Pierwszenstwo: 78453 KI. 84c,7/00 MKP E02d 7/00 Zgloszenie ogloszono: 30.09.1973 Opis patentowy opublikowano: 10.06.1975 ""'I Twórcawynalazku: Tadeusz Kaczorowski Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Melioracji i Uzytków Zielonych, Falenty (Polska) Sposób wykonywania glebokich ekranów wodoszczelnych w gruntach przepuszczalnych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Wynalazek dotyczy sposobu wykonywania ekranów wodoszczelnych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu, zwlaszcza dla ekranów glebokich.Znany jest sposób wykonywania ekranów wodoszczelnych polegajacy na wprowadzeniu substancji nieprzepuszczalnych w postaci folii lub iniekcji do szczeliny wykonanej w gruncie za pomoca frezów osadzonych na pionowym walku napedzanym przez silnik znajdujacy sie na powierzchni terenu.W miare zwiekszenia glebokosci frezowania wzrastaja opory skrawania, a w zwiazku z tym rosna równiez momenty skrecajace walek napedowy.Zwiekszanie wytrzymalosci walka na skrecanie poprzez zwiekszenie jego srednicy powoduje wzrost szerokosci skrawania, a w konsekwencji wzrost oporów i momentów skrecajacych walek.Z powyzszych wzgledów maksymalna glebokosc wykonywania ekranów przy zastosowaniu powyzszej metody wynosi 20—40 m, w zaleznosci od rodzaju gruntu.W wielu przypadkach glebokosc ekranowania na powyzsza glebokosc jest niewystarczajaca w szczegól¬ nosci w przypadku uszczalniania podloza przy wysokich zaporach wodnych, lub przy zabezpieczeniu kopaln odkrywkowych przed naplywem wód gruntowych.Celem wynalazku jest zwiekszenie glebokosci wykonywania ekranów wodoszczelnych w gruntach prze¬ puszczalnych.Zadanie techniczne prowadzace do tego celu polega na zmianie sposobów wykonywania, szczeliny w gruncie, oraz wprowadzania substancji ekranujacej do szczeliny.Zadanie zostalo rozwiazane przez zastosowanie do wycinania szczeliny strumienia plazmy o wysokiej temperaturze i cisnieniu oraz przez wprowadzenie pod cisnieniem do szczeliny substancji ekranujacej w formie iniekcji, która po skrzepnieciu tworzy ekran wodoszczelny, a takze przez opracowanie urzadzenia do stosowania tego sposobu.Sposób wykonywania ekranu wedlug wynalazku polega w pierwszej fazie na wprowadzeniu do gruntu na projektowana glebokosc urzadzenia ekranujacego. Operacje te wykonuje sie poprzez zapuszczenie urzadzenia do uprzednio odwierconego otworu, lub przez wytapianie otworu za pomoca palników plazmowych zamontowa-2 79 453 nych w dolnej oraz czolowej czesci urzadzenia. Po opuszczeniu urzadzenia na zadana glebokosc strumien plazmy o temperaturze* 18-20 tys. °C wytworzony przez palniki plazmowe zamontowane od strony czolowej, a na calej dlugosci urzadzenia ekranujacego, wytapia oraz czesciowo odparowuje grunt, wycinajac w ten sposób szczeline o szerokosci wiekszej od szerokosci urzadzenia ekranujaego.Na skutek wysokiego cisnienia powstajacego w czesci czolowej w czasie wytapiania, roztopione skladniki mineralne gruntu wyciskane sa miedzy sciankami urzadzenia, a niestopiona plaszczyzna gruntu, do tylu, gdzie zastygajac, wypelniaja czesciowo szczeline oraz uszczalniaja wstepnie jej scianki.Niewypelniona czesc szczeliny wypelniona jest iniekcja, która krzepnac w szczelinie tworzy wlasciwy * ekran wodoszczelny.Iniekcja doprowadzona jest przewodem znajdujacym sie wewnatrz urzadzenia ekranujacego i tloczona jest przez dysze znajdujace sie w tylnej czesci urzadzenia pod cisnieniem zapewniajacym przesuwanie sie urzadzenia ekranujacego w kierunku czolowym.Jako substancje ekranujaca w formie iniekcji stosuje sie parafine o temperaturze poczatkowej okolo 60°C, lub inne termoplasty o podobnych wlasciwosciach.Urzadzenie do glebokiego ekranowania wykonane jest w formie wydrazonej zerdzi o dlugosci do kilkuset metrów i przekroju poprzecznym o obrysie zewnetrznym w ksztalcie zblizonym do plaskiej elipsy.Urzadzenie ekranujace sklada sie z segmentów o dlugosci kilku metrów, laczonych sukcesywnie nad powierzchnia terenu w trakcie jego zaglebiania w grunt. Podzial na segmenty ma na celu ulatwienie opuszczania i wydobywania urzadzenia, oraz umozliwia dobór dlugosci urzadzenia do wymaganej glebokosci ekranowania.W czolowej czesci urzadzenia zamontowane sa palniki plazmowe o strumieniu niezaleznym, przy czym dysze wylotowe wykonane sa w formie pionowej szczeliny o ksztalcie trapezu, zarówno w przekroju poprzecz¬ nym jak i podluznym, dzieki czemu uzyskuje sie sektorowe dzialanie palnika.W zewnetrznej czesci dyszy po obydwu jej stronach wykonane sa kanaly,' doprowadzajace zjonizowane gazy ze strefy ogniowej, znajdujacej sie na zewnatrz palnika do komory jonizacyjnej w poblize katody, gdzie czastki tych gazów ulegaja przyspieszeniu w luku elektrycznym i wyrzucane sa ponownie przez dysze na zewnatrz. Stworzenie obiegu zamknietego umozliwia zmniejszenie zuzycia energii na wstepna jonizacje gazów, oraz powoduje zwiekszenie gestosci plazmy dzieki czemu zwieksza sie sprawnosc palników.Tylna czesc urzadzenia stanowi przewód doprowadzajacy iniekcje, która wyrzucona jest do szczeliny przez dysze szczelinowe o przekroju trapezowym wykonane na calej dlugosci urzadzenia. Sile wyrzutu iniekcji dobiera sie w ten sposób, aby zapewnione zostalo samoczynne przemieszczanie sie urzadzenia ekranujacego w kierunku czolowym z szybkoscia równa szybkosci wytapiania szczeliny w czesci czolowej. Wielkosc sily wyrzutu reguluje sie przez zmiane cisnienia na pompie, tloczacej iniekcje do przewodu, znajdujacej sie na powierzchni terenu.Zastosowanie wynalazku umozliwia znaczne zwiekszenie glebokosci ekranówania/zwiekszenie szybkosci wykonywania ekranów, oraz zmniejszenie nakladów na jednostke ekranowanej powierzchni.Wynalazek umozliwia wykonywanie ekranów w gruntach wielowarstwowych z przedkladkami spekanych skal twardych, poniewaz temperatura strumienia plazmy rzedu 18—20°C przekracza znacznie temperature topnienia najbardziej ognioodpornych mineralów.Mozliwe jest równiez wykonywanie ekranów w gruntach nawadnianych, bez wstepnego ich odwadniania, poniewaz wysokie cisnienie gazów powstajace w czasie pracy urzadzenia powoduje samoczynne odwodnienie gruntu w strefie pracy urzadzenia ekranujacego.Cisnienie gazów zabezpiecza jednoczesnie szczeline przed jej zasypywaniem sie, przy wykonywaniu ekranowania w gruntach sypkich.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. t przedsta¬ wia schemat ogólny sposobu wykonywania ekranu, a fig. 2 — przekrój poprzeczny urzadzenia ekranujacego w trakcie procesu ekranowania.Fig. 1 w czesci A przedstawia schemat zapuszczania segmentów urzadzenia ekranujacego 1 w grunt do uprzednio wykonanego otworu. Opuszczanie odbywa sie przy uzyciu dzwigu, w który wyposazone jest samobiezne zródlo zasilania 2 poruszajace sie po powierzchni terenu.Fragment B na fig. 1 przedstawia schemat pracy urzadzenia ekranujacego 1 zawieszonego na urzadzeniu dzwigowym samobieznego zródla zasilania 2 oraz fragment wykonanego ekranu w gruntach piaszczystych przy glebokosci ekranowania wynoszacej 500 m.W rozpatrywanym przypadku szerokosc wytapianej szczeliny wynosi 50 mm, a szerokosc konstrukcji urzadzenia ekranujacego 35 mm.Jako substancje ekranujaca w rozpatrywanym przykladzie stosuje sie parafine tloczona w temperaturze okolo 60°C do ukladu chlodzacego, gdzie nagrzewajac sie do temperatury wrzenia 300°C i wyparowujac, chlodzi urzadzenie ekranujace, a nastepnie wyrzucona przez dysze do wykonanej szczeliny, skrapla sie i krzepnie tworzac ekran wodoszczelny.78 453 3 Przyjmujac, ze 20% szczeliny wypelnione zostanie parafina, a reszta wypelniona bedzie szkliwem z roztopionego piasku, zuzycie parafiny na 1 m2 ekranu wyniesie 0,5 X 0,2 X 100 X 0F,9 = 9 KG.Fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny urzadzenia ekranujacego w trakcie procesu ekranowania.Urzadzenie sklada sie z obudowy 3 wykonanej ze stali zaroodpornej, o przekroju w obrysie zewnetrznym zblizonym do plaskiej elipsy. Wewnatrz obudowy od strony czolowej wmontowane sa palniki plazmowe 4 o strumieniu niezaleznym, oraz przewody doprowadzajace energie elektryczna 5. Dysze wylotowe wykonane sa w formie pionowej szczeliny o ksztalcie trapezu zarówno w przekroju poprzecznym jak i podluznym, dzieki czemu uzyskuje sie sektorowe dzialanie palnika. Kat rozwarcia w plaszczyznie pionowej dyszy zapewnia zazebia¬ nie sie sektorów dzialania sasiadujacych palników.W zewnetrznej czesci dyszy po obydwu jej stronach wykonane sa kanaly 6 doprowadzajace zjonizowane gazy ze strefy ogniowej, znajdujacej sie na zewnatrz palnika, do komory jonizacyjnej w poblize katody, gdzie czastki tych gazów ulegaja przyspieszeniu w luku elektrycznym i wyrzucane sa ponownie przez dysze na zewnatrz jako strumien plazmy.Stworzenie obiegu zamknietego umozliwia zmniejszenie zuzycia energii elektrycznej na wstepna jonizacje gazów, oraz powoduje zwiekszenie gestosci plazmy, dzieki czemu zwieksza sie sprawnosc palników.Pozostala czesc przestrzeni wewnatrz obudowy stanowi przewód doprowadzajacy iniekcje 7, która wykorzystywana jest równiez jako czynnik chlodzacy dla palników i obudowy, oraz jako masa wyrzutowa powodujaca przemieszczanie sie urzadzenia ekranujacego w kierunku czolowym.Urzadzenie ekranujace dziala w oparciu o dwa ustawione przeciwlegle silniki strumieniowe, z których pierwszy umieszczony w czesci czolowej ma za zadanie: wytapianie strumieniem plazmy materialów skalnych znajdujacych sie na trasie ekranu, przemieszczanie stopionej masy do tylu, oraz zabezpieczenie poprzez cisnienie gazów strefy pracy urzadzenia przed naplywem wody oraz zasypywaniem sie szczeliny materialami sypkimi.Energia do pracy tych silników dostarczana jest przewodami ze zródla zasilania 2 pracujacego na powierzchni terenu.Drugi rodzaj silników, umieszczony w tylnej czesci obudowy, ma za zadanie przemieszczenie urzadzenia ekranujacego w kierunku czolowym oraz wypelnianie szczeliny substancja ekranujaca, która spelnia ponadto role masy wyrzutowej oraz czynnika chlodzacego palniki i obudowe. Energia do pracy tych silników dostarczona jest w postaci cisnienia wytwarzanego w iniekcji przez pompy pracujace na powierzchni terenu. Dodatkowymi zródlami energii sa przemiany energetyczne zachodzace w czasie chlodzenia, oraz sila grawitacji ziemi powodujaca wzrost cisnienia w miare zwiekszania sie wysokosci slupa cieczy w pionowo ustawionym przewodzie iniekcyjnym.Ekran wodoszczelny powstaje w wyniku krzepniecia na sciankach szczeliny stopionych materialów skalnych w postaci szkliwa 8, oraz krzepniecia wlasciwej substancji ekranujacej, która stanowi parafina lub inne termoplasty. PL