Водопонижающие скважины и легкие иглофильтры.
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.).
Водопонижающие скважины бурят за пределами контура возводимых конструкций. Их расположение в плане зависит от размеров сооружения, а также от гидрогеологических характеристик грунтов и может быть: линейным (в один или несколько рядов по прямой линии, например, при проходке перегонных тоннелей), контурным (по контуру, огибающему сооружение, например, котлован, для сооружения станции метрополитена открытого способа работ), кольцевым (например, при проходке шахтных стволов), комбинированным (например, когда при широких котлованах внутри контура водопонижающих скважин располагают еще один или несколько рядов таких же скважин).
Водопонижение с помощью легких иглофильтров. Этот способ основан на создании и поддержании вакуума самовсасывающими насосами в широко разветвленной сети иглофильтров, погруженных в грунт и соединенных резиновыми шлангами с коллектором (рис. 2). Грунтовая вода засасывается через фильтры во всасывающий коллектор и откачивается насосами за пределы осушаемой площади.
Легкий иглофильтр представляет собой колонну труб диаметром 46-50 мм и длиной до 8,5 м, соединенных герметично. В нижней части колонны имеется фильтровое звено, состоящее из двух труб: наружной, имеющей по всей поверхности равномерно распределенные отверстия, и внутренней, с открытым нижним концом. Наружная труба обматывается спиралью, поверх которой натягивается фильтрационная сетка. Звено заканчивается наконечником с шаровым клапаном. Каждый иглофильтр погружают в грунт с помощью гидроподмыва, используя давление струи воды.
Одним ярусом легких иглофильтров можно понизить уровень грунтовых вод до 4,5 м. Для понижения грунтовых вод на большую глубину применяют иглофильтры, которые располагают ярусами. Легкие иглофильтровые установки типа ЛИУ используют при разработке котлованов и траншей в грунтах с коэффициентом фильтрации до 1 м/сут. [1]
Схема работы легкой иглофильтровой установки: (рис. 2)
1 - насосный агрегат; 2 - иглофильтр; 3 - коллектор; 4 - фильтровая часть иглофильтра УГВ - уровень грунтовых вод
Эжекторные иглофильтры и электроосмотическое водопонижение.
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 (рис. 3). В колонну 1 иглофильтра
опускают эжекторный водоподъемник
(эжектор) на трубе 2. Рабочая вода в
эжектор подается по кольцевому
пространству между внешней и внутренней
водоподъемной трубами. Вытекая из
насадки 6 с большой скоростью под
действием насоса 4, струя рабочей воды
вовлекает за собой в диффузор 5 воду,
поступающую в фильтровое звено 7 из
окружающих пород. Откачиваемая
иглофильтрами грунтовая вода в смеси
с рабочей водой по трубе 2 поступает в
циркуляционный резервуар 3, 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 8. При большой глубине, а также неблагоприятных геологических условиях бурят специальные скважины, в которые вставляют иглофильтры.
На строительстве применяются эжекторные установки типа ЭЙ. В комплект установки входят от 16 до 36 иглофильтров, высоко- и низконапорные насосы с электродвигателями, распределительный трубопровод и циркуляционный бак. Эжекторные иглофильтровые установки применяются для водопонижения при разработке грунта котлованов и траншей глубиной до 10-12 м.
Схема действия эжекторного иглофильтра (рис. 3)
Электроосмотический способ водопонижения применяется для илистых мелкозернистых и среднезернистых грунтов обладающих небольшой пластичностью, электрохимические изменения которых не превышают 15—20%. Эти грунты ведут себя аналогично грунтам с большим содержанием илистых частиц, расположенных к образованию плывуна, но не могут быть осушены применением метода вакуумного водопонижения. Физические основы метода. Путем изменения естественного электрокинетического напряженного состояния между молекулами и внепшим электрическим полем грунт приводится к состоянию нарушения равновесного состояния на граничном слое. Этим достигается нарушение состояния равновесия частиц грунта» которые при этом могут перейти в плывунное состояние- В результате этого возможно, что под действием капиллярных сил молекулы воды придут в движение. Движение возникнет под действием положительной поляризации жидкой фазы в направлении катода. Это движение жидкой фазы грунта называется электроосмотическим движением.
При образовании водогрунтовой суспензии, при которой частицы грунта находятся во взвешенном состоянии, частицы грунта перемещаются к аноду. Это движение называют электрофорезом. Электроосмотическое водопонижение приводит к заметному повышению прошости грунта на срез. Можно констатировать, что в местах расположения анодов несущая способность грунта значительно повышается. Это упрочнение вызывается диффузией ионов металла в грунт и происходящих электрохимических реакций. При применении алюминиевых анодов может иметь место упрочнение более рыхлых грунтов. При электролитическом разложении алюминия происходит освобождение ионов, которые в результате ионной диффузии проникают в грунт. При соответствующей длительности процесса диффузия ионов может происходить весьма далеко в грунт.
Достоверно известно, что упрочнение грунта происходит вокруг анодов за счет образования гидрооксида железа или гидрооксида алюминия которые вследствие своих аморфных свойств способствуют образованию конгломератов из частиц грунта. Образующееся соединение слабо растворимо водой и приводит к упрочнению грунта вокруг анодов.[1]