Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по геокриологии - файл 1.doc


Лекции по геокриологии
скачать (929.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc930kb.17.11.2011 05:56скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Повторно-инъекционные льды (пластовые залежи, массивные льды) принадлежат к числу наиболее сложно построенных и крупных подземных ледяных и льдогрунтовых образований. Поперечник их достигает сотни метров, а толщина до 20 – 30м.

Глубина залегания кровли повторно-инъекционных льдов различная – от нескольких метров до 20 – 30м и более. Повторно-инъекционные льды с поверхности не маркируются.

Повторно-инъекционные льды формируются в условиях синхронно-эпигенетического промерзания литологически неоднородных сред на обширных пространствах, освободившихся от морских вод при регрессивном режиме и ледниковых покровов подножий.

При синхронно-эпигенетическом промерзании пород с такими водами присходят направленные изменения в граничных условиях, и движение потока приобретает неустоявшийся характер. Нарушение режима потока вызывается на путях фильтрации образованием мерзлотных барьеров, частично или полностью блокирующих поток.

При полной блокировке водоносного слоя ( за счет его естественных границ и наложенных границ промерзания) возникает замкнутая система с последующим перераспределением воды со взвешенными примесями и плывуна в сторону наиболее ослабленной части вдоль водонепроницаемых слоев мерзлой кровли и талого водоупора. Замерзание таких вод с различным содержанием взвешенных минеральных примесей создает плоские ледяные и льдо-грунтовые пласты с расплывчатыми контактами. Также на этой стадии могут возникнуть гидравлически изолированные от остальной системы участки, в которых льдообразование будет идти самостоятельно.

Подобные повторные инъекции сопровождаются отслоением примерзших к подошве ранее образовавшегося льда слоев грунта с последующим включением их в лед в виде ксенолитов, резко отличающихся от взвешенных примесей основного тела, что особенно характерно для периферийных частей пластовой залежи.

При залегании водоносного горизонта на больших глубинах (20 – 30м и больше), ниже слоя интенсивных годовых колебаний температуры, процессы перераспределения воды и ее кристаллизация происходят медленно в условиях все возрастающего гидродинамического напряжения в системе и наличия под растущим пластом льда постоянно, но с разной интенсивностью восполняемого слоя напорных вод.

Главнейшие особенности состава, строения и условий залегания повторно-инъекционных льдов тесно связаны с промерзанием близповерхностных водоносных горизонтов, залегающих в слое годовых колебаний температур в широком диапазоне.

Мощность повторно-инъекционных льдов этой разновидности невелика: обычно она не превышает 10м, в среднем – 5 – 6м. В поперечнике они достигают сотен метров.

Распространение обеих разновидностей (глубинных и близповерхностных инъекций) повторно-инъекционного льда подчиняется также определенной географической зональности. В северных районах мощной и низкотемпературной мерзлоты встречаются обе разновидности льда со всеми промежуточными формами. Здесь инъекции встречаются на глубинах до 50 – 60м и более.

В южных районах по мере повышения температур и уменьшения мощности многолетней мерзлоты инъекции простого горизонтально-слоистого сложения в нижнем ярусе постепенно выпадают и наблюдаются лишь близповерхностные пласты сложного строения.

Гидролакколиты (в первоначальном смысле этого понятия данном Н. И. Толстихиным) представляют собой согласные многолетние инъекции, возникшие на месте разгрузки источников под влиянием напорной миграции подземных (преимущественно подмерзлотных) вод.

Форма гидролакколитов, как и настоящих магматических лакколитов, грибовидная, толщиной до 10 – 15м и поперечником до нескольких десятков метров, с отходящей снизу ледяной «ножкой» по каналу, питавшему линзу. Они залегают на разной глубине (примерно до 20 – 30м) и могут перекрываться не только рыхлыми, но и раздробленными коренными породами.

Гидролакколиты – сравнительно редкое явление, так как для их образования требуется сочетание большого числа благоприятных факторов:

  • наличие подземных вод, циркулирующих по тектоническим трещинам и зонам дробления;

  • достаточный гидростатический напор для вспучивания мерзлой кровли (в противном случае подземные воды промерзнут в канале циркуляции в виде жильных льдов);

  • небольшая мощность многолетней мерзлоты;

  • низкие температуры воды (термальные воды обычно функционируют круглый год);

  • рассредоточенный выход вод с небольшими скоростями и расходами.

