Нормы по проектированию и производству работ по искусственному понижению уровня подземных вод при сооружении тоннелей и метрополитенов

8.3. Водопонизительные установки подлежат приемке комиссией, состоящей из представителей строительной и проектной организаций, дирекции строящегося предприятия и организации производителя работ. Комиссия должна оформлять приемо-сдаточный акт, к которому прилагается исполнительная документация, а при наличии недоделок - их перечень с указанием сроков устранения.

8.4. Соответствие выполненных работ проекту (с учетом внесенных и согласованных с проектной организацией корректировок), а также исправность насосных агрегатов, коммуникаций и фильтров должны устанавливаться комиссионно осмотром водопонизительной установки и фиксироваться актами на скрытые работы.

8.5. При осмотре водопонизительной установки подлежат проверке:

плотность стыков трубопроводов и отсутствие подсосов воздуха во всасывающих коммуникациях;

соответствие расхода воды и полного напора, развиваемого насосом, его паспортным данным;

отсутствие в откачиваемой воде частиц грунта и других примесей;

соответствие качества гравия и песка для обсыпки фильтров требованиям проекта (по данным контрольного просеивания);

отсутствие утечек в трубопроводах и лотках для отвода воды;

наличие акта проверки заземления оборудования;

наличие акта проверки сопротивления изоляции оборудования.

8.6. По окончании срока предварительного водопонижения, в случае достижения проектной величины снижения уровня грунтовых вод, организация, выполняющая водопонижение, обязана сообщить строительной организации о возможности начала разработки выработок в зоне понижения уровня подземных вод.

Если проектная отметка понижения не достигнута, организация, выполняющая водопонижение, организует работу комиссии с участием представителей проектной организации, строительной организации и дирекции строящегося предприятия для решения вопросов дальнейшего производства работ.

8.7. Специализированная организация, осуществляющая водопонижение, должна в процессе производства работ составлять исполнительные графики работы водопонизительной установки с указанием изменения суммарного дебита во времени и снижения уровня подземных вод, а также продольные и поперечные разрезы с нанесением на них ежесуточного положения уровня подземных вод и указанием количества включенных в работу насосных агрегатов.

8.8. Акт на прекращение работ по водопонижению и разрешение на демонтаж водопонизительной установки должны составляться комиссией в составе представителей проектной, строительной и специализированной организаций, а также дирекции строящегося предприятия после окончания гидроизоляционных работ на строящемся объекте.

Приложение 1 Расчеты водопонижения по методу обобщенных систем 1. Общие положения

Этот метод основан на приведении большого количества скважин, более или менее равномерно расположенных вдоль трассы или на отдельных участках, к обобщенным системам - линейной, контурной или кольцевой.

Суммарный дебит обобщенных систем определяется по формуле:

,

где K - коэффициент фильтрации пласта; U - напорная функция.

Для напорных вод:

или .

Для безнапорных вод со свободной поверхностью:

, или ,

где S - заданное понижение уровня подземных вод в характерной точке осушаемого контура к концу времени t; т - мощность водоносного слоя в м; Н_e и h_e - соответственно первоначальный напор и первоначальная высота столба воды до водоупора в этой точке; H и h - соответственно напор и высота столба воды до водоупора в той же точке в момент времени t.

Функция N характеризует гидравлическое сопротивление, зависящее от расположения систем скважин, условий на границах водоносного пласта, коэффициента пьезопроводности (уровнепроводности) и продолжительности откачки.

Полное понижение уровня воды в скважинах выразится суммой:

,

где S - понижение уровня, обусловленное действием обобщенной системы; - дополнительное понижение уровня в самой скважине за счет деформации депрессионной поверхности вблизи скважины.

Соответственно полное гидравлическое сопротивление может быть представлено в виде двух слагаемых:

,

где N_в - внешнее сопротивление, испытываемое потоком при движении к обобщенным системам скважин; N_скв - внутреннее сопротивление, зависящее от расстановки скважин внутри системы.

Внешнее сопротивление N_в обозначается: для линейного ряда скважин N_л, для кольцевой системы N_кр и для площадной N_пл.

