Искусственное понижение уровня грунтовых вод
Водопонижение на строительстве метрополитенов применяют при сооружении станций, тоннелей и подземных переходов, возводимых открытым способом, при проходке станционных и перегонных тоннелей закрытым способом, при строительстве стволов шахт, а также выполнении различных работ, сопутствующих сооружению тоннелей метрополитена (перекладка коммуникаций, подводка или укрепление фундаментов и др.).
Для водопонижения применяют: легкие иглофильтровые установки, эжекторные иглофильтры, установки вакуумного и забойного водопонижения, а также глубинные насосы, устанавливаемые в водопонижающие скважины,
Сущность метода водопонижения основывается на том, что при откачке грунтовых вод, поступающих в скважину, котлован или подземную выработку, поверхность воды в грунте приобретает воронкообразную форму с уклоном к месту откачки . Воронкообразную (пониженную) поверхность грунтовых вод называют депрессионной поверхностью, а пространство между этой поверхностью и непониженной поверхностью грунтового потока — депрессионной воронкой.
Водопонижение с помощью эжекторных иглофильтров. Такие иглофильтры имеют специальное устройство для подъема воды — эжектор (водоструйный насос). Одним ярусом таких эжекторных иглофильтров можно понизить уровень грунтовых вод до 18-20м в грунтах с коэффициентом фильтрации 0,5-1 м/сут.
В основу конструкции эжекторных иглофильтров положен принцип действия водоструйного насоса, в котором движущаяся с большой скоростью струя воды забирает с собой некоторое дополнительное количество воды с нижнего уровня и поднимает его на более высокий. Схема действия эжекторного иглофильтра основана на следующем. В колонну иглофильтра опускают эжекторный водоподъемник (эжектор) на трубе . Рабочая вода в эжектор подается по кольцевому пространству между внешней и внутренней водоподъемной трубами. Вытекая из насадки с большой скоростью под действием насоса , струя рабочей воды вовлекает за собой в диффузор воду, поступающую в фильтровое звено из окружающих пород. Откачиваемая иглофильтрами грунтовая вода в смеси с рабочей водой по трубе поступает в циркуляционный резервуар , из которого часть избыточной воды уходит в водосток и канализацию, а другая часть снова поступает в центробежные насосы для питания иглофильтров.
Погружение эжекторных иглофильтров происходит при подмыве воды, поступающей через шаровой клапан . При большой глубине, а также неблагоприятных геологических условиях бурят специальные скважины, в которые вставляют иглофильтры.
Вакуумный метод водопонижения. Метод основан на создании устойчивого вакуума на наружных поверхностях водоприемных устройств (фильтровых участках труб). Вакуумирование водонасыщенных грунтов применяют для усиления эффекта водопонижения в сложных гидрогеологических условиях — в грунтах с коэффициентами фильтрации 0,05— 2 м/сут, при малой водопроницаемости, низкой водоотдаче и неоднородном сложении грунтов, в частности при переслаивании водоносных и водоупорных слоев.
Вакуумирование достигается применением установок вакуумного водопонижения УВВ с обычным иглофильтром для понижения уровня грунтовых вод до глубины 6-7 м, эжекторными вакуумными водопонижающими установками ЭВВУ с вакуумными концентрическими скважинами, позволяющими вести врдополижение до глубины 20-22 м в переслаивающихся водоносных и водоупорных грунтах, и установками забойного водопонижения УЗВМ, предназначенными для осушения мелких и пылеватых песков в призабойной зоне при открытом и закрытом способах работ.
В установках УВВ для создания в полости всасывающего коллектора устойчивого вакуума используется водовоздушный эжектор, активизирующий в основном воду, которая выделяется из во-довоздушной смеси, поступающей из иглофильтров. Вода откачивается водоводяным эжектором. Оба эжектора питаются рабочей водой, поступающей к ним от центробежного насоса. Для обеспечения устойчивой работы каждый из эжекторов может принимать на себя функции другого.
Эжекторные вакуумные водопонижающие установки с вакуумными концентрическими скважинами отличается от обычных установок с эжекторными иглофильтрами конструкцией скважин.
Установка забойного водопонижения, работающая на принципе вакуумного водопонижения (рис. 89) при проходке тоннеля щитовым способом позволяет преодолевать участки со сложными гидрогеологическими условиями.
Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) применяются преимущественно для осушения песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 1,5...2 м/сут. В комплект ЛИУ входят иглофильтры (до 100 шт.), водосборный коллектор диаметром 150 мм и для обеспечения бесперебойной работы установки — два центробежных насоса, один из которых резервный
Иглофильтр представляет собой трубу диаметром 38 мм, длиной до 8,5 м , к нижнему концу которой присоединено фильтровое звено, состоящее из двух труб: внутренней, являющейся продолжением общей трубы диаметром 38 мм, и наружной, диаметром 60 мм с равномерно распределенными отверстиями для пропуска воды. Наружная труба по спирали обмотана проволокой диаметром 3 мм и покрыта фильтровой и защитной сетками. Фильтровое звено заканчивается наконечником, внутри которого размещены шаровой и кольцевой клапаны.
Иглофильтры чаще всего погружают .в грунт гидравлическим способом. Вода, нагнетаемая по внутренней трубе под давлением до 0,3 МПа, отталкивает шаровой клапан (кольцевой клапан в это же время поднимается и закрывает зазор между наружной и внутренней трубами) и, выйдя из наконечника, размывает грунт вокруг иглофильтра, вынося его частицы на поверхность. При покачивании и поворотах иглофильтр легко погружается под действием собственного веса.
Схема работы легкой иглофильтровой установки:
1 — насосный агрегат; 2 — иглофильтр; 3 — коллектор; 4 — фильтровая часть иглофильтра УГВ — уровень грунтовых вод.