Состав и строение гидролакколитов, видимо, следующий - лед обладает пузырчатой радиальнолучистой текстурой с автогенными пузырьками воздуха типа ориентированного прорастания и призматически-зернистой структурой. Такие гидролакколиты залегают в самых верхних горизонтах многолетней мерзлоты, образовавшиеся в течение одного холодного сезона при строго ориентированных теплопотоках и больших градиентах температур.

Ледяная «ножка» гидролакколитов не всегда возникает и не всегда обнаруживается.

Наибольшее количество гидролакколитов встречено в Забайкалье, они могут быть обнаружены и на юге Дальнего Востока. К гидролакколитам могут быть отнесены многочисленные бугры пучения с ледяными ядрами, описанные в Центральной Аляске близ южной границы распространения мнголетнемерзлых пород.


^ ПЕЩЕРНО-ЖИЛЬНЫЕ ЛЬДЫ


Группу пещерно-жильных льдов образуют три типа подземного льда: жильный, повторно-жильный и термокарстово-пещерный.

Жильным принято называть лед, образовавшийся при замерзании воды, содержащейся в различных трещинах, чаще в трещинах коренных пород (коры выветривания, тектонические трещины и др.).

Размеры и ориентировка таких льдов определяются размерами и морфологией первичных полостей. Учитывая механизм образования, нетрудно понять, что такие льды имеют ограниченное распространение и приурочены в основном к районам с близповерхностным залеганием коренных пород со сложной тектоникой.

^ Термокарстово-пещерные льды также имеют ограниченное распространение и не оказывают существенного влияния на ландшафтные условия. Образуются они обычно в результате заполнения и последующего замерзания воды и грунта в термокарстовых полостях льдов другого происхождения. Форма и размеры термокарстово-пещерных льдов также определяются морфологией термокарстовой полости. Они имеют обычно линзовидную форму толщиной до нескольких десятков сантиметров и длиной до целых метров.

Центральное место в этой группе по морфологическому эффекту занимают повторно-жильные льды, поэтому их и рассмотрим более подробно.

  1. Повторно-жильные льды (ПЖЛ) развиваются в дисперсных отложениях только синхронно-эпигенетического и северного подтипа сингенетического формирования.

  2. Если сегрегационное и цементное льдообразование можно отнести к первой стадии криогенного диагенеза, то образование ПЖЛ относится ко второй ее стадии, так как они формируются в уже промерзших отложениях.

  3. Процесс образования ПЖЛ сопровождается типоморфной для криогенной зоны морфоскульптурой – жильно-полигональным рельефом.

  4. Рост ПЖЛ повышает льдистость верхних горизонтов многолетнемерзлых пород почти вдвое, приводит систему в менее устойчивое состояние по отношению к агентам внешнего воздействия, делает ее более «чувствительной» к ним и стимулирует активное развитие термокарстовых процессов.

В образовании ПЖЛ принимают 4 этапа процессов:

^ Первый этап процесса связан с образованием морозобойной трещины(МТ) в начале зимы.

Второй этап связан с прцессом возгонки и сублимацией льда происходящем в трещине.

Однако этот процесс даже частично не может компенсировать количество вынесенного за зимний период вещества по следующим причинам:

1) участие только молекулярной диффузии;

2) меньшая продолжительность процесса;

3) механическое препятствие образовавшихся за зиму кристаллов сублимационного льда. Отсюда, основным источнтком жильного льдообразования служат поверхностные воды (талые и паводковые).

Поверхностные воды, просачиваясь в МТ сквозь кристаллы сублимационного льда. Частично оплавляют их, а мелкие зерна могут вытаять полностью. В этих условиях вода еще больше охлаждается и в течение первых десятков минут замерзает. Кроме того, во льду оказываются поры защемленного между кристаллами сублимационного льда воздуха, а также пузырьки всплывающего воздуха.

Совершенно естественно, что объем воздушных включений и доля сублимационного льда в строении ПЖЛ находятся в обратной зависимости от температуры воды. Поэтому в ледяных жилах, образованных за счет заполнения МТ (морозобойная трещина) паводковыми водами текущих с юга рек, сублимационного льда меньше, чем в жилах, заполняемых холодными талыми водами.

