Защитная конструкция при карстообразовании в грунте
Защитная конструкция относится к горной промышленности и может быть использована для восстановления и увеличения прочности грунтов в зоне карстообразования при строительстве и эксплуатации автомобильных и железных дорог. Конструкция содержит упрочняющую систему в виде пространственной структуры 5. Структура 5 состоит из нижнего 6 и верхнего 7 горизонтальных слоев с полимер-минеральной смесью. Между слоями 6 и 7 размещен канал перетока 8 грунтовых вод для сохранения естественного гидрогеологического режима. Слой 6 (изолирующе-стабилизирующий) расположен в пределах границ призмы обрушения и размещен на границе переходной зоны геологического горизонта 2 подверженного карстообразованию. Слой 6 сопряжен с наклонной скважиной 10. Слой 7 (несущий) равен слою 6 и размещен над верхней границей грунтовых вод 3. Слой 7 сопряжен с наклонной скважиной 11. Слои 6 и 7 сопряжены с дополнительной вертикальной скважиной 12, выполненной для проведения контроля полимер-минеральной смеси в них. Техническое решение позволяет повысить технические и эксплуатационные качества, упростить конструкцию, расширить ее функциональность, увеличить прочностные свойства грунта, 5 ил.
Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована для восстановления и увеличения прочности грунтов в зоне карстообразования при строительстве и эксплуатации автомобильных и железных дорог.
Известна конструкция ликвидации пучин в земляном полотне эксплуатируемых автомобильных и железных дорог на сезоннопромерзающих грунтах, содержащая вертикальный экран и горизонтальный экран на глубине, соответствующей глубине максимального сезонного промерзания грунтов с фрагментами преобразованного грунта, распололенных в шахматном порядке и содержащих композиционные материалы, RU 
2471928 C1, E02D 3/12, 10.01.2013.
Известно искусственное армированное основание для возводимого или реконструируемого здания, представляющее собой грунтоцементный армированный массив, включающий металлические неизвлекаемые инъекторы, расположенные в шахматном порядке в несколько рядов, включая барьерный ряд, выполненный по периметру искусственного основания, причем в инъекторы введен инъекционный цементный раствор, RU 121274 U1, E02D 3/12, 20.10.2012.
Известен тампонажный состав, предназначенный для тампонирования кавернозных полостей и поглощающих пластов скважин, для крепления интервалов, склонных к вывалообразованию и используемый в нефтяной, газовой и горно-геологических отраслях (при строительстве противофильтрационных завес) при бурении скважин на нефть, воду, газ, геолого-разведочных скважин на твердые полезные ископаемые, а также инженерно-технических скважин, содержащий, мас.%: глинопорошок 20-65, полимер водопоглощающий 0,5-65 и растительное, синтетическое или минеральное масло 34-60, RU 2285713 C1, C09K 8/467, C09K 8/24, C09K 8/502, 20.10.2006.
Известны способы восстановления и увеличения прочности грунтов: закачиванием раствора через бурильную колонну или тампонированием пористых пород с помощью смол, или тампонированием при использовании тампонов, наполненных сухим тампонажным веществом (цемент, гипс, глинопорошок и т.д.), mining-enc.ru/t/tamponirovanie/
Известные способы, конструкции и состав тампонажного материала индивидуальны при использовании.
Известен способ укрепления слабых грунтов основания земляного полотна, образующий конструкцию, содержащую упрочняющую систему в виде пространственной структуры, включающей полимерный состав и сопряженной с наклонными скважинами, RU 2474651 С2, E02D 3/12, 10.02.2013.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели.
В ближайшем аналоге конструкция, полученная при осуществлении известного способа, выполнена в виде пространственной решетчатой структуры из грунта, связанного полимерным составом. Полимерный состав, нагнетаемый в грунт, на первом этапе образует гель, затем при отрицательных температурах гель преобразуется в криогель с высокой прочностью, водонепроницаемостью, упругостью и хорошей адгезией к породе.
Получение конструкции в виде пространственной решетчатой структуры из грунта в ближайшем аналоге осуществляют при нагнетании полимерного состава в грунтовый материал основания земляного полотна с двух сторон через скважины, пробуренные наклонно и образующие опорную систему в виде пространственных решеток: правосторонней и левосторонней.
