Обобщен опыт замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений на малых и средних глубинах при проведении вертикальных, наклонных и горизонтальных горных выработок. Изложены теоретические основы процесса замораживания грунтов, методы определения оптимальных расстояний между замораживающими скважинами, расчеты скорости замораживания грунтов при образовании ледогрунтовых водонепроницаемых перемычек и подпорных стен, методы расчета прочности цилиндрических ограждений. Рассмотрены способы применения жидкого азота для скоростного замораживания грунтов при температуре до — 190 градусов С. Приведены примеры применения способа замораживания грунтов при проведении горных выработок в различных областях строительства с технико-экономическим обоснованием выбора способа замораживания. Книга предназначена для инженерно-технических работников, осуществляющих проектирование и строительство подземных сооружений в водонасыщенных грунтах, а также может быть полезной для студентов горных и строительных вузов.

Предисловие

Раздел I. Научные основы процесса замораживания грунтов

Глава I. Определение времени, затрачиваемого на замораживание грунтов 
§ 1. Образование одиночного ледогрунтового цилиндра 
§ 2. Образование ледогрунтовых водонепроницаемых перемычек
§ 3. Образование ледогрунтовых подпорных стен
§ 4. Образование ледогрунтовых ограждений цилиндрической Формы

Глава II. Распределение температур в ледогрунтовом ограждении
§ 1. Распределение температур в главной плоскости
§ 2. Распределение температур в замковой плоскости
§ 3. Средние температуры замороженного грунта в ледогрунтовом ограждении 

Глава III. Прочности замороженных грунтов
§ 1. Образование замороженного грунта
§ 2. Прочности замороженных грунтов
§ 3. Факторы, влияющие на прочность замороженных грунтов 
§ 4. Изменение прочности замороженного грунта вокруг замораживающих колонок
§ 5. О реологических свойствах замороженных грунтов

Глава IV. Расчеты прочности цилиндрических ледогрунтовых ограждений 
§ 1. Общие положения
§ 2. Методы расчетов толщины стен ледогрунтовых ограждений, состоящих из жесткоупругого материала
§ 3. Анализ расчетных формул
§ 4. Ледогрунтовые днища

Глава V. Определение оптимальных расстояний между замораживающими скважинами 
§ 1. Общие положения 
§ 2. Образование водонепроницаемых ледогрунтовых перемычек
§ 3. Образование многорядных ледогрунтовых стен и массивов
§ 4. Анализ расчетных формул
§ 5. Определение числа замораживающих колонок при образовании ледогрунтового днища в стволе шахты

Раздел II. Производство работ по замораживанию грунтов

Глава VI. Бурение замораживающих скважин и погружение замораживающих колонок 
§ 1. Бурение вертикальных замораживающих скважин 
§ 2. Бурение горизонтальных замораживающих скважин 

Глава VII. Передвижные замораживающие станции
§ 1. Наземные передвижные замораживающие станции 
§ 2. Подземные передвижные замораживающие станции

Глава VIII. Замораживание грунтов при сооружении наклонных выработок
§ 1. Общие сведения
§ 2. Примеры применения способа замораживания

Глава IX. Замораживание грунтов при сооружении горизонтальных горных выработок
§ 1. Общие сведения 
§ 2. Проведение горизонтальных горных выработок 
§ 3. Сооружение подземных коллекторов

Глава X. Применение замораживания грунтов при сооружении тоннелей 
§ 1. Тоннель метро под р. Фурукава в г. Токио
§ 2. Тоннель метро под р. Мегурогава в г. Токио
§ 3. Тоннель Парижского метрополитена
§ 4. Транспортный тоннель в г. Стокгольме
§ 5. Гидротехнический тоннель 

Глава XI. Применение жидких холодильных агентов при непосредственном испарении их для замораживания грунтов
§ 1. Применение жидкого азота
§ 2. Применение жидкого пропана для устройства термосвай Лонга
§ 3. Применение других холодильных агентов при непосредственном испарении их для замораживания грунтов

Список литературы

Предисловие

Искусственное замораживание грунтов является универсальным специальным способом сооружения подземных выработок в водонасыщенных грунтах. Его применяют во всех случаях, когда другие способы не эффективны или технически их применить невозможно.

Замораживание широко применяют в горнорудной промышленности СССР. В настоящее время ежегодно у нас в стране с помощью замораживания сооружают 2,5 км стволов. Применяют этот способ и в метростроении (сооружено 95 экскаваторных тоннелей общей глубиной 5 км).

Способ искусственного замораживания грунтов — один из прогрессивных и надежных способов ограждения от воды котлованов при разработке их в грунтах, в том числе в плывунах. Благодаря этому область применения этого способа с каждым годом расширяется. В промышленном строительстве его применяют при строительстве фундаментов под машины и промышленные здания, при строительстве подземных сооружений для целей водоснабжения, подземных дробильных установок на обогатительных фабриках.

В гидротехническом строительстве способ замораживания нашел применение при разработке котлованов для возведения плотин, зданий электростанций, доков, при строительстве плотин на вечномерзлых грунтах. Строительство подземных канализационных коллекторов и сооружений в городских условиях часто ведут с помощью искусственного замораживания грунтов.

В последние годы этот способ стали применять при сооружении подземных емкостей для хранения сжиженных газов при постоянном поддержании стенок хранилищ в замороженном состоянии.

Несмотря на значительный опыт, накопленный в строительстве по применению способа замораживания, теоретические основы его разработаны недостаточно. В настоящей работе автор поставил задачу восполнить этот пробел хотя бы частично и рассмотреть с научной точки зрения вопросы, связанные с замораживанием грунтов на объектах, сооружаемых на малых и средних глубинах.

В этих условиях способ замораживания имеет особенности по сравнению с условиями применения его при проходке шахтных стволов. Объекты отличаются сравнительно небольшой глубиной заложения, но часто большой протяженностью линии замораживания. В таких условиях важное значение приобретает вопрос определения оптимального расстояния между замораживающими скважинами.

Малая глубина замораживающих скважин позволяет применять более совершенные способы опускания замораживающих колонок — гидравлический и вибрационный — без бурения скважин. При небольших объемах и коротких сроках замораживания на некоторых объектах целесообразно применять передвижные замораживающие станции.

Теоретические основы иллюстрируются примерами практического применения.