В соотношении сублимационный-конжеляционный лед в ПЖЛ существенна роль времени, протекания процессов перераспределения вещества в морозобойной трещине.

Следовательно, в морозобойных трещинах поздних генераций, образующихся путем раскалывания существующих блоков, количество воздушных пузырьков значительно меньше, чем в жилах первой генерации, и их объем приближается к объему растворимости воздуха в воде. Чем позже образовалась МТ, тем меньше продолжительность времени ее существования в зияющем виде, меньше градиенты температур и ниже температура в жильно-полигональном блоке, снижающая интенсивность диффузии водяных паров.

^ Третий этап жильного льдообразования связан с весенним снеготаянием и заполнением морозобойных трещин водой. За пределами речных долин основным источником для заполнения морозобойных трещин служит снег межваликовых понижений.

После заполнения морозобойных трещин элементарными годичными жилками блок оказывается защемленным по всему периметру. Поэтому деформации растяжения – сжатия в жильно-полигональном блоке носят в годовом ходе необратимый характер.

В начальный этап роста ПЖЛ деформации удлинения блока будут, вероятно, ликвидированы за счет сжатия ядра жильно-полигонального блока. Дальнейшее ежегодное наращивание повторно-жильного льда будет сопровождаться необратимыми, пластическими деформациями блока, имеющего лишь одну степень свободы – вверх.

^ К последнему, четвертому этапу развития процесса жильного льдообразования можно отнести вторичные изменения, происходящие в строении и условиях залегания ПЖЛ в стадию их консервации под влиянием годичных и многолетних колебаний температуры.

Молодые элементарные годичные жилки характеризуются, как известно, мутным молочно-белым цветом и микропузырчатой текстурой с ориентированным или неориентированным распределением пузырьков газа. Это либо сферические микропузырьки (менее 0.1мм), либо горизонтальные цилиндрические пузырьки типа ориентированного прорастания, сходящиеся у осевого шва. Различия в морфологии газовых включений определяются в основном количеством сублимационного веществав МТ, температурой затекающей в трещину воды и скоростью ее замерзания, т.е. температурными условиями роста ПЖЛ.

Таким образом, на каждом из четырех условно выделенных этапов происходят определенные физические процессы, которыми определяются состав и строение ПЖЛ.

Все рассмотренные выше стадии жильного льдообразования развиваются в тесной связи с условиями седементации и климата, что находит отражение в морфологии ПЖЛ. Размеры ПЖЛ являются функцией не менее чем 5 переменных: L = f (, h, m, d, grad tz),

где L – размеры ПЖЛ;

 - мощность сезонноталого слоя;

h – глубина морозобойного растрескивания;

m – мощность слоя ежегодного осадконакопления на поверхности;

d – ширина элементарной годичной жилки;

grad tz – градиент температур в слое с морозобойными трещинами.

Для северных равнинных районов вполне допустима более упрощенная задача, если принять grad tz постоянным в масштабе времени, а температуру грунтов достаточно низкой для проникновения МТ ниже подошвы СТС. Таким образом, от соотношения 4 оставшихся переменных все многообразие роста и развития ПЖЛ вытекает из простой геометрической связи, что можно свести к трем основным схемам:

  1. L = d, при m  h - 

h - 

2. L = --- d, при m  h - 

2m




h - 

3. L = --- d  , при m 0

2m


^ При первой схеме роста ширина ледяной жилы будет равна ширине элементарной годичной жилки. Эта схема роста теоретически возможна, но вероятность фактического развития ничтожна мала, так как продолжительное и устойчивое накопление осадков указанной мощности m  h -  невозможно за исключением единичных катастрофических случаев, например оползней.

^ Вторая схема роста наиболее сложная по механизму, создает разнообразные по размерам и условиям залегания ледяные жилы и характеризует сингенетический тип их роста.

Условия третьей схемы характеризуют рост эпигенетических ПЖЛ без осадконакопления на поверхности.

Рост сингенетической жилы выше клиновидной части (схема 2) может происходить по трем вариантам, которые контролируются

скоростью осадконакопления,

толщиной элементарной годичной жилки,

глубинами сезонного протаивания и морозобойного растрескивания:

1. m  d m - мощность слоя ежегодного осадконакопления на поверхности;

  1. m  d - ширина элементарной годичной жилки

  2. m  d

Сингенетические ПЖЛ сформированные по двум первым вариантам не достигают предельных размеров, так как запас термоупругой деформации блока использован здесь не полностью.

