Skip to main content

Numerical Modelling of Artificial Ground Freezing

Article Category

Article available in the folowing languages:

Modelowanie gleby podczas jej zamarzania

Drążenie tuneli przez prowadzenie podziemnych wykopów staje się coraz bardziej niebezpieczne, szczególnie w obliczu wciąż poszerzających się obszarów miejskich. Udoskonalone modele sztucznego zamrażania gruntu (AFG) zoptymalizują zastosowanie tej nowatorskiej metody stabilizacji.

Zmiana klimatu i środowisko

Wykopy i podziemne prace przy budowie systemów metra lub infrastruktury górniczej muszą być często wykonywane w trudnych warunkach gruntowych i w bliskim sąsiedztwie budynków. Sztuczne zamrażanie gruntów nawodnionych lub częściowo nawodnionych stanowi bardziej przyjazną środowisku alternatywę dla konwencjonalnych metod stabilizacji gruntu poprzez iniekcję chemikaliów bądź szlamu uszczelniającego. Tak jak ma to miejsce w przypadku innych metod, AGF stabilizuje grunt i zapewnia strukturalną obudowę. Zapobiega też przeciekaniu wody do podziemnych wyrobisk. Chemiczne medium zamrażające wprowadzane jest do obiegu w zamkniętych rurach i wypuszczane do atmosfery lub ponownie wprowadzane do obiegu, dzięki czemu wody gruntowe nie ulegają zanieczyszczeniu. Finansowany ze środków UE projekt "Numerical modelling of artificial ground freezing" (NUMAGF) zwiększył zdolność naukowców i inżynierów do przewidywania wpływu AGF na materiały ziarniste. Umożliwi to dokładniejsze szacowanie czasu i kosztów budowy oraz pozwoli na optymalizacje metod. Członkowie zespołu zgromadzili obszerne dane uzyskane dzięki monitorowaniu AGF podczas budowy pierwszej linii metra w Neapolu. Obejmują one przesunięcia budynków, zmiany temperatury gruntu i zmiany w systemach wód gruntowych oraz sił oddziałujących na kotwy utrzymujące wyrobisko. Naukowcy skorygowali wysoce nieliniowy elasto-plastyczno-mechaniczny model zamrażania i rozmrażania gruntu i opracowali w pełni sprzężony model termo-hydro-mechaniczny (THM) w celu uwzględnienia zachowania zawartości gruntu pod względem budownictwa. Modele sprawdzono, porównując je z danymi doświadczalnymi uzyskanymi podczas badań nad popiołem wulkanicznym pobranym z dwóch wyrobisk w Neapolu. AGF staje się istotną i bardzo obiecująca technologią o wielu zastosowaniach. Oprócz wykorzystania w wykopach podziemnych, AGF stosowano też do stabilizacji zboczy, pozyskiwania nienaruszonych próbek gruntu oraz utrzymania wiecznej zmarzliny pod ogrzewanymi budynkami. Sugerowano jej zastosowanie do ograniczenia skażenia promieniotwórczego wód gruntowych w okolicach elektrowni jądrowej Fukushima. Modele THM zachowania gruntu ziarnistego podczas zamrażania i rozmrażania opracowane dzięki projektowi NUMAGF zapewnią wykorzystywanie metody AGF pod warunkiem uprzedniego dokonania, opartej na wiedzy, oceny stabilności i bezpieczeństwa. Istnieje wiele przyszłych zastosowań nowej metody w budownictwie i górnictwie. W obliczu globalnego ocieplenia i degradacji wiecznej zmarzliny, opisy zamrażania i rozmrażania przydadzą się też badaczom zmian klimatu w zimnych rejonach.

Słowa kluczowe

Gleba, drążenie tuneli, podziemne wykopy, sztuczne zamrażanie gruntu, metoda stabilizacji, nawodnione grunty, zamrażanie chemiczne, wody gruntowe, materiały ziarniste, przesunięcia budynków, temperatura gruntu, zamrażanie gleby, termo-hydro-mechaniczny

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania