книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства
.pdfвозможно, на другие альтернативные способы строительства подземных сооружений ,в обводненных грунтах.
2.8. РАСЧЕТ ВОДОПОНИЗИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
При расчете водопонизительных установок определяют: по нижение уровня подземных врд в расчетных точках, в том чис ле и в водопонизительных устройствах в различные сроки строительства; общий приток воды ко всей водопонизительнрй системе и отдельным скважинам в различные периоды време ни; число и размещение водопонижающих скважин; остаточ ный приток воды к строительной площадке. В необходимых случаях расчетами определяют время достижения требуемого понижения уровня грунтовых вод.
Для расчета параметров водопонижения необходимо знать ряд исходных данных, характеризующих водоносные породы, в частности: коэффициент фильтраций k, коэффициент водоот дачи грунтов р, коэффициент пьезопроводности (или уровнепроводности) а.
При водопонижении в водоносных породах из нескольких пластов, имеющих различные коэффициенты фильтрации, для расчета принимают средневзвешенное расчетное значение
коэффициента фильтрации по формуле |
|
||
^ |
4- |
4~ • • • Ч~ knhn |
/2 j\ |
|
fti 4* |
4* • »• 4- ftn |
|
|
Формула |
(2.1) применима в случае, |
когда фильтрация про |
исходит параллельно пластам. Если поток фильтрации направ лен нормально к пластам, то применяют формулу
|
fti Ч~ ft24- — 4~ ftn |
( 2. 2) |
||
ftl/k] 4" ft2/^2'4" • • • + |
ftn/ftn |
|||
|
||||
где ki |
и hi — соответственно коэффициент фильтрации и мощ |
|||
ность |
первого пласта; |
k2 и h2, kn и hn — то же, второго и «-го |
||
пластов.
Значения коэффициентов водоотдачи грунтов р и пьезопро водности а определяют на основании опытных полевых работ. При их отсутствии ориентировочное значение р и а можно оп
ределить по табл. 2.1. |
установок необходимо |
При расчете водопонизительных |
|
знать радиус их влияния R, который может быть определен по |
|
формулам: |
|
для плоского безнапорного потока |
|
Я = УЗЯ&/р; |
(2.3) |
101
Грунты |
а, |
м2/сут |
it |
|
|
|
Глинистые грунты (суглинки) |
20— 800 |
0 ,0 5 |
— 0,1 |
|||
Пылеватые пески, супеси |
100— 1000 |
0 ,1 — |
0 |
,1 5 |
||
Мелкие пески |
( 0 ,2 5 - |
1 ,2 5 ) 104 |
0 ,1 5 — |
0 |
,2 |
|
Пески средней крупности и гравели |
|
|
|
|
|
|
стые |
(0 ,1 5 |
— 1) 10в |
0 ,2 — |
0 |
,3 |
|
Галечно-гравелистые отложения |
( 0 , 5 |
- 1 ) 10е |
0 ,2 — 0 |
,3 5 |
||
Скальные грунты |
(1 — 8) Ю7 |
|
— |
|
|
|
для плоского напорного потока |
|
|
|||||
Я = |
1,5 Vât\ |
|
|
|
|
(2.4) |
|
для радиального безнапорного потока |
|
|
|||||
R. = |
-J/ |
Л а + |
j (Я + 0 ,5 S) t ; |
|
|
(2.5) |
|
для радиального напорного потока |
|
|
|||||
Я = у ж + Ш |
, |
|
|
|
[(2.6) |
||
где |
Н — напор грунтовых |
вод, |
м; t — время откачки, |
которое |
|||
при |
расчете |
иглофильтровых установок |
принимают |
равным |
|||
5 сут; |
А — приведенный радиус |
водопонизительной |
установ |
||||
ки, м; |
5 — требуемое понижение уровня грунтовых вод на.рас |
||||||
стоянии х от центра контурной установки, м. |
|
||||||
Расчетные |
методы разработаны в основном для линейного |
||||||
и контурного |
(по кругу) |
расположения |
водопонизительных |
||||
устройств. В связи с этим при водопониженйи на участках, где водопонизительные устройства расположены по другой схеме, их рассчитывают по формулам, справедливым для кругового расположения водопонижающих скважин. При этомучасток, на котором должна быть запроектирована водопонизительная установка, приводится к кругу радиусом А, т. е. фактический
участок |
площадью.F и периметром Р заменяется равновеликим |
кругом. |
Для этого используют следующие формулы пересчета: |
для |
участка, имеющего форму вытянутого прямоугольника, |
Л = 0 ,2 5 л (1 + В ) |
(2.7) |
при £ /В > 1 0 Л —0,251; для водопони'зительной установки, расположенной по кон
туру, близкому к- кругу,
А = У Ш \ |
(2 . 8) |
для установки в форме неправильного в плане многоуголь ника
A = у''/у;3 . . . г„ |
|
|
|
|
|
|
|
(2.9) |
В формулах |
(2.7) — (2.9) г\ — коэффициент, |
зависящий от |
||||||
отношения В/L, значения которого даны ниже. |
|
|
|
|
||||
ВЦ |
. 0 ,0 5 |
0,1 |
0 ,2 |
0 , 3 |
0 ,4 |
|
0,5 . |
^ 0 , 6 |
Т1 |
1,05 |
1,08 |
1,12 |
1,44 |
1,16 |
1,174 |
1,18 |
|
L и В — соответственно длина |
и ширина |
|
прямоугольни |
|||||
ка, м; п — число |
вершин |
многоугольника; ги |
|
..., гп — соот |
||||
ветственно расстояния от вершины многоугольника до центра его тяжести, м.
Расчет иглофильтровых установок сводится к определению требуемого числа насосных агрегатов, расстояния между игло фильтрами и глубины их погружения для достижения заданно го снижения уровня грунтовых вод. Для определения этих па раметров необходимо решить совместно два уравнения, одно из которых характеризует условия движения воды в самой иг
лофильтровой системе, |
другое |
выражает условия |
фильтрации |
||||||||
воды в грунте. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Первое уравнение: |
|
|
|
|
|
|
|||||
Sc= ffH- h DC,+ i |
|
+1,34 • 10-W |
„ • |
|
|
(2.10) |
|||||
Второе уравнение: |
|
|
|
|
|
|
|||||
для линейной водопонизительной системы |
|
|
|||||||||
So |
Я —5 |
R+ 2аФт' |
|
|
|
|
|
(2. 11) |
|||
|
R -x |
|
|
|
|
|
|
||||
для контурной водопонизительной системы |
|
|
|||||||||
So |
t f - S ( l |
+ |
2я Фт' |
\ |
|
|
|
(2 . 12) |
|||
rty/t„ In R/A ) » |
|
|
|
||||||||
где |
5 С—'высота |
от |
водоупора |
до |
сниженного уровня' |
воды у |
|||||
расчетного |
|
(среднего |
в |
пределах наиболее длинной ветви сек |
|||||||
ции) |
иглофильтра, |
м; |
Я н — высота |
расположения |
оси |
насоса |
|||||
над водоупором, |
м; |
Лвс— расчетная |
вакуумметрическая |
высота |
|||||||
всасывания . насоса |
(для |
установок |
ЛИУ принимается |
не бо |
|||||||
лее 6 м) ; | — величина, зависящая от срока службы иглофильт-
ровой.установки |
на рассматриваемом |
объекте (колеблется в |
|
пределах 0,3—0,5 |
м-1); QH— «одопритоК к |
одной установке, |
|
м3/сут; ko — коэффициент фильтрации |
грунта |
в прйфильтро- |
|
вой зоне или песчано-гравийной обсыпке (для гравийно-песча ной обсыпки ko принимается в пределах 15—25 м/сут); па—
ЮЗ
Рис. 2.24. График для определения ко эффициента ф
число иглофильтров в установке; <р — коэффициент потерь на пора во всасывающей системе установки, сут2/м. Зависит от расстояния между иглофильтрами 2о и длины наибольшей вет
ви всасывающего |
коллектора /в и может |
быть определен |
из |
|
графика рис. 2.24; |
2о — расстояние |
между |
иглофильтрами, |
м; |
Ф — коэффициент |
фильтрационного |
сопротивления, м-1. |
|
|
Для стандартных фильтровых звеньев диаметром 0,07 м и длиной водоприемной части 0,8 м числовые значения Ф в за висимости от расстояния между фильтрами принимаются рав ными:
|
2а, м |
0,75 |
1,5 |
2,25 |
3 |
|
|
|
|
|
Ф,- м—‘ |
1 |
|
0 ,8 |
0 ,7 |
0,65 |
|
|
|
т' — высота потока на линии иглофильтров |
(при напорном по |
||||||||
токе т'=т, при безнапорном |
т=Н —5 ), м; т.— мощность на |
||||||||
порного |
пласта, “М; пу— число |
иглофильтровых |
установок; |
R — |
|||||
радиус |
влияния установки |
'( м) |
определяют |
по |
формулам |
||||
(2.3) — (2.6); А — приведенный |
радиус |
водопонизительной |
уста |
||||||
новки, принимаемый для линейных установок |
Л = 0, |
для |
кон |
||||||
турных |
определяют по формулам |
(2.7) — (2.9). |
|
|
|
||||
Водоприток к одной установке |
|
|
|
|
|
|
|||
QB = Qlny, |
|
|
|
|
|
|
|
(2.13 |
|
где Q— приток воды ко всем иглофильтровым установкам, ра ботающим на объекте, м3/сут.
Q определяется по формуле притока воды в глубокий и уз кий канал
Q= ^ III
где LH— общая длина иглофильтровой линии, м; q — удельный приток (приток к 1 м длины линейной установки), м3/сут.
Величина q зависит от режима движения подземных вод и определяется по формулам:
при напорном движении подземных вод
q = 2km (H—2Л)//.Х;
при безнапорном движении подземных вод
q= k{H *-Z\)ILt,
где |
Zn— H— ( 5 + 1 ) — уровень |
воды |
в воображаемом канале; |
L\ |
и La — дальность влияния |
иглофильтровой установки при |
|
напорном и безнапорном движениях |
подземных вод. |
||
Li= l / |
km |
-, |
|
|
|
|
v k^mx+ ft2/m2 |
|
|
|
|
||
где k и m — соответственно коэффициент |
фильтрации' (м/сут) |
|||||
и мощность |
водоносного' |
пласта, |
м; |
kt и |
т.\— соответственно |
|
коэффициент .фильтрации |
(м/сут) |
и мощность пород, лежащих |
||||
выше водоносного |
горизонта, м; |
k2 и т2— соответственно ко |
||||
эффициент фильтрации и мощность |
пласта ниже водоносного |
|||||
горизонта. |
|
|
|
|
|
|
Значения ki и k2 могут приниматься для супесей в преде |
||||||
лах 0,5—0,1 м/сут, для суглинков |
0,1—0,01 м/сут, для глин |
|||||
0,01—0,001 м/сут. |
|
|
|
|
|
|
L2=V ш щ
Общий приток к кольцевым водопонизительным установкам определяют по формулам:
при напорном движении подземных вод
л(H — Z„ ) .
Ч ~ |
In { R / А) |
’ |
при безнапорном движении подземных вод
^jtfe (Н2— z\)
^ |
In (R/ A) |
’ |
где |
|
|
Za = H - S . |
|
|
Зная |
общий |
приток к водопонизительным установкам Q, |
общую длину иглофильтрового коллектора Рк и удельный при
ток q, |
по номограмме |
(рис. 2.25) находят длину коллектора |
од |
||
ного |
агрегата /к, а |
следовательно, число установок |
(насосов) |
||
в системе и приток |
к |
одной установке (к одному |
насосу) |
по |
|
формуле (2.13).
В дальнейшем последовательно задаются значениями шага иглофильтров (2о=0,75; 1,5 и 2,25 м), определяют число игло-
фильтров И„ И приток ВОДЫ К одному иглофильтру <7пр, который t не должен превосходить допускаемого, определенного из гра фика (рис. 2.26).
Для каждого значения /ги, которому соответствует приток к одному иглофильтру, не превосходящий предельно допускаемо-
Рис. |
2 .25. |
Н омограмм а |
для оп |
Рис. 2.26. Зави си м ость предельно допу |
|
ределения |
предельной |
длины |
стимого притока к одном у иглофильтру |
||
всасы ваю щ его |
коллектора* на |
от коэффициента фильтрации водонос |
|||
один |
насосный |
агрегат |
у с т а |
ного слоя К |
|
новки |
Л И У -б |
|
|
|
|
Рис. |
2.27. Граф ическое |
определение 5 С и 2 а : |
/ — по |
формуле (2.11) или |
(2.12); 2 —' по формуле |
(2. 10)
го, вычисляют значения 5 С по формуле (2.11) или (2.12) и строят график значения Sc.=f(nH). Аналогичное построение вы полняют и по формуле (2.10). Получают две кривые (рис. 2.27), в пересечении которых определяются требуемые значения Sc и 2о, а следовательно, и число иглофильтров.
После определения Sc рассчитывают полную глубину по гружения иглофильтров /„ из зависимости
+
где /ф — длина фильтрового звена с наконечником, равная стан дартному иглофильтру, -у- 1,-2 м.
Основные параметры вакуумной водопонизительной систе мы с установками УВВ-2 определяют по методике, принятой для расчета иглофильтровых водопонизительных систем с уче том более высокого вакуума во всасывающем коллекторе.
Высоту всасывания Лвс принимают равной 9—В,5 м при водопонижении в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут и . равной 8,5—8 м в грунтах с коэффициентом фильт рации 1—2 м/сут.
Расчеты линейных эжекторных иглофильтровых установок й систем водопонизительных скважин включают в себя опредёление дебита одной скважины Qc; сниженный уровень на расстоянии х от линии эжекторных, иглофильтров Нх при од
норядном расположении скважин |
(рис. 2.28, а) |
или снижен |
|
ный уровень в центре сооружения |
hK при двухрядной |
схеме |
|
расположения эжекторных иглофильтров (рис. 2.28,6). |
Исхо |
||
дя из вышеназванных параметров, |
подбирают |
оборудование |
|
для водопонижения. |
1 |
|
|
Расчет осуществляют ' в следующей последовательности. |
|||
Задают необходимое понижение |
уровня грунтовых |
вод в |
|
центре установки S с учетом осушения грунтов на 0,5—1 |
м ни- |
||
Рис. |
2.28, Расчетная схема при однорядном и при двухрядном располож е |
нии |
иглофильтров: |
/ — неподвижный уровень вод;' 2 —пониженный уровень воды; 3 — иглофильтр
же основания выработки, iîo данным k, S и Н определяют ра диус действия установки по одной из формул (2.3)— (2.6). Зна чения дебита одной скважины Qc и понижение уровня грунто вых вод на линии расположения скважин Лл (эжекторных иг лофильтров) определяют путем совместного решения системы уравнений:
при безнапорном движении подземных вод
Q0=2qo
h \ = hc2 -\— |
k |
0,73 lg ~ ~ |
[ ; |
|
||
|
|
|
JIUQ |
( |
|
|
|
при напорном движении подземных вод |
|
||||
Qc == 2q'a |
|
|
2а |
|
|
|
K = K + ^ J 3 \ t |
|
|
||||
|
|
|
|
ndc |
|
|
где |
q=k(H2—НЛ2)[Я', q'—2km(H—hn)!R\ 2о — расстояние меж |
|||||
ду |
скважинами, м; |
hc — проектное понижение уровня |
воды в |
|||
скважине, м; dc — диаметр водопонижающей скважины |
(фильт |
|||||
ра), м. |
|
|
|
|
|
|
|
При однорядном расположении скважин величину Нх опре |
|||||
деляют по формулам: |
|
|
||||
|
при безнапорном движении подземных вод |
|
||||
Hx= V ( x l R ) { W - h \ ) + h \ ;
при напорном движении подземных вод
Нх = {хШ ){Н -К)+Ьл.
