Модульное иглофильтрационное звено установки водопонижения Российский патент 2023 года по МПК E02D19/10 B33Y80/00 

Изобретение относится преимущественно к водопонижению при строительстве оснований фундаментов и сооружений, в частности к иглофильтровым установкам, и может быть использовано для добычи воды в труднодоступных районах без местных водоисточников.

Известен «Иглофильтр-иньектор» (Грачев В.М., Пермяков Н.М. RU 2034111 C1, МПК E02D 3/12 (1995.01), 19.02.1995 г.). Иглофильтр-инъектор включает трубу с перфорированной подземной частью, наконечник, клапаны, расположенные по периметру трубы, винтовой тампон в виде полого цилиндра со спиральными внешними лопастями, шланги. Труба снабжена опорной шайбой. Клапаны выполнены в виде эластичного пористого сердечника, установленного внутри трубы по всей длине и перекрывающего ее перфорированную часть. Винтовой тампон размещен в устьевой части трубы и имеет опорную тарелку и резиновую прокладку для одновременного контактирования с поверхностями грунта и опорной шайбы. Эластичный пористый сердечник оперт нижней частью на наконечник, его верхняя часть расположена на 80 - 100 мм выше обреза трубы. Эластичный пористый сердечник имеет диаметр, соразмерный с внутренним диаметром трубы, и выполнен из материала, обеспечивающего под давлением прокачиваемой жидкости уменьшение объема на 50%. Эластичный пористый сердечник выполнен съемным. Внутренний диаметр полого цилиндра винтового тампона превышает внешний диаметр опорной шайбы, а его нижняя кромка имеет режущие зубья. Опорная тарелка винтового тампона обрамлена опорным кольцом и снабжена вакуумным насосом. Опорная шайба прикреплена к тросу лебедки, обеспечивающей извлечение трубы из грунта с одновременной подачей под давлением жидкости в трубу.

Известен «Иглофильтр» (Малышев Л.И. SU 604906 A1, E02D 19/10 (1974.07), 30.12.1976 г.). Иглофильтр имеет наружную трубу фильтрового звена с фильтрующей сеткой, наконечник с шаровым клапаном и седлом, в котором выполнена конусная проточка, контактирующая с конусным кольцевым срезом нижней части съемной внутренней трубы, на верхней утолщенной части которой выполнена резьба для закрепления трубы в направляющей гайке. Соединительная муфта связывает наружную трубу фильтрового звена с надфильтровой колонной труб. По надфильтровой колонне труб подается вода, которая отжимает шаровой клапан и размывает под наконечником грунт, благодаря чему иглофильтр понижается на требуемую глубину. При этом внутренняя труба, упираясь нижней частью в конусную проточку седла, препятствует проникновению воды наружу через фильтрующую сетку. После достижения требуемой глубины погружения прекращается подача поды по надфильтровой колонне труб, шаровой клапан всплывает и упирается в седло, перекрывая доступ воды в иглофильтр через наконечник. Внутренняя труба с помощью вспомогательного приспособления вращается до полного выхода резьбы из направляющей гайки и извлекается из иглофильтра, который за счет создаваемого в нем разряжения отсасывает воду из прилегающего к фильтрующей сетке грунта.