Растущие в пойменном режиме по двум первым вариантам ПЖЛ имеют небольшую ширину, прямые боковые контакты, а деформации изгибания в ядрах полигонов минимальные.

После прекращения осадконакопления на поверхности, например, при переходе поймы в террасу процесс роста ПЖЛ вновь развивается по схеме 3 и ледяная жила, полностью использовав запас термоупругой деформации блока, достигает предельных размеров.

Рассмотренные здесь схемы и варианты механизма формирования ПЖЛ фиксируются определенным образом не только в морфологии жил, но и в характере криолитологической слоистости ядер полигонов.

При условии роста жил по первым двум вариантам m  d и m = d изгибания слоев в ядрах полигонов минимальные. Такие условия создаются обычно в прирусловой части поймы с наиболее интенсивным осадконакоплением, благодаря чему на поверхности образуются уплощенные полигоны.

Иной характер имеет слоистость в ядрах полигонов, когда рост ПЖЛ развивается интенсивным льдообразованием – жильным, сегрегационным. Для роста здесь характерна цикличность (чередование крутоизогнутых слоев с почти горизонтальными слоями).

^ МЕРЗЛОТНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ

Область распространения сезонно- и многолетнемерзлых пород характеризуется развитием разнообразных экзогенных геологических процессов. Все они могут быть подразделены на три группы.

Первая включает собственно мерзлотно-геологические процессы: морозобойное растрескивание, жильное льдообразование, криогенное выветривание, морозное пучение, наледообразование и термокарст.

Вторая объединяет склоновые процессы, обусловленные в первую очередь действием сил гравитации. К ним относятся солифлюкция и курумообразование.

^ В третьей группе процессы связаны с механическим воздействием на мерзлые породы экзогенных агентов природной среды и представлены термоэрозией и термоабразией.

Морозобойное растрескивание связано с распределением температур по глубине в мерзлых породах, где возникают сжимающие и растягивающие напряжения, накопление которых приводит к разрыву пород и образованию трещин. Ширина трещин по верху составляет 2 – 4см, могут достигать до 10см. В ММП трещины проникают до 6м, в сезонномерзлые породы до их подошвы.

Морозобойное растрескивание сопровождается образованием полигонально-жильных структур, которые подразделяются на 4 типа:

повторно-жильные льды,

изначально-грунтовые жилы,

первично-песчаные жилы

псевдоморфозы по повторно-жильным льдам.

Повторно-жильные льды образуются ниже слоя сезонного протаивания пород на периодически покрывающихся водой участках. На этих участках трещины заполняются водой, которая при замерзании превращается в жильный лед, способствующий дальнейшему их расширению и углублению.

Изначально-грунтовые жилы возникают в сезоннопромерзающем слое в условиях недостаточного увлажнения морозобойного трещинообразования.

Первично-песчаные жилы образуются гавным образом в арктических и субарктических районах в условиях недостаточного увлажнения и интенсивной деятельности ветра.

Псевдоморфозы по повторно-жильным льдам возникают в результате вытаивания ледяных жил и заполнения вытаявшего пространства грунтом.

Интенсивность морозобойного растрескивания и частота встречаемости морозобойных трещин возрастает с юга на север, и лишь интенсивность развития изначально-грунтовых жил уменьшается в этом направлении.

Криогенное выветривание обусловлено неравномерными температурами и деформациями в породах, периодическим замерзанием и оттаиванием воды в их трещинах и порах и отчасти расклинивающим действием тонких водных пленок. Интенсивность процесса зависит от числа циклов замерзания – оттаивания пород, частоты и амплитуды температурных колебаний, градиентов температуры в породах. Увлажненные породы разрушаются быстрее, чем сухие. Продуктами криогенного выветривания могут быть глыбы, щебень, дресва, песок и пыль.

Морозное пучение дисперсных пород – это поднятие поверхности земли, обусловленное увеличением объема замерзшей влаги и льдообразованием при промерзании. Механизм процесса морозного пучения зависит от климата, условий теплообмена на поверхности, глубины и скорости промер

зания пород, их состава, строения, теплофизических и влагопроводных свойств, от глубины залегания и режима грунтовых вод. В условиях развития отложений, содержащих как мелкозем, так и грубообломочные грунты, происходит выпучивание крупнообломочного материала, и на поверхности образуются каменные поля. При сезонном локальном пучении образуются гидролакколиты (однократное промерзание), туфуры и бугры-могильники (многократное промерзание).

