Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Строительство тоннелей и метрополитенов Минимаркер Способ искусственного водопонижения

Способ искусственного водопонижения

Страница 3 из 6

При пересечении трассой тоннеля водоносных грунтов для осушения участка на время производства работ по сооружению тоннеля применяют искусственное водопонижение.

Сущность способа заключается в непрерывной и интенсивной откачке воды из грунтового массива через систему скважин. В результате поверхность грунтовой воды снижается к месту откачки и образует депрессионную поверхность. Вокруг одной скважины эта поверхность имеет форму воронки и называется депрессионной воронкой. Если скважины расположить с определенным интервалом так, чтобы «стенки» воронок пересеклись, то уровень воды на месте сооружения тоннеля можно снизить. В результате грунты осушаются, что позволяет вести работы в относительно благоприятных условиях. Понижать уровень грунтовых вод таким образом эффективно в песчаных, гравийно-галечных и трещиноватых скальных грунтах. Эффективность водопонижения зависит от того, насколько быстро грунт может отдавать воду или, другими словами, насколько он проницаем для воды. Степень водопроницаемости грунта характеризуется коэффициентом фильтрации, который определяют как среднюю скорость движения воды по порам или трещинам в грунте под действием собственного веса (метров в сутки). Например, крупнозернистый песок имеет коэффициент фильтрации 20–50 м/сут, мелкозернистый песок – 1–5 м/сут, а глина – 10–7 м/сут.

При проектировании водопонизительных работ необходимо знать, что их проведение приводит к уплотнению грунтов и нарушению их природных свойств в основании существующих зданий и сооружений, расположенных вблизи зоны водопонижения; повышает инфильтрацию поверхностных вод в грунт водотоки и водоемы, служившие до начала строительства дренажом для грунтовых вод, могут стать для них дополнительным источником питания. Поэтому при выборе вида и схемы водопонижения, технических средств и размеров осушаемой зоны следует всесторонне проанализировать и правильно оценить возможные изменения природной обстановки в районе сооружения тоннеля.

В зависимости от способа сооружения тоннеля (открытый или закрытый) и глубины его заложения возможны три основные схемы водопонижения: водопонижение с поверхности, водопонижение из выработки, комбинированное водопонижение.

При выборе схемы водопонижения необходимо учитывать: свойства и условия залегания грунтов, условия залегания грунтовых вод, водопроницаемость (коэффициент фильтрации) осушаемых грунтов, размеры осушаемой зоны, мощность водоносного горизонта, характеристики технических средств водопонижения.

При открытом способе сооружения тоннелей для осушения котлованов и траншей широко используют водопонижение с поверхности. Сущность его заключается в следующем. На некотором расстоянии от контура вокруг будущего подземного сооружения с поверхности земли бурят систему водопонизительных скважин.

Для водопонижения с поверхности используют легкие иглофильтровые установки (ЛИУ), эжекторные иглофильтровые установки (ЭИ), установки вакуумного водопонижения (УВВ), эжекторные вакуумные водопонижающие установки (ЭВВУ) с вакуумными концентрическими скважинами (ВКС) и установки забойного водопонижения (УЗВМ).

При водопонижении легкими игло-фильтровыми установками (рис. 3.8) воду откачивают насосами (1), создающими вакуум в системе скважин с трубчатыми водоприемниками – иглофильтрами (2), через которые грунтовая вода, поступая в коллектор (4), откачивается за пределы осушаемого участка. Иглофильтр представляет собой колонку из труб, оканчивающуюся фильтровым звеном (3). Общая длина иглофильтра достигает 8,5 м. Легкие иглофильтровые установки применяют для понижения уровня подземных вод на 4–5 м в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации от 1 до 40 м/сут. Для понижения уровня грунтовых вод на глубину более 5 м водопонижение ведут ступенями с применением ярусных водопонизительных систем, располагая иглофильтры на двух или нескольких уступах в откосах котлована. Иглофильтры присоединяют к коллектору, входящему в состав комплекса установки, с расстоянием 0,75 или 1,5 м.

Схема осушения котлована легкой иглофильтровой установкой

Рис. 3.8 – Схема осушения котлована легкой иглофильтровой установкой

Принцип действия эжекторного иглофильтра основан на создании вакуума непосредственно в колонке струей воды, нагнетаемой центробежным насосом между наружной (надфильтровой) и внутренней (водоприемной) трубами иглофильтра. Струя рабочей воды, нагнетаемой насосом, выходит из насадки с большой скоростью, создает разряжение в колонке и увлекает грунтовую воду, поступающую в фильтровое звено из окружающего грунта. При такой системе скорость движения воды в грунте возрастает, так как на нее воздействуют не только гравитационные силы, но и вакуум, создающий эффект подсоса. За счет этого появляется возможность осушения грунтов с небольшим коэффициентом фильтрации (0,1–10 м/сут), а глубина водопонижения достигает 20 м. В отечественной практике используют три типа эжекторных иглофильтровых установок: ЭИ-2,5, ЭИ-4 и ЭИ-6, различающиеся диаметром фильтров.

Для водопонижения в мелкозернистых пылеватых и глинистых песках, супесях, легких суглинках, илах и лёссах с коэффициентом фильтрации 0,5–2 м/сут на глубину 6–7 м могут быть использованы установки типа УВВ. Установка оборудована обычными иглофильтрами, но при погружении их в грунт обязательно устраивают обсыпку из чистого крупнозернистого песка. Вода отсасывается через иглофильтр благодаря устойчивому вакууму, который создается в полости всасывающего коллектора с помощью водовоздушного эжектора.