Известен «Иглофильтр вибрационный» (Райтруб М.С., Дмитров Ю.А., Губская К.В., Бубликов Е.В., Воронцов В.И. SU 757641 A1, E02D 19/10 (2006.01), 10.05.1978 г.). Иглофильтр имеет фильтр, выполненный в виде жесткого каркаса из соединенных между собой продольных стержней и колец, съемную сетку, свободно насаженную на каркас, надфильтровую колонну труб, соединенную с фильтром при помощи эластичной муфты, и виброзвено, одним концом соединенное с фильтром при помощи жесткой муфты, а другим - с конусообразным наконечником. Виброзвено состоит из корпуса, смонтированного внутри него дебалансного вибратора и двигателя. Иглофильтр перед началом погружения устанавливается вертикально, опираясь на грунт наконечником, включается вибратор виброзвена и под воздействием вибрации и прилагаемого вдавливающего усилия иглофильтр погружается в грунт на требуемую глубину. Затем внутри иглофильтра создается вакуум, благодаря которому грунтовая вода откачивается на поверхность, при этом вибратор виброзвена продолжает работать и передает колебания на сетку, что способствует устранению ее заиливания. При необходимости дополнительного погружения иглофильтра, например, вслед за продвижением забоя в горнопроходческих работах, это может быть осуществлено без прекращения откачки воды. Техническое решение данного устройства взято за прототип.

Все представленные выше устройства имеют существенные недостатки: сложность конструкции в изготовлении; невозможность варьировать высотой иглофильтрационного звена и способом заглубления для качественного водопонижения.

Задачей и техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции иглофильтра при более качественном водопонижении за счет извлечения грунтовых вод созданием разрежения методом вакуумирования.

Это достигается использованием аддитивных технологий изготовления, с применением материалов на основе полилактида - биоразлагаемого, термопластичного алифатического полиэфира, минимизирующего отрицательные экологические аспекты использования установки, позволяющих изготавливать элементы сложной геометрической формы и варьировать параметрами создаваемого образца. Модульная конструкция иглофильтрационного звена позволяет непосредственно перед процессом установки смонтировать иглофильтрационное звено необходимой длины и использовать потенциал водоносного горизонта в полном объеме, что положительно сказывается на мобильности всей установки в целом и качестве проведения работ.

На фиг. 1 представлен наконечник иглофильтрационного звена установки водопонижения, на фиг. 2 представлено основание иглофильтрационного звена установки водопонижения, на фиг. 3 представлен переходной элемент иглофильтрационного звена установки водопонижения, на фиг. 4 выполнен компоновочный чертеж иглофильтрационного звена установки водопонижения.

Иглофильтрационное звено состоит из: 1 - наконечника иглофильтрационного звена установки водопонижения, представленного в виде конуса и предназначенного для погружения вибрационным методом или методом создания предварительных лунок; 2 - основание иглофильтрационного звена установки водопонижения; 3 - переходной элемент иглофильтрационного звена установки водопонижения, необходимый для коллекторного соединения иглофильтрационных модулей.

Заявляемое иглофильтрационное звено предназначено для установки преимущественно методом предварительного бурения скважин с последующим погружением и обсыпкой крупнозернистым песком или мелким гравием. В отличие от аналогов, предлагаемое иглофильтрационное звено создано единым элементом, структурно состоящим из внешнего и внутреннего перфорированного цилиндра, имеющих общую перегородку в нижней части, разделяющую модули иглофильтрационного звена на отдельные независимые емкости.

При рабочем режиме водопонижения в применяемых конструкциях иглофильтрационных элементах присутствует возможность засорения фильтрующего элемента частицами грунта. В представленном варианте при засорении одной секции иглофильтрационного звена частицы грунта не имеют возможности перемещаться по всей длине основания иглофильтрационного звена и, следовательно, остальные секции будут работать в прежнем режиме. Фильтрующий элемент располагается в полости между перфорированными цилиндрами, что уменьшает вероятность уменьшения пропускной способности иглофильтрационного звена вследствие засорения. Использование аддитивных технологий при изготовлении секций фильтрующего звена позволяет изготавливать элементы с разной степенью перфорации как наружной, так и внутренней трубы, что положительным образом сказывается на фильтрации грунтов с различным коэффициентом фильтрации.

Система работает следующим образом.

