В книге описывается отечественный и зарубежный опыт проектирования и эксплуатации шпурового дренажа и противофильтрационной цементации подземных гидротехнических сооружений: дана методика фильтрационного расчета местного дренажа при отсутствии и наличии противофильтрационной цементации породы; приведены новые конструкции дренажей и противофильтрационной цементации; даны предложения по опытно-полевым и натурным исследованиям. Книга предназначена для инженеров-гидротехников и гидроэнергетиков, а также может быть полезна студентам вузов соответствующих специальностей.

Предисловие
Глава первая. Назначение и типы дренажей и противофильтрационной цементации
Глава вторая. Шпуровой дренаж
1. Характеристика шпурового дренажа
2. Опыт применения шпурового дренажа
3. Новые типы обделок туннелей со шпуровым дренажем
4. Дренирование туннелей глубокими шпуровыми (лучевыми) скважинами
Глава третья. Отвод дренажных вод
Глава четвертая. Расчеты шпурового дренажа и противофильтрационной цементации
5. Общие предпосылки и исходные положения расчетов
6. Примеры расчета
Глава пятая. Опытно-полевые исследования и натурные наблюдения
Список литературы

Предисловие

В Советском Союзе из года в год увеличиваются масштабы подземного гидротехнического строительства. С 1948 г. введены в эксплуатацию девять подземных гидроэлектростанций (Нива-III, Верхнетуломская, Севанская, Вилюйская, Усть-Хантайская, Ладжанури, Арзни, Храм-II, Борисоглебская) и достраивается Ингурская. Возведены Чарвакский, Токтогульский, Нурекский, Чиркейский гидроузлы, в состав которых в большом объеме входят подземные сооружения (туннели, шахты, помещения камерного типа). С 1976 г. начались подготовительные работы на Рогунской ГЭС с подземным зданием гидроэлектростанции мощностью 3,6 млн. кВт; протяженность подземных выработок здесь составит около 40 км.

В ближайшие годы объем строительства гидротехнических объектов, имеющих в своем составе подземные сооружения, возрастет. Кроме гидроэлектростанций начнется строительство гидроаккумулирующих электростанций, среди которых также будут иметься подземные установки.

Как показывает опыт строительства и эксплуатации, подземные сооружения по сравнению с наземными имеют ряд преимуществ, особенно в районах с суровым климатом и высокой сейсмичностью. Однако стоимость строительства подземных сооружений остается пока еще высокой. Поэтому снижение затрат на строительство подземных сооружений является важной народнохозяйственной задачей.

Основной причиной большой стоимости строительства подземных сооружений гидроэлектростанций является недостаточное совершенство организации и производства работ. Однако во многих случаях это связано с тяжелыми конструктивными решениями обделок, требующих выполнения больших объемов подземных выломок и бетонных работ.

При строительстве и эксплуатации подземных сооружений, как правило, приходится иметь дело с подземными водами, являющимися иногда основной нагрузкой на сооружение, причем при строительстве подземных гидротехнических сооружений приходится дополнительно учитывать влияние создаваемых водохранилищ и деривационных туннелей на изменение естественного режима подземных вод. Поэтому при проектировании подземных сооружений одной из главных является проблема снижения воздействия на них подземных вод.

Снижение воздействия подземных вод позволяет облегчить конструкцию обделок, ускорить строительство и увеличить долговечность сооружения. Снизить давление подземных вод можно путем применения дренажа, противофильтрационной цементации или их сочетания.

Недоучет давления подземных вод может привести к нежелательным последствиям, особенно когда шахта или туннель имеют стальную облицовку. Так, например, отсутствие дренажа в напорной наклонной шахте Храм-ГЭС-II диаметром 3,13 м, облицованной на длине 280 м стальной оболочкой, привело к тому, что при опорожнении шахты произошло повреждение облицовки от давления подземных вод. Зарубежный опыт эксплуатации имеет много примеров аварий, происшедших из-за недооценки роли дренажных устройств или некачественного их выполнения.

С помощью разгрузочных дренажей гидростатическое давление грунтовых вод на обделки оказывается возможным уменьшить во много раз благодаря снижению зеркала подземных вод в районе дренируемого сооружения или гашению напора, происходящему при фильтрации воды в дрены. При этом, как показывает опыт проектирования, сооружения с применением разгрузочного дренажа становятся более экономичными по сравнению с такими же сооружениями, рассчитанными на восприятие полного гидростатического давления подземных вод.

Если для снижения давления подземных вод на обделки сооружений применяется противофильтрационная цементация породы, то в этом случае необходимо, чтобы фильтрационное сопротивление зацементированной породы было не меньше по сравнению с таковым у обделки. Если обделка имеет стальную облицовку, то обделка будет испытывать полное гидростатическое давление подземных вод, несмотря на наличие зацементированной породы вокруг сооружения.

В ряде случаев сочетание цементации и дренажа может дать оптимальное решение.

Целесообразность применения дренажей, противофильтрационной цементации или обделок, воспринимающих полное гидростатическое давление подземных вод, определяют на основе технико-экономического сопоставления вариантов.

Как показывает зарубежная и отечественная практика строительства подземных гидротехнических сооружений последних лет, для снижения воздействия подземных вод на обделки все чаще применяют шпуровой дренаж. В Советском Союзе шпуровой дренаж осуществлен впервые по предложению проф. Г.М. Ломизе в отводящем туннеле Севанской (Озерной) ГЭС в Армении.

В книге приведен отечественный и зарубежный опыт проектирования и эксплуатации шпурового дренажа, обобщенный за многолетний период работы авторов в проектной и научно-исследовательской организациях; приведены новые конструкции дренажа и противофильтрационной цементации, а также дана методика их расчета.