ВСН 045-72. Указания по проектированию дренажа подземных гидротехнических сооружений

(утв. Решением Главминпроекта МЭиЭ СССР № 136)

17 сентября 1971 г. № 1-2446

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ДРЕНАЖА ПОДЗЕМНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

ВСН 045-72

1 января 1972 года

Внесены Грузинским научно-исследовательским институтом энергетики и гидротехнических сооружений — ГрузНИИЭГС, институтом «Гидропроект» имени С.Я. Жука и его Среднеазиатским отделением.

В Указаниях рассматриваются конструктивные формы, элементы и схемы расположения дренажей в зависимости от гидрогеологических условий, приводятся фильтрационные расчеты общих и местных дренажей и противофильтрационной цементации.

Поскольку работа является первой попыткой обобщения и систематизации требований по проектированию этой категории сооружений, в ней приводятся примеры построенных дренажей в подземном строительстве с подробными ссылками на техническую литературу.

Указания могут быть также использованы при проектировании транспортных туннелей, подземных сооружений различного назначения, горных предприятий по добыче полезных ископаемых и др.

Работа выполнена институтом «Гидропроект» имени С.Я. Жука — кандидатом технических наук Н.Я. Вайнштейном и инженером В.Ф. Илюшиным, ГрузНИИЭГС — кандидатом технических наук В.М. Насбергом.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В действующих указаниях и нормах на проектирование гидротехнических туннелей и цементации в них рекомендации по расчетам и конструкциям дренажей, а также по расчетам противофильтрационной цементации отсутствуют. Общие же указания в этих нормативных документах по количественной оценке аффекта, достигаемого применением дренажей и цементации, явно недостаточны.

Указанный пробел в нормативных материалах особо остро ощущается при проектировании крупных подземных сооружений, расположенных на значительной глубине под уровнем грунтовых вод или под ложем водохранилища, когда давление грунтовых вод становится основной нагрузкой на обделки.

Если обделка туннеля или шахты имеет металлическую облицовку, то недоучет нагрузки от давления грунтовых вод может привести к выпучиванию и даже разрушению облицовки при опорожнении туннеля.

С помощью разгрузочных дренажей гидростатическое давление грунтовых вод на обделки оказывается возможным уменьшить во много раз благодаря снижению уровня грунтовых вод в районе дренируемого сооружения или гашению напора, происходящему при фильтрации грунтовой воды в дрены. При этом, как показывает опыт проектирования, сооружения с применением разгрузочного дренажа становятся более экономичными по сравнению с теми же сооружениями, рассчитанными на восприятие полного гидростатического давления грунтовых вод.

К устройству дренажа, как к основному мероприятию по ремонту, прибегают также и в тех случаях, когда повреждения в сооружениях от давления грунтовых вод происходят в период эксплуатации.

Давление грунтовых вод на обделки подземных сооружений возможно снизить еще и с помощью противофильтрационной цементации породы.

В ряде случаев оптимальное решение может дать сочетание противофильтрационной цементации и дренажа.

В настоящих Указаниях даются рекомендации по расчетам и конструкциям дренажей и противофильтрационной цементации породы, приведены формулы для фильтрационных расчетов дренажей и противофильтрационной цементации с числовыми примерами и примеры их конструкций. При составлении Указаний использованы результаты исследовательских и методических работ, выполненных в институтах ГрузНИИЭГС, «Гидропроект» имени С.Я. Жука, ВИОГЕМ, ЦНИИС Минтрансстроя и др.

Указания составлены Грузинским научно-исследовательским институтом энергетики и гидротехнических сооружений (канд. техн. наук В.М. Насбергом), Всесоюзным проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом «Гидропроект» имени С.Я. Жука (канд. техн. наук Н.Я. Вайнштейном) и его Среднеазиатским отделением (инж. В.Ф. Илюшиным).

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Настоящие Указания распространяются на проектирование дренажа подземных гидротехнических сооружений на всех стадиях их проектирования. Указания применимы также при эксплуатации и реконструкции существующих сооружений.

1.2. Указания могут быть использованы при проектировании дренажа не только основных, но и других подземных сооружений (транспортные и вспомогательные туннели и шахты, кабельные галереи, трансформаторные помещения и др.), а также при проектировании строительного водопонижения, применяемого в период проходки подземных выработок.

1.3. Указаниями рекомендуется пользоваться и при проектировании противофильтрационной цементации породы в районе подземных сооружений в части назначения размеров и водопроницаемости зоны зацементированной породы, т.е. параметров, обеспечивающих:

а) уменьшение фильтрационных притоков в безнапорные сооружения;

б) снижение давления грунтовых вод на обделки, а также защиту сооружений от агрессивного воздействия грунтовых вод и суффозионных процессов в обделке и породе;

в) уменьшение утечки воды из туннелей и шахт (напорных и безнапорных).

В настоящих Указаниях противофильтрационная цементация рассматривается как «местное» сопротивление в фильтрационном поле в окрестности подземного сооружения. Остальные вопросы, связанные с проектированием цементации породы, как то: этапы и давление цементации, составы и величина поглощения растворов, изменение деформационных характеристик породы и т.п., рассматриваются в технических условиях ВСН 022-69 Минэнерго СССР, составленных ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева [Л. 161].

1.4. Целесообразность применения дренажа, противофильтрационной цементации или их сочетания, или обделок, воспринимающих полное гидростатическое давление грунтовых вод, определяется технико-экономическим сопоставлением вариантов.

1.5. Класс капитальности конструкций дренажа назначается в соответствии с классом капитальности дренируемого сооружения.

1.6. Проектируемые дренажи и противофильтрационная цементация в течение всего срока их службы должны обеспечивать безопасность, бесперебойность и удобство нормальной эксплуатации дренируемого подземного сооружения.

1.7. При проектировании дренажей и противофильтрационной цементации, наряду с данными Указаниями, необходимо соблюдать требования соответствующих государственных стандартов, строительных норм и правил в части конструкции, производства работ, техники безопасности, защиты подземных сооружений от коррозии, требования санитарии и т.п.

1.8. Указания являются обязательными для всех организаций МЭиЭ СССР, проектирующих подземные сооружения, а также для организаций, занимающихся их исследованиями, строительством и эксплуатацией.

1.9. Допущенные при проектировании отступления по отдельным положениями настоящих Указаний должны быть обоснованы специальными исследованиями и утверждены в установленном порядке.

2. НАЗНАЧЕНИЕ ДРЕНАЖА, ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ И УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНИМОСТИ

2.1 Дренаж в подземных гидротехнических сооружениях применяется с целями:

а) снижения (частично или полностью) давления грунтовых вод на обделки;

б) повышения долговечности сооружения благодаря снижению градиентов напора и расхода воды, фильтрующейся через обделку;

в) предохранения от потери устойчивости (выпучивания) металлической облицовки напорных туннелей и шахт при их опорожнении;

г) защиты машинных залов, шинно-грузовых галерей, лифтовых шахт и других сооружений, в которые недопустимо попадание грунтовых вод;

д) облегчения выполнения подземных строительных работ в водообильных породах;

е) сокращения продолжительности опорожнения напорных туннелей и шахт с обделками без гидроизоляции; сокращение достигается за счет затухания порового давления в бетоне обделки в двух направлениях: внутрь туннеля и в сторону породы [Л. 82].

Дренажи рекомендуется применять также тогда, когда в естественных условиях грунтовые воды отсутствуют, но есть опасность размокания пород с потерей их прочности, выщелачивания или потери устойчивости оползневого склона в связи с фильтрацией воды из туннеля в период эксплуатации.

Примечание. 1. Под термином «грунтовые воды» подразумеваются, кроме естественных грунтовых вод, также и те, которые могут профильтровываться в породу из водохранилищ и водопроводящих сооружений. Возможное повышение уровня грунтовых вод путем фильтрации из этих сооружений определяется с учетом гидрогеологических, гидрологических, топографических, климатических и конструктивных факторов.

2. Для защиты сооружений, указанных в п. г, целесообразно применение заобделочного дренажа с гидроизоляцией обделки.

2.2. В соответствующих гидрогеологических условиях грунтовые воды, каптируемые дренажными устройствами, могут быть использованы для подпитки деривационных туннелей гидроэлектростанций [Л. 27, 153], водоснабжения населенных пунктов и технических нужд промышленных предприятий.

2.3. При помощи местного дренажа (раздел 5), устраиваемого в напорных туннелях и шахтах, облицованных металлом, по увеличению фильтрационного расхода или напора в системе дренажа можно контролировать состояние облицовок (рис. 1). Дренажи в этом случае должны быть расположены в обделке, на контакте обделки с породой или в виде шпуров, пересекающих контакт обделки с породой или металлической облицовкой. Дрены объединяются в коллекторы, оснащенные соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой (раздел 10).

2.4 Дренажи можно применять, если соблюдаются следующие условия:

а) обеспечивается фильтрационная прочность на контакте дренажа с породой;

б) порода устойчива в отношении механической и химической суффозий;

в) порода неустойчива в отношении механической или химической суффозии, но за период эксплуатации сооружения суффозия не может ослабить породу до степени, опасной для работы сооружения;

г) порода неустойчива в отношении механической суффозии при отсутствии в дренажах обратного фильтра, но при устройстве фильтра размеры суффозии в породе не представляют опасности для сохранности естественных свойств породы и работы дренажа;

д) отсутствует опасность механического, химического и биологического кольматажа дренирующих устройств;

е) устройство дренажей не приводит к ощутимым потерям воды из водохранилища;

ж) величина дренируемого расхода в водообильных породах является практически приемлемой.

Примечание. Устойчивость породы в отношении механической и химической суффозий определяется при установившихся максимально возможных и длительно действующих градиентах напора в ближайшей окрестности дрен.

2.5. Явления химической суффозии могут возникнуть в трещиноватых и в пористых суффозионно-неустойчивых породах при фильтрации в них воды, обладающей способностью растворять породы.

В зависимости от вида растворяемых составляющих различаются трудно-, средне- и легкорастворимые породы. Примером средне- и легкорастворимых пород являются соответственно породы, содержащие гипс и каменную соль [Л. 165].

Примечание. При изменении температуры и давления в потоке явления химической суффозии могут сопровождаться процессами химического кольматажа, т.е. выпадением солей в осадок и отложением их в дренажных устройствах. Указанное явление может явиться причиной увеличения давления грунтовых вод на обделки.

2.6. Если требования п. 2.4 не соблюдаются, необходимо рассмотреть варианты устройств противофильтрационной цементации (п. 2.8) или конструкций обделок, способных воспринять полное гидростатическое давление грунтовых вод.

2.7 Противофильтрационная цементация породы применяется для:

а) уменьшения давления грунтовых вод на обделки подземных сооружений;

б) уменьшения потерь воды из водохранилища при фильтрации в подземные сооружения, если дренируемая вода не может быть использована для выработки электроэнергии путем подпитки водоподводящих сооружений гидроэлектростанции;

в) уменьшения притока грунтовых вод к подземным сооружениям;

г) снижения фильтрационных утечек из напорных туннелей и шахт;

д) уменьшения размеров дренажных устройств в случае расположения дренируемого сооружения в водообильных породах;

е) устранения сосредоточенных фильтрационных токов и удлинения путей фильтрации;

ж) защиты обделок от воздействия агрессивных грунтовых вод;

з) снижения фильтрационной анизотропии породы;

и) предохранения пород от химической и механической суффозий, которые могут наблюдаться при наличии в породах воднорастворимых минералов (гипс, ангидрит, каменная соль и др.) или при наличии пород, поддающихся растворению, как, например, известняки, аргиллиты, глинистые сланцы и др. [Л. 51].

Противофильтрационная цементация, при наличии соответствующих гидрогеологических условий, позволяет осуществить экономичные конструкции в сочетании с дренажем там, где без такой цементации дренирование грунтовых вод неприемлемо ввиду больших притоков к дренажу.

Примечание. При проектировании противофильтрационной цементации следует учитывать, что она одновременно повышает модуль деформации и снижает анизотропию породы.

2.8 Применение противофильтрационной цементации считается возможным, если:

а) удельное водопоглощение скальных пород превышает 0,01 л/мин x м2 [Л. 161, 168, 122]. Возможность и целесообразность применения цементации при меньшей водопроницаемости породы должны быть доказаны опытным путем и технико-экономическими расчетами;

б) действительная скорость движения грунтовых вод не более 600 м/сутки [Л. 162, 168]; при бо́льших скоростях возможность цементации должна быть установлена на основании опытных работ [Л. 168];

в) химический состав грунтовых вод не препятствует процессам реакции схватывания и твердения цементного раствора, т.е. грунтовые воды не являются агрессивными в отношении вида цемента, применяемого для цементации [Л. 162].

2.9. При устройстве противофильтрационной цементации в растворимых породах необходимо проводить специальные исследования для выяснения достаточности срока службы зоны цементации.

Исходные материалы

3.1. Объем и состав исходных материалов, необходимых для проектирования дренажей и противофильтрационной цементации, определяются в зависимости от:

а) класса сооружения;

б) назначения дренажа и цементации;

в) инженерно-геологических, гидрогеологических и гидрологических условий;

г) стадии проектирования.

3.2. Для составления проекта дренажей и противофильтрационной цементации на всех стадиях проектирования необходимо иметь:

а) аналоги;

б) отчеты по геологическим, гидрогеологическим и гидрологическим изысканиям; сведения о климате;

в) отчеты по специальным исследовательским работам (в необходимых случаях);

г) основные данные проекта производства работ;

д) нагрузки, на которые рассчитаны обделки сооружений;

е) данные для составления единичных расценок и сметы.

3.3. Содержание и объем исходных геологических и гидрогеологических материалов должны отвечать инструкции по составу и объему изысканий для гидроэнергетического строительства [Л. 74] на соответствующей стадии проектирования.

Особое внимание должно быть обращено на получение следующих данных:

а) о водопроницаемости и трещиноватости отдельных литологических разностей породы и их фильтрационной анизотропии и неоднородности;

б) о фильтрационной устойчивости пород, возможности развития химической и механической суффозий;

в) о наличии и характере зон тектонических нарушений породы и качестве породы в этих зонах;

г) об агрессивности грунтовых вод к материалам конструкций дренажей и цементации;

д) о возможности химического кольматажа дренажных устройств;

е) об источниках питания грунтовых вод.

Примечание. Водопроницаемость пород характеризуется коэффициентом фильтрации (Приложение 2), значения которого приближенно могут быть определены по величине удельного водопоглощения при нагнетании воды в скважины.

3.4 Материалами по специальным исследовательским работам являются:

а) отчеты по изучению фильтрации;

б) отчеты по опытным цементационным работам.

Содержание и объем специальных исследований устанавливаются в каждом конкретном случае.

3.5. В районе карста должна изучаться суффозионная устойчивость пород на специально устраиваемых для этих целей опытных участках [Л. 94]. Кроме того, целесообразно использовать скважины и другие выработки, послужившие для исследования водопроницаемости пород.

3.6 Данные по гидрологии должны содержать сведения:

а) о скоростях движения грунтовых вод;

б) о химическом составе речной воды, ее агрессивности и температуре;

в) о режиме колебаний уровней и скоростей воды в реке (озере) в районе строительства;

г) о количестве и составе наносов, транспортируемых рекой.

3.7. Сведения по производству работ в подземных сооружениях должны давать представление о строительно-монтажных работах, имеющих отношение к дренажу и противофильтрационной цементации.

Стадии и содержание проекта

3.8. Проект дренажей и противофильтрационной цементации является составной частью проекта подземного сооружения, разрабатывается одновременно с ним, рассматривается и утверждается в его составе.

3.9. Стадии проектирования дренажей и противофильтрационной цементации, а также состав и содержание проекта должны соответствовать таковым для проектируемого подземного сооружения.

3.10. При проектировании противофильтрационной цементации с использованием настоящих Указаний, ВСН 022-69 [Л. 16] и лабораторных исследований могут быть выбраны (п. 1.3) и рассчитаны:

а) геометрическая форма, размеры и расположение зоны цементации породы;

б) водопроницаемость зоны цементации (по удельному водопоглощению или коэффициенту фильтрации);

в) градиент напора в зоне цементации.

Примечание. Геометрические формы противофильтрационной цементации могут быть в виде плоских вертикальных или наклонных завес и экранов, криволинейных экранов, экранов, расположенных вокруг сооружения, и т.д.

3.11. Выбор остальных элементов цементации (диаметр, шаг, длина и рядность скважин, составы и марка раствора и др.), а также проектирование организации и производства работ производится по [Л. 7 - 11, 161, 168].

3.12 Проекты дренажей и цементации, кроме конструктивной части, должны содержать:

а) требования к производству работ по их осуществлению (раздел 9) и способы контроля качества работ; в особых случаях составляются специальные технические условия на производство работ;

б) указания по эксплуатации и способам контроля работы, ремонта и восстановления дренажей и цементации в период эксплуатации (раздел 10);

в) перечень и размещение контрольно-измерительной аппаратуры для проведения натурных наблюдений за дренажем и цементацией.

4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

4.1. При проектировании дренажа и противофильтрационной цементации их геометрические, гидродинамические и гидравлические элементы следует назначать на основании фильтрационных расчетов (раздел 8).

4.2. Параметры дренажей и цементации назначаются такими, чтобы градиенты напора в породе (заполнителе трещин) и зоне цементации не превышали допустимых.

Примечание. Величина допустимых градиентов напора в породе (заполнителе трещин) определяется лабораторными или полевыми исследованиями.

4.3. Допустимые средние градиенты напора J_{\text{доп}} в зоне противофильтрационной цементации в зависимости от перепада напора H в этой зоне, ее водопроницаемости, характеризуемой удельным водопоглощением q (и соответствующим ему коэффициентом фильтрации k), принимаются не более величин градиентов, приводимых в табл. 1.

Примечание. 1. Данные табл. 1 относятся к цементным растворам в скальной породе.

2. Под термином «зона противофильтрационной цементации» понимается объем зацементированной породы в пределах проектного очертания зоны цементации.

3. Под средним градиентом напора понимается отношение потери напора в зоне противофильтрационной цементации к толщине этой зоны.

4. В цементации, замкнутой вокруг сооружения (туннель, шахта и др.), величину максимального градиента напора J_{\text{макс}} на внутреннем контуре зоны цементации разрешается принимать в два раза больше среднего градиента. Величину максимального градиента определяют по формуле

где r, R — радиусы соответственно внутреннего и внешнего контуров цементации.

<*> В табл. 1 значения q и J_{\text{доп}} взяты из [Л. 122, 162], а соответствующие величины k определены путем умножения q на пересчетный коэффициент, приближенно принятый равным единице [Л. 115].

4.4. Если к цементации предъявляется требование защиты обделок от агрессивного воздействия грунтовых вод или защиты от фильтрации в растворимых породах, то величина удельного водопоглощения не должна быть более 0,01 л/мин x м2.

4.5. Допустимую величину фильтрационных потерь воды из напорного туннеля или шахты рекомендуется определять путем энергоэкономического расчета, учитывающего стоимость противофильтрационных мероприятий, с одной стороны, и теряемой выработки электроэнергии вследствие утечки воды — с другой.

При проектировании противофильтрационной цементации в напорных туннелях и шахтах следует также иметь в виду, чтобы утечки воды из них, отнесенные к 1000 м2 их внутренней поверхности, определенные при рабочем давлении воды и отнесенные к 1 кгс/см2 ее давления, не превышали 0,1 — 0,5 л/сек при действующем напоре H >= 100 м и 0,5 — 1,0 л/сек при H <= 100 м [Л. 161].

4.6. Если дренируемые сооружения располагаются в карстующихся породах, следует иметь в виду, что выщелачивание пород ослабляет их структурные связи, увеличивает общую скважность, расширяет трещины.

4.7. При проектировании дренажей в трещиноватых породах, содержащих растворимые соли, рекомендуется основывать прогноз устойчивости пород главным образом на детальном изучении геологических и гидрогеологических условий.

4.8. Если грунтовые воды в районе подземного сооружения могут подпитываться атмосферными осадками или поверхностными водами и если подпитка может заметно увеличить напор грунтовых вод, то при проектировании дренажных и противофильтрационных мероприятий необходимо учитывать это увеличение.

Если удорожание дренажа, вызванное этим увеличением напора грунтовых вод, будет значительным, следует рассмотреть мероприятия по предупреждению просачивания в горный массив атмосферных осадков или поверхностных вод. Этими мероприятиями могут быть:

а) планировка местности с покрытием ее водонепроницаемым покровом;

б) устройство сети канав с непроницаемой одеждой для отвода вод атмосферных осадков;

в) отвод поверхностных вод или придание их руслу водонепроницаемости.

Вариант защитного мероприятия выбирается на основании технико-экономического сопоставления.

4.9. Вспомогательные туннели и шахты, пройденные для строительства основных подземных сооружений, могут являться (при условии сообщения упомянутых туннелей и шахт с верхним бьефом после окончания строительства):

а) путями подпитки грунтовых вод;

б) причиной значительного увеличения напоров грунтовых вод и скоростей фильтрации в местах примыкания вспомогательных туннелей и шахт к дренируемым сооружениям, что следует учитывать при проектировании дренажных и противофильтрационных мероприятий.

4.10. Для осмотра и ремонта дренажей (например, замены фильтров) необходимо, где это возможно, предусматривать устройство смотровых колодцев, лазов, люков и т.д. или делать дренажи проходимыми.

4.11. Вся система дренажа, по возможности, должна быть разбита на изолированные друг от друга участки (с учетом положения и уклона пьезометрической поверхности грунтовых вод), имеющие отдельные выходы, при помощи которых возможно осуществление промывки и регулирования напора самостоятельно на каждом участке.

4.12. При выборе типа дренажа должны быть обеспечены наиболее экономичные решения. Конструкция дренажей должна обеспечивать возможность применения новых строительных материалов и передовых методов строительства.

4.13. Скважины дренажа следует располагать в таком направлении, чтобы пересечь возможно бо́льшее количество наиболее проницаемых трещин.

4.14. Конструкция дренажей должна обеспечивать их сохранность от засорения и затекания цементного раствора при производстве бетонных и цементационных работ в случае сооружения дренажа до окончания этих работ.

4.15. Дренажи следует проектировать так, чтобы исключить возможность замерзания воды в них и в водоотводных устройствах [Л. 74, а].

4.16. Если дренажи имеют связь с потоком воды в туннеле, необходимо принимать во внимание возможность передачи пульсации давления в потоке на обделку со стороны породы (рис. 2, 3 и 4).

4.17. В сейсмических районах дренажные устройства необходимо проектировать с учетом требований СНиП II.А.12.62 (например, дренажные туннели, водоотводящие устройства и др.).

5. КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ДРЕНАЖЕЙ И ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ

Дренажи

5.1. По воздействию на фильтрационный поток, местоположению, конструкции, режиму работы и ряду других признаков дренажи классифицируются следующим образом.

1. По способности снижать депрессионную поверхность фильтрационного потока:

а) общие — снижающие давление грунтовых вод на обделки благодаря понижению депрессионной поверхности потока в зоне расположения защищаемого сооружения (рис. 5 - 17);

б) местные — снижающие давление грунтовых вод на обделки за счет потери напора при фильтрации в дренажи, расположенные в непосредственной близости от поверхности, разгружаемой от давления грунтовых вод (рис. 1 - 3 и 19 - 22).

Примечание. Общие дренажи применяются при любом заложении, местные, как правило, — при глубоким заложении дренируемых сооружений под уровень грунтовых вод.

2. По расположению относительно направления потока грунтовых вод и относительно защищаемых сооружений:

а) верховые, располагаемые на расстоянии от сооружения с верховой, по отношению к потоку, стороны дренируемого массива (рис. 8). Особенно эффективны при расположении на водоупоре. Применяются в достаточно проницаемых породах для узких, вытянутых в длину сооружений, в которых получение сравнительно узкой депрессионной воронки отвечает поставленным задачам. Могут быть однолинейные без поперечных дрен, однолинейные с поперечными дренами, двухлинейные. Применяются в качестве общих дренажей;

б) контурные (кольцевые), устраиваемые вокруг защищаемого сооружения, при поступлении к нему грунтовых вод со всех сторон (например, вокруг здания подземной гидроэлектростанции). Могут быть одноконтурные (рис. 14 - 16), многоконтурные, одноярусные (рис. 14) и многоярусные, располагаемые на различной высоте (рис. 5, 23 и 24). Располагаются вблизи от сооружения. Являются весьма эффективным общим дренажем;

в) контактные (приобделочные), располагаемые на контакте обделки сооружения с породой (рис. 21, 25, 26, 29 - 31), или пересекающие этот контакт (рис. 28, 32, 33). Применяются, в основном, в качестве местных дренажей, но в определенных условиях могут работать как общий дренаж.

3. По заложению относительно водоупора и степени пересечения фильтрационного потока дренами в вертикальном направлении:

а) совершенного типа, когда дрены доходят до водоупора при пересечении фильтрационного потока по всей высоте (от депрессионной поверхности до водоупора, рис. 8, 34);

б) несовершенного типа, когда дрены не доходят до водоупора или доходят до водоупора, пересекая фильтрационный поток не по всей высоте (рис. 14, 35).

4. По конструкции:

а) туннельные (рис. 7, 14, 18, 34 - 41);

б) скважинные (рис. 10, 12, 16, 17, 23, 42, 43);

в) шахтные (колодезные) (рис. 16);

г) шпуровые (рис. 1, 3, 19, 22, 27, 33, 44 - 47);

д) трубчатые (рис. 20, 48 - 51, 76);

е) ленточные (рис. 21, 53);

ж) сплошные (тюфяки или необлицованные поверхности породы) (рис. 55);

з) разгрузочные отверстия в обделке (рис. 56 - 58);

и) комбинированные, состоящие из элементов по пп. а — з (рис. 2, 5, 6, 8, 9, 15, 20, 32, 59 - 62).

5. По размерам и возможности осмотра:

а) проходимые, по которым возможно пройти человеку (рис. 52, 63 - 70) и непроходимые (рис. 25 - 31, 49 - 54);

б) открытые (доступные для осмотра) (рис. 44, а, в, 56, 61 и 71) и закрытые (недоступные для осмотра). Закрытые дренажи применяются в простых гидрогеологических условиях и несложной конструкции.

6. В зависимости от состояния породы:

а) закрепляемые (рис. 38 - 40) и незакрепляемые (рис. 13, 14);

б) с фильтрами (рис. 2, 20, 21, 29 - 31, 34, 36 - 39, 41, б, 64, 71 - 74) и без фильтров (22, 48, 49, 55 - 58, 75).

7. По режиму работы:

а) напорные (рис. 21) и безнапорные (рис. 9 - 16, 18, 25, 29 - 32, 42, 43, 48, 55, 59, 61 - 65);

б) регулируемые (рис. 1, 23, 28, 71, 74) и нерегулируемые (рис. 21, 29 - 32, 72).

8. По способу производства работ, выполняемые:

а) открытым способом (рис. 16, 26, 34);

б) подземным способом (рис. 6, 10, 11, 15, 23, 28, 32, 42, 59, 61, 62).

в) комбинированным способом (рис. 9, 60, 71);

5.2 Выбор типа дренажа зависит от:

а) геологических и гидрогеологических условий (напор грунтовых вод, граничные условия области фильтрации, расстояние до контура питания грунтовых вод и до водоразделов, направление движения фильтрационного потока, напластование, водообильность пород, физико-химические свойства пород и грунтовых вод и т.д.);

б) физико-химических процессов в породе, вызываемых движением грунтовых и поверхностных вод и влиянием метеорологических факторов;

в) конструкции и материала обделок дренируемого сооружения, а также условий его работы;

г) условий строительства и эксплуатации дренируемого сооружения и дренажа.

5.3 При проектировании дренажных туннелей рекомендуется учитывать следующее:

а) в зависимости от местных условий и форм дренируемых сооружений дренажные туннели в плане могут быть прямолинейными и криволинейными (полигональными), незамкнутыми и замкнутыми, непрерывными и поучастковыми;

б) дренажные туннели рекомендуется закладывать с верховой стороны грунтового потока, чтобы полнее перехватить воду водоносного горизонта (рис. 8, 13);

в) крепление выработки назначается в зависимости от прочности пород, учитывая необходимость иметь большую водопроницаемость обделки. В крепких и устойчивых породах дренажные туннели рекомендуется оставлять незакрепленными;

г) одноярусные дренажные туннели применяются в однородных породах; многоярусные — в случае переслаивания водопроницаемых и водонепроницаемых пород (при наличии нескольких водоносных горизонтов);

д) дренажные туннели устраиваются с уклоном, исключающим возможность заиления и размыва водоотводных канав и обеспечивающим удобство производства работ по устройству туннеля и его эксплуатации;

е) в целях обеспечения нормального стока дренажных вод лотковая часть туннеля бетонируется или устраивается специальная водоотводная канава (рис. 32, 36 - 39);

ж) в дренажных туннелях длиной более 200 м предусматриваются ниши-убежища выше подошвы на 0,5 м через каждые 100 м в шахматном порядке;

з) в местностях с суровым климатом дренажный туннель утепляется на необходимой длине;

и) размеры дренажных туннелей определяются расходом пропускаемой ими воды, условиями строительства и эксплуатации. Минимальные размеры поперечного сечения дренажных туннелей принимаются в соответствии с [Л. 166].

5.4 Скважинный дренаж проектируется с учетом следующих положений:

а) длину скважин можно принимать до 100 м, диаметр скважин — в пределах 50 — 150 мм;

б) скважины располагаются рядами (вертикально, горизонтально и наклонно) и лучами;

в) вертикальные восходящие и нисходящие скважины рекомендуется применять при наличии нескольких водоносных горизонтов, а также при дренировании подземных сооружений большой высоты (например, здания гидроэлектростанций, шахты больших диаметров и т.д.) (рис. 9, 15, 24, 43, 71);

г) вертикальные нисходящие скважины можно применять, когда ниже сооружения располагаются пласты со значительно большей водопроницаемостью, чем в районе сооружения, но с незначительными напорами грунтовых вод. В этом случае система вертикальных дрен, прорезающих дренируемый массив и нижележащий проницаемый пласт, снижает свободную поверхность грунтовых вод (или их пьезометрическую поверхность);

д) горизонтальные скважины применяются в слоистой породе с крутопадающими пластами. Максимальный эффект достигается, если дрены направлены нормально к напластованию;

е) лучевые (горизонтальные, вертикальные и наклонные) скважины применяются, когда из одной «точки» (камеры, ниши) необходимо сдренировать большой объем породы (рис. 17, 23, 28, 42, 59, 61). Скважины бурятся в виде пучка или веерообразно из специальных ниш, камер и шахт или непосредственно из выработок дренируемых сооружений;

ж) устья скважин должны быть доступны для осмотра, монтажно-демонтажных работ и измерений дебита и напора;

з) устья скважин, направленных наклонно или вертикально вниз, должны быть надежно предохранены от попадания в них поверхностных вод и посторонних предметов;

и) в устойчивых ненарушенных породах скважины не закрепляются;

к) нерабочие участки скважин, проходящих в слабых породах, необходимо закрепить обсадными трубами. Трубы могут быть стальные, из нержавеющей стали, чугунные, асбоцементные и пластмассовые (раздел 6).

5.5. Шпуровой дренаж может быть применен для разгрузки от давления грунтовых вод обделок любых подземных сооружений. Он состоит из системы шпуров диаметром 50 — 100 мм и длиной в несколько метров, пробуренных при равномерной трещиноватости породы нормально к поверхности обделки. При неравномерной трещиноватости (слоистость) и фильтрационной анизотропии породы шпуры следует ориентировать с учетом этих особенностей.

Шпуровой дренаж обладает следующими положительными свойствами:

а) высокой дренирующей способностью при малых его размерах;

б) возможностью совмещения с заполнительной и противофильтрационной цементацией;

в) возможностью устройства после возведения обделки;

г) возможностью осуществления любой степени дренирования локальных участков обделки путем изменения длины и шага шпуров;

д) простотой осуществления с помощью перфораторного бурения.

5.6. Трубчатый дренаж (продольный, поперечный, комбинированный) устраивается на контакте бетонных (железобетонных) обделок с породой или металлической облицовкой (рис. 26, 50, 53) и внутри бетонных (железобетонных) обделок (рис. 20, 48, 49, 51).

Эти дренажи могут быть выполнены в виде:

а) цилиндрических полостей, созданных извлекаемыми полостеобразователями;

б) перфорированных труб, обмотанных стеклотканями, или труб из пористого материала, оставляемых в обделках;

в) скважин, пробуренных в бетоне.

При применении дренажей по пп. а и в извлечение пустотообразователей или бурение скважин производится после окончания работ по заполнительной и противофильтрационной цементации.

Дренажи по п. б позволяют проводить повторно цементационные работы, если в этом возникает необходимость в процессе эксплуатации. Это возможно благодаря способности стеклоткани задерживать частицы цемента и пропускать воду (рис. 20) [Л. 28, 85, 145].

5.7. Ленточный (продольный и поперечный) дренаж применяется, как правило, в безнапорных сооружениях. Он представляет собой полости, устроенные на контакте породы с обделкой (рис. 21). Эти полости могут быть заполнены фильтрующим материалом.

В качестве фильтрующего материала применяются: песок, гравий, щебень, стекловата, шлаковата, пористый бетон (сборный или монолитный) [Л. 49, 70, 71, 142, 169]. Вяжущее для пористого бетона (цемент, битум, полимерные смолы) назначается в зависимости от химического состава грунтовой воды.

Ленточные дренажи размещаются в породе в специальных нишах (штрабах, канавах, траншеях) или в пределах сечения обделок. Они также могут быть образованы путем оставления на поверхности выработки незабетонированных полос породы (в негидротехнических туннелях).

Для устройства прискальных ленточных дрен можно использовать резиновые ленты или гибкие пластмассовые перфорированные трубы, прикрытые шлаковатным ковром и прижатые к скале сеткой, закрепленной специальными анкерами (рис. 53). В местах крутых поворотов и изгибов дрен следует применить гофрированные пластмассовые трубки (рис. 54). Для защиты шлаковатного ковра от механического воздействия бетонной смеси (набрызгбетона) его следует покрывать хлорвиниловой пленкой.

5.8. Сплошной дренаж применяется в устойчивых породах, характеризующихся умеренной водопроницаемостью. Он устраивается в виде:

а) прослоек из фильтрующего материала (песок, гравий, щебень, пористый бетон, шлаковата, стекловата и т.п.), расположенных по контакту обделки с породой (рис. 30, 31);

б) полостей между породой и ненесущей (декоративной) облицовкой (рис. 55);

в) открытой необлицованной поверхности породы.

5.9 В качестве фильтрующих применяются материалы, перечисленные в п. 5.7.

5.10. Дренаж в виде разгрузочных отверстий (короткие шпуры) в обделке (рис. 77) служит для разгрузки ее от давления грунтовых вод, а также для организованного их отвода в местах мокрых пятен и течей, обнаруживаемых во время эксплуатации сооружений.

Дренаж выполняется в виде отверстий, разбуриваемых в обделке с заглублением в породу на 50 — 60 см. При наличии металлической облицовки разгрузочные отверстия рассверливаются с некоторым заглублением в бетон обделки, после чего завариваются в пределах толщины облицовки (рис. 22 и 60).

Разгрузочные отверстия можно применять:

а) при маловодопроницаемых скальных породах;

б) в пределах бетонной обделки для разгрузки металлических облицовок в напорных туннелях и шахтах при их опорожнении.

5.11. В тех случаях, когда при нормальной работе напорного сооружения не требуемся разгрузка обделки от давления грунтовых вод, а разгрузка дренажем необходима при опорожнении туннеля, может быть применен регулируемый (например, выключаемый) дренаж. Регулирование возможно осуществить при помощи:

а) задвижек, устраиваемых на коллекторных трубах, в местах, доступных для осмотра или контроля в любой период эксплуатации;

б) автоматических обратных клапанов, открывающихся под давлением грунтовой воды.

Для увеличении надежности своевременного открытия и закрытия задвижек целесообразно управление ими автоматизировать, сблокировав, электромеханическим управлением с работой затворов на водоводах.

При проектировании дренажа этого типа необходимо предусматривать мероприятия, исключающие возможность его засорения.

Противофильтрационная цементация

5.12. По степени воздействия на форму грунтового притока, местоположению относительно защищаемого сооружения и другим признакам противофильтрационная цементация подразделяется на следующие виды.

1. По степени воздействия на фильтрационный приток:

а) изменяющая положение депрессионной поверхности (рис. 35, 78, 79);

б) удлиняющая пути фильтрации с целью уменьшения градиентов напора (рис. 4, 26, 46);

в) уменьшающая приток грунтовых вод к сооружению или утечки воды из напорных сооружений (рис. 25, 59, 75).

2. По местоположению относительно защищаемого сооружения:

а) у контура выработки (рис. 4, 27, 59, 75, 79);

б) на расстоянии от контура выработки (рис. 25, 78).

3). По степени ограждения защищаемого сооружения:

а) замкнутая — расположенная вокруг всех поверхностей сооружения в пределах области фильтрации (рис. 25, 75);

б) незамкнутая — расположенная с одной или нескольких сторон сооружения (рис. 35, 78).

4. По расположению цементации в виде цементационной завесы относительно водоупора:

а) совершенная — доведенная до водоупора;

б) несовершенная («висячая») — не доведенная до водоупора.

5. Вид противофильтрационной цементации выбирается в зависимости от:

а) компоновки и конструкции сооружения;

б) элементов фильтрационного потока (величины напоров грунтовых вод, градиентов напора, формы границ и размеров области фильтрации, условий на ее границах и т.п.);

в) физико-механических и фильтрационных свойств породы;

г) химического состава грунтовых вод.

5.13. Противофильтрационная цементация, снижающая депрессионную поверхность грунтового потока в районе защищаемого сооружения, устраивается в виде завес совершенного или несовершенного типа. Завесы следует располагать поперек пути фильтрационного потока или вокруг защищаемого сооружения. С помощью совершенной противофильтрационной завесы, расположенной вокруг защищаемого сооружения, можно практически полностью преградить пути движения грунтовых вод к сооружению.

5.14. При проектировании противофильтрационных завес необходимо учитывать, что наибольшее снижение депрессионной поверхности получается при совместном действии завесы и дренажа. Дренаж при этом должен располагаться у защищаемого сооружения или между сооружением и завесой (рис. 78).

Примечание. Если породы подвержены механической и химической суффозиям, из-за которых недопустимы значительные градиенты напора в породе, то от устройства дренажа следует отказаться.

Глубина (длина) дренажных скважин принимается в зависимости от степени трещиноватости и водопроницаемости породы, характера залегания породы, расположения водоупора и т.п., а также от размеров противофильтрационной завесы.

Расстояние дренажных скважин от цементационной завесы устанавливается в каждом конкретном случае. Это расстояние допустимо принимать равным не менее 2 — 3 шагов скважин противофильтрационной завесы и не менее 4 м [Л. 168].

5.15. Противофильтрационная цементация, применяемая с целью удлинения пути фильтрации к защищаемому сооружению, устраивается в виде экранов. Экраны, например, в виде дискообразных или конусообразных воротников вокруг туннелей и шахт располагаются так, чтобы максимально пересечь сосредоточенные пути фильтрации (рис. 4, 27, 46). При слоистой породе экраны целесообразно располагать так, чтобы угол между плоскостью экрана и слоями породы составлял 90° или был близок к этой величине.

При противофильтрационной цементации в виде экрана, устраиваемого на пути потока, дренажи располагаются возможно ближе к защищаемому сооружению.

5.16. Цементация, предназначенная для уменьшения притока грунтовых вод к сооружению, незначительно влияющая на гидродинамические элементы естественного фильтрационного потока, устраивается по контуру выработок или на небольшом расстоянии от него. Глубина зоны цементации зависит от местных условий и определяется из фильтрационного расчета; ориентировочно на предварительных стадиях проектирования ее можно назначать в пределах 3 — 7 м.

5.17. Вид противофильтрационной цементации, названный в п. 5.16, может применяться как самостоятельно, так и с дренажем, расположенным на контакте обделки с породой, или внутри зоны цементации (например, шпуровой дренаж) в пределах половины ее глубины, считая от внутренней поверхности зоны (рис. 4, 75).

5.18 Зону противофильтрационной цементации следует располагать на расстоянии от контура выработки, когда:

а) требуется максимально разгрузить обделку от давления грунтовых вод совместным действием цементации и дренажа;

б) подземная выработка не закреплена обделкой и стены выработки не способны выдержать давление цементационного раствора;

в) для восприятия давления цементационного раствора потребовалось бы изменение формы сечения или толщины обделки;

г) зона цементации, примыкающая к контуру выработки, не способна выдержать давление грунтовых вод.

Расстояние от контура выработки до зоны цементации определяется условиями статической и фильтрационной работы породы (зацементированной и незацементированной) и обделки.

Этот вид цементации может применяться как самостоятельно, так и с дренажем, который следует располагать на контакте обделки с породой или в породе между обделкой (поверхностью выработки) и зоной цементации, но не внутри зоны цементации [Л. 110, 119, 107].

5.19. Остальные указания по проектированию противофильтрационной цементации и производству работ по ее осуществлению следует принимать по [Л. 161, 168].

6. ФИЛЬТРЫ ДРЕНАЖЕЙ

6.1 Фильтры в дренажах устраиваются, когда:

а) необходимо обеспечить фильтрационную прочность на контакте дренажа с породой;

б) возможна механическая суффозия в неустойчивых породах (например, слабые известняки, мел, галечники, пески);

в) имеется опасность осыпания породы в дренажные полости;

г) необходимо защитить дренажные полости от попадания в них цемента при бетонировании обделок и цементации породы; с этой целью можно применить, например, стекловолокно, стеклоткани, шлаковату и другие материалы.

6.2. Для изготовления и устройства фильтров применяются материалы: песок, гравий, щебень, пористый бетон, сталь, нержавеющая сталь, латунь, синтетические материалы, асбоцемент, керамика, фарфор и др.

6.3 При выборе типа и конструкции фильтра следует исходить из основных требований к ним:

а) фильтр должен обладать необходимой механической прочностью и иметь достаточную устойчивость против химической и электрохимической коррозии и эрозионного воздействия воды;

б) фильтр должен пропускать максимальное количество воды при своих минимальных размерах;

в) вода в фильтр должна поступать, по возможности, с большой поверхности породы и с наименьшими скоростями;

г) фильтр должен иметь, по возможности, большую скважность;

д) при постоянной работе фильтра не должно происходить выноса частиц породы («пескования»);

е) фильтры необходимо подбирать с учетом возможного изменения во времени скважности и размеров проходных отверстий в зависимости от химического состава грунтовых вод;

ж) фильтры, по возможности, должны быть доступны для механической и химической очистки.

6.4. При выборе типа и конструкции фильтра необходимо учитывать условия его эксплуатации (длительность и величина фильтрационного расхода), имея при этом в виду, что:

а) в дренажах, рассчитанных на длительную эксплуатацию, фильтры выполняются с применением нержавеющей стали, пластмасс, асбоцемента и других стойких материалов. В случае применения обычных сталей необходимо предусматривать их защиту покрытием водоустойчивыми лаками, пластмассами, металлическими пленками (кадмирование, цинкование), твердыми резиновыми оболочками типа эбонита;

б) увеличение числа слоев гравийных обсыпок и их толщины способствует предохранению фильтров от зарастания и повышению сроков их эксплуатации.

6.5. В дренажах туннельных, ленточных и сплошных (п. 5.1, подпункт 4, а, е, ж) в качестве фильтров могут быть применены: песок, гравий, щебень, пористый бетон [Л. 49, 70, 71, 142, 169 и Приложение 4, п. 14], стекловолокно (стекловата, стеклоткани, стеклорогожа и т.п.) [Л. 85, 127, 145].

6.6. В шпуровых и трубчатых дренажах, а также разгрузочных отверстиях фильтры могут устраиваться из перфорированных труб, металлических каркасов с сетками и без сеток, пористого бетона, синтетических материалов и др.

6.7. В неустойчивых скальных и мягких породах вместо шпурового дренажа можно применять забивные фильтры [Л. 44] длиной 3 — 5 м, из которых рабочая часть составляет 50 — 80%. Скважность забивного фильтра принимается в пределах 6 — 25%, расстояние между отверстиями — в 3 — 4 раза больше их ширины (диаметра). Фильтр перфорируется круглыми или щелевыми отверстиями. В крупнозернистых гравелистых песках размеры перфорации принимаются увеличенными. Отверстия располагаются в шахматном порядке или по прямоугольникам. Расстояния между забивными фильтрами определяются расчетным путем, так же как и при шпуровом дренаже. В мягкие породы фильтр забивается кувалдой, а в твердых породах бурятся скважины, в которые затем закладывается фильтр (рис. 74) [Л. 44].

6.8. Фильтры скважинного дренажа наиболее многочисленны и разнообразны по своей конструкции. В Приложении 4 дано краткое описание конструкций фильтров скважинного дренажа и условий их применимости.

6.9. Подбор фильтров, их расчет и конструирование следует производить по [Л. 49, 71, 142 и 169].

6.10. При проектировании фильтров следует иметь в виду, что их конструкция может быть уточнена во время производства работ на основании данных, полученных при проходке выработок и бурении скважин.

7. ОТВОД ДРЕНАЖНЫХ ВОД

7.1 Профильтровавшаяся в дренажи вода может отводиться:

а) внутрь водопроводящего туннеля (шахты) (рис. 2, 3, 21, 47);

б) самотеком на дневную поверхность (рис. 5);

в) в нижерасположенные водопроницаемые водоносные пласты;

г) откачкой насосами (рис. 16, 43, 63, 64).

7.2 Выпуск дренажной воды внутрь гидротехнических туннелей (шахт) допустим при соблюдении следующих условий:

а) внутренний напор в туннеле не превосходит минимального напора грунтовых вод;

б) отсутствует опасность загрязнения транспортируемой по туннелю воды вредными продуктами выщелачивания горных пород;

в) скорости воды в туннеле и конструкция выпусков исключают возможность возникновения кавитации;

г) не опасна передача пульсационного давления потока в дренажи;

д) не опасно замерзание воды в туннеле.

7.3. Отвод воды на дневную поверхность следует производить на участки местности, с которых невозможна подпитка грунтовых вод в районе дренируемого сооружения. Трасса коллекторов назначается на основании технико-экономического сопоставления вариантов.

При наличии вспомогательных выработок, устраиваемых на период строительства, следует рассматривать возможность их использования для отвода грунтовых вод.

7.4. Продольный профиль дренажных и водоотводных выработок рекомендуется назначать с таким расчетом, чтобы вода по ним стекала самотеком в пониженные места рельефа, реки, ручьи и т.д.

7.5. У порталов водоотводных (дренажных) туннелей следует предусматривать заграждения с воротами (дверями) и, в необходимых случаях, помещения для хранения оборудования, связанного с эксплуатацией этих туннелей и проведением натурных наблюдений.

7.6. Сброс дренажной воды в нижерасположенные пласты породы допускается, если они имеют достаточную поглощающую способность и дополнительная подпитка пласта не вызовет отрицательных последствий (например, загрязнение подземных вод, создание со временем подпора подземных вод и т.п.).

7.7. Откачка дренажной воды насосами допускается при невозможности обеспечения самотечного отвода или перепуска в нижележащие пласты.

7.8. Расчет водоотводящих устройств дренажа (трубы, лотки, каналы и др.) производится по формулам гидравлики. В зависимости от сложности гидрогеологических условий и конструкции дренажа пропускную способность устройств следует назначать с запасом, например, с коэффициентом, равным 1,5 — 2,0.

7.9. При проектировании водоотводящих устройств необходимо предусматривать мероприятия по предупреждению замерзания воды на выводах как в подземных сооружениях, так и за их пределами.

8. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ

8.1. Фильтрационные расчеты дренажей и противофильтрационной цементации следует производить для того из режимов фильтрации (установившегося или неустановившегося, в частности, регулярно повторяющегося), при котором результаты расчета обеспечат относительно большую надежность работы дренажей и цементации.

8.2. При расчетах дренажей и противофильтрационной цементации в целях упрощения, если это допускают гидрогеологические и геологические условия, можно принимать, что порода является однородной и изотропной в отношении водопроницаемости, а фильтрация подчиняется закону Дарси [Л. 7, 9, 11, 13, 14, 22, 89, 93, 160, 168, 174].

8.3. Если дренажи и противофильтрационная цементация не могут быть рассчитаны с достаточной степенью точности, следует проводить необходимые модельные фильтрационные исследования.

Объем исследований определяется классом и степенью сложности дренируемого сооружения, стадией проектирования, величиной напора грунтовых вод, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями.

8.4. В определенных гидрогеологических и инженерно-геологических условиях может оказаться возможным учет фильтрационной анизотропии породы. Для оценки в этих условиях разгружающего эффекта дренажных и противофильтрационных устройств следует привести анизотропную водопроницаемую среду к фиктивной изотропной.

Для приведения к изотропной среде с коэффициентом фильтрации k_{0} = \sqrt{\text{К}_{\text{макс}} \cdot \text{К}_{\text{мин}}} следует все геометрические размеры вдоль направления с \text{К}_{\text{макс}} умножить на величину \sqrt{\text{К}_{\text{мин}}:\text{К}_{\text{макс}}} , где \text{К}_{\text{макс}} — коэффициент фильтрации породы в направлении максимальной водопроницаемости (например, вдоль напластования); \text{К}_{\text{мин}} — то же, в направлении минимальной водопроницаемости (например, нормально к напластованию).

Если сооружение дренировано местными дренажами, расположенными по контуру обделки, эпюра остаточных напоров получается деформированной таким образом, что остаточные напоры в направлении наибольшей водопроницаемости породы увеличиваются, а в направлении наименьшей проницаемости уменьшаются по сравнению со случаем, когда порода изотропна по водопроницаемости. Для восстановления симметрии формы эпюры остаточных напоров можно применять следующие способы:

а) неравномерно распределять дрены по поверхности дренируемого сооружения;

б) при равномерном распределении дрен изменять их размеры в увязке с направлениями осей фильтрационной анизотропии;

в) снижать фильтрационную анизотропию путем цементации породы.

8.5. При фильтрационных расчетах принимается, что у обделок из монолитного бетона и железобетона [Л. 6, 128]:

а) обеспечивается плотное прилегание к поверхности выработки;

б) швы между отдельными участками уложенного бетона обеспечивают прочную связь этих участков в единую конструкцию и не допускают фильтрации воды;

в) отсутствуют разрывы, трещины, раковины и другие нарушения сплошности или деформации.

При соблюдении этих условий коэффициент фильтрации бетона обделок принимается по табл. 2 [Л. 43, 121].

Примечание. Марки бетона В2 — В12, установленные ГОСТ 4795-68, характеризуются водопроницаемостью лабораторных образцов (диаметром и длиной 150 мм), испытываемых по ГОСТ 4795-59 в 180-дневном возрасте.

8.6. Если к обделкам подземных сооружений не предъявляются требования водонепроницаемости и трещиностойкости (вспомогательные, безнапорные строительные туннели и др.) и в них допускается фильтрация воды через строительные швы и дефекты бетонирования, то коэффициент фильтрации бетонных обделок этих сооружений для предварительных расчетов можно принимать равным 10^{- 4} - 10^{- 6} см/сек [Л. 43, 53, 80, 138, 139].

После возведения обделки рекомендуется ее коэффициент фильтрации проверить в натуре, для чего могут быть применены способы, указанные в разделе 10.

8.7. Если окажется, что действительный коэффициент фильтрации обделки на исследуемом участке меньше расчетного, необходимо усилить дренаж или применить противофильтрационную цементацию породы. При этом следует иметь в виду, что со временем может иметь место дальнейшее уменьшение коэффициента фильтрации обделки.

8.8. Учет в фильтрационных расчетах водопроницаемости обделки может дать практически ощутимое уменьшение давления грунтовых вод на обделку, если соотношение коэффициентов фильтрации обделки и породы будет равно или более приблизительно 0,003 [Л. 89, 91 - 93].

9. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

9.1. При проектировании конструкции дренажей и противофильтрационной цементации следует учитывать требования и условия производства работ, которые могут повлиять на выбор типа или конструкции дренажа и цементации, а также на их работоспособность. Эти требования могут быть очень разнообразными в зависимости от конкретных условий.

9.2. Работы по осуществлению дренажа и противофильтрационной цементации необходимо выполнять с соблюдением требований СНиП, строительных норм, технических указаний, а также специальных технических условий и инструкций.

9.3 В проектах дренажей и цементации следует указывать:

а) очередность операций по их выполнению;

б) допуски в отклонении от размеров элементов конструкций;

в) специальные мероприятия, гарантирующие требуемое качество работ;

г) способы контроля качества выполненных работ (продувка сжатым воздухом, прокачка водой, испытание герметичности и др.).

9.4. В сооружениях, снабженных системой дренажа, скважины для цементации (если последняя выполняется после устройства дренажа) должны располагаться с таким расчетом, чтобы в процессе цементации была исключена возможность забивки дренажа или должны предусматриваться вспомогательные защитные элементы, предотвращающие его забивку цементом. Кроме того, рекомендуется в процессе цементации промывать дренаж, если это позволяют конструкции дренажа и сооружения. Цементация после устройства дренажа может производиться при особом обосновании.

9.5. Работы по противофильтрационной цементации следует выполнять до постановки сооружения под напор.

9.6. Давление нагнетания при выполнении противофильтрационной цементации должно назначаться с превышением на величину давления грунтовых вод, если последнее будет наблюдаться во время проведения цементационных работ.

9.7. В сложных гидрогеологических условиях при устройстве длинных дренажных скважин следует выполнять контрольно-разведочное бурение.

9.8. Возможные изменения в конструкции дренажей и противофильтрационной цементации, вызываемые несоответствием фактических геологических и гидрогеологических условий с проектными, согласовываются в обязательном порядке с проектной организацией.

10. НАТУРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

10.1. В проектах постоянных подземных сооружений, имеющих в своем составе дренажи, противофильтрационную цементацию или их сочетание, необходимо предусматривать установку контрольно-измерительной аппаратуры для наблюдения за работой дренажей и зацементированной породы.

Контрольно-измерительную аппаратуру для наблюдения за давлением грунтовых вод следует также предусматривать в подземных сооружениях, не имеющих в своем составе дренажей и противофильтрационной цементации, но расположенных (в проектных условиях) в зоне грунтовых вод и испытывающих их давление.

10.2. При разработке проектов размещения контрольно-измерительной аппаратуры следует предусматривать приборы и оборудование, позволяющие:

а) измерять пьезометрические уровни грунтовых вод с одновременной фиксацией величин атмосферных осадков и колебаