ОСУШЕНИЕ ГОРНОГО МАССИВА

Поверхностный водоотвод. Назначение поверхностного водоотво­да состоит в быстром удалении воды с надтоннельной поверхности и исключении ее просачивания в глубь массива. Особое значение при­дают поверхностному водоотводу в тех случаях, когда основным источником питания подземных вод являются атмосферные осадки, а также в зонах расположения порталов, закладываемых, как пра­вило, в пониженных местах естественных складок земной поверхности.

Для сбора поверхностных вод и отвода их из района сооружения тоннеля и припортальных выработок на поверхности устраивают нагорные водосборные и отводящие канавы, лотки и прочие соору­жения. Поперечные сечения этих сооружений назначают на основе гидравлических расчетов.

Закрытые поверхностные дренажи вызывают непрерывный поток подземных вод через породы. Такие дренажи могут быть применены в неразмываемых породах в том случае, когда не происходит их на­рушения или ослабления.

Задача защиты надтоннельного массива пород от проникновения поверхностных вод значительно осложняется в том случае, когда верхние слои массива образованы гравийно-галечниковыми, песча­ными или супесчаными отложениями, обладающими большой фильт­рационной способностью. В этом случае наряду с упомянутыми выше способами отвода поверхностных вод следует принимать особые меры но уменьшению фильтрационной способности грунтов (покрытие их гидроизоляционным слоем из грунтобетона, шлако-грунтобетона, лсфальтобетона, пропитка верхнего слоя грунта отходами нефтепе­рерабатывающей промышленности и т. п. а также засыпка впадин мятой глиной с ее последующим уплотнением).

Глубинный дренаж. При наличии определенных водоносных горизонтов, расположенных на значительной глубине, наряду с мероприятиями по поверхностному водоотводу может оказаться целесообразным устройство различного рода глубинного дренажа — дренажных выработок, скважин, заобделочных дренажей. С помощью этих дренажей производят перехват и организованный отвод водного по­тока из горного массива и тем самым осушают и расположенную в нем тоннельную обделку. Дренажи в скальных и полускальных породах можно применять в случае, если породы не размываемы, не подвер­жены выщелачиванию и нерастворимы, а в несвязных породах — в случае, если величина их коэффициента фильтрации не менее 5 м/сутки, и они не содержат растворимых солей и частиц, которые могут выноситься водой. Дренажные выработки — штольни, фурнели, прорези, наклонные ходки и т. п. (рис. 88) — устраивают в случае, когда гидрогеологическим обследованием района тоннеля установлено наличие определенного водоносного горизонта, разрезаемого тоннелем по простиранию или вкрест его, и появляется возможность путем перехвата и отвода водного потока осушить тоннель. Устраивать вокруг тоннеля разветвленную сеть горизонтальных и вертикальных выработок с целью перехвата воды из неясно выраженных водоносных горизонтов или из сильнотрещиноватого скального массива не рекомендуется.

Расположение дренажных выработок относительно тоннеля выбирают с учетом многих факторов, главными из которых являются положение водоносного горизонта и высота расположения обводненных участков обделки и сосредоточенных течей. Однако во всех случаях дренажные выработки не должны располагаться в зоне сезонного промерзания заобделочных пород, так как это приводит к выходу в зимний период дренажей из строя и образованию в тоннеле наледей. Кроме того, при сооружении дренажных выработок происходит перераспределение напряжений внутри горного массива, что приводит к возникновению несимметричных нагрузок на тоннельную обделку и увеличению в ней изгибающих моментов в наиболее опасных сече

Рис. 88. Дренажные выработки: 1 — штольни; 2 — фурнели; 3 — наклонные ходки

ниях. Это вызывает в ряде случаев появление в обделке трещин, которые могут служить дополнительным источником обводненности тоннеля. Поэтому если в соответствии с гидравлическими расчетами дренажную выработку необходимо располагать ближе 10 м от тон­нельной обделки и по условиям сезонного промерзания пород это допустимо, то необходимо принимать специальные меры к тому, что­бы свести к минимуму сдвижение пород в зоне проходки выработки и тем самым уменьшить ее влияние на статическую работу тоннельной обделки.

