способ осушения затопленного подземного сооружения

Формула изобретения

Способ осушения затопленного подземного сооружения, включающий установление путем вмораживания на входе в сооружение шлюзовой камеры, подачу внутрь сооружения сжатого воздуха, определение по выделению пузырей воздуха на поверхности акватории места расположения перемычки и ее герметизации, отличающийся тем, что в процессе осушения подземного сооружения внутренние поверхности его герметизируют созданием дополнительной временной ледяной обделки путем выхолаживания указанных поверхностей до отрицательных температур и подачи внутрь сооружения водяного пара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и осушения подземных выработок и может быть использовано для восстановления затопленных специальных подземных сооружений, в том числе преднамеренно затопленных через скрытые гидравлические связи с акваторией бассейна.

Известны способы осушения затопленного подземного сооружения, включающие установку на входе в сооружение шлюзовой камеры, подачу сжатого воздуха, отвод воды и создание перемычки [1, 2]. Недостатками известных способов являются отсутствие широкомасштабности их использования и низкая эффективность, особенно при неизвестности места расположения гидравлических связей, соединяющих подземное сооружение с акваторией.

Наиболее близким решением к данному изобретению является способ восстановления затопленного подземного сооружения [3], включающий установку на входе в сооружение шлюзовой камеры, подачу сжатого воздуха, отвод воды и создание перемычки, при этом после установки камеры пространство между ее стенками и сооружением герметизируют путем замораживания, во время подачи воздуха определяют, по выделению пузырей воздуха на поверхности акватории, место расположения перемычки (гидравлических связей акватории с сооружением), после создания или восстановления перемычки подачу сжатого воздуха в осушенное подземное сооружение прекращают, а остальную часть затопленного сооружения осушают обычным способом, например водоотливным насосом.

Недостатком данного способа является высокие энергозатраты, связанные с необходимостью подачи сжатого воздуха внутрь затопленного сооружения для вытеснения из него воды через неустановленные гидравлические связи, особенно при наличии трещин и других неплотностей в обделке подземного сооружения.

Для снижения энергетических затрат обделку подземного сооружения в процессе данной операции герметизируют, предотвращая тем самым утечки сжатого воздуха через неплотности в обделке сооружения, например в стыках тюбингов.

Для достижения поставленной цели сухую или осушенную часть внутреннего пространства подземного сооружения выхолаживают до отрицательной температуры, используя различные источники холода, например холодильные машины. Весьма эффективно для этих же целей могут быть использованы криогенные жидкости, сжиженный воздух или азот. В этом случае совмещаются две операции: создание избыточного давления воздуха и выхолаживание внутренних поверхностей подземного сооружения. Сжиженный воздух (температура которого составляет около минус 194°С), попадая внутрь данного сооружения, испаряется, увеличивает свой объем с поглощением скрытой теплоты парообразования (газообразования). Затем внутрь подземного сооружения подают водяной пар, который, соприкасаясь с холодными поверхностями обделки, конденсируется и при отрицательных температурах превращается в лед, герметизируя изнутри все поверхности подземного сооружения, в том числе трещины в обделке и в стыках тюбингов. Таким образом, внутри подземного сооружения образуется дополнительная сплошная временная обделка в виде ледяной корки (гололеда). При этом достигается решение поставленной задачи - подземное сооружение надежно герметизируется, исключая утечки сжатого воздуха в процессе вытеснения воды из этого сооружения.

Новой в заявленном способе является операция создания временной дополнительной ледяной обделки внутри подземного сооружения.

Создание такой ледяной обделки при осушении подземного сооружения, в процессе вытеснения из этого сооружения воды сжатым воздухом, не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности - «изобретательский уровень».

Способ технологичен, прост в реализации, применим в сложных условиях, особенно в условиях нарушенной герметичности обделки в результате разрушения входов в подземные сооружения с использованием взрывчатых веществ.

Заявленный способ поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема реализации данного способа.

