Штучне зниження рівня грунтових вод - студопедія

Водозниження на будівництві метрополітенів застосовують при спорудженні станцій, тунелів і підземних переходів, що зводяться відкритим способом, при проходці станційних і перегінних тунелів закритим способом, при будівництві стовбурів шахт, а також виконанні різних робіт, супутніх спорудженню тунелів метрополітену (перекладка комунікацій, підводка або зміцнення фундаментів та ін.).

Для водопониження застосовують: легкі голкофільтрові установки, ежекторні іглофільтри, установки вакуумного і забійного водозниження, а також глибинні насоси, що встановлюються в водопоніжающіе свердловини,

Суть методу водозниження грунтується на тому, що при відкачці грунтових вод, що надходять в свердловину, котлован або підземну вироблення, поверхня води в ґрунті набуває воронкоподібну форму з ухилом до місця відкачування (рис. 86). Лійкоподібну (знижену) поверхню грунтових вод називають депрессионной поверхнею, а простір між цією поверхнею і непоніженной поверхнею грунтового потоку - депрессионной лійкою.

У міру відкачування води депрессионная воронка збільшується по площі поширення і в глибину. Якщо інтенсивність відкачування залишається постійною, то з часом настає стабілізація-сталий режим, при якому не відбувається подальшого розвитку депрессионной воронки. З припиненням відкачування рівень грунтових вод відновлюється. Метою водозниження є розвиток і підтримка депрессионной воронки в водоносних грунтах, т. Е. Їх підтримку в осушеному стані протягом всього періоду зведення споруди. У ряді випадків водо-пониження застосовують для зняття надлишкового напору в підстилаючих водоносних грунтах, відокремлених від дна котловану шаром водотривкому грунту.

Мал. 86. Схема водозниження:
а - однієї свердловиною; б - двома свердловинами при водоупоре нижче дйа котловану; в - те ж на рівні дна котловану; 1 - контур котловану під будується споруда; 2 - водопоні-лишнього свердловина; 3 - сухий грунт, що знаходиться вище рівня грунтових вод (УГВ); 4 - депрессионная воронка (осушене водозниження грунт); 5 - поверхня депресії; 6 - обводнених грунт; 7 - погружной насос; 8 - водостійкий шар; h - максимальна висота залишкового шару води, що знімається відкритим водовідливом

Однак в ряді випадків (наприклад, коли близько під дном котловану залягають водотривкі грунти) повністю осушити водоносні ґрунти не вдається і над водоупором залишається шар води завтовшки 0,5-1 м. Для його зняття найчастіше застосовують відкритий водовідлив за допомогою переносних насосних установок, відкачують воду з влаштовуються тимчасові колодязів (зумпфів).

При виборі способу водопониження враховують характеристики грунтів і умови їх залягання, потужність водоносного шару, коефіцієнт фільтрації, розміри осушаемой зони в грунті, способи виробництва гірничопрохідницьких або будівельних робіт, тривалість водозниження, характеристики наявних технічних засобів водозниження.

Водопонижувальних свердловини бурять за межами контуру зведених конструкцій. Їх розташування в плані залежить від розмірів споруди, а також від гідрогеологічних характеристик грунтів і може бути: лінійним (в один або кілька рядів по прямій лінії, наприклад, при проходці перегінних тунелів), контурним (по контуру, огинаючої спорудження, наприклад, котлован, для спорудження станції метрополітену відкритого способу робіт), кільцевих (наприклад, при проходці шахтних стволів), комбінованим (наприклад, коли при широких котлованах всередині контуру водопонижающих свердловин у своєму розпорядженні ще один або кілька рядів таких ж е свердловин).

Водозниження за допомогою легких голкофільтрів. Цей спосіб заснований на створенні і підтримці вакууму самовсмоктуючий насосами в широко розгалуженої мережі голкофільтрів, занурених в грунт і з'єднаних гумовими шлангами з колектором (рис. 87). Ґрунтова вода засмоктується через фільтри в усмоктувальний колектор і відкачується насосами за межі осушаемой площі.

Легкий голкофільтр є колону труб діаметром 46-50 мм і довжиною до 8,5 м, з'єднаних герметично. У нижній частині колони є фільтрову ланка, що складається з двох труб: зовнішньої, що має по всій поверхні рівномірно розподілені отвори, і внутрішньої, з відкритим нижнім кінцем. Зовнішня труба обмотується спіраллю, поверх якої натягується фільтраційна сітка. Ланка закінчується наконечником з кульовим клапаном. Кожен голкофільтр занурюють в грунт за допомогою гідроподмива, використовуючи тиск струменя води.

Одним ярусом легких голкофільтрів можна знизити рівень грунтових вод до 4,5 м. Для зниження грунтових вод на велику глибину застосовують іглофільтри, які мають у своєму розпорядженні ярусами. Легкі голкофільтрові установки типу Ліу використовують при розробці котлованів і траншей в грунтах з коефіцієнтом фільтрації до 1 м / сут.

Водозниження за допомогою ежекторних голкофільтрів. Такі іглофільтри мають спеціальний пристрій для підйому води - ежектор (водоструминний насос). Одним ярусом таких ежекторних голкофільтрів можна знизити рівень грунтових вод до 18-20м в грунтах з коефіцієнтом фільтрації 0,5-1 м / сут.