Дренажные штольни закладывают, как правило, с верховой сто­роны потока, чтобы наиболее полно перехватить поступающие к тон­нелю воды. В зависимости от расположения водоносных пластов штольневой дренаж может быть односторонним или вусторонним по отношению к тоннелю, одно- или многоярусным. Габариты дренажных штолен назначают, как правило, из условия возможности их проходки. Для постоянного крепления применяют каменные, бетонные и железобетонные конструкции.

В подошве штольни независимо от типа их обделок сооружают лоток для отвода поступающей воды. Вода, попадающая в дренажные штольни, выводится за ее пределы либо самотеком, поступая в русла логов или рек, либо спускается на нижний горизонт через вертикальные скважины или трубчатые колодцы.

Поперечные дренажные прорези (рис. 89), обеспечивающие отводводы от основания тоннеля, применяют при наличии дренажных штолен, расположенных ниже подошвы фундамента тоннеля, как правило, для осушения обратного свода и фундаментов.

Ширину прорези принимают обычно равной 1 м, а глубину — 1,8 — 2 м от головки рельса. При сооружении прорези предварительно разбирают обратный свод, разрабатывают породу и по дну траншеи укладывают выравнивающий слой бетона. На подготовленное основание укладывают перфорированную дренажную трубу. Затем прорезь засыпают шлаком и щебнем и восстанавливают обратный свод. Дренажные скважины в основном целесообразно применять для осушения обделки тоннеля при наличии в горном массиве, сложенном из крепких неразмываемых пород, сосредоточенного водопритока, имеющего значительное гидростатическое давление и поступающего из водоносных прослоек породы или наполненных водой линз и пустот.

До начала работ по бурению дренажных скважин с целью установления их длины и числа необходимо тщательными гидрогеологическими обследованиями уточнить положение и границы водоносного образования, величину гидростатического давления, ожидаемый дебит воды ит. п.

Скважины диаметром 100 мм и длиной до 50 м бурят из камер, расположенных по концам специальных горизонтальных штолен длиной до 5 м и пройденных перпендикулярно оси тоннеля (рис. 90, а). Скважины бурят станками БА-100К или БА-100-П1 под различными углами в плане и профиле к продольной оси тоннеля. Производительность этих станков 15 — 20 м/смену в породах с коэффициентом крепоста по Протодьяконову f = 8 и выше. Иногда оправданным может оказаться применение дренажных скважин и в несвязных водоносных породах (пески, супеси, гравийно-галечниковые отложения и т. п.) (рис. 90, б). В этих случаях шток-фильтры задавливают в породу домкратами или бурение ведут с обсадкой, а затем в скважины помещают специальные фильтры — перфорированные трубы, заполненные гравием с крупностью частиц не менее 10 мм.

Каптажи и заобделочные дренажи можно устраивать в районах с теплым и умеренным климатом, где нет опасности их перемерзания в зимний период. Они являются достаточно эффективным средством борьбы с обводненностью тоннеля в случае его расположения в плотных сухих породах и лишь когда он на отдельных ограниченных участках прорезает вкрест простирания прослои водоносных скальных и полускальных неразмываемых пород со значительным дебитом и гидростатическим давлением.

Каптажи (рис. 91) применяют преимущественно для ликвидации сосредоточенных течей в стенах и первой четверти свода. На обводненном участке разбирают кладку (на ширину около 1 м), разрабатывают породу на глубину 0,5 — 0,6 м и возводят кирпичную стенку. По мере возведения стенки пустоты между ней и породой закладывают насухо камнем. Затем на стенку наклеивают гидроизоляционный слой,

Рис. 89. Поперечная дренажная прорезь: 1 — бетон; 2 — перфорированные трубы; 3 — гравий; 4 — смотровой колодец; 5 — соединительная штольня; 6 — дренажная штольня

Рис. 90. Дренажные сква­жины: а —в скальных породах; б — в несвязных породах; 1 — скважины; 2 — камеры; 3 — горизонтальные штольни; 4 — скважина с гравийным фильтром

наносят защитную цементную стяжку и восстанавливают обделку. Для выпуска воды из заобделочного пространства в лоток тоннеля при восстановлении обделки в ее основании закладывают трубки или устраивают дренаж из плитчатых камней.

