Лучевой водозабор - сложное в строительстве гидротехническое сооружение, требующее освоения технологии спечиальных работ по сооружению шахты и горизонтальному бурению скважин в водонасыщенных рыхлых грунтах.

Известны два основных метода проходки горизонтальных скважин - Л. Раннея и Г. Фельмана. Первый метод применяется преимущественно в разнозернистых песчано-галечниковых грунтах крупностью 0,5£бо50 мм и заключается в непосредственном вдавливании в водоносный пласт фильтровых труб, в голове которых имеется буровая головка, отбирающая мелкие частицы грунта. Для выноса этих частиц применяется шламовая труба (рис. 56.2). Оставшиеся крупные частицы грунта откладываются на фильтровой трубе, образуя естественный обратный фильтр.

По методу Г. Фельмана в водоносный слой из мелкозернистых песчаных, супесчаных и суглинистых грунтов вдавливается неперфо-рированная (обсадная) труба с буровой головкой. Шлам удаляется по обсадной трубе. По окончании вдавливания в обсадную трубу вставляется фильтровая, а обсадная извлекается.

Бурение ведется из сравнительно глубокой шахты в стесненных условиях при постоянном притоке в нее воды и мелких частиц грунта из шламовой трубы и уплотнений, что ослонсняет стыкование н сварку шламовых, фильтровых или обсадных труб. Большие усилия вдавливания (до 6000 кН), отклонения лучей, меняющиеся и часто непредвиденные гидрогеологические условия ограниченного по мощности водовмещающего пласта приводят к быстрому износу оборудования, к авариям и остановкам работ. Постоянный приток воды с температурой 4-8 °С создает высокую влажность н некомфортные условия труда в шахте.

Поэтому вопросы технологии сооружения шахты н проходки скважин оцределяют успех строительства лучевых водозаборов н должны тщательно прорабатываться проектными и строительными органнзциями.

56.2. Инженерно-геологические изыскания для проектирования лучевых водозаборов

Методика проведения изысканий иа воду для каптирования ее лучевыми водозаборами практически не отличается от методики разведочных работ для строительства водозабора из вертикальных скважин. Ниже приводятся дополнительные требования к изысканиям для сооружения лучевых водозаборов, данными о которых обязательно должны располагать проектанты и строители.

После окончания разведочных работ, определения запасов под земных вод и места заложения лучевого водозабора, проводятся де-i тальные изыскания на площади его расположения, в процессе которых определяется следующее:

1. Место заложения шахты водозабора. В этой точке обязательно бурится скважина большого диаметра с полным комплексом опробования (отбор проб грунтов для определения полного гранулометрического состава, пористости, угла внутреннего трения, водоотч дачи; проведение опытной откачки и т. д.). Главное внимание уделяется фильтрационным характеристикам горизонта и гранулометрическому составу водовмещающих пород.

2. Направление лучей. Бурятся скважины на расстоянии 10-15 м друг от друга и в конце луча. Скважины должны вскрывать водоносный горизонт полностью. Отбор проб грунта на гранулометрический состав производится через каждый 1 м проходки, а из пласта (горизонта), в котором предполагается заложение фильтров, - через каждые 0,5 м. Строго отмечаются глубины смены пластов, кровли и подстилающих грунтов. Все скважины должны быть пройдены до водоупора, который вскрывают на глубину 3-4 м.

Цель бурения - определить степень однородности грунта, уточнить их фильтрационные свойства с тем, чтобы заложить лучи в наиболее водопроводимом слое.

В процессе изысканий определяются: литологические особенности пород водоносного пласта, включая русловые отложения (для подрусловых водозаборов); гранулометрический состав; дополнительное сопротивление ложа реки; положение поверхности водоупора; коэффициенты фильтрации водовмещающих пород; гидрологические характеристики, а также химический состав и бактериальное загрязнение подземных и поверхностных вод.

Гранулометрический состав грунтов необходимо знать для определения влияния естественного фильтра на производительность водозабора; для определения размеров перфорации фильтровой трубы и буровой головки, которые должны исключать опасность пескования скважин в процессе эксплуатации; для оценки отклонения скважины с целью предотвращения пескования; для выбора метода проходки скважин.

После выбора высотного положения луча в интервале ±2 м от его оси по отобранным пробам строятся гранулометрические кривые состава грунтов по каждой скважине в полулогарифмическом масштабе, а также осредненные по каждому лучу. По осредненным кривым для каждого луча определяется ширина щелей в буровой головч ке и фильтровой трубе.

Для определения усилий вдавливания, а следовательно, для расчета толщины стенки и допустимой скважности луча, толщины стенки шахты, воспринимающей усилия вдавливания, мощности вдавливающего оборудования необходимо знать физико-механические свойства водонасыщенных песков (гравийно-песчаных отложений) в условиях природного их залегания, что наиболее просто, быстро, достоверно н с наименьшими затратами можно получить статическим зондированием, например установками С-832. Это позволяет оценивать свойства грунтов непрерывно на всю глубину пластов с получением диаграмм изменчивости и может значительно дополнить и уточнить данные бурения в части планового и высотного положения водовмещающего пласта и луча. Одновременно можно уменьшить число буровых скважин, оставив в качестве опорных скважины в центре шахты, в середине и в конце лучей, а в остальных точках провести зондирование.

Данные зондирования могут быть использованы также для расчета сил трения шахты при опускании колодца,

56.3. Методы сооружения водосборного колодца

Внутренний диаметр шахты принимается от 1,2-2 до 4-6 м, иногда больше, в зависимости от метода устройства горизонтальных скважин, длины их звеньев, типа водозабора и габаритов строительного и эксплуатационного оборудования.

Отметка дна водосборного колодца назначается на 1-2 м (до 3,5 м) ниже уровня заложения лучей в зависимости от размещения водоподъемного и контрольно-измерительного оборудования и оборудования для бурения.

Шахты сооружаются из железобетона (монолитного или сборного), а для шахт малого диаметра возможно применение стальных труб.

Строительство шахты можно вести способом опускного колодца, секущихся свай, траншейных стенок, вибропогружения крепи, кессонным способом й т д. Наиболее простым, надежным методом сооружения шахты при строительстве лучевых водозаборов остается метод опускного колодца - гравитационный или с применением тик-сотропной жидкости.

При проектировании и сооружении шахты должны быть учтены особенности технологии строительства лучевых водозаборов:

1. Тщательную проверку веса шахты следует проводить для обеспечения погружения его на проектную глубину без зависаний, чтобы уменьшить наплывы грунтовой массы в шахту под действием