Правая и левая решетки соединяются в средней части основания земляного полотна. Такое соединение решеток в упругую пространственную структуру дает возможность значительно увеличить общую прочность системы, позволяет воспринимать динамические нагрузки и исключает неравномерную осадку дорожного полотна, предотвращая его расползание.
Однако в ближайшем аналоге технологический процесс нагнетания полимерного состава и получение решетчатой конструкции - усложнен, кроме того, правая и левая плоские решетки соединяются между собой на глубине 3-х метров (в эксперименте), технология создания защитной конструкции в зоне карстовых проявлений в нем не предусмотрена.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить технические и эксплуатационные качества, упростить конструкцию, расширить ее функциональность, увеличить прочностные свойства грунта.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в создании конструкции, обеспечивающей: замедление, дальнейшую консервацию, остановку процесса карстообразования на достигнутом уровне, создание газонепроницаемости и гидронепроницаемости грунта зоны карстообразования, сохранение естественного гидрогеологического режима, за счет выполнения конструкции из двух горизонтальных слоев: нижнего изолирующе-стабилизирующего и верхнего несущего, содержащих полимер-минеральную смесь, с каналом перетока грунтовых вод между ними.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что защитная конструкция при карстообразовании в грунте содержит упрочняющую систему в виде пространственной структуры, включающей полимерный состав и сопряженной с наклонными скважинами.
Пространственная структура состоит из нижнего и верхнего горизонтальных слоев с полимер-минеральной смесью и канала перетока грунтовых вод, расположенного между нижним и верхним горизонтальными слоями и обеспечивающего сохранение естественного гидрогеологического режима.
Нижний слой, выполняющий функцию изолирующе-стабилизирующего слоя, расположен в пределах границ призмы обрушения и размещен на границе переходной зоны геологического горизонта, подверженного карстообразованию.
Верхний слой, выполняющий функцию несущего слоя, равен по ширине нижнему слою и размещен над верхней границей грунтовых вод.
Нижний изолирующе-стабилизирующий и верхний несущий слои сопряжены с дополнительной вертикальной скважиной, выполненной для контроля полимер-минеральной смеси в них.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о техническом решении, идентичном признакам, приведенным в формуле настоящей полезной модели, это определяет, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
На фиг.1 Зона карстовых проявлений, схематично.
На фиг.2 Принципиальная схема защитной конструкции.
На фиг.3 Технологическая схема получения защитной конструкции, этап 1.
На фиг.4 Технологическая схема получения защитной конструкции, этап 2.
На фиг.5 Технологическая схема получения защитной конструкции, этап 3.
На фиг.1 - фиг.5 представлено:
Зона карстовых проявлений - 1,
граница переходной зоны геологического горизонта (зоны 1) - 2,
верхняя граница грунтовых вод (зоны 1) - 3.
Призма обрушения (зоны 1) - 4.
Пространственная структура (для зоны 1) - 5.
Нижний изолирующе-стабилизирующий слой (структуры 5 на границе 2) - 6.
Несущий слой (структуры 5 на границе 3) - 7.
Канал перетока грунтовых вод (между слоями 6 и 7) - 8.
Бурильная установка - 9.
Скважина наклонная (для слоя 6) - 10.
Скважина наклонная (для слоя 7) - 11.
Контрольная вертикальная скважина (для слоев 6 и 7) - 12.
Защитная конструкция при карстообразовании в грунте содержит упрочняющую систему в виде пространственной структуры 5.
Пространственная структура 5 состоит из нижнего 6 и верхнего 7 горизонтальных слоев с полимер-минеральной смесью.
Между нижним 6 и верхним 7 горизонтальными слоями размещен канал перетока 8 грунтовых вод для сохранения естественного гидрогеологического режима (фиг.2).
Нижний 6 изолирующе-стабилизирующий слой расположен в пределах границ призмы обрушения (фиг.2) и размещен на границе переходной зоны геологического горизонта 2 подверженного карстообразованию (фиг.1). Нижний 6 изолирующе-стабилизирующий слой сопряжен с наклонной скважиной 10 (фиг.3).
Верхний 7 несущий слой равен нижнему 6 изолирующе-стабилизирующему слою (фиг.2) и размещен над верхней границей грунтовых вод 3 (фиг.1). Верхний 7 несущий слой сопряжен с наклонной скважиной 11 (фиг.4).
Нижний 6 изолирующе-стабилизирующий и верхний 7 несущий слои сопряжены с дополнительной вертикальной скважиной 12 (фиг.5), выполненной для проведения контроля полимер-минеральной смеси в них.
