 1988, № 11, с. 3 - 4.

44. Кондратьев В. Г., Позин В. А., Шолин В. В. Об эксплуатационной надёжности железнодорожной линии Беркакит Томмот - Якутск на вечномёрзлых грунтах. -Транспортное строительство, 1997л№ 11, с. 3 - 6.

45. Коржавин К. Н. Влияние скорости деформирования на величину предела прочности речного льда при одноосном сжатии, Сборник трудов НИИЖТ, вып. 11, 1955, с. 205-216.

46. Коржавин К. Н. Воздействие льда на инженерные сооружения. Новосибирск, Изд. Сиб. Отд. АН СССР, 1962, 202 с.

47. Левенталь Л. Я. Энергетика и технология хладотранспорта , М.: Транспорт, 1993, 228 с.'

48. Лукьянов В. С. Применение гидравлических аналогий в научных исследованиях и расчётах. Техника железных дорог, 1946, № 7, с. 15 - 17.

49. Лукьянов В. С. , Головко М. Д. Расчёт глубины промерзания грунтов. М.: Транс-желдориздат , 1957, Труды ЦНИИС , вып. 23.

50. Лукьянов р. С., Денисов И. И. Защита бетонных опор мостов от температурных трещин, М.:Трансжелдориздат, 1959, 110 с. .

51. Маэно Н. Наука о льде : Пер. с. яп. М.: Мир, 1988. - 231 е., ил.

52. Мельников П. И. Строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений в Западной Якутии. Новосибирск, Наука, 1979, 84 с.

53. Мельников П. И. Шур Ю.Л. Верхний горизонт толщи мёрзлых пород. М.:, Наука, 1991. 101 с.

54. Меркин В. Е. , Власов С. Н., Макаров О. Н. Справочник инженера тоннельщика . М.: Транспорт , 1993, - 339 с.

55. Методика определения концентрации ионов в почве с помощью ионоселективных электродов « Эком » , М., 1993.

56. Механика и физика льда. М.: Наука, 1982, 171 с.

57. Минайлов Г. П. , Гулецкий В. В. Длительные осадки насыпей на маревых участках железнодорожной линии БАМ Тында. - Транспортное строительство, 1981, № 10,с.З-5

58. Насонов И. Д., Шуплик М. Н. Закономерности формирования ледопородных ограждений при сооружении стволов шахт. М.: Недра, 1976, 237 с.

59. Насонов И. Д., Щуплик М. Н., Ресин В. И. Исследование параметров замораживания при проведении горизонтальных выработок. М.: Недра, 1980, 248 с.

60. Невмержицкий Е. Исследование оттаивания ледопородных ограждений на физических моделях. Метрострой, 1974, № 4, с. 15 - 16.

61. Недорезов И. А., Машкович О. Н., Спивак С. Г. Машины и механизмы транспортного строительства. М.: Транспорт, 1989, 360 с.

62. Нормы и технические условия на проектирование и строительство железных дорог на полуострове Ямал, ВСН 203 89, М.: 1990.

63. Нормы производства инженерно геологических изысканий для строительства на вечномёрзлых грунтах , РСН 31-83, Госстрой Р Ф, М.: 1983.

64. Пантелеев В. Г. , Соболь с. В., Огарков А. А. Интенсификация промораживания грунтовых сооружений естественным холодом. Гидротехническое строительство, 1991, № 11, с. 18-20.

65. Папазов В. Т. Исследование процесса замораживания горных пород, Углетехиз-дат, 1951, 208 с.

66. Пассек В. В. Совершенствование методики расчёта температурного режима грунтов. Сборник научных трудов « Теплотехнические исследования транспортных сооружений », № 72, ЦНИИС, М.: 1974.

67. Пассек В. В. Метод приближённого решения теплофизических задач транспортного строительства с труднорегулируемыми условиями. Сборник научных трудов ЦНИИС, Юбилейный выпуск, М.: 1995, с. 126 134.

68. Паундер Э. физика льда., М.: Мир, 1967.

69. Переселенков Г. С. и др. Железные дороги в таёжно болотистой местности. М.: Транспорт, 1986, 279 с.-.--■--. 73. Переселенков Г. С. Железные дороги в долинах рек. М.: Транспорт, !988.

70. Переселенков Г. С. , Песов А. И., Целиков Ф. И., Переселенков В.Г. Проектирование железных дорог с учётом требований экологии. Сборник научных трудов ЦНИИС, Юбилейный выпуск, М.: 1995, с. 10 24.

71. Переселенков Г. С. Научное обеспечение строительства железных дорог. Транспортное строительство, 1995, № 11, с. 11 - 14.

72. Петухов Б. С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия, 1967.

73. Пехович А. И. Расчёт скорости замораживания фильтрующего грунта рядом колонок после смыкания ледогрунтовых цилиндров. Известия ВНИИГ , 1954, т. 51, с. 152-164.