Для осушения массивов с неоднородным грунтом, т. е. при переслаивании грунтов разной водопроницаемости, используют эжекторные вакуумные установки (ЭВВУ). Водоприемник установки опускают в предварительно пробуренную скважину большого диаметра. Пространство между водоприемником и стенками скважины на всю высоту водоносных грунтов заполняют песчано-гравийной смесью, а выше водоносных грунтов уплотняют глиной. Вакуум, создаваемый эжекторным иглофильтром, распространяется по всей высоте водоприемника. Это позволяет отводить воду одновременно из всех водоносных прослоек прорезаемой фильтром толщи.

При необходимости понизить уровень грунтовых вод с поверхности на значительную глубину (от 5 до 20 м) в грунтах с коэффициентом фильтрации более 50 м/сут, а также на глубине более 20 м используют водопонижающие скважины большого диаметра, в которые опускают глубинные насосы. Скважины диаметром 325–425 мм бурят по контуру будущего котлована на расстоянии 5–15 м одна от другой и опускают в них трубчатые фильтры и специальные глубинные насосы, работающие под водой. Такой прием водопонижения целесообразен в условиях тесной городской застройки и наличия большого количества подземных коммуникаций, когда расположить плотные ряды иглофильтров крайне затруднительно.

В некоторых случаях большое расстояние между скважинами не позволяет осушить грунты вблизи дна котлована или вблизи водоупора. Тогда одновременно с общим водопонижением скважинами необходимо использовать установки забойного водопонижения типа УЗВМ (рис. 3.9). Такая установка предназначена для осушения мелких и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации от 0,1 до 2 м/сут. Центробежный насос (1) установки вместе с циркуляционным баком (9) монтируют на поверхности вне зоны ведения строительных работ, а водоструйный насос (2), водосборный коллектор (3) и иглофильтры (6), имеющие сравнительно небольшие габаритные размеры, размещают в котловане. При одновременной работе водопонижающих скважин (8) и иглофильтров (6) уровень (7) грунтовой воды опускается до уровня (5), т. е. ниже отметки дна котлована (4).

Схема осушения котлована водопонижающими скважинами и УЗВМ

Рис. 3.9 – Схема осушения котлована водопонижающими скважинами и УЗВМ

При закрытом способе сооружения тоннелей на мелком заложении для осушения участков большой протяженности скважины располагают по контурной замкнутой схеме. Откачку грунтовых вод ведут непрерывно на отдельных участках,  разделенных поперечными рядами скважин. Отключение водопонизительной системы участка допускается только после возведения тоннельной обделки и окончания гидроизоляционных работ, осуществляемых на этом участке тоннеля. Технические средства водопонижения выбирают в соответствии с принципами, изложенными ранее.

При закрытом способе сооружения о контуру тоннелей на глубоком заложении для осушения забоя при меняют схему водопонижения из выработки. В этом случае водопонизительные установки могут быть смонтированы в штольнях, расположенных над водонасыщенным пластом, который пересекает трасса тоннеля, либо непосредственно в забое тоннеля – забойное водопонижение.

Сущность забойного водопониже заключается в том, что откачку воды производят через вдавленные в грунт из забоя выработки иглофильтры, в результате чего происходит осушение грунта на очередную заходку. Для забойного водопонижения применяют установки типа УЗВ (рис. 3.10) или УЗВМ (Рис. 3.11).Иглофильтры установки внедряют на 2–3 м в призабойную зону водоносных грунтов. Установка может быть смонтирована на специальной платформе, что позволяет перемещать ее вслед за продвижением забоя выработки либо на укладчике тоннельной обделки.

Схема забойного водопонижения с применением установки УЗВ

Рис. 3.10 – Схема забойного водопонижения с применением установки УЗВ: 1 – иглофильтры; 2 – водосборный коллектор; 3 – всасывающий рукав; 4 – насосный агрегат

В некоторых случаях поверхностное водопонижение целесообразно применить не для осушения грунтов в забое выработки, а для снижения гидростатического напора. Такая необходимость может возникнуть для предотвращения опасности прорыва плывуна через тонкую кровлю или подошву выработки. Водопонижение с поверхности при кессонной проходке на значительной глубине позволяет снизить давление воздуха в рабочей зоне тоннеля.

Схема водопонижения в лотковой части станционных тоннелей с применением установки УЗВМ

Рис. 3.11 – Схема водопонижения в лотковой части станционных тоннелей с применением установки УЗВМ: 1 – иглофильтры; 2 – иглофильтры наблюдения за уровнем грунтовых вод; 3 – коллектор; 4 – уровень грунтовых вод при работе УЗВМ

Средством снятия гидростатического напора при проходке тоннелей в водоносных грунтах являются также самоизливающиеся скважины. Такие скважины устраивают вертикальными или под небольшим углом к вертикали из подземных выработок (например, дренажных штолен, камер и т. п.). Самоизливающиеся скважины могут быть использованы в качестве дополнительного мероприятия, когда напор снимается поверхностными водопонизительными установками. Самоизливающиеся скважины применяют как в скальных, так и в нескальных грунтах. Скважины бурят из выработок специальными станками или в слабых грунтах при небольшой длине скважин вдавливают в грунт фильтровые колонки.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика