разное

Подземные Галереи

Верхняя часть Земли напоминает слоеный пирог: пласты песка сменяются слоями глины, ниже могут опять залегать пе­ски, потом галечники, известняки, песчаники, граниты и т. д. В слоях «пирога» природа заложила начинку — полезные ис­копаемые: нефть, газ, воду. Для того чтобы извлечь их, очевид­но, выгоднее расположить скважину не вертикально, как это обычно делается, а горизонтально, тогда она сможет быть до­статочно длинной и будет захватывать большую площадь про­дуктивного пласта, каким бы тонким он ни был. В результате нефтяники получат больше нефти, а водоснабженцы — боль­ше воды.

Водозабор горизонтального типа позволяет эксплуатиро­вать совсем маломощные водоносные пласты, и особенно эф­фективен, когда его располагают вблизи реки, озера или во­дохранилища. Кстати, горизонтальные водозаборы появились значительно раньше вертикальных. Они возникли в странах с засушливым жарким климатом.

«Самое удивительное сооружение для получения воды в пу­стыне, — пишет В. Н. Куний, — это, конечно, подземные дре­нажные галереи — туннели. В разных странах их называют поразному: кяриз, канат, фоггара и так далее. Но они всюду в принципе одинаковы. Кяризов, видимо, никто не считал, но для Ирана, например,- классической страны кяризов — на­зывают цифру порядка 30 тыс. Суммарная же длина всех под­земных выработок кяризов составляет, вероятно, около 500 ты­сяч километров».

Особенностью кяриза (иначе кяхриза) является остроум­ное использование рельефа местности (рис. 9). Обычно он стро­ится на косогорном участке. В водоносном пласте устраивает­ся водосборная подземная штольня, укрепленная камнем или деревом. За водосборным участком идет водопроводящая га­лерея, уклон которой делается меньшим уклона поверхности зем­ли. Благодаря этому собранная из грунта вода самотеком вы­водится наружу и поступает в водосборный канал или водоем. С поверхностью земли горизонтальную часть кяриз, соединяют вертикальные колодцы, которые устраиваются по длине водо­забора с интервалом от 10 до 50 м. В процессе строительства эти колодцы служат, так же, как, например, в угольных шахтах, для транспортировки рабочей силы, инструмента и выбранно­го грунта. Рабочих под землю обычно опускают на веревках, с их же помощью поднимают наверх бадьи и ведра с грунтом. После завершения строительства вертикальные колодцы ста­новятся вентиляционными, смотровыми и ремонтными.

Строительство современных горизонтальных водозабо­ров полностью механизировано. Экскаватор выкапываеттран-

Шею, куда трубоукладчик кладет водоприемные (дренажные) трубы, после чего производится их обратная засыпка грун­том. Благодаря уклону, вода по трубам стекает в водосбор­ный колодец, а оттуда подается насосом потребителю. Водо­приемная часть горизонтального трубчатого водозабора делается из асбоцементных, керамических, бетонных, чугун­ных, стальных, пластмассовых, стекловолокнистых или дру­гих труб. В верхней части и с боков в трубах делаются щеле­вые или круглые отверстия. Нижняя часть трубы (примерно треть ее высоты), по которой стекает вода, остается без от­верстий. Для небольших водозаборов вместо труб иногда применяется каменно-щебеночная дрена, представляющая собой призму из камня и щебня, уложенную на дно траншеи. Благодаря большой пористости каменно-щебеночном дре­ны вода по ней стекает в водосборный колодец, как по тру­бе. Для крупных водозаборов вместо трубчатых дрен строят большие водосборные галереи, которые выполняются из сборных железобетонных элементов с щелевыми отверсти­ями или окнами.

Однако какие бы конструкции подземных водозаборов ни придумали инженеры и ученые, они обязательно учитывают главный принцип подвода воды к водоприемным отверстиям. Он состоит в том, что крупность частиц фильтрующего мате­риала в непосредственной близости от водозабора прини­мается равной (или несколько большей) размеру самих водо­приемных отверстий, а в удалении от них навстречу потоку уменьшается до размеров частиц самого грунта в естествен­ном состоянии. Это видно при рассмотрении конструкции гравийного фильтра, применяемого при устройстве водоза­боров в мелкозернистых грунтах. Выглядит этот фильтр сле­дующим образом: непосредственно у входа в трубу водоза­бора укладывают самые крупные гравийные частицы, вслед за ними кладут слой мелкого гравия, а потом уже идут слои пе­ска с убывающей крупностью зерен (рис. 10). Таким образом, притекающая к водозабору водоносного пласта вода снача­ла встречает на своем пути лабиринт мелких пор и потом че­рез более крупные поры гравелистого слоя попадает в водо­забор. Такое устройство обеспечивает высокую устойчивость фильтра, в противном случае он бы разрушился, струи воды вымыли бы песок в полость водозабора, и ничто не могло бы их удержать.

Гравийно-песчаный фильтр может устраиваться в один - два слоя или делаться многослойным. Все зависит от крупно­сти и разнородности окружающего водозабор грунта. Если водозаборную трубу укладывают в природном гравии, то ис­кусственный фильтр класть незачем. А в случае мелкозерни­стого песка или супеси дело обстоит хуже. Особенно, когда грунт однородный, т. е. состоящий из частиц одинаковой крупно­сти. В разнозернистом грунте даже если мелкие частицы от­моются в водоприемную трубу, то крупные (так называемый ске­лет грунта) всегда останутся. В однородном же грунте ничто его не удерживает, устремляющаяся в водозабор вода подхваты­вает песчаные и глинистые частицы, смывает их в дрену, заку­поривает ее. Преградой на пути такого потока и встает много-

Алойный песчано-гравийный фильтр, который не допускает размыва.

Но часто водоснабженцы имеют дело с такими условиями, что не только гравия, но и подходящего для фильтра песка найти поблизости нельзя. Приходится вместо гравийно-пес - чаного фильтра применять трубы из пористых материалов. Например, из пористого бетона. Но, бывает, и он не годится — особенно, когда водоносный пласт сложен пылеватым заилен­ным песком (плывуном, как говорят строители). С таким грун­том бороться особенно трудно: он мелкозернист, текуч и об­ладает такой плохой водоотдачей, что «отжать» из него воду оказывается возможным лишь через самые тонкопористые фильтры, многие конструкции которых еще только проходят ста­дию исследования.

Иногда вместо песчано-гравийных обсыпок используют различные местные материалы: мох, губку, камыш, водорос­ли, траву и пр. Например, дренажи, выполненные из коротких гончарных трубок, в Прибалтике часто перекрывают мхом, ко­торый даже в водонасыщенных суглинистых грунтах служит прекрасным фильтром. Процеженная сквозь его поры вода через стыки между трубками поступает во внутреннюю по­лость дрены и стекает в водосборный колодец.

Одним из серьезных недостатков горизонтальных водоза­боров является их сравнительно низкая водозахватная способ­ность (т. о. производительность, отнесенная к единице длины водозабора). Действительно, обеспечить глубокое заложение горизонтального водозабора не удается; отрыть траншею на большую глубину и поддерживать от оплывания на время стро­ительства ее откосы — дело далеко не простое. Не говоря уж о том, что для' качественной укладки водоприемной трубы и гравийно-песчаной обсыпки нередко требуется откачивать из траншеи постоянно поступающую в нее воду, что тоже час­то бывает затруднительно. А раз глубоко расположить водо­забор не удается — значит нельзя и обеспечить достаточно большой напор воды, с которым непосредственно связана производительность водозабора.

И еще один недостаток горизонтального трубчатого водо­забора: во время его эксплуатации неизбежно происходит за­сорение, заиление труб, их коррозия и отложение солей. В от­личие от вертикальных водозаборов, открыть сверху, очистить уложенную под землей трубу нелегко. Особенно при ее боль­шой длине. Делают это с помощь вертикальных ремонтных и смотровых колодцев, и это со всем не простое дело.

Перечисленные недостатки в некоторой степени призван ис­править предложенный автором этой книги свайно-стоечный подземный водозабор. Он выполняется в виде полой стены-дре­ны (рис. 11), которая устанавливается в водоносном грунте це­ликом или набирается из полых свай (шпунтин) или стоек.

Верхняя часть такой водозаборной стены оборудует во­доприемными окнами-фильтрами, а нижняя представляет со­бой водосборный лоток. Профильтровавшись через водопри­ёмные окна водозабора, грунтовая вода попадает в его водоотводную лотковую часть, по которой стекает в водосбор­ный колодец, где установлен насос для откачки. Сверху водо­забор открыт, как и простой шахтный колодец или скважина, и поэтому в процессе эксплуатации его легко можно чистить.

Водозабор-стена может опускаться в грунт непосредст­венно с поверхности и в принципе не требует рытья специ­альной траншеи и водоотлива. Погружение водозабора в грунт обеспечивает обычный сваезабойный капер, вибро - или гид - ропогружатель и т. п. Установленный под землей поперек по­тока грунтовых вод водозабор-стена может играть роль свое­образной плотины, перегораживающей подземную реку и перехватывающей воду.

Свайно-стоечный водозабор может успешно применятся и в качестве элемента того или иного сооружения. Возьмем для примера железобетонную подпорную стенку, укрепляющую берег. Если ее выполнить из полых водозаборных блоков-сто­ек, то она будет не только удерживать грунт от обвала, но и дре­нировать поступающую к ней грунтовую воду. А это в свою оче­редь не только обеспечит водоснабжение, но и, как видно из рис. 11, разгрузит саму подпорную стенку от гидростатичес­кого давления, которое оказывает на нее грунтовая вода (вме­сто большого Н — меньшее h).

Другой случай — свайный фундамент здания. Устроенный в виде полой водозаборной стенки, он тоже сыграет дренаж-

3-4

Ную роль, перехватив подтопляющие здание грунтовые воды. А если здание, о котором идет речь — насосная станция, та­кой фундамент даст водопотребителям дополнительное коли­чество чистой подземной воды. Таким образом, предложенный водозабор-стена дает возможность комплексного использо­вания сооружения.