74. Пехович А.И. Основы гидроледотермики. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд --ние, 1983-200 с., ил.

75. Порхаев Г. В., Щёлоков В. К. Прогнозирование температурного режима вечно-мёрзлых грунтов на застраиваемых территориях. JL: Стройиздат, 1979, 186 с.

76. Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к С Н и П 2.05.02. 85 ), -М.: Стройиздат, 1989.

77. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами, М, 1978.

78. Рекомендации по определению физико- механических свойств мёрзлых дисперсных грунтов геофизическими методами., ПНИИС, М.: Стройиздат, 1979.

79. Рекомендации по планированию эксперимента при решении задач транспортногр строительства., M.: ЦНИИС, 1983,54 с.

80. Рекомендации по применению автоматизированных комплексов аппаратуры для температурных измерений в грунтах. М. : Стройиздат, 1984.

81. Рекомендации по прогнозу теплового состояния мёрзлых грунтов, ПНИИС, М.: Стррйиздат, 1989.

82. Рекомендации по устройству и расчёту оснований с применением локального оттаивания вечномёрзлых крупнообломочных грунтов., НИИОСП им. H. М. Герсе-ванова, М.: 1983.

83. Розанов H. Н. Плотины из грунтовых материалов. М.: Стройиздат, 1983. 296 с.

84. Саввинов Д. Д. Проблемы гидроледотермики мёрзлых почв. Новосибирск : Наука, 1988, 126 с.

85. Савельев Б . А. Строение, состав и свойства ледяного покрова морских и пресных водрёмов. М.: Изд - во МГУ, 1963, 541 с.

86. Савельев Б. А. Физика , химия и строение природных льдов и мёрзлых горных пород. М. : Изд - во МГУ, 1971, 507 с.

87. Савельев Б. А. Термика и механика природных льдов. М.: Наука, 1983, -223 с.

88. Савельев Б. А. Гляциология : Учебник. Изд - во МГУ, 1991, - 288 с. ил.

89. Смыслов В. В. Гидравлика и аэродинам1 ка, Кш в, Вища школа, 1971.

90. С H ч П 2. 01. 01. 82. Строительная климатология и геофизика, Госстрой, - М.: Стройиздат, 1983,- 136 с.

91. С H и П 2. 02. 04 88. Основания и фундаменты на вечномёрзлых грунтах, Госстрой, М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1990, - 56 с.

92. С H и П 2. 06. 04 82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения ( водновые , ледовые и от судов ) , Госстрой. - М.: Стройиздат, 1983.- 39 с.

93. С H и П 2. 06. 05 84. Плотины из грунтовых материалов. Госстрой - М. : АПП ЦИТП, 1991,-56 с.

94. С H и П 2. 05. 01 90. Железные дороги колеи 1520 мм. Госстрой - М.: АПП ЦИТП, 1995,- 86 с.

95. Соколов А. В. Экономичная конструкция причального сооружения, Транспортное ртроительство, 1985, № 12, с. 22 - 23.

96. Соколов А. В., Гарин М. П. Методика натурных исследований температурного режима в причалах засыпного типа . Тезисы доклада 4-ой Всесоюзной конференции , Новополоцк. ,1986 , с. 34-37.

97. Строительная климатология / НИИ строит. Физики. М.: Стройиздат, 1990, 86 с . : ил. ( Справ. Пособие к СНиП ).

98. Суриков С. С. Механика разрушения мёрзлых грунтов. JI. : Стройиздат, Ленингр. Отд - ние , 1978 - 128 е., ил.

99. Технические указания по применению нетканых материалов для усиления земляного полотна : ЦП 4591 / МПС СССР, Главное управление пути. М.: Транспорт, 1989. -47 с.

100. Теплотехнический справочник, т.2. М.: Энергия, 1976, 597 с.

101. Трупак Н. Г. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. М.: Недра, 1979, 344 с.

102. Тютюнник Л. М. , Ямщиков В. С. , Ресин В. С., Пржедетский, И. Л. Баркан. Геоакусти^еский многопараметровый контроль ледогрунтового ограждения при подземном городском строительстве способом замораживания. Шахтное строительство, 1981, № 11, с. 9 - 14.

103. Фабрикант Н. А. Аэродинамика. М., Физматгиз, 1964.

104. Фельдман Г. М. Методы расчёта температурного режима мёрзлых грунтов. М. : Наука, 1973.-254 с.

105. Фельдман Г. М. Термокарст и вечная мерзлота. Новосибирск : Наука. ,1984. 254 р.

106. Фёдоров Д. И. ( Под ред . ) Изыскания и проектирование трассы Байкало -Амурской магистрали. Справочно методическое пособие. М., 1987.

107. Ш.Фролов И. Оэонобезопасные сервисные смеси, Холодильная техника. 1995, №1,с. 16 18.

108. Хакимов X. Р. Замораживание грунтов в строительных целях, Госстрой из дат, М.: 1962, 186 с.

