разное

Лучевые Водозаборы

А что, если вместо множества мелких скважин построить одну укрупненную, т. е. вырыть большой колодец, имеющий та­кую же производительность, как все скважины вместе? Теоре­тически это возможно. А на практике? Большая укрупненная скважина должна иметь диаметр, равный нескольким десят­кам метров. Пробурить ее и, главное, закрепить вертикаль­ные стенки пористым фильтрующим материалом — дело очень трудное. Нужно найти новую конструкцию подземного водоза­бора — такого, который будучи легко осуществимым на прак­тике, обеспечивал бы откачку из одной точки достаточно боль­шого количества воды.

И такая конструкция есть. Если из шахтного колодца про­бурить веером горизонтальные скважины, то получится луче­вой водозабор. Эта лучевая сеть может поймать столько же во­ды, сколько десяток вертикальных скважин, отстоящих друг от друга на расстояние в несколько сотен метров. Устройство лучевого подземного водозабора позволяет вести экономич­ную откачку подземных вод с очень маленьких площадок — например, в стесненных городских условиях, когда расставлять кольца или цепочки скважин просто негде. Это хорошо пони­мали, например, польские водоснабженцы, построившие круп­нейший в Европе лучевой водозабор в центре Варшавы — пря­мо под руслом Вислы.

По той же причине незаменимыми могут быть лучевые во­дозаборы в прижатых к морю горами курортных районах Чер­номорского побережья Кавказа и Крыма. Там дорога каждая пядь земли и занимать большую площадь под водозаборы и под обширные зоны санитарной охраны — непозволитель­ная расточительность.

Лучевой водозабор по конструкции напоминает гигантско­го спрута, распростершего в разные стороны свои длинные щу­пальца. Горизонтальные радиальные скважины водозабора всей своей длиной высасывают воду из водоносного пласта (рис.3).

Приток грунтовых вод к лучевым скважинам обеспечива­ется, как и в других подземных водозаборах, за счет все того же принципа сообщающихся сосудов. Одним из этих «сосудов» служит водоносный пласт пористого грунта, другим — шахт­ный колодец, уровень воды в котором понижает насос. Протис­нувшись через узкие водоприемные щелевые или круглые от­верстия лучевых фильтровых труб, грунтовая вода стекает по ним в водосборный колодец, откуда и откачивается насосом, подающим ее в водовод на поверхности земли. Горизонталь­ные скважины лучевых водозаборов обычно — имеют длину 20-60 м, а диаметр 100-300 мм.

История развития лучевых водозаборов косвенно связана с самым важным явлением нашего века — бурным расцветом двигателей внутреннего сгорания. Благодаря им нефть стала для человечества полезным ископаемым № 1. Сначала ее, как и подземную воду, добывали только обычными буровыми скважинами. Но со временем инженеры-нефтяники, как и ин­женеры — водоснабженцы, поняли, что горизонтальные сква­жины во многих случаях лучше вертикальных.

Устройство горизонтальных дрен лучевого водозабора осуществляется проталкиванием в грунт из шахтного колод­ца горизонтальных труб с помощью двух спаренных гидрав­лических домкратов, развивающих усилие около 100 т. Гори­зонтальный луч набирается из коротких фильтровых патрубков (рис. 4). Первым звеном служит заостренная буровая головка, которая ползет вперед, захватывая специальными шламоза - борными отверстиями разжиженный грунт (шлам) из водонос­ного пласта.

Разработана конструкция буровой головки, почти полно­стью снимающей лобовое сопротивление грунта продавлива - нию лучевых труб (рис.5). Её отличительной чертой является большая шламозахватная способность. Острые кромки шла - мозаборного отверстия врезаются в грунт, который вместе с водой по специальной (шламовой) трубе стекает в шахтный колодец строящегося лучевого водозабора. Шаровой клапан - затвор, насаженный на конец штанги, может, в случае необхо­димости, закрывать вход во внутреннюю полость колонны про-

Давливаемых в грунт труб, а заостренный наконечник на затво­ре разбивает пробки грунта, если они закупоривают осевое от­верстие.

Другая буровая головка использует свойство грунта те­рять устойчивость и течь под воздействием вибрации. Конст­рукция такой ударно- рыхлительной головки показана на (рис. 6). В конце обтекаемого стального насадка вмонтирован заост­ренный подпружиненный наконечник, на который передает удары все та же управляемая из шахтного колодца штанга. При вибрации наконечника грунт перед буровой головкой раз­рушается, приходит в подвижное состояние и начинает течь вдоль поверхности головки. Боковые приемные отверстия за­хватывают часть этого грунта, освобождая в земле место, ку­да проталкивается буровой снаряд.

«Локомотивом-толкачом», который продвигает в грунт весь «Поезд» горизонтальных труб, служат уже упоминавшиеся ги­дравлические домкраты, установленные в шахтном колодце, откуда ведется проходка скважин.

После окончания бурения шламовая труба вместе с клапа­ном и штангой извлекается из скважины, и та готова к работе.

В отличие от описанных буровых головок пассивного дей­ствия существуют также «активные» буровые головки — са­моходы. Их толкать сзади домкратами не нужно, они двигают­ся вперед своим ходом. Мощный насос с большим напором подает воду по шлангу или трубе. Часть этой воды выходит из носа буровой головки и, отжимая в стороны частицы грунта, со­здает в нем на мгновение свободную полость, куда входит бу­ровой снаряд. Другая часть подаваемой воды заворачивает по специальным отверстиям назад и с силой выбрасывается на­ружу (рис. 6). Реакция водяных струй движет в грунте буровую головку, которая в свою очередь тянет за собой, как на букси­ре, длинный шланг или трубу.

До сих пор речь шла о лучевых водозаборах классическо­го типа, для строительства которых обязателен центрально расположенный шахтный колодец. Глубина его обычно состав­ляет 15-25 м, а диаметр 4-6 м. Это довольно много, поэтому строить такие лучевые водозаборы непросто — ведь колодец надо сооружать в сильно обводненных крупнозернистых грун-

Тах, где нередко встречаются и валуны. Приходится нередко даже применять кессонный способ проходки, т. е. рыть землю из специальной камеры в которой поддерживается высокое дав­ление воздуха, что предотвращает поступление в нее грунто­вой воды.

В связи с этим идут усиленные поиски новых конструкции и новых способов устройства лучевых водозаборов, основан­ных на отказе от строительства шахтных колодцев.

Интересное решение предложил кандидат технических на­ук М. Ф. Хасин. Он изобрел устройство, которое дает возмож­ность образовывать скважины в грунте гидравлическим спо­собом: в заранее пробуренную вертикальную скважину сверху опускается батарея вложенных друг в друга патрубков умень­шающегося размера. Подобно телескопической мачте подъ­емника, с помощью которого электромонтеры подвешивают на улицах провода, патрубки раздвигаются относительно друг друга и вдавливаются в грунт. Для облегчения вдавливания по внутреннему, самому малому патрубку в грунт подается под на­пором вода, производящая гидромониторное действие.

Помимо этого, была предложена конструкция бесшахтно­го лучевого водозабора, устраиваемого из скважины путем вдавливания в грунт дренажных трубок. Последние сложены в специальной кассете, как патроны в барабане револьвера, — миниатюрный пружинный домкрат выстреливает их в грунт одну за другой. Предлагалось также опускать в заранее про­буренную скважину веерообразный пучок дренажных труб, а потом раскрывать их в грунте как раскрывают обыкновенный зонт.

Все эти изобретения применимы при устройстве горизон­тальных скважин лишь в рыхлых грунтах, т. е. песчаных, песча - но-галечных, гравелистых. Но ведь часто встречаются горные скальные породы, твердость и крепость которых не позволя­ет применять простое задавливание труб домкратами и даже реактивно-гидравлическое или вибрационное бурение. Эти­ми способами скалу не разрушить. В таких условиях приходит­ся использовать механическое, например, вращательное, бу­рение. В землю вгрызаются стальные долота, которые измельчают породу и превращают ее в песок.