В основу конструкції ежекторних голкофільтрів покладено принцип дії водоструминного насоса, в якому рухається з великою швидкістю струмінь води забирає з собою деякий додаткову кількість води з нижнього рівня і піднімає його на більш високий. Схема дії ежекторного голкофільтра заснована на наступному (рис. 88). В колону 1 голкофільтра опускають ежекторний водопідйомник (ежектор) на трубі 2. Робоча вода в ежектор подається по кільцевому простору між зовнішньою і внутрішньою водопідйомною трубами. Витікаючи з насадки 6 з великою швидкістю під дією насоса 4, струмінь робочої води залучає за собою в дифузор 5 воду, що надходить в фільтрової ланка 7 з навколишніх порід. Відкачує голкофільтрами грунтова вода в суміші з робочою водою по трубі 2 надходить в циркуляційний резервуар 3, з якого частина надлишкової води йде у водостік і каналізацію, а інша частина знову надходить в відцентрові насоси для харчування голкофільтрів.

Занурення ежекторних голкофільтрів відбувається при підмиву води, що надходить через кульовий клапан 8. При великій глибині, а також несприятливих геологічних умовах бурять спеціальні свердловини, в які вставляють іглофільтри.

На будівництві застосовуються ежекторні установки типу ЕЙ. У комплект установки входять від 16 до 36 голкофільтрів, високо- і низьконапірних насоси з електродвигунами, розподільний трубопровід і циркуляційний бак. Ежекторні голкофільтрові установки застосовуються для водозниження при розробці грунту котлованів і траншей глибиною до 10-12 м.

Мал. 87. Схема роботи легкої голкофільтрових установки:
1 - насосний агрегат; 2 - голкофільтр; 3 - колектор; 4 - фільтрова частина голкофільтра УГВ - рівень грунтових вод

Мал. 88. Схема дії ежекторного голкофільтра

Вакуумний метод водозниження. Метод заснований на створенні стійкого вакууму на зовнішніх поверхнях водоприймальних пристроїв (фільтрових ділянках труб). Вакуумирование водонасичених грунтів застосовують для посилення ефекту водозниження в складних гідрогеологічних умовах - в грунтах з коефіцієнтами фільтрації 0,05 2 м / сут, при малій водопроникності, низькою Водовіддача і неоднорідному складення грунтів, зокрема при перешаруванні водоносних і водотривких шарів.

Вакуумирование досягається застосуванням установок вакуумного водопониження УВВ зі звичайним голкофільтрами для зниження рівня ґрунтових вод до глибини 6-7 м, ежекторними вакуумними водопоніжающіе установками ЕВВУ з вакуумними концентричними свердловинами, що дозволяють вести врдополіженіе до глибини 20-22 м в переслаивающихся водоносних і водотривких грунтах, і установками забійного водозниження УЗВМ, призначеними для осушення дрібних і пилуватих пісків в привибійній зоні при відкритому і закритому способах робіт.

В установках УВВ для створення в порожнині всмоктуючого колектора стійкого вакууму використовується водоповітряний ежектор, що активізує в основному воду, яка виділяється з по-довоздушной суміші, що надходить з голкофільтрів. Вода відкачується Водоводяні ежектором. Обидва ежектора харчуються робочої водою, що надходить до них від відцентрового насоса. Для забезпечення стійкої роботи кожен з ежекторів може приймати на себе функції іншої.

Ежекторні вакуумні водопоніжающіе установки з вакуумними концентричними свердловинами відрізняється від звичайних установок з ежекторними голкофільтрами конструкцією свердловин.

Установка забійного водозниження, що працює на принципі вакуумного водопониження (рис. 89) при проходці тунелю щитовим способом дозволяє долати ділянки зі складними гідрогеологічними умовами.

Глибинне водозниження. Цей спосіб заснований на відкачування води з водоносних шарів за допомогою глибинних відцентрових насосів, що встановлюються в водопонижающих свердловинах, пробурених навколо майбутньої підземної виробки. У свердловини опускають трубчасті фільтри на рівень водоносного горизонту, і потім бурові обсадні труби витягають з грунту, при цьому створюється безпосередній контакт фільтра з навколишнім його грунтом. В результаті відкачування води зі свердловини глибинним насосом утворюється депрессионная воронка, усередині якої грунти в значній мірі осушуються. Глибинне водозниження застосовують при відкачці води з глибин більше 20 м.

Мал. 89. Розташування установки забійного вакуумного водопониження при спорудженні перегінного тунелю метрополітену:
1 - іглофільтри; 2 - дерев'яне кріплення грудей вибою; 3 - важіль для укладання тюбінгів; 4 - тюбінгоукладчік; 5 - тюбінгового оброблення тунелю; 6 - манометр; 7 - вакуумметр; 8 - водоструминний насос; 9 - манометр; 10 - циркуляційний бак; 11 - дефлектор; 12 - скидає рукав; 13 - відцентровий насос; 14 - електродвигун; 15 - гнучкий з'єднувальний рукав; 16 - нарощується ланка колектора; 17 - відкатні шляху; 18 - домкрат для пересування тюбінгоукладчнка; 19 - колектор; 20 - породонавантажувальна машина; 21 - пересувне ланка шляху