Однако принцип отжатия воды воздухом не отошел в историю, его применяют при работах, не требующих присутствия людей в зоне повышенного давления. С помощью сжатого воздуха интенсифицируют процесс водопонижения: в водоносный пласт, из которого водопонизительные скважины откачивают воду, по другим скважинам нагнетает сжатый воздух, принудительно отжимая воду к водопонизительным скважинам. Это ускоряет процесс осушения слабопроницаемых и плохо отдающих воду грунтов, дает возможность большего понижения уровня подземных вод. В замкнутых участках водоносного пласта (например, ограждаемых противофильтационными завесами) сжатым воздухом в комплексе с водопонижением можно удалить всю воду, полностью осушив грунты. Таким способом обеспечена проходка тоннелей на некоторых участках московского метрополитена.
Третий путь борьбы с подземными водами — поставить воде преграду на пути к выработке. Преграды — это противофильтрационные завесы, разнообразными видами которых располагает арсенал противофильтрационной обороны.
Большой класс составляют завесь:- инъекционного типа. Принцип их создания: по трассе завесы на необходимую глубину бурят скважины и через них нагнетают растворы, заполняющие пустоты в породе и затвердевающие в них. В разных геологических условиях этот принцип получает разное воплощение и по технологии работ, и по материалам заполнения, и по техническим средствам.
В скальных породах для тампонирования трещин проводят цементацию, т.е. в скважины нагнетают цементные растворы (суспензии). Этот метод имеет уже более чем вековую историю, он широко применяется в гидротехническом строительстве для создания противофильтрационных завес в скальных основаниях плотин, в шахтном строительстве.
Технология цементации имеет ряд особенностей. Цементационные скважины бурят не сразу на полную глубину, а нисходящими зонами длиной по несколько метров. Каждую зону перед цементацией подвергают гидравлическому опробованию, по результатам которого назначают режим цементации. В понятие режима входят Консистенция (густота) раствора, порядок ее изменения в процессе нагнетания, величина давления и другие параметры. Цементационные скважины подразделяются на очереди по принципу сближения скважин. Эта постепенность сооружения завесы с испытанием водопроницаемости каждой очередной зоны (а это контроль эффекта от предыдущей цементации соседних зон и скважин) обеспечивает получение плотного тела завесы. Но это не значит, что завеса получается совершенно водонепроницаемой. Ее остаточная проницаемость обусловлена главным образом мелкими трещинами в породе, в которые цементный раствор не проникает или распространяется по ним на малое расстояние от скважин. По крупным же трещинам цементные растворы могут растекаться на десятки, а то и сотни метров, что приводит к излишним затратам материалов и труда. Последнее обстоятельство является одной из основных причин довольно высокой стоимости метода. Тем не менее цементация является основным методом противофильтрационной защиты в трещиноватых скальных породах.
Помимо цементации в скальных породах применяют (реже) битуминизацию, т.е. нагнетание в породу через скважины горячего расплавленного битума или холодной битумной эмульсии.
Завесы инъекционного типа в рыхлых грунтах до недавнего времени строить не умели: скважины в них неустойчивы, цемент в мелкие поры песчаных грунтов не проникает. С 50–60-х годов начал использоваться новый способ создания глубоких противофильтрационных завес в рыхлых грунтах, разработанный во Франции. Этот способ сложнее цементации скальных пород, и суть его заключается в следующем. В скважину, пробуренную на полную глубину, устанавливают трубу с боковыми отверстиями по всей ее длине. Отверстия перекрыты манжетами — отрезками резиновой трубки, выполняющими роль клапана, позволяющего выходить раствору из трубы. Пространство между трубой с манжетами и стенками скважины заполняют цементно-глинистым раствором, создавая обойму. После схватывания этой обоймы внутрь трубы с манжетами опускают тампон, устанавливают его на уровне отверстий, перекрытых одной манжетой, и нагнетают инъекционный. раствор. Последний при определенном давлении отжимает манжету, разрывает обойму и проникает в грунт. Через каждую манжету нагнетают ограниченную (расчетную) порцию раствора.
Успех этой технологии обеспечивается также и применением] разнообразной рецептуры растворов: глиноцементных, глинистых, с химическими реагентами. Каждый состав раствора предназначен для уплотнения определенного вида, грунта. Технология манжетной Инъекции позволяет устанавливать наиболее рациональный порядок уплотнения грунта, начиная с более проницаемых слоев и кончая слабопроницаемыми.
Совершенно иной принцип лежит в основе создания мерзлотных завес. Здесь в грунт ничего не вводят, все остается на месте: и грунтовые частицы, и вода в порах между ними. Но воду по трассе противофильтрационной завесы замораживают и лед преграждает путь потоку подземной воды. Казалось бы, идеальный вариант, никаких материальных затрат, кроме энергии перевода воды из жидкого состояния в твердое. Но именно эти затраты столь значительны, что мерзлотные завесы — одни из самых дорогостоящих. Вместе с тем этот метод почти независим от геологических условий, он может применяться и в скальных породах, и в песчаных и глинистых грунтах. Именно поэтому его продолжают широко применять в городском подземном строительстве, особенно при строительстве метрополитенов.
В 60–70-е годы в практику строительства интенсивно входит новый метод, получивший название «стена в грунте». Это — метод не только противофильтрационный защиты выработок, но и строительства самих подземных сооружений.
Суть метода проста: в грунте делают глубокую узкую траншею с вертикальными гранями и заполняют ее материалом с нужными свойствами, получая стену в грунте. Главная задача при этом — обеспечение устойчивости граней траншеи при ее выемке и заполнении. Она решается использованием глинистого раствора, заполняющего траншею в течение всего процесса возведения стены.
Бурение скважин с промывкой глинистым раствором, обеспечивающим устойчивость стенок скважин практически в любых породах, известно давно. Давно освоили и бетонирование таких скважин для устройства свай. Но лишь в 50-х годах австрийский инженер К. Федер догадался сдвинуть эти сваи вплотную и построить вместе со специалистами итальянской строительной фирмы ИКОС первую бетоносвайную стену в грунте. В дальнейшем противофильтрационные стены-завесы, состоящие из ряда секущихся (с перекрытием сечения) свай диаметром 600–800 мм, были построены в разных странах, в том числе и в СССР.
Сооружение таких завес производится с помощью ударного бурового станка. Преимущество этой технологии — в возможности сооружать завесы в тяжелых грунтовых условиях, например в галечниках. Но производительность этого способа довольно низкая, а стоимость высокая. Кроме того, стена-завеса имеет много швов, что может отразиться на качестве завесы. Поэтому естественным был переход, во-первых, от свай к траншеям, а во-вторых, от ударного бурового станка к механизмам с большей производительностью.
Установив на опыте, что глинистый раствор обеспечивает устойчивость не только цилиндрических ч стенок скважин, но и плоских вертикальных граней траншей, разные организации и фирмы во многих странах стали применять для проходки траншей самое разнообразное оборудование: вращательные буровые станки на движущейся вдоль траншеи платформе, одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, грейферы — словом, любое имевшееся оборудование, способное извлечь грунт из траншеи. И, наконец, разработали специализированное оборудование для проходки узких глубоких траншей, работающее по принципу либо бурения, либо копания. Одновременно разрабатывались и разные методы заполнения траншей различными материалами — бетоном, глиной, заглинизированным при проходке траншеи грунтом. Пионером этих работ в СССР был трест Гидроспецстрой.