При заданной величине понижения S в характерной точке осушаемого контура на момент времени t, Q_сум и S_скв определяется путем ряда расчетов, обеспечивающих последовательное приближение к наиболее рациональной схеме расположения и режиму эксплуатации скважин.

При расчетах допускается, что:

пласт является однородным или приведенным к однородному путем осреднения коэффициента фильтрации;

суммарный дебит системы скважин в течение всего срока предварительного водопонижения, т.е. достижения в рассматриваемой точке заданного понижения S, поддерживается постоянным.

2. Системы скважин в безграничном пласте

2.1. Линейная система скважин

При размещении ряда п скважин на линии длиной 2l (рис. П.1.1) с расходом каждой из них Q и суммарным расходом всех скважин Q_сум гидравлическое coпротивление N_л определяется по графику (рис. П.1.2) и зависимости от ln  и или по графику (рис. П.1.3) в зависимости от ln  и , где

; ; ;

a - коэффициент пьезопроводности (уровнепроводности).

Значения N_л по указанным графикам определяются для точек, расположенных вдоль осей x и у.

Для любой точки пласта с координатами x, y гидравлическое сопротивление определяется по формуле (по Шестакову В.М.):

,

где ; ; ; .

Для точки, находящейся в центре линейной системы скважин, при x = у = 0:

;

где E_i - интегральная показательная функция, значения которой в зависимости от приведены в табл. П.1.1, Φ - интеграл вероятности, значения которого в зависимости от приведены в графике (рис. П.1.4).

Гидравлическое сопротивление для точек, удаленных от ряда на расстояние 1,5l и более, определяется из следующей зависимости:

,

где r - расстояние точки от центра ряда, равное

.

При наличии двух и более рядов скважин расчет их взаимодействия производится с использованием тех же зависимостей, что и для одного ряда. При определении понижения в какой либо точке М (х, у) определяется влияние на эту точку каждого ряда в отдельности и полная напорная функция U находится как сумма напорных функций всех рядов

.

Рис. П.1.1. Схема линейной системы скважин в безграничном пласте

Рис. П.1.2 График функции N_л для точек, расположенных по оси у

Рис. П.1.3. График функции N_п для точек, расположенных на оси х

Рис. П.1.4. График интеграла вероятности

Таблица П.1.1. Таблица значений функции E_i (-λ)

λ

E_i (-λ)

λ

E_i (-λ)

0,00

-

2,2

-0,0372

0,01

-4,038

2,3

-0,0325

0,02

-3,355

2,4

-0,0284

0,03

-2,959

2,5

-0,0249

0,04

-2,681

2,6

-0,0219

0,05

-2,468

2,7

-0,0192

0,06

-2,295

2,8

-0,0169

0,07

-2,151

2,9

-0,0148

0,08

-2,027

3,0

-0,0130

0,09

-1,919

3,1

-0,0115

0,10

-1,823

3,2

-0,0101

0,15

-1,465

3,3

-0,89410^-2

0,20

-1,223

3,4

-0,78910^-2

0,25

-1,044

3,5

-0,69710^-2

0,30

-0,906

3,6

-0,61610^-2

0,35

-0,794

3,7

-0,54510^-2

0,40

-0,702

3,8

-0,48210^-2

0,45

-0,625

3,9

-0,42710^-2

0,50

-0,560

4,0

-0,37810^-2

0,55

-0,503

4,1

-0,33510^-2

0,60

-0,454

4,2

-0,29710^-2

0,65

-0,412

4,3

-0,26310^-2

0,70

-0,374

4,4

-0,23410^-2

0,75

-0,340

4,5

-0,20710^-2

0,80

-0,311

4,6

-0,18410^-2

0,85

-0,284

4,7

-0,16410^-2

0,90

-0,260

4,8

-0,14510^-2

0,95

-0,239

4,9

-0,12910^-2

1,00

-0,219

5,0

-0,11510^-2

1,1

-0,186

6,0

-0,36010^-3

1,2

-0,158

7,0

-0,11610^-3

1,3

-0,135

8,0

-0,37710^-4

1,4

-0,116

9,0

-0,12510^-4

1,5

-0,100

10

-0,41610^-5

1,6

-0,0863

11

-0,14010^-5

1,7

-0,0746

12

-0,47510^-6

1,8

-0,0647

13

-0,16210^-6

1,9

-0,0562

14

-0,55710^-7

2,0

-0,0489

15

-0,19210^-7

2,1

-0,0426

2.2. Кольцевая система скважин

Скважины, располагаемые по замкнутому контуру (рис. П.1.5) с расходом каждой из них Q и суммарным расходом всех скважин Q_сум, расчета R₀ используются следующие формулы:

