Способ сооружения водоприемной части лучевого водозабора и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: продавливают из водосборной шахты в грунт обсадной трубы, вводят в нее трубу для намыва гравия. Гравий намывают по участкам и извлекают трубу. При намыве гравием заполняют все сечение обсадной трубы. Трубу для намыва извлекают из обсадной трубы одновременно с намывом по мере заполнения намываемого участка. Обсадную трубу извлекают из полностью намытого участка до половины его длины для намыва следующего участка. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано для повышения водозабора из безнапорных водоносных горизонтов с низкой проводимостью.

Известен песчано-гравийный "щелевой" водозабор и способ его устройства (Разумов Г. А. "Проектирование и строительство горизонтальных водозаборов и дренажей". М. Стройиздат, 1988, с. 28-29, табл.1.1).

Песчано-гравийный "щелевой" водозабор представляет собой плоскую песчано-гравийную стенку, образованную в слабопроницаемом грунте, в середине которой установлен водосборный колодец.

Устраивается водозабор в связных грунтах методом "стенка в грунте" путем засыпки песчано-гравийной фильтровой смеси в предварительную вскрытую "щель" или в разнозернистых песчано-гравийных грунтах путем переформирования естественного грунта с помощью подаваемых в грунт струй воды.

Недостатком данного технического решения является высокая трудоемкость сооружения водозабора и недостаточная водозахватная способность из-за невозможности создать высокопроницаемую песчано-гравийную стенку без примеси глинистых частиц и с одинаковым коэффициентом фильтрации по ее высоте.

Известен способ сооружения водозабора с кольцевой дреной путем подмыва и сортировки грунта, включающий строительство шахты с отверстиями в нижней части стены шахты, продавливания через эти отверстия в водоносный пласт радиально и горизонтально гидромониторных труб и коротких фильтровых труб с одновременной периодической подачей в гидромониторные трубы воды под давлением, извлечение гидромониторных труб (П.А. Анатольевский, Гальперин Л.В. Водозабор подземных вод, М. Стройиздат, 1965, с. 56-61, рис. 25).

Однако этот способ сооружения водозабора также отличается высокой трудоемкостью и недостаточной водозахватывающей способностью кольцевой дрены, так как при ее образовании невозможно выполнить чистую сортировку грунта, т.е. без примеси глинистых связующих включений и легких фракций грунта. Кроме того, этот способ не применим для строительства водозабора в связных грунтах и состоящих из одной фракции.

Наиболее близким техническим решением является способ бурения горизонтальных скважин и устройство для его осуществления (Анатольевский П.А. Гальперин Л.В. Водозабор подземных вод. М. Стройиздат, 1965, с. 43-45, рис. 19).

Способ бурения горизонтальных скважин включает продавливание из водозаборной шахты в грунт обсадной трубы, установку в нее фильтровой трубы, ввод в обсадную трубу трубы для намыва гравия, намыв гравия по участкам обсадной трубы вокруг фильтровой трубы с последующим извлечением трубы для намыва гравия и обсадной трубы.

Для осуществления способа используется устройство, включающее гидравлический домкрат двойного действия, обсадную трубу и трубу для намыва гравия, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения в обсадной трубе и размещенную в ее верхней части с помощью массивных дисков, смонтированных на фильтровой трубе с интервалом 1 м.

Недостатки данного технического решения в следующем.

В высокой трудоемкости работ из-за необходимости установки в обсадную трубу фильтровой трубы с размещенными на ней через каждый метр массивными дисками, и сложности намывы гравия в ограниченное пространство между обсадной и фильтровыми трубами; и в низкой эффективности водозабора из суглинистых отложений из-за малой толщины гравийной обсыпки фильтровой трубы, особенно в верхней части.

Задачей изобретения является повышение водозабора из водоносных горизонтов с низкой проводимостью и снижение трудоемкости работ.

Поставленная задача достигается в способе сооружения водоприемной части лучевого водозабора тем, что при намыве гравия заполняют все сечения обсадной трубы, причем трубу для намыва гравия извлекают из обсадной трубы одновременно с намывом по мере заполнения намываемого участка, а обсадную трубу извлекают из полностью намытого участка до половины его длины для намыва следующего участка.

В устройстве для осуществления этого способа поставленная цель достигается тем, что оно снабжено сетчатым диском с кольцевым уплотнением по внешнему контуру, труба для намыва гравия размещена в обсадной трубе коаксиально, а сетчатый диск установлен на концевом участке трубы для намыва гравия с перекрытием кольцевого зазора между ней и обсадной трубой, при этом размер ячеек сетчатого диска меньше минимального размера зерен гравия.

Заполняя при намыве гравия все сечение обсадной трубы, создают в толще слабопроницаемых отложений, например, суглинках, высокопроницаемый гравийный коллектор, эффективно дренирующий и аккумулирующий грунтовые воды, что позволяет увеличить водоотбор.

Так как труба для намыва гравия извлекается из обсадной трубы одновременно с намывом по мере заполнения намываемого участка, то обеспечивается равномерная укладка гравия с одинаковой плотностью как по сечению, так и по длине намытого участка, что исключит кольматацию гравийного коллектора после извлечения обсадной трубы и создаст условия для эффективного отбора грунтовых вод.

Извлекая обсадную трубу из полностью намытого участка до половины его длины для намыва следующего участка, создают условия предупреждающие от размыва и перемещения с грунтом ранее сформированной части гравийного коллектора.

