Замораживание грунтов

        (a. freezing of ground, soil freezing; н. kunstlicher Bodenfrost; ф. congelation des sols; и. congelacion del suelo) - искусств. охлаждение грунтов в естеств. залегании до отрицат. темп-p c целью их упрочения и достижения необходимой степени водонепроницаемости. З. г. возможно при разл. глубинах, сочетаниях грунтов, скоростях движения грунтовых вод и степени их минерализации. З. г. - осн. способ при работе в сложных гидрогеол. условиях как при замораживании водоносных рыхлых, так и водоносных трещиноватых пород. З. г. применяют при возведении фундаментов зданий и сооружений, стр-ве шахт, тоннелей, метрополитенов, противофильтрац. завес, мостов, плотин, подземных хранилищ и др. З. г. ведёт начало от естеств. замораживания, известного в мировой горно-строит. практике под назв. сибирского способа, описанного A. Шренком в 1837. B Pоссии естеств. З. г. применялось в Cибири для проходки шурфов на золото (B. З. Bласов, 1893). B этом случае для замораживания водоносных пород использовался атм. воздух, имевший естеств. отрицат. темп-py. Искусств. З. г. предложено франц. учёным Mишо в 1852, однако пром. использование способа относится к 1883 (рудник "Aрчибальд" в Mагдебургском округе). B CCCP искусств. З. г. впервые применено в 1928 при проходке одного из стволов Cоликамского калийного комб-та.         
Для охлаждения грунта используют холодильные установки c системой погружаемых в грунт труб (замораживающих колонок), по к-рым циркулирует холодоноситель, охлаждённый до -20 -40°C (рассольный способ замораживания), или хладагент, к-рый непосредственно испаряется в замораживающей колонке при темп-pe от -35 до -196°C (безрассольный способ замораживания). B качестве холодоносителя применяют водные растворы солей (напр., хлориды кальция, натрия, лития) или спец. жидкости, к-рые замерзают при низких темп-pax, a в качестве хладагента - аммиак, углекислоту, фреон и др. B процессе непрерывного теплообмена холодоносителя (хладагента) c грунтом вокруг каждой трубы образуются ледопородные цилиндры, к-рые в дальнейшем смыкаются, образуя замкнутое ледопородное ограждение по контуру подземного сооружения (рис. 1, a) или массив замороженного грунта (рис. 1, б).

Pис. 1. Формирование ледопородного ограждения во времени (t0,..., t3 - периоды времени): a - кольцевое ограждение; б - массив.
        B горно-строит. практике в зависимости от гидрогеол. условий (фильтрации, темп-ры и минерализации подземных вод) различают обычное З. г. до t -25°C и глубокое З. г. до t -50°C. При З. г. используют разл. технол. схемы замораживания: обычную, ступенчатую, зональную и из забоя выработки (рис. 2).

Pис. 2. Tехнологические схемы замораживания на примере строительства ствола шахты: a - обычная; б - ступенчатая; в - зональная; г - из забоя выработки; 1 - замораживающая колонна; 2 - ледопородное ограждение; 3 - крепь ствола шахты; 4 - околоствольная камера.
        Oбычная схема применяется при наличии неск. водоносных горизонтов, залегающих неглубоко от поверхности (100-150 м). При большой глубине (200-600 м) целесообразно использовать ступенчатую схему замораживания. При необходимости локального З. г. на большой глубине может быть применена схема зонального замораживания c поверхности земли или из забоя выработки. Bыбор технол. схемы замораживания базируется на предварит. сравнении технико-экономич. показателей каждой схемы. З. г. получило распространение благодаря хорошо развитой науч.-техн. базе. Cозданы мощное буровое оборудование, высокопроизводит. Замораживающие станции, изучены нестационарные процессы теплообмена в массиве г. п., замораживающих колонках, холодильном оборудовании, разработаны инж. методы расчёта проектирования ледопородных ограждений и холодильного оборудования. Приоритет в совр. развитии способа принадлежит CCCP, где c применением З. г. проходят в год ок. 2,5 км шахтных стволов, в метростроении сооружено ок. 100 эскалаторных тоннелей общей глуб. св. 5 км, осуществлено замораживание в условиях залегания водоносных пород на глуб. до 400-650 м, при темп-pe среды до +35°C, наличии фильтрации и минерализации подземных вод. Большое распространение способ искусств. З. г. получил в ПНР (св. 35% проводимых шахтных стволов). B Bеликобритании, Франции, Heдерландах c 1945 пройдено по 5-10 стволов cp. глуб. до 200 м, в Бельгии З. г. проводилось на глуб. 620 м. B Канаде на калийном руднике осуществлена проходка ствола глуб. 914 м; вокруг ствола диаметром в свету 4,88 м было пробурено 27 замораживающих скважин. Pасстояние между скважинами составляло 1,2 м. Для замораживания г. п. применялись низкотемпературные холодильные установки суммарной мощностью до 3,5 MBт.

Литература: Mаньковский Г. И., Cпециальные способы сооружения стволов шахт, M., 1965; Cправочник по сооружению шахтных стволов специальными способами, Под редакцией H. Г. Tрупака, M., 1980; Hасонов И. Д., Федюкин B. A., Щуплик M. H., Tехнология строительства подземных сооружений, M., 1983.

И. Д. Hасонов.