При расположении эжекторных иглофильтров с двух сто рон тоннеля сниженный уровень в центре его определяют по формулам:
при безнапорном движении подземных вод
К = V H 2~(q/k)R\
при напорном движении подземных вод
Глубина погружения эжекторного иглофильтра
К—Hi—Ас+ 1.
Расчет эжекторных водоподъемников сводится к определе нию подачи рабочей воды qp (л/с), ее напора на входе в эжек-
тор ftp (м), а также подачи рабочего насоса QP (л/с) и разви ваемого им напора # р (,м).
Указанные величины
ftp= 3 (Яп + Я„) +0,2qpHп;
Qp = 7р^и> #р = йр+ Aft,
rb,e do — диаметр сопла эжектора, см; Ни — расстояние по вер тикали от сопла эжектора до точки излива, м; Я в — величина вакуума, принимаемая для грунтов с /е< 1 м/сут .равной 9—8 м и 8—7 м для грунтов с f t ^ l —2 м/сут; Ah — общие потери на
пора в |
напорных трубопроводах |
водопонизительной установ |
|
ки, м; п,| — число иглофильтров. |
ЭИ-2,5 со стандартной на |
||
Для |
эжекторных |
иглофильтров |
|
садкой |
с диаметром |
сопла d0 = 0,7 см величины qp и ftp можно |
|
определять по номограмме, показанной на рис. 2.29.
Расчет кольцевых водопоиизительных установок ери строи тельстве стволов шахт сводится к следующему.
Определяют радиус влияния контурной установки
RQ— R Jr r>
где г — радиус установки, м; R — радиус влияния скважины, который определяется по формулам:
для напорного горизонта
# = 2SCY Hk\
Рис. 2.29. Номограмма для опреде ления подави рабочей воды qv и ее напора lip на входе в эжектор:
i — эжектор; 2 — фильтровое звено
для безнапорного горизонта
Я = 2 ] / Ш й , или
£ = 10Scy T .
Кроме этих формул, 'значение R может быть найдено дз за висимостей (2.5) и (2.6).
Зная R и Ro, определяют дебит отдельных водопонижающих скважин Qc и суммарный дебит всей водопонизительной уста новки Q.'
При напорных водах, находящихся в однородном пласте, де бит одиночной водопонижающей скважины
kmS0 |
(2.14) |
Q'с = 2,73 |
|
Ig Я — Ig rc |
* |
где rc — радиус водопонижающей скважины, м.
Понижение уровня воды в скважинах Sc при полном пере сечении ими водоносного горизонта принимают' равным высо те столба воды в водоносном горизонте над нижним водоулором.
Вслучае, когда скважины не полностью пересекают водо носный горизонт, понижение уровня воды в них может быть принято равным половине вскрытой мощности пласта плюс гидростатический напор.
Вбезнапорных водах, приуроченных к однородному плас ту, дебит скважины
Q = |
1,36ÆSC (2tf — Se) |
(2.15) |
|
lg f l o - l g rc
В том случае, когда работает ряд водопонижающих сква жин, дебит каждой из взаимодействующих скважин Q' опреде ляют по формулам, приведенным ниже,
Для группы из трех скважин: для напорного горизонта
_____ 2яkmSc |
ш |
4 “ ln[RV (4®*г0)] ’
для безнапорного горизонта
Q , _ nk ( 2 Я — S c ) S0
4 1п[ЯУ(4<т*гс )]
Для группы из четырех скважин: для. напорного горизонта
Q , __ 2nkmSc _
In [ R \ / ( \ / 2 ^ r c)]
ПО