Учитывая, что образованный гравийный коллектор имеет коэффициент фильтрации в сотни раз выше, чем окружающие его слабопроницаемые отложения, он будет выполнять и транспортировку сдренированных грунтовых вод в водосборную шахту, что исключит применение для этого фильтровых труб и значительно снизит трудоемкость работ при сооружении водозабора.

Коаксиальное размещение трубы для намыва гравия в обсадной трубе позволяет производить намыв гравия в свободное, не стесненное трубами пространство без образования при этом пустот, что снижает трудоемкость работ и позволяет сформировать гравийный коллектор сплошного сечения, обеспечивающей максимальный водоотбор грунтовых вод. Кроме того, при таком размещении трубы для намыва гравия, она легко монтируется в обсадной трубе, что также снижает трудоемкость работ.

Сетчатый диск с кольцевым уплотнением по внешнему контуру, установленный на концевом участке трубы для намыва гравия с перекрытием кольцевого зазора между ней и обсадной трубой позволяет производить намыв гравия по участкам, а при извлечении обсадной трубы из полностью намытого участка удерживать сформированный участок гравийного коллектора от разрушения без применения для этого специальных перегородок, разделяющих обсадную трубу на участки, что снижает трудоемкость работ и способствует увеличению водоотбора, так как гравийный коллектор будет иметь одинаковый размер сечения по его длине.

Поскольку размер ячеек сетчатого диска меньше минимального размера зерен гравия, а по его внешнему контуру выполнено уплотнение, то намываемый гравий будет полностью задерживаться на намываемом участке и не будет поступать за сетчатый диск в обсадную трубу. В результате процесс намыва гравия будет осуществляться без потерь гравия и без затруднения перемещения трубы для намыва гравия в обсадной трубе, что снизит трудоемкость работ.

Устройство для осуществления способа изображено на чертеже.

Устройство включает гидравлический домкрат двойного действия 1, установленный в водосборной шахте 2, трубу 3 для намывания гравия 4, коаксиально размещенную в обсадной трубе 5 и установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения в ней, сетчатый диск 6 с кольцевым уплотнением 7 по внешнему контуру, установленный на концевом участке трубы для намыва гравия с перекрытием кольцевого зазора между ней и обсадной трубой. При этом размер ячеек сетчатого диска меньше минимального размера зерен гравия.

Труба для намыва гравия оборудована также центрирующими фонарями 8.

Гидравлическим домкратом двойного действия 1 осуществляют продавливание из водосборной шахты 2 в грунт обсадной трубы 5 и извлечение ее после намыва гравия 4.

Намыв гравия выполняют по участкам путем подачи его с водой по трубе 3 и перемещения ее в направлении от конца обсадной трубы 5 к водосборной шахте 2.

Способ реализуют следующим образом.

После продавливания из водосборной шахты 2 в грунт обсадной трубы 5 на требуемую длину луча в обсадную трубу вводят трубу 3 для намыва гравия 4, коаксиально размещая ее с помощью центрирующих фонарей 8 так, чтобы сетчатый диск 6 располагался в конце обсадной трубы.

Затем по трубе 3 подают смесь воды и гравия и одновременно постепенно извлекают трубу 3 из обсадной трубы 5 по мере заполнения гравием намываемого участка. При этом гравий задерживается сетчатым диском 6 и заполняет намываемый участок, а вода через ячейки сетчатого диска поступает по обсадной трубе 5 в водосборную шахту 2, откуда откачивается насосом.

После заполнения гравием всего объема первого намываемого участка подачу гравия по трубе 3 прекращают, и, не прекращая подачи воды, извлекают обсадную трубу 5 до половины длины намытого участка гидравлическим домкратом двойного действия 1. Подачей воды при этом выравниваются давления внутри и снаружи обсадной трубы, что уменьшает уплотнение грунта вокруг образованной части гравийного коллектора и создает условия для его эффективной работы.

Затем выполняют намыв гравия на следующем участке. Для этого возобновляют подачу гравия по трубе 3 и одновременно извлекают ее из обсадной трубы 5 по мере заполнения гравием намываемого участка. Заполнив гравием весь объем участка, подачу гравия прекращает, и, не прекращая подачи воды, извлекают обсадную трубу 5 из намытого участка до половины его длины.

В такой последовательности выполняют намыв гравия на остальных участках до полного сооружения водоприемной части лучевого водозабора в виде цилиндрического гравийного коллектора.

Применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволит сооружать высокопроизводительные лучевые водозаборы из безнапорных водоносных горизонтов с низкой проводимостью, снижая при этом трудоемкость работ и расход металла.

Формула изобретения

1. Способ сооружения водоприемной части лучевого водозабора, включающий продавливание из водосборной шахты в грунт обсадной трубы, ввод в нее трубы для намыва гравия, намыв гравия по участкам и извлечения трубы для намыва гравия и обсадной трубы, отличающийся тем, что при намыве гравием заполняют все сечение обсадной трубы, трубу для намыва гравия извлекают из обсадной трубы одновременно с намывом по мере заполнения намываемого участка, а обсадную трубу извлекают из полностью намытого участка до половины его длины для намыва следующего участка.

2. Устройство сооружения водоприемной части лучевого водозабора, содержащее гидравлический домкрат двойного действия, обсадную трубу и трубу для намыва гравия, установленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения в обсадной трубе, отличающееся тем, что оно снабжено сетчатым диском с кольцевым уплотнением по внешнему контуру, труба для намыва гравия размещена в обсадной трубе коаксиально, а сетчатый диск установлен на концевом участке трубы для намыва гравия с перекрытием кольцевого зазора между ней и обсадной трубой, при этом размер ячеек сетчатого диска меньше минимального размера зерен гравия.

РИСУНКИ

Рисунок 1