109. Хасхачих Г. Д., Гришин Г. И., Гончаров В. В. Строительство речных причалов в суровых климатических условиях , Серия « Строительство транспортных гидротехнических сооружений », М.: ВПТИТРАНССТРОЙ, Выпуск 1, 1980, 31с.

110. Холодильные машины : Учебник для втузов, Под общ. Ред. Л. Н. Тимофеевско-го. СПб.: Политехника, 1997, -992 с.

111. Хрусталёв Л. Н. Температурный режим вечномёрзлых грунтов на застраиваемой территории. М.: Наука, 1971.

112. Хрусталёв Л. Н., Пустовойт Г. П. Вероятностно статистические расчёты оснований зданий в криолитозоне. - Новосибирска Наука. 1988, -253 с.

113. Цернант А. А., Попов Ю.А. , Рощупкин Д. В. О разработке грунтов земснарядами в зимних условиях. Транспортное строительство, 1970, № 1, с. 6 - 7.

114. Цернант А. А. , Орлов Е. П. Рациональные конструкции насыпей в сложных мерзлотно грунтовых условиях. Материалы Всесоюзного совещания « Опыт строительства оснований и фундаментов на вечномёрзлых грунтах », Воркута, ЦНИС ОПС , 1981, с. 76 -78.

115. Цернант А. А. Экосистемные принципы инженерной геомеханики в криолитозо-не. Сборнцк докладов Международной конференции по открытым горным, земляным и дорожным работам, Москва, 1994., с. 171 - 174.

116. Цернант А. А. Транспортное строительство в криолитозоне. Транспортное строительство , 1995, № 11, с. 14 - 19.

117. Цуканов Н. А. Регулирование глубины оттаивания грунтов земляного полотна с помощью пенопластовой теплоизоляции. Транспортное строительство , 1981, № 6, с. 4 - 6.

118. Цытович Н. А. Материмы по лабораторным исследованиям мёрзлых грунтов. , А Н СССР, М.: 1954, 235 с.

119. Цытович Н. А., Ухова Н. В., Ухов С. Б., Прогноз температурной устойчивости плотин из местных материалов на вечномёрзлых основаниях, Стройиздат, Ленин градское отделение, 1972, 142 с.

120. Цытович H.A. Механика грунтов, Учебник для строит. Вузов. -4-е изд., пере-раб. и доп. М.: Высш. шк. , 1983. - 288 с. ил.

121. Шахунянц Г. М. Железнодорожный путь. М. : Транспорт. 1987, 479 с.

122. Швецов Г. И. Инженерная геология , механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб. Для вузов. -2 е изд., М.; Высш. шк., 1997. - 319 с.

123. Шепитько Т- В- К вопросу о реконструкции существующих направлений железных дорог для повышения скоростей движения пассажирских поездов. Сборник научных трудов МИИТ, вып. 920, М. , 1998, с. 28 32.

124. Шепитько Т. В. О соответствии способа исследований организационцо -технологических ситуаций и критериев оптимизации. Сборник научных трудов МИ ИТ, вып. 920, М., 1998, с. 51 55.

125. Шпарбер П. А. О бурении замораживающих скважин. Шахтное строительство, 1982, № 6, с. 28 - 30.

126. Юрьев Н. А., Гребешков В. М. Измерители температуры мёрзлых грунтов в скважинах., Транспортное строительство, 1985, № 11, с. 26 -28.

127. Яковлев В. Н. Замораживание грунтов с помощью жидкого азота при строительстве подземных сооружений. Шахтное строительство, 1982, № 10, с. 21 - 23.

128. Якубович Д. В., Зельманович Е. К. Горизонтальное замораживание при про146ходке тоннелей под транспортными путями. Транспортное строительство, 1974, № 3, с. 59 - 60.

129. Arctic islands for explonation , Consalting Engineer , Oct, 1998 , p. 70.

130. Bell J.M., Ice Roads Ease Rig Moves in Alaska, Drilling Contractor, Jun , 1982, p. 19 -23.

131. Bergdahl J. L. Thermal ice pressure in lake covers. Goteborg , 1988, 164 p.

132. Fletcher N, H. Structural aspect ofice water system. - Inst, of Physics, 1991,141 0,p.913-994.

133. The coldest wharf in the Word / Surveyor . 1974. - Vol. 5/ - No 4/ November. - P. 3 - 5.

134. Tunnels and Tunneling, 1974, vol.6, No 2 , P. 4 6.

135. Macthrusen A. Ice used as a permanent construction material. Proc. 1 -st Int. Offshore. Mech. And Arct. Eng. Symp. V. 4. New - York, 1986. - P. 120 -128.

136. Michel B. Computation of Backwater curves under ice covers. Dr. Eng. Rapport GCS-79-03 , 1979 16 p.

137. Hobbs P. V. Ice physics, Oxford University Press, 1974.

138. Miller S. L., Clathrate hydrates of air in Antarctic ice, Science , 165 , 489 , 1989.