Получение защитной конструкции осуществляют следующим образом.
Для получения нижнего изолирующе-стабилизирующиего 6 и верхнего несущего 7 слов бурят последовательно наклонные скважины 10 и 11 с помощью бурильной установки 9 и вводят полимер-минеральную смесь.
В зависимости от расположения зон карстовых проявлений бурение могут осуществлять с углом наклона в пределах от 0 до 90 градусов.
Сначала бурят наклонную скважину 10 до границы переходной зоны геологического горизонта 2, подверженного карстообразованию, закачивают полимер-минеральную смесь мощностью от 2-х до 10-ти метров до образования нижнего изолирующе-стабилизирующего слоя 6 (фиг.3).
Нижний изолирующе-стабилизирующий слой 6 создает газонепроницаемый и гидронепроницаемый покров, препятствующий развитию процессов выщелачивания и диффузии. Закачка полимер-минеральной смеси производится в подвергшиеся разрушению верхние слои карбонатных и гипсосодержащих пород, приуроченных к зоне интенсивных тектонических нарушений, и предшествующему выветриванию горных пород, с целью изолировать доступ к карстовой полости притока свежих вод.
Затем бурят наклонную скважину 11 на контакт с верхней границей грунтовых вод 3, закачивают полимер-минеральную смесь мощностью от 2-х до 5-ти метров до образования верхнего несущего слоя 7 (фиг.4).
После чего бурят контрольную вертикальную скважину 12 до контакта с верхним несущим 7 и нижним изолирующе-стабилизирующим 6 слоями, осуществляют подъем керна из каждого слоя 7 и 6 для проверки контроля полимер-минеральной смеси (фиг.5).
При контакте с грунтовыми водами полимер-минеральная смесь, поглощая часть воды, увеличивается в объеме и структурируется. При этом создается плотный полимер-минеральный слой (смесь + вода + песок или иной наполнитель), залегающий в интервале закачки полимер-минеральной смеси, обеспечивающий увеличение прочностных свойств грунта, как в интервале закачки, так и выше, вплоть до дневной поверхности.
Между верхним несущим 7 и нижним изолирующе-стабилизирующим 6 слоями в толще горных пород образуется канал перетока грунтовых вод 8 из области водосбора в область разгрузки, сохраняющий естественный гидрогеологический режим в толще водовмещающих пород зоны карстовых проявлений 1.
Выполнение нижнего и верхнего горизонтальных слоев с полимер-минеральной смесью позволяет увеличить прочностные свойства грунта.
Выполнение нижнего и верхнего горизонтальных слоев (при сопряжении с наклонными скважинами и дополнительной вертикальной скважиной) обеспечивает повышение технических качеств.
Образование канала перетока грунтовых вод между нижним и верхним горизонтальными слоями, обеспечивающего сохранение естественного гидрогеологического режима, позволяет повысить эксплуатационные качества и упростить конструкцию.
Использование нижнего слоя в качестве изолирующе-стабилизирующего слоя и верхнего - несущего слоя расширяет функциональность конструкции.
Расположение нижнего слоя на границе переходной зоны геологического горизонта и верхнего слоя над верхней границей грунтовых вод повышает технические и эксплуатационные качества.
В предложенной защитной конструкции использовано оборудование, широко применяемое в горной промышленности, а проведенные исследования и выполненные опытные работы, обусловливают, по мнению заявителя, соответствие ее критерию «промышленная применимость».
Защитная конструкция при карстообразовании в грунте, содержащая упрочняющую систему в виде пространственной структуры, включающей полимерный состав и сопряженной с наклонными скважинами, отличающаяся тем, что пространственная структура состоит из нижнего и верхнего горизонтальных слоев с полимер-минеральной смесью и канала перетока грунтовых вод, расположенного между нижним и верхним горизонтальными слоями и обеспечивающего сохранение естественного гидрогеологического режима, нижний слой, выполняющий функцию изолирующе-стабилизирующего слоя, расположен в пределах границ призмы обрушения и размещен на границе переходной зоны геологического горизонта, подверженного карстообразованию, верхний слой, выполняющий функцию несущего слоя, равен по ширине нижнему слою и размещен над верхней границей грунтовых вод, при этом нижний изолирующе-стабилизирующий и верхний несущий слои сопряжены с дополнительной вертикальной скважиной, выполненной для контроля полимер-минеральной смеси в них.
