Наиболее уязвимыми местами конструкции являются стыковые соединения элементов обделок, а также свойства материалов, применяемых для инъектирования в заблочное и затрубное пространство.

Проблему можно решить путем разработки новых материалов, отвечающих необходимым техническим требованиям.

При строительстве подземных сооружений, возводимых способом щитовой проходки или микротоннелирования, применяется технология инъектирования за обделку сооружения. При микротоннелировании технология предназначена для уменьшения трения труб о горные породы и продвижения трубопровода домкратными станциями. При щитовой проходке инъектирование выполняется для придания устойчивости горной выработки в районе забоя щита при монтаже очередной секции блоков. Кроме этого, инъектирование создает для сооружения противофильтрационную завесу.

В процессе проведения работ проанализированы свойства инъекционных составов, применяемых при строительстве подземных сооружений. На основании анализа приняты к разработке рецептуры на основе портландцемента и гидравлической извести. При выборе компонентов составов (вяжущих, заполнителей, добавок) учитывали экономические аспекты и обеспеченность строительного комплекса г. Москвы материалами.

Для бестраншейных технологий применяют растворы для заблочного или затрубного инъектирования для уменьшения трения о грунт при продавливании труб (блоков), а также для создания противофильтрационной завесы на период строительства и эксплуатации сооружения.

Наибольшее распространение получили бентонитовые, цементно-бентонитовые, а также растворы на основе гидравлической извести.

ГУП «НИИМосстрой» разработал новые составы для инъектирования, обладающие более широким спектром действия, которые по сравнению с традиционными составами обладают повышенными гидроизоляционными свойствами и дают экономический эффект.
Бентонит – это глина, в которой содержится не менее 70% монтмориллонита, который является высокодисперсным слоистым алюмосиликатом (Na,K,Ca) (Аl,Fe,Мg)[(Si,Al)₄O₁₀](OH)₂*nH₂O). Бентониты в основном содержат систему SiO₂ – Al₂O₃ – Fe2O₃ – CaO, являющуюся основой для гидравлических вяжущих веществ. Таким образом, бентонит обладает химическим сродством с другими компонентами инъекционного состава.

Бентонит характеризуется наличием на его поверхности ионообменных катионов, в значительной степени определяющих его химические и физические свойства.

Избыточный отрицательный заряд, компенсирующий обменные катионы межслоевого пространства монтмориллонита, обусловливает высокую гидрофильность бентонита. При затворении бентонита водой она проникает в межслоевое пространство монтмориллонита, гидратирует его и вызывает набухание. При дальнейшем разбавлении водой бентонит образует устойчивую вязкую суспензию с выраженными тиксотропными свойствами. Кроме того, монтмориллонит обладает высокими адсорбционными свойствами.

Указанные свойства бентонита объясняют его широкое применение в качестве гелеобразователя для снижения фильтрации буровых растворов, как связующего материала в литейных формовочных смесях, а также как гидроизоляционного и адсорбционного материала.

Бентонит, в котором главным обменным катионом является Na, получил название натриевого или щелочного бентонита. Бентонит, в котором в обменных катионах преобладает Ca, получил название кальциевого бентонита.

Наиболее распространенными в природе являются кальциевые бентониты. При необходимости можно преобразовать кальциевые бентониты в натриевые, обработав их натриевыми солями. Такой процесс ионного замещения называется активированием, а преобразованный натриевый бентонит – активированным. Глины, содержащие монтмориллонит менее 70%, или, у которых вместо монтмориллонита содержится какой-либо другой минерал из группы смектитов, относятся к бентонитоподобным глинам или бентоноидам.

Бентонитовые порошки для бестраншейной прокладки коммуникаций позволяют преодолеть проблемы, порождаемые характеристиками грунта (крупнозернистый песок, липкая глина и др.), а также особенностями способа проходки. Основу глинопорошка для бестраншейной прокладки составляет высококачественный бентонит, переработанный по специальной технологии с добавлением специальных реагентов (рисунки 1, 2,3).

Применение специальных бентопорошков позволяет значительно сократить продолжительность работ по прокладке коммуникаций.

При строительстве тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях (плывунные неустойчивые грунты, значительное давление грунтовых вод и др.) используются проходческие комплексы с гидропригрузом. В таких комплексах в призабойную область под давлением нагнетается бентонитовый раствор, что позволяет поддерживать забой в стабильном состоянии. Разработанная порода, измельченная до состояния пульпы, отводится вместе с бентонитом по трубопроводу. В сепарационной установке происходит отделение породы и рекультивация бентонитового раствора, который в дальнейшем возвращается в камеру гидропригруза. По результатам лабораторного анализа рецептура бентонитового раствора может корректироваться в зависимости от условий проходки и характеристик грунтов.

Глинопорошки для приготовления бентонитовых растворов, используемых в щитовой проходке, должны обладать высоким качеством, поскольку от него зависит надежность функционирования проходческого комплекса.

Проведен анализ бентонитовых глинопорошков, выпускаемых ОАО «Бентонит Урала», ЗАО «Керамзит» (Серпухов), НПК «Бентонит» (Москва), ЗАО «Бентомир», «Иждеванский комбинат» (Армения), ЗАО «Бентопром» (Белгород). Результаты исследований приведены в таблицах 1-6.

 Таблица 1 – Свойства раствора на основе бентопорошка производства НПК «Бентонит»