Многолетнее локальное пучение приводит к образованию бугров пучения, которые подразделяются на сегрегационные (миграционные), инъекционные и инъекционно-сегрегационные. Сегрегационные формируются в результате миграции внутригрунтовой влаги к фронту промерзания под влиянием градиента температуры и влаги. Инъекционные бугры пучения формируются при промерзании объемов талаго грунта (например, подозерных и подрусловых таликов), окруженных мерзлыми породами, или в открытых системах, где подток воды обусловлен гидродинамическим напором.

Наледи это слоистые ледяные массивы на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, возникшие при замерзании периодически излившихся природных или техногенных вод. По размерам наледи изменяются от очень мелких (площадь 103 м2) до гигантских (площадь более 107 м2); по времени существования выделяются: однолетние (полностью оттаивающие летом), многолетние (существующие ряд лет) и летующие (существующие до конца лета) наледи.

Термокарст представляет собой образование просадочных и провальных форм рельефа вследствие вытаивания подземных льдов или оттаивания мерзлого грунта.

Причиной возникновения термокарста является то, что глубина сезонного оттаивания начинает превышать глубину залегания подземного льда или сильнольдистого многолетнемерзлого грунта либо происходит смена знака среднегодовой температуры и начинается многолетнее оттаивание мерзлых толщ. Одна из причин современного термокарста – деятельность человека, проявляющаяся, прежде всего, в нарушении почвенно-раститель-ного покрова, что влечет за собой резкое увеличение глубины сезонного протаивания. При развитии термокарста по повторно-жильным льдам на дренированных участках образуются положительные формы рельефа – байджерахи и бугристые полигоны.

Термоабразия – это прцесс разрушения берегов морей, озер или водохранилищ, сложенных многолетнемерзлыми, льдистыми породами или льдом, в результате совместного воздействия механической энергии волн, тепла воды и воздуха. Скорость отступления подверженных термоабразии берегов морей и озер колеблется от долей до нескольких метров в год. Активность термоабразии повышается с ростом льдонасыщенности пород, температуры воды, высоты волн и интенсивности волнений.

Термоэрозия – процесс разрушения мерзлых пород при тепловом и механическом (размывающем) воздействии постоянных и временных водотоков. Характерным для термоэрозии является протаивание льдистых пород, приводящее к их разупрочнению, что способствует повышению интенсивности их разрушения текучей водой. Хозяйственная деятельность человека резко активизирует термоэрозию и может приводить к катастрофическому росту термоэрозионных промоин с последующим превращением их в овраги. Скорость роста промоин в длину достигает 20, а иногда 150м в год.

Солифлюкция – это процесс вязкого и вязкопластического смещения оттаявшего увлажненного тонкодисперсного материала на склонах. В процессе солифлюкции происходят снос, транзит и аккумуляция материала. Различают два вида солифлюкции: медленную (2 – 10 см/год), и быструю (сплывы грунта 1м/час).

Курумообразование представляет собой процесс медленного перемещения вниз по склону крупнообломочного материала за счет периодического изменения объема обломков породы при циклических (сезонных, суточных) колебаниях температуры, морозного выпучивания и оседания обломочного материала. Курумы образуют каменные потоки, нагорные террасы, заполняют узкие ложбины, слагают обширные каменные поля и т.д. Скорость транспортировки материала обычно сантиметры в год.


^ ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ХОЗЯЙСТВЕННОМ ОСВОЕНИИ ТЕРРИТОРИИ


Под геокриологическим прогнозом понимается научное предсказание о будующем развитии и изменении геокриологических условий в связи с естественным развитием природы или хозяйственным освоением территории. В связи с этим различают следующие виды прогноза:

эволюционный (естественно-исторический) и техногенный.

Эволюционный прогноз включает прогнозную оценку изменения характеристик ММП и протекающих в них процессов под влиянием неотектоники, естественной динамики климата и ледяных покровов, процессов денудации и осадконакопления, колебания уровня Мирового океана, изменений гидрогеологических, гидрологических и геоботанических условий.