- при расположении скважин в плане по неправильному многоугольнику (по Форхгеймеру)

,

где п - число вершин многоугольника; R₁, R₂, ..., R_n - расстояние от вершин многоугольника до центра его тяжести;

- при расположении скважин по контуру, близкому к кругу,

,

- при расположении скважин в системе, имеющей в плане вид четырехугольника при ,

;

где L - длина четырехугольника; В - ширина; Р - периметр.

При короткие ряды скважин можно не учитывать и установку рассчитывать как линейную.

Значения гидравлического сопротивления для кольцевой системы N_кр даны на графике (рис. П.1.6) в зависимости от ln  и F, где и .

В начальные моменты времени (при   3,5 или ln   1,25) минимальные значения N_кр имеет точка в центре кольцевой системы ( ), для которой .

При  > 3,5 понижения уровня во всех точках внутри кольца выравниваются.

Для расчета понижения уровня в точке вне кольца на расстоянии при  > 2 можно пользоваться формулой

2.3. Площадная система скважин

Площадь, в пределах которой расположены скважины, для расчета можно представить в виде равновеликого круга радиусом R₀ (рис. П.1.7):

,

где R - действительная площадь участка, на котором расположены скважины.

Рис. П.1.5. Схема кольцевой системы скважин

Рис. П.1.6. График функции N_кр

Рис. П.1.7. Схема обобщенной системы скважин на кривой площади

Рис. П.1.8. График функции N_пл

Гидравлическое сопротивление N_пл определяется по графику (рис. П.1.8) в зависимости от ln  и , где

.

Для центра круга

.

В центре круга при  > 2 ÷ 2,5

.

Как и в кольцевой системе, при площадную систему можно заменить единичным колодцем с тем же суммарным расходом.

3. Системы скважин в ограниченных пластах

Для расчетов ограниченных в плане пластов используется метод зеркального отображения и наложения течений. Ниже приводятся формулы (табл. П.1.2) для ограниченных в плане пластов, изображенных на рис. П.1.9, П.1.10 и П.1.11.

N - внешнее гидравлическое сопротивление для соответствующих схем при определении напорной функции в любой точке пласта; N_у - гидравлическое сопротивление для обобщенной системы скважин в безграничном пласте: для линейной системы N_у = N_л, для кольцевой N_у = N_кр, для площадной системы N_у = N_пл.

Рис. П.1.9. Схемы пластов, ограниченных контурами с одной стороны (полуограниченные пласты)

Рис. П.1.10. Схемы пластов, ограниченных двумя взаимно пересекающимися прямолинейными контурами

Рис. П.1.11. Схемы пластов, ограниченных двумя параллельными контурами

Таблица П.1.2 Формулы для ограниченных в плане пластов

№ рис.

N для любой точки М (х, у)

Радиусы-векторы для отображений (ρ_i)

Примечания

Формулы применимы при

4. Определение понижения уровней в скважинах

Внутреннее гидравлическое сопротивление в скважине N_скв, необходимое для определения понижения уровня внутри самой скважины, можно найти из следующей зависимости:

.

где ; Q - расход данной скважины; Q_cyм - суммарный расход всех взаимодействующих скважин; r_е - радиус скважины; ξ - гидравлическое сопротивление, обусловленное несовершенством скважины по степени вскрытия и определяемое по табл. П.1.3 в зависимости от длины фильтра l, мощности пласта m и радиуса скважины r_е; величины ξ_r приведены в табл. П.1.3; r_р - приведенный радиус условной области влияния данной скважины в условиях взаимодействия, определяемой в зависимости от схемы расположения скважин.