Заобделочные дренажи (рис. 92) применяют для осушения участков свода и стен обделки ограниченной протяженности. Они могут быть односторонними, обычно при расположении тоннеля по простиранию крутопадающих обводненных пластов породы, или кольцевыми. Для устройства дренажа разбирают участок обделки шириной около 1 м и дорабатывают породу на глубину до 50 см. Разработанное
пространство закладывают бутом из прочных неразмываемых сортов камня. По мере закладки снизу вверх за наружный контур обделки заводят сборные железобетонные плиты сечением 5 X 20 см. По внутренней поверхности железобетонных плит наносят выравнивающую цементную стяжку толщиной 3 см, на которую наклеивают слой гидроизоляции. Затем гидроизоляцию покрывают защитным слоем толщиной 3 см из цементного раствора и восстанавливают обделку. За обделкой в нижней части дренажа устраивают продольный лоток, который собирает воду из заобделочного дренажа и через поперечный лоток в обделке отводит ее в основной лоток тоннеля. Устройство заобделочного дренажа возможно и без разборки обделки. В этом случае все работы ведут в штольне, пройденной непосредственно за обделкой. Гидроизоляционный слой в этом случае наклеивают по защитной стяжке на наружную поверхность обделки. После окончания работ штольню забучивают насухо.

Водоулавливающие устройства. Одним из средств защиты внутритоннельного пространства от неорганизованного поступления воды являются различного рода улавливающие устройства (дренажные трубки, шланги, водозащитные короба, зонты и др.). Основной целью сооружения этих устройств является организованный прием и отвод от контактного провода и верхнего строения пути воды, проникающей в тоннель непосредственно через тело обделки. Во избежание выхода водоулавливающих устройств из строя в зимний период в связи с неизбежным образованием в тоннеле наледей они могут быть рекомендованы лишь как временная мера в районах с мягкими климатическими условиями. Следует иметь в виду, что водоулавливающие устройства не препятствуют проникновению воды непосредственно через тело обделки, т. е. выщелачиванию бетона и уменьшению ее несущей способности. Поэтому при первом же удобном случае в процессе капитального ремонта или реконструкции тоннеля должны быть приняты более радикальные меры по осушению обделки.

Рис. 91. Каптаж: 1 — гидроизоляционный слой; 2 — обделка; 3 — цементная стяжка; 4 — кирпичная стенка; 5 — забутовка; 6 — поперечный водоотводный лоток

Водозащитные зонты в настоящее время, как правило, выполняют из асбоцемента или армоцемента и покрывают с наружной стороны битумной мастикой. По наружной поверхности зонта вода стекает в специаль

Рис. 92. Заобделочный дренаж: 1 — забутовка из камня; 2 — новая обделка; 3 — гидроизоляция по цементной стяжке; 4— железобетонные плиты; 5 — щебеночное или гравийное заполнение; 6 — старая обделка

ный желоб, откуда поступает в лоток, по которому выводится за пределы тоннеля.

В настоящее время предпринимаются попытки для осушения безобделочных тоннелей и тоннелей с обделкой из чугунных тюбингов (где вода в тоннель может проникать через стыки и болтовые соединения) использовать водозащитные зонты из синтетических материалов с электроподогревом. Подобные устройства найдут, по-видимому, применение и в районах с суровым климатом.

Однако при всех обстоятельствах следует иметь в виду, что внутритоннельные водоулавливающие устройства требуют наличия свободного пространства, это ограничивает область их применения в тоннелях, внутренние габариты которых допускают их установку.