Техногенный прогноз включает задачи оценки преобразования геокриологических условий под влиянием разнообразных техногенных нарушений природного комплекса. Одним из важнейших разделов техногенного прогноза является инженерно-геокриологический прогноз, который составляется для решения таких практических задач, как оценка вариантов размещения строительных объектов и ряда других вопросов, возникающих при проектировании, строительстве и эксплуатации различных хозяйственных объектов. При инженерно-геологическом обосновании генеральных схем развития народного хозяйства одним из основных результатов прогнозирования должна быть оценка чувствительности и устойчивости территорий с ММП к техногенным воздействиям.

При этом под чувствительностью следует понимать реакцию геосистемы на воздействия, степень ее изменения.

Под устойчивостью – способность геосистемы противостоять воздействиям без изменения состояния и структуры, т.е. без таких изменений компонентов природного комплекса и взаимосвязей между ними, которые могли бы привести к недопустимым деформациям сооружений или необратимому ухудшению экологической обстановки.

Чувствительность геосистемы не зависит от техногенных воздействий, она является ее свойством, способностью реагировать на воздействия.

По особенностям воздействия строительства на природную среду техногенный геокриологический прогноз подразделяется на общий и инженерный.

При составлении общего геокриологического прогноза характеризуются возможные изменения мерзлотных условий на территории предполагаемого строительства в результате нарушения растительного покрова и условий снегонакопления, выторфовывания и замены грунтов оснований, планировки поверхности, изменения условий поверхностного и грунтового стока и т.д.

При инженерном прогнозировании оцениваются особенности теплового и механического взаимодействия сооружений с ММП.

В зависимости от продолжительности периода, для которого прогнозируются изменения геокриологических условий, прогноз подразделяется на краткосрочный, долгосрочный и сверхдолгосрочный.

Краткосрочный прогноз составляется на период до 10 лет и характеризует изменения геокриологических условий под влиянием короткопериодных (3 года, 11 лет) колебаний климата.

Долгосрочный прогноз составляется на период 10 – 100 лет и отражает изменения геокриологических и связанных с ними гидрогеологических и инженерно-геологических характеристик, соответствующих новому установившемуся температурному и влажностному режиму пород на освоенных территориях.

Сверхдолгосрочный прогноз составляется для особенно ответственных сооружений на период более 100 лет в основном для оценки изменений геокриологических условий под влиянием естественной динамики природной среды или региональных и глобальных ее преобразований, приводящих к изменению теплового состояния пород на больших территориях.

При городском строительстве температурный режим грунтов формируется под влиянием многих факторов, рассматривают три фактора: общий, локальный и специфический.

^ Общие факторы объединяют составляющие внешнего тепло- и массообмена на застроенной территории.

К локальным факторам относится тепловое воздействие на грунты оснований зданий, сооружений, коммуникаций.

^ Специфические факторы характерны только для определенных территорий: для одних районов – это гидрогеолоические особенности, для других – условия атмосферной циркуляции и т.д.

Общие и специфические факторы учитываются при общем прогнозе, локальный фактор – при инженерном прогнозе.


^ ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ И СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ УСТОЙЧИВОСТИ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ


При проектировании и строительстве зданий и инженерных сооружений на ММП следует предусматривать меры, обеспечивающие сохранность и долговечность сооружения, и его требуемые эксплуатационные качества. Это достигается путем выбора определенной конструктивной схемы сооружения, типа фундаментов, способов подготовки основания. Эти меры принято называть способами обеспечения устойчивости сооружения. Все способы условно объединяются в две большие группы, называемые принципами использования ММП в качестве основания:

Принцип I – породы основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации сооружения;

Принцип II – породы основания используются в оттаявшем состоянии, причем допускается их оттаивание на расчетную глубину до начала возведения сооружения или в процессе его эксплуатации.

Инженерные сооружения подразделяются на гражданские, промышленные, линейные, горнотехнические, гидротехнические и сельскохозяйственные.

Далее, мы расмотрим способы обеспечения устойчивости к трубопроводам, дорогам и вертикальным выработкам.

Трубопроводы

Трубопроводы служат для доставки потребителю воды, газообразных и жидких энергоносителей, а также для удаления продуктов жизнедеятельности и технологических отходов. Участки трубопроводов от источника водо- и энергоснабжения до границ застройки называют магистральными трубопроводами, от границ застройки до вводов в здания или сооружения – наружными сетями и в пределах зданий и сооружений – внутренними сетями.

По функциональному назначению трубопроводы подразделяются на две группы: 1) санитарно-технические трубопроводы (водоводы, трубопроводы теплоснабжения и горячего водоснабжения, канализация);

2) технологические трубопроводы (газо- и нефтепроводы, нефтепродуктопроводы, трубопроводы сжиженных газов, кислотопроводы, трубопроводы инертных газов и т.д.).

^ Магистральные трубопроводы. По своей функциональной значимости магистральные трубопроводы подразделяются на классы: газопроводы на 2 класса, нефтепроводы на 4.

К 1му классу газопроводов относятся трубопроводы с рабочим давлением от 2.5 до 10 Мпа, ко 2 му – от 1.2 до 2.5 Мпа.

Первый класс нефтепроводов – трубопроводы с диаметром труб от 1000 до 1200мм, второй – от 500 до 1000мм, третий – от 300 до 500мм, четвертый – менее 300мм.

Трассу магистральных трубопроводов выбирают на основе материалов инженерно-геологических изысканий с учетом мерзлотно-грунтовых условий. Трубы стремятся прокладывать по сухим участкам с крупноскелетными грунтами в обход территорий с высокольдистыми грунтами, подземными льдами, наледями, буграми пучения, активно развивающимися термокарстом, оползнями и солифлюкцией.

Бугры пучения надо обходить с низовой стороны, оползневые участки – ниже зеркала скольжения, не рекомендуется прокладывать трубопроводы в непосредственной близости от подошвы косогора.

Существуют три способа прокладки магистральных трубопроводов: подземный, наземный и надземный. Выбор способа зависит от температуры транспортируемого продукта и типа местности, по которой проходит трасса. Здесь различают горячие участки трубопровода (весь год температура положительная), теплые (положительна только среднегодовая температура продукта) и холодные (среднегодовая температура продукта отрицательна). В связи с этим выделяют 4 типа местности: IV простой, III нормальный, II сложный и I очень сложный.

Отсюда, способ прокладки выбирают на основании технико-экономичес-кого сравнения вариантов с учетом перечисленных ниже особенностей каждого способа.

^ Подземный способ применяют в пределах местности II – IV типа при прокладке холодных и теплых участков трубопроводов, а также горячих участков в пределах площадок со скальными и крупнообломочными грунтами. При прокладке трубопровода в песчаных и глинистых грунтах трубу покрывают битумным лаком и укладывают непосредственно на дно траншеи.

В скальных и крупнообломочных грунтах под трубой устраивают подсыпку из песчаных грунтов толщиной 10 см, трубу укладывают на подсыпку и засыпают тем же грунтом на высоту 20 см, от верха трубы.

В пучинистых грунтах обратная засыпка траншеи осуществляется привозным непучинистым материалом.

^ Наземный способ обычно применяют в тех же условиях, что и подземный, но на ограниченных участках трассы с резко пересеченным рельефом или сильной заболоченностью.

Он используется при прокладке горячих участков трубопроводов, теплые – на местности III и IV типов и холодные на II (при этом трубы обваловывают непучинистым грунтом), III и IV.

Для прокладки теплых участков трубопровода на местности II типа в конструкции дополнительно используется тепловая изоляция в виде плоского экрана под трубой или дополнительной отсыпки грунта. Горячие участки трубопроводов на местности II – IV типов прокладывают с применением теплоизоляции и термоохладителей.

^ Надземная прокладка применяется при трубопроводном строительстве в пределах местности I и II типов на низких и высоких опорах. На низких опорах прокладывают теплые и горячие участки трубопровода в пределах местности II типа и теплые участки на местности I типа;

На высоких опорах – горячие участки трубопровода в пределах местности I типа. Опорой считается металическая или железобетонная конструкция, расположенная между трубой и фундаментом.

Опоры бывают в виде ригелей, рам, эстакад и т.п. Опоры подразделяются на неподвижные (мертвые) и подвижные (скользящие, катковые, роликовые и др.), обеспечивающие свободное перемещение трубопровода при температурном удлинении (сокращении) трубы. Опоры располагают на высоте не менее 0.5 м от уровня земли.

