Для чего используется вакуумное водопонижение

Принцип действия вакуумных водопонизительных установок заключается в создании на наружных поверхностях водоприемных устройств устойчивого вакуума. Вакуумирование водонасыщенных грунтов применяют для усиления эффекта водопонижения в сложных гидрогеологических условиях: при малой водопроницаемости, низкой водоотдаче и неоднородном сложении грунтов, в частности, при переслаивании водоносных и водоупорных грунтов. Вакуумное водопонижение рационально применять в грунтах, обладающих коэффициентами фильтрации от 0,01 до 2 м/сут.

Вакуумное водопонижение позволяет значительно снизить высоту остаточного слоя воды над водоупором в случае его близкого залегания от дна сооружения и уменьшает продолжительность периода развития депрессии в слабопроницаемых грунтах. При слоистом строении грунтовой толщи вакуумирование позволяет понизить уровень грунтовых вод во всех водоносных прослойках.

К вакуумным водопонизительным установкам относят установки вакуумного водопонижения (УВВ), эжекторные установки с вакуумными концентрическими скважинами (ЭВВУ), установки забойного водопонижения (УЗВ и УЗВМ).

Установки вакуумного водопонижения применяют для водопонижения в мелкозернистых пылеватых и глинистых песках, супесях, легких суглинках, илах и лессах с коэффициентом фильтрации 0,01 —

2 м/сут, плохо поддающихся осушению обычными легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ).

Установки типа УВВ дают возможность понизить уровень грунтовых вод до 7 м от поверхности.

Для понижения уровня грунтовых воде помощью установок типа УВВ в грунт погружают обычные иглофильтры, вокруг которых обязательно устраивают обсыпку. Для обсыпки используют чистый песок с диаметрами частиц от 0,5 до 2 мм.

Песчаную обсыпку в безнапорных водоносных слоях с коэффициентом фильтрации от 2 до 0,5 м/сут устраивают высотой 2,5—3,5 м от забоя скважины. В остальных случаях ее следует устраивать до поверхности земли.

В установках типа УВВ для создания в полости всасывающего коллектора устойчивого вакуума используют водовоздушный эжектор, осуществляющий откачку воздуха, который выделяется из водовоздушной смеси, поступающей из иглофильтров.

В настоящее время применяют стационарные и передвижные вакуумные установки. Большое распространение в практике водопонижения получила стационарная установка УВВ-2, принципиальная схема которой показана на рис. 7.9.

На схеме показан принцип работы установки с подсосом воздуха. Грунтовая вода и воздух поступают к звеньям иглофильтров 1. Здесь вода и воздух смешиваются и далее водовоздушная смесь через соеди-нительные трубопроводы 2 поступает во всасывающий коллектор 5, где вода и воздух вновь отделяются друг от друга. Вода собирается в нижней части коллектора, воздух — в верхней. Из коллектора вода и воздух поступают в патрубок приемного бака 3, откуда вода отбирается водоводяными 4 и 10, а воздух — водовоздушными / 1 эжекторами, работающими на воде от центробежного насоса 12.

Каждый из указанных эжекторов может, однако, откачивать не только ту фазу, на которую он рассчитан, но и смесь фаз. Так, при большом притоке воды, превышающем производительность водоводяного эжектора, часть воды поступает (вместе с воздухом) по рукаву 6 к водовоздушному эжектору, откачивающему при этом водовоздушную смесь. При среднем и малом расходе воды часть воздуха откачивается вместе с водой водоводяным эжектором. Целесообразное распределение воды и воздуха между эжекторами происходит при работе установки автоматически, без искусственной подрегулировки.

Вода и воздух, отобранные водоводяным и водовоздушным эжекторами, выбрасываются вместе с рабочей водой, полученной от центробежного насоса, в циркуляционный бак 9.

Из бака воздух уходит в атмосферу, а вода частично идет в сбросную линию 7 (через водосливную воронку 8) и частично — на питание центробежного насоса.

В комплект установки типа УВВ-2 входят всасывающая система, насосный агрегат и сбросная линия, а также электрооборудование, размещенное в специальном ящике.

Всасывающая система состоит из 50 легких иглофильтров, 50 соединительных трубопроводов и 12 звеньев всасывающего коллектора.

Каждое звено всасывающего коллектора имеет шесть штуцеров для подключения иглофильтров с помощью рукавов. Расстояние между штуцерами принято равным 0,75 м. Звенья коллектора соединяют на фланцах. Для облегчения монтажа один фланец звена коллектора выполнен подвижным.

Эжекторные установки с вакуумными концентрическими скважинами применяют при осушении слоистых грунтов разной проницаемости. Осушение супесчаных и глинистых грунтов, переслаивающихся

песчаными прослойками, иглофильтровыми или эжекторными установками возможно только при многоярусном расположении иглофильтров, что значительно увеличивает сроки водо-понижения и стоимость работ. В этих условиях более целесообразно использование вакуумных концентрических скважин, которые позволяют осуществлять откачку воды из всех слоев грунта одновременно.

Конструкция вакуумной концентрической скважины показана на рис. 7.10. Она состоит из вакуумного водоприемника /, который установлен в заранее пробуренную скважину 2. Водоприемник состоит из двух ставов труб — наружного 5 и внутреннего 7, образующих концентрический зазор 6. Наружный став труб на участке водоносных пород выполнен в виде фильтровой оболочки 5, а выше, где породы не подлежат осушению, — в виде сплошной трубы. Фильтровая оболочка изготовлена из узкой профильтрованной стальной оцинкованной ленты и имеет скважность 12—15.

Внутренний став труб 7 представляет собой эжекторный иглофильтр с эжектором 4 и приемной сеткой эжектора 3. Для обеспечения фиксированного положения водоприемного устройства в скважине предусмотрены но глубине направляющие хомуты 9. Пространство между водоприемником и пробуренной скважиной на всю высоту водоносных пород заполняют песчано-гравийной смесью 8, Выше водоносных грунтов это пространство заполняют глиной 10, т. е. устраивают так называемый замок. Наличие в конструкции кольцевого зазора 6 обеспечивает распространение вакуума, создаваемого эжекторным иглофильтром, вокруг фильтровой оболочки по всей ее высоте. Все это позволяет осуществлять отвод вод из всех водоносных прослоек прорезаемой фильтром водоносной толщи. Максимальный дебит вакуумного концентрического водоприемника не должен превышать 5 м:}/ч, в противном случае эжектор не развивает вакуума.

Установки забойного водопонижения применяют при строительстве горизонтальных и наклонных подземных сооружений и проведении горных выработок в обводненных, слабоустойчивых породах с малыми коэффициентами фильтрации от 3 до 0,01 м/сут.

Сущность забойного водопонижения заключается в том, что непосредственно из забоя и по контуру выработки через скважины (рис. 7.11)

осуществляют откачку воды, в результате чего происходит осушение грунта (пород) в месте проведения выработки.

Для забойного водопонижения применяют установки типа УЗВ (УЗВ-1, УЗВ-2, УЗВ-З), УЗВМ (УЗВМ-2, УЗВМ-З) и УВВ. Эти установки имеют аналогичную компоновочную схему и отличаются конструкцией отдельных узлов, геометрическими и рабочими параметрами, массой и основными размерами. Установки имеют набор иглофильтровых труб и насосный агрегат. Фильтровые звенья обладают конструкцией, аналогичной фильтрам, которыми комплектуют установки типа ЛИУ.

Основным узлом насосного агрегата указанных установок является водоструйный насос, создающий вакуум в группе иглофильтров, размещенных в обводненных породах забоя выработки.