Общеизвестен метод использования вакуумных установок понижения уровня грунтовых вод, принцип действия которых заключается в создании на водоприемных устройствах вакуума. Данный тип установок применяют для понижения грунтовых вод в мелкозернистых, пылеватых и глинистых песках, супесях, легких суглинков с коэффициентом фильтрации 0,01 - 2 м/сут. Установки вакуумного водопонижения позволяют понизить уровень грунтовых вод до 9 м от поверхности. Вакуумирование усиливает эффект водопонижения и сокращает срок образования депрессионной воронки в слабопроницаемых грунтах. Вакуумированием можно осушить и капиллярную зону насыщения воды, которая при обычных способах остается нетронутой. Для устройства водопонижения в грунт погружают иглофильтры, вокруг которых устраивают обсыпку из песка с диаметром частиц от 0,5 до 2 мм. В безнапорных слоях с коэффициентом фильтрации 2 - 0,5 м/сут высота обсыпки должна быть 2,5 - 3,5 метра от забоя скважины, в остальных случаях обсыпку необходимо выполнять до поверхности земли.

В зависимости от типа грунта и от глубины залегания водоносного горизонта применяются различные методики установки иглофильтров: гидравлическим замыванием реверсной струей воды; предварительным бурением скважин с последующим погружением и обсыпкой крупнозернистым песком или мелким гравием; вибропогружением.

Извлечение грунтовых вод созданием разрежения методом вакуумирования возможно непосредственно после погружения необходимого количества иглофильтрационных модулей и коллекторного монтажа их с вакуумным ресивером.

Предлагаемое основание иглофильтрационного звена имеет наружный цилиндр фильтрового звена, выполненный с перфорацией, фильтрующий элемент, располагающийся в пространстве между наружным и внутренним цилиндром фильтрового звена, выполненной также с перфорацией. Трубы в нижней части соединены перегородкой, придающей жесткость элементу и предотвращающей перемещению попадающих с водой частиц грунта по всей площади фильтрующего элемента игл фильтрационного звена. На концах основания иглофильтрационного звена выполнена резьба для модульного соединения элементов. Количество элементов варьируется в зависимости от заданных условий эксплуатации, что дает возможность задействовать весь водоносный горизонт для качественного процесса вакуумирования. К нижней части основания иглофильтрационного звена на резьбовое соединение монтируется наконечник конусообразной формы, увеличивающий продольную жёсткость иглофильтрационного звена и позволяющий использовать вибрационный метод заглубления. В верхнюю часть основания иглофильтрационного звена монтируется переходной элемент иглофильтрационного звена установки водопонижения, используемый для коллекторного соединения всех установленных иглофильтрационных модулей с последующим подключением к вакуумному ресиверу.

Изобретение относится к водопонижению при строительстве оснований фундаментов и сооружений, в частности к иглофильтровым установкам, и может быть использовано для добычи воды в труднодоступных районах без местных водоисточников. Модульное иглофильтрационное звено установки водопонижения, выполненное с использованием аддитивных технологий изготовления, включает соединяемые между собой резьбовым соединением наконечник конусообразной формы, основание, переходной элемент. Причем основание иглофильтрационного звена состоит из внешнего и внутреннего перфорированных цилиндров, имеющих общую перегородку в нижней части, разделяющую модули иглофильтрационного звена на отдельные независимые емкости, а фильтрующий элемент располагается в полости между перфорированными цилиндрами. Технический результат – упрощение конструкции иглофильтра с возможностью использования потенциала водоносного горизонта в полном объеме. 4 ил.

Модульное иглофильтрационное звено установки водопонижения, выполненное с использованием аддитивных технологий изготовления, включающее соединяемые между собой резьбовым соединением наконечник конусообразной формы иглофильтрационного звена установки водопонижения, основание иглофильтрационного звена установки водопонижения, переходной элемент иглофильтрационного звена установки водопонижения, причем основание иглофильтрационного звена состоит из внешнего и внутреннего перфорированных цилиндров, имеющих общую перегородку в нижней части, разделяющую модули иглофильтрационного звена на отдельные независимые емкости, а фильтрующий элемент располагается в полости между перфорированными цилиндрами.