Способ предохранения от катастроф при производстве кессонных работ Советский патент 1936 года по МПК E02D23/14 E02D19/20 

Изобретение . относится к способам предохранения от катастроф при производстве кессонных работ в случае прохождения кессоном напорного водоносного слоя под водонепроницаемым слоем грунта, когда для уменьшения необходимого рабочего давления воздуха в кессоне откачивают воду из водоносного слоя, понижая напор воды у кессона.

Понижение рабочего давления воздуха (В кессоне с поцощью откачки воды из водоносного слоя, в случае вступления ножом кессона в слой напорных (так называемых артезианских) вод, сопряжен с /опасностью для здоровья и жизни кессонщиков, не говоря уже о возможности повреждения основания и самой конструкции кессона. Причина опасности состоит в возможности внезапного прекращения действия понижающей откачки из водоносного слоя, что при зам кнутом слое влечет за собой всегда немедленный и практически полный подъем напоров воды в депрессивной воронке до естественных уровней, так как понижениепьезометрических давлений в слое есть прямое следствие движения воды в нём. Как только откачка прекращается, немедленно вода перестает двигаться и напоры ,скакивают. Между тем в кессоне давление воздуха не отвечает есте(228)

ственному бытовому напору воды в слоена уровне ножа, но ниже его-на величину депрессии во время откачки. В момент прекращения откачки давление в кессоне останется прежним и таким образом создастся разность давлений в слое и в кессоне. Если нож кессона находится еще в слое глин, то последние, приподнимаемые снизу, будут вь1пучиваться в камеру перевесом давлений ВОДЫ; если же нож кессона ужевступил в водоносный слой, то вода.из последнего бросится в камеру, взвешивая песок, который при этом потеряет свою устойчивость вследствиекрутых градиентов истечения воды изгрунта. В этом случае кессонщики, имевшие до того под ногами твердую землю, внезапно окажутся на грунте,, подобном трясине, в котором они начнут вязнуть и вряд ли смогут СВОБОДНО

передвигаться.

При глубоком опускании кессона со снижением давления воды в неиапорном слое такой опасности не может быть, так как откачка образует в грунте не динамическую только депрессионную воронку, а действительную воронку) депрессии, на поверхности которой будет атмосферное давление, а выще ееобласть, наполненная атмосферным воздухом. Прекращение откачки в таком открытом водоносном слое не может

«сопровождаться быстрым повышением давлений около кессрна, так как для «аполнения воронки депрессии нужно время, в течение которого давление в слое растет медленно, и не возникает вопроса ни о необходимости обеспечения особыми мероприятиями выхода людей из кессона, ни о порче структуры грунта.

Изобретенный способ имеет целью создать безопасность прохождения кессона через водонапорный слой путем создания в нем вместо динамической :депрессиоцной воронки, действительной депрессионной воронки. Для этого, попредлагаемому способу, во время откачки йоды ее напорного слоя под водонепроницаемый слой грунта у кессона нагнетают воздух.

На чертеже изображен разрез грунта, проходимого кессоном, причем цифрами отмечено следующее: 7-кессон; 2-трубы или колодцы для откачки воды из напорного слоя; 3-поверхность :земли; 4 - водонепроницаемый слой грунта (глина); 5-водоносный напорный слой; б-горизонт грунтовой воды, находящейся выще водонепроницаемого слоя; 7-естественный напорный горизонт грунтовых вод водоносного слоя 3; 8-динамическая воронка депрессии водоносного слоя 5 после откачки воды; 5-действительная воронка депрессии после нагнетания воздуха под водонепроницаемый слой 4 грунта; /О-пространство над действительной воронкой .депрессии, заполненное воздухом.

Если в напорный водоносный слой 5 (со сниженным откачкой давлением воды в нем) впускать воздух, то он будет собираться в полостях JO наименьшего давления, т. е. у потолка водоносного слоя под водонепроницаемым слоем 4 в области депрессионной воронки 9. Форма воздушного пузыря снизу будет все время отвечать динамической депрессиоцной воронке 8 с определенным давлением на ее поверхности, соответствующим давлению воздуха, которое в свою очередь зависит от количества его, поданного в слой. Если увеличить подачу воздуха, пузырь увеличится и отожмет воду до более низко лежащей депрессионной поверхности, строго сохраняя ее форму. Никуда вбок пузырь воздуха ускользнуть не может, так как депрессионнал воронка ограничивает со всех сторон полость наинизшего давления (для данного объема) воздуха, а сверху лежит водонепроницаемый слой. При срыве откачки депрессионная воронка уже не будет соответствовать условиям равновесия грунтового водоносного слоя с пузырем воздуха и он начнет деформироваться, стремясь распластаться под слоем 4. Однако, поскольку замкнутый слой 5 содержит большое количество воздуха, давление его может возрастать лишь постепенно в меру своего сжатия, а отчасти и изменения формы, а то и другое не может происходить без перемещения воды в грунте, в сторону, занятую пузырем, а оно не может не быть медленным. Такие условия показывают, что приток воды к участку наибольшей депрессии (т. е. к участку колодцев 2 и кессона) , несмотря на прекращение откачки, продолжаться сначала теми же скоростями и градиентами, что и перед срывом откачки, с той лишь разницей, что вода, протекавшая сюда раньше, уводилась колодцами вон из земли, теперь же она будет заполнять постепенно низ депрессионной воронки Я сжимая здесь воздух и этим повышая давление во всем пузыре 10, что будет связано с понижением зеркала воронки и увеличением радиуса пузыри, объем которого при этом немного уменьшится (в меру сжатия по закону Мариотта); воронка станет более плоской, градиенты меньше и приток книзу ее меньше. Таким образом явление заполнения воронки будет итти подобно заполнению открытой воронки по прекращении откачки. И если там, при больших откачках (глубоких понижениях), нужны десятки, а иногда и сотни дней до установления устойчивой воронки или до возвращения к первоначальному состоянию, то и здесь явление будет протекать медленно и при небольшом, даже в несколько тысяч кубометров, пузыре воздуха будет продолжаться много часов, а иногда и несколько дней. Из сказанного ясно, что подъем воды в слое у кессона будет соответствовать заполнению дна воронки притоком вдоль депрессии. Даже при

маленькой площадке депрессионной установки (около 100 м) повышение уровня воды в слое на 1 метр будет продолжаться около получаса, второй метр потребует примерно втрое большего времени и т. д. Таким образом, давление в слое возрастет за два часа только примерно на 0,2-0,25 атмо :феры.

При срыве откачки, когда разница напора составит через два часа 2 м {соответствующие 0,2 атм.), градиент фильтрации, равный 0,4, будет безвреден для изменения структуры грунта. Для людей не будет и признака опасности; грунт останется твердым; на выход в шлюз из камеры достаточно 5 минут, а имеется достаточное время, лимитируемое не срывом откачки, а постепенным подъемом давления и нежеланием подвергнуть рабочих давлению 2J атм. Так, если срыв откачки случился бы при таком давлении, то за 2 часа давление в камере ,возросло бы примерно на 0,2 атм.

Практически образ действий при срыве откачки должен быть установлен примерно следующий. Если срыв произошел от аварии с депрессионной установкой предполагаемой длительнЪсти на срок меньще четверти чйса, то люди могут продолжать работу в камере с предупреждением о возможности последования сигнала о выходе. Последний следует дать, если ifo истечении 15 минут откачка не будет полностью восстановлена. В случае выхода людей из камеры кессона давление в нем надо повышать примерно со скоростью повышения пьезометров в слое у кессона. Тогда вообще никакой фильтрации в камеру кессона не можег быть и все приборы не будут замочены. Как только откачка наладится, давление в кессоне, благодаря выходу воздуха под нож, начнет снижаться, причем снижение можно несколько ускорить надлежащим выпуском воздух из камеры в атмосферу..

Предмет изобретения.

Способ предохранения от катастроф при производстве кессонных работ в случае опускания кессона в напорный водоносный слой грунта с применением откачки воды из этого слоя для понижения давления воды у кессона, отличающийся тем, что во время откачки воды из напорного слоя, под вддонепроницаемый слой грунта у кессона нагнетают воздух для образования в напорном слое действительной, депрессионной воронки, заполненной воз духом, с. целью замедления повышентг давления воды у кессона в случае прекращения работы насосной установки.

к авторевому свидетельству М. Е. Кнорр

№ 47607

1,

4 JO

-сер,

2 3

,

Гл

//777/