Таблица П.1.3

Значения ξ и т/r_е, при

0,5

1

3

10

30

100

200

500

1000

2000

0,05

0,00423

0,135

2,3

12,6

35,5

71,9

94

126

149

169

0,1

0,00391

0,122

2,04

10,4

24,5

43,5

54,9

70,2

81,8

93,5

0,3

0,00297

0,0908

1,29

4,79

9,2

14,3

17,7

21,8

24,9

28,2

0,5

0,00164

0,0494

0,656

2,26

4,21

6,5

7,86

9,64

11

12,4

0,7

0,000546

0,0167

0,237

0,879

1,69

2,67

3,24

4,01

4,58

5,19

0,9

0,0000482

0,0015

0,0251

0,128

0,302

0,537

0,677

0,867

1,01

1,15

Для линейной и кольцевой систем при одинаковых расстояниях между скважинами, равных 2σ,

,

а при разных расстояниях между скважинами 2σ₁ и 2σ₂ можно принимать

.

В случае площадного размещения скважин

,

где F - площадь, приходящаяся на каждую скважину.

Для безнапорных потоков (по Шестакову В.М.)

; ,

где h_е - полная мощность водоносного пласта (глубина статического уровня до водоупора); l₀ - глубина погружения нижней кромки незатопленного фильтра под статический уровень грунтовых вод; S - понижение уровня в данной точке, полученное по расчету взаимодействующей системы скважин.

Для более строгого решения систем взаимодействующих скважин следует применять электронно-вычислительные машины.

Пример расчета водопонизительной линейной системы из 10 скважин приводится по Ф.М. Бочевер, М., 1963 г., с. 45.

Рис. П.1.12. Схема линейного водозабора

В безнапорном потоке мощностью h = 15 м закладывается водозабор из 10 скважин, располагающиеся линейно (рис. П.1.12).

Расход каждой скважины Q = 7 л/сек = 605 м³/сутки, общий расход всей системы Q_сум = 7·10 = 70 л/сек = 6050 м³/сут.

Расстояния между скважинами 2σ = 80 м.

Общая длина ряда 2 = 2h· = 10·80 = 800 м.

Коэффициент фильтрации водоносного пласта K = 30 м/сутки.

Коэффициент водоотдачи μ = 0,22. Требуется определить S₀ в центре ряда (на рис. П.1.12) и S₁ на расстоянии 200 м (точка 2) в момент времени t₁ = 100 сут., t₂ = 300 сут., t₃ = 10000 сут.

Решение.

Для расчета используются формулы:

; (1)

(2)

Гидравлическое сопротивление определяется по стандартным графикам.

1) Определяется коэффициент пьезопроводности по формуле:

; м²/сут.

2) Безразмерные параметры при этом будут:

;

;

;

и .

3) Для первого момента времени (t₁ = 100 сут, ₁ = 1,38; ln ₁ = 0,32) и точке 1 в центре ряда из графика находим R₁ = 3,2).

4) по формуле (2)

; м²,

откуда согласно формуле (1)

м.

5) Таким путем сделаны расчеты для других значений t (и соответственно ) для точек 1 и 2. Результаты приводятся в табл. П.1.4.

Таблица П.1.4

t



ln 

R_n по графику

V по формуле 2

S по формуле 1

0

100

1,38

0,32

3,2

51,4

4,95

300

4,17

1,43

4,27

68,4

6,61

10000

138,7

2,62

5,44

87,2

7,89

0,5

100

1,38

0,32

1,94

31,2

2,27

300

4,17

1,43

2,94

47,2

3,54

10000

138,7

2,62

4,13

66,3

4,28

6) Определяем понижение уровня непосредственно в скважине в последний момент времени t₃ = 10000 сут. Скважина совершенна (ξ = 0), радиус ее R_e = 0,15 м. По формуле (3)

(3)

имеем

.

7) По формуле (3)

R_n = 5,44 + 0,97 = 6,41.

8) Следовательно, по формуле (2)

м²

и по формуле (1)

м.

Приложение 2 Техническая характеристика иглофильтровых установок типа ЛИУ Показатель

Величина показателя для установок

ЛИУ-6Б

ЛИУ-5А

Насос № 1

Насос № 2

Подача, м³/с