Способ осуществляют с помощью устройства, включающего шлюзовую камеру 1 с теплообменником 2. Шлюзовую камеру располагают во входе 3 подземного сооружения 4. Подачу сжатого воздуха осуществляют компрессором 5 с воздуховодом 6, а получение холода и замораживание входа - холодильной машиной 7 с подающим 8 и обратным 9 трубопроводами. Перемычку 10 между сооружением и акваторией бассейна, например морем 11, выполняют в виде скважин 12, в которые опущены трубопроводы 13 для подачи жидкого азота или жидкого воздуха. Подачу водяного пара осуществляют с помощью парогенератора (котла) 14 и паропровода 15.

Устройство работает следующим образом.

Во вход затопленного подземного сооружения 4 устанавливают шлюзовую камеру 1, затем включают холодильную машину 7 и по трубопроводу 8 подают хладагент, например жидкий аммиак, в теплообменник 2, где этот хладагент испаряется, обеспечивая отрицательную температуру в пространстве между ограждающими конструкциями входа 3 в сооружение 4 и боковыми стенками шлюзовой камеры 1. При необходимости в это пространство подают воду. Вода вокруг шлюзовой камеры 1 замораживается и герметично соединяет эту камеру с входом 3. После вмораживания шлюзовой камеры 1 во вход 3 сооружения 4 включают компрессор 5 и по воздуховоду 6 подают сжатый воздух внутрь сооружения 4. Давление воздуха внутри сооружения 4 поднимается, и вода из него выдавливается через прорыв (через не установленную гидравлическую связь, например через открытую задвижку) обратно в акваторию (море) 11.

В процессе данной операции, одновременно, за счет подачи хладагента от холодильной машины 7 выхолаживают осушенное внутреннее пространство подземного сооружения 4 до отрицательных температур и подают внутрь сооружения водяной пар от парогенератора 14 по трубопроводу 15. Водяной пар, соприкасаясь с холодными поверхностями, конденсируется и при отрицательных температурах превращается в лед, герметизируя изнутри все поверхности подземного сооружения 4, в том числе трещины в обделке и в стыках тюбингов. Внутри подземного сооружения 4 образуется дополнительная сплошная временная обделка в виде ледяной корки (гололеда), которая исключает утечки сжатого воздуха в процессе вытеснения воды из подземного сооружения.

Таким образом, осушение затопленного подземного сооружения 4 будет происходить до тех пор, пока уровень воды не понизится до отметки прорыва. После этого повышение давления воздуха в осушенной части сооружения 4 прекратится, поскольку подаваемый компрессором 5 воздух будет выходить через прорыв (например через преднамеренно открытую задвижку) на поверхность акватории (моря) 11 в виде пузырей. При этом визуально определяют место гидравлической связи подземного сооружения 4 с акваторией 11. Затем восстанавливают перемычку 10 между сооружением 4 и акваторией 11. Если эту операцию невозможно выполнить простым закрытием задвижки, то в области выхода пузырей воздуха на поверхности дна акватории 11 устанавливают трубчатый теплообменник, например, в виде скважин 12, внутрь которого подают по трубопроводу 13 холодильный агент, например жидкий азот, температура кипения которого составляет минус 196°С. Таким образом, за счет замораживания воды и грунта, перемычку 10 сначала герметизируют, а затем восстанавливают со стороны подземного сооружения 4.

После восстановления герметичности перемычки 10 давление воздуха в подземном сооружении 4 снижают. Если уровень воды в сооружении не поднимается, то избыточное давление воздуха снижают до нуля и открывают двери шлюзовой камеры 1. Остаток воды в подземном сооружении 4 удаляют с помощью обычных средств водоотлива.

Если уровень воды в сооружении 4 после снижения в нем давления воздуха повышается, то данную операцию повторяют до выявления места расположения и устранения следующего прорыва.

Наличие шлюзовой камеры 1 позволяет осуществлять проход людей и подачу необходимого инструмента и оборудования внутрь осушаемого сооружения 4 для обследования состояния его ограждающих конструкций и создания герметической перемычки 10.

Предложенный способ позволяет восстановить уникальные сооружения, например преднамеренно затопленные заводы в Калининградской области во время Отечественной войны.

Источники информации

1. Серебренников В.В., Быков В.В., Рукман Г.Л. Водоотлив при строительстве и реконструкции шахт. М.: Недра, 1964, с.45, рис.20.

2. Авторское свидетельство СССР №317809, кл. Е02D 19/04.

3. Патент СССР №1838507, кл. Е02D 19/04 (прототип).