Вертикальные горные выработки

К вертикальным горным выработкам относятся глубокие разведочные и эксплуатационные скважины, а также вертикальные шахтные стволы. Температура поступающей в выработку и выходящей из нее среды (вода, воздух, буровой шлам, нефть,газ и пр.) всегда положительна, поэтому выработка оказывает большое тепловое воздействие на вмещающие ее ММП. Вокруг выработки образуется ореол оттаивания, и ее крепь воспринимает значительные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Эти нагрузки часто становятся причиной деформации крепи и потери устойчивости колонны труб.

Устойчивость вертикальных горных выработок в ММП и обслуживающих их сооружений обеспечивается комплексом технических мероприятий, направленных, с одной стороны, на развитие опорных элементов конструкций а, с другой, на уменьшение теплового воздействия выработки на ММП.

^ Скважины глубокого бурения. Устойчивость устья скважины, пройденной в непросадочных при оттаивании ММП, обеспечивается устройством вокруг нее подсыпки из крупноскелетного материала мощностью 0.8 – 1 м, такое же решение принимается и на участках с ММП несливаюшегося типа.

В просадочных грунтах устойчивость обеспечивается перекрытием приустьевой зоны скважины железобетонной плитой и устройством над ней песчаной насыпи, мощность которой превышает мощность слоя сезонного оттаивания грунта.

В сильно просадочных грунтах в конструкцию скважин включают термоизолированное направление с системой охлаждения.

Применяют следующие системы охлаждения: 1) естественное при помощи парожидкостных термосифонов, установленных в кольцевом пространстве шахтового направления и соединенных с аккумулятором холода; 2) машинное аммиачно-рассольной установкой с циркуляцией рассола в кольцевом пространстве шахтового направления.

Вкачестве аккумулятора холода используют зеротор (емкость, заполненная антифризом), который устанавливают возле испарительной и конденсаторной части термосифона. Состав антифриза для термосифонов разработан на основе ацетона и карбамида в %. Воды 93 – 96%, ацетона 4 – 7% или воды 94 – 97% карбамида 3 – 6%.

Антифризы такого состава не раслаиваются при замерзании и плавлении вследствие того, что ацетон и карбамид хорошо растворяются в воде при температуре от комнатной до замерзания раствора и образуют со льдом твердые растворы. Кроме того, они обладают оптимальными значениями температуры плавления для работы термосифонов (-1…-20С).

^ Вертикальные шахтные стволы. Устойчивость шахтных стволов в ММП обеспечивают устройством железобетонной крепи с высоким процентом армирования, а также увеличением ширины основания и высоты опорных венцов. Размеры крепи определяют расчетом из условия восприятия горного давления и собственного веса с учетом дополнительного давления оттаявшей породы.

Толщина крепи в устьевой части ствола не должна превышать 1 м, в протяженной части ствола (ниже первого опорного венца) – 0.5 м.

В связи с этим, при больших нагрузках на крепь вместо железобетона применяют металл.

Особые требования предъявляются к устройству опорных венцов на контакте с кровлей коренных пород. Эти венцы должны воспринимать не только вес крепи, но и вертикальную нагрузку со стороны рыхлых пород, оттаивающих при эксплуатации ствола.

Для уменьшения теплового влияния ствола на вмещающие ММП в его устьевой части устраивают форшахту, которая представляет собой кольцевую выработку вокруг ствола. Внешним ограждением форшахты служит специальная кольцевая стенка, воспринимающая давление горных пород. Кольцевой цилиндрический зазор форшахты шириной 1 м доходит до первого опорного венца. В зимний период зазор вентилируется наружным воздухом, который отводит тепло, поступающее от крепи шахтного ствола в грунт. Вентиляция осуществляется за счет общешахтной депрессии, создаваемой шахтными ветиляторными установками.

Холодный воздух поступает через вентиляционные отверстия в двух киосках форшахты, проходит по кольцевому зазору и через четыре отверстия поступает в ствол.

В теплый период года входные и выходные отверстия закрывают и форшахта начинает выполнять роль теплоизоляции вокруг ствола, снижающей поступление тепла в грунт.

Наличие форшахты полностью исключает многолетнее оттаивание вокруг устьевой части ствола. Сезонное же оттаивание в этом случае не превышает 1.5 м.
1   2   3



Скачать файл (929.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации