Дренажное устройство подземного водовода Советский патент 1981 года по МПК E02B9/06 E21F16/02 

1

Изобретение относится к дренажным устройствам подземных водоводов и предназначено для разгрузки их облицовки от давления подземных вод. Оно может быть использовано при строительстве подземных напорных стальных трубопроводов, обетонированнЫх в подземных выработках и испытывающих давление гидрокарбонатных подземных вод, например, туннелей и турбинных водоводов ГЭС, ГАЭС, а также другого назначения.

Известны дренажные устройства подземных водоводов, включающие дрены различных конструкций 1.

Наиболее близким к изобретению является дренажцое устройство подземного водовода с бетонной обделкой, включающее шпуровые дрены и коллекторы 2.

Основным недостатком всех известных конструкций шпуровых дренажей является подверженность химическому кольматажу шпуйрв (при наличии неблагоприятных гидрохимических условий), в результате чего снижается дебит дренажа, уменьшается срок его эксплуатации, из-за «зарастания шпуров выпадающими в осадок карбонатными солями.

Для очистки от осадков и восстановления производительности дренажа существуют различные методы: гидравлические, механические, взрывные, химические и др. В последнее время для этой цели применяются ультразвук и электрогидравлический эффект.

Однако эти способы очистки в большинстве случаев отрицательно сказываются на дальнейшую эксплуатацию дренажной системы, например, при химическом воздействии на осадок, ил.и же при некоторых

10 конструкциях дренажа не могут найти практического применения.

Указанные недостатки снижают надежность работы устройства, а также долговечность водовода и дренажа.

Цель изобретения - повышение надеж15ности работы и увеличение долговечности водовода и дренажа.

Поставленная цель достигается тем, что каждая шпуровая дрена снабжена трубой, 20 установленной в ее внутренней полости, причем один конец ее закреплен в бетонной обделке, а другой снабжен уплотнительной манжетой, расположенной на ее внешней поверхности, длина трубы может составлять 1/2-1/6 от длины шпуровой дрены.

На фиг. 1 изображено дренажное устройство, общий вид в поперечном разрезе; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - узел II на фиг. 1; на фиг. 4 - схема, поясняющая работу устройства.

Дренажное устройство водовода 1, расположенного в подземной выработке 2 и смоноличенного с породой 3 бетонной обделкой 4, имеет поперечные кольцевые коллекторные трубы 5, связанные с продольными коллекторными трубами 6 и радиальными шпуровыми дренами 7. Во внутренней полости каждой из дрен 7 установлены трубы 8 с уплотнительными манжетами 9.

Поперечные кольцевые коллекторные тру бы 5 по обе стороны содержат приваренные патрубки 10 и 11. Патрубок 10 служит для соединения с трубопроводом 1, а патрубок 11 для монтажа труб 8. По оси патрубков 10 и 11 на трубопроводе установлена заглушка 12 для перекрытия технологического монтажного отверстия. Патрубок 11 на своем конце имеет резьбу, на которую с помощью сгона 13 навинчен патрубок 14 с наваренной на его конце муфтой 15. Муфта на стыке с породой имеет фланец 16 с прокладкой 17. На внутренней поверхности муфта 15 имеет резьбу, в которую ввинчена втулка 18 с наваренной на ней трубой 8. Длину трубы 8 выбирают из условия, чтобы она соответствовала 1/3-1/6 длины дрены. В качестве материала манжеты берут поролон, стеклоткань, стекловату, шлаковату и т. д.

Монтируют дренажное устройство следующим образом.

Предварительно осуществляют монтаж, сборку и обетонирование основных элементов конструкции, а именно, трубопровода 1, поперечных и продольных коллекторных труб 5 и 6 с патрубками 10 и 11. Кроме того, с помощью сгона 13 вплотную к породе устанавливают фланец 16 с прокладкой 17 и муфтой 15. При этом следует указать, что в начале монтажа фланец 15 не расверлен. После сборки всех указанных элементов и бетонирования приступают к устройству дрен.

Через отверстие в трубопроводе 1 сквозь патрубки 10, 11 и 14 вводят кондукторную трубу (не показана) с длиной, превосходящей толщину заоблицовочного бетона примерно на 0,2 м, с наружной резьбой, на конце, обращенном к породе, под резьбу на муфте 15. Завинчивают кондукторную трубу в муфту 15 до упора пока еще не просверленный фланец 16. После этого вовнутрь кондукторной трубы вводят щтангу бурового станка, рассверливают фланец 16 с прокладкой 17 и далее пробуривают в породе дрены 7 заданной длины. Кондукторная труба служит не только для

правильного направления буровой штанги, но и для защиты дренажных труб от засорения буровым шламом.

После удаления кондукторной трубы в дрену 7 вводится труба 8 с манжетой 9,

укрепленной на конце трубы, и, вращая

втулку 18, завинчивают ее в муфту 15 до

упора во фланец 16. В таком виде дренаж-ное устройство готово к эксплуатации.

Устройство работает следующим обра0 зом.

Подземные воды проникают в бетон обделки 4 и образуют в нем насыщенный раствор гидрата окиси кальция Са(ОН). Из бетона обделки этот раствор вдоль линий 20 диффундирует сквозь породу 3 внутрь

дрены 7. Вода, находящаяся в породе вокруг дрены 7 и внутри нее, содержит агрессивную углекислоту СО, которая может поступать с подземной водой, а также из воздуха через коллекторные трубы 5 и 6

(при их несплошном заполнении водой). Эта углекислота химически взаимодействует с упомянутым гидратом окиси кальция, следуя реакции.

Са(ОН)2 + COjHiO CaCOj + 2НаО (1) Образующиеся при этой реакции частицы карбоната кальция (углекислого кальция) СаСОз практически нерастворимы и выпадают в осадок.

При наличии в подземных водах, заполняющих породу 3 и дрену 7, еще и двууглекислого кальция (бикарбоната кальция) Са(НСОз)г (как известно, он имеет хорошую растворимость в воде), будет происходить еще и реакция. Са(ОН)2 + Са(НСОз)а 2СаСОз + 2HiO Образующиеся при этой реакции нерастворимые частицы углекислого кальция СаСОз постепенно заполняют не только поры и трещины в породе 3 вблизи дрены 7, но и полость между трубой 8 и стенками дрены 7. Так происходит медленный естественный тампонаж этой полости. Уплот0 нительная манжета 9 служит, во-первых, для того, чтобы на нисходящих дренах выпадающие частицы CaCOj, не попадали в рабочий участок дрены 7 (между манжетой 9 и забоем скважины, образующей

5 Дрену 7), во-вторых, чтобы в произвольно наклоненных дренах 7 сдренированная вода своим течением не увлекла бы частиц CaCOj, имеющие весьма малые размеры, в дренажные трубы 5 и 6, отводящие воду за пределы трубопровода 1.

0 В конце первого периода времени работы дренажа в результате описанного выще химического кольматажа заполняется нерастворимыми солями пространство 19 (показано квадратной штриховкой на фиг. 4 б) между гильзой 8 и стенками дрены 7 и полости пор и трещин в зоне породы и бетона вблизи от дрены 7. Происходит как бы медленный естественный тампонаж пространства 19.

Благодаря этому в последующий период времени работы дренажа диффузионное сопротивление между бетоном 4 и рабочим участком дрены 7 (полости в пределах между забоем скважины и манжетой 9) значительно возрастает, потому что область оказывается непроницаемой для диффузии. При этом резко снижается интенсивность выпадения солей и соответственно увеличивается расчетная продолжительность забивки солями рабочего участка дрены 7, оцениваемая многими сотнями лет, как показал ориентировочный гидрохимический расчет.

Манжета 9 должна слабо пропускать воду в направлении оси скважины, образующей дрену 7, чтобы за счет воды, дренируемой рабочим участком скважины, ускорить процесс забивки нерастворимыми солями, во-первых, полости между трубой 8 и стенками скважины, во-вторых, пор и трещин в бетоне и породе в зоне 19. Наряду со слабой проницаемостью манжеты 9 для воды, она должна быть непроницаемой для мелких частиц нерастворимых солей, чтобы ими не засорялся рабочий участок скважины в пределах от ее забоя до манжеты 9. Затем двум требованиям удовлетворяют такие материалы, как, например, стеклоткань, стекловата, щлаковата, поролон и т. п.

Таким образом, будет выполнено основное назначение труб, установленнных в дренаж, и патрубков, установленных в бетонной обделке, т. е. увеличить сопротивления диффузии путем удлинения линий токов, по которым происходит диффузия веществ, образующих насыщенный раствор и вызывающих образование нерастворимых солей, забивающих дрены.

Формула изобретения

1.Дренажное устройство подземного водовода с бетонной обделкой, включающее радиальные щпуровые дрены и коллекторы, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности работы и увеличения долговечности водовода и дренажа, каждая щпуровая дрена снабжена трубой, установленной в ее внутренней полости, причем один конец ее закреплен в бетонной обделке, а другой снабжен уплотнительной манжетой, расположенной на ее внешней поверхности.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина трубы составляет 1/3-1/6 от длины щпуровой дрены.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1- Указания по проектированию дренажа подземных гидротехнических сооружений, вен 045-72, 1973, с. 10-14.

2. Шпуровой дренаж и противофильтрационная цементация в подземных гидротехнических сооружениях. Вып. 61, М., «Энергия, 1978, с. 20. Л- 0 а .- Q . 0 о .-°..-o %-:oj -о - о . о о - I -о -ь...«:;:.;/. о.. о;-о/. .°,O---°:P-: -O SO -°--о С .о .0. -о -.0- -о -о - о - о . - о 0-°-- .° ° -о, , 0,0 -о - X о -.0;.о. о d о о - .0 Л О. -0. 0° - о to .-о- . о ° . о - О. 0 . °,о ,о..°о . а. -. loi. о; о- о: ° . . - - -о- О о S . - ;o-- /-v°--« .. . - о .«.- ,9 .о - ,-.„--о.-о ; о -. °. ,.о-. : .|;-;.:1--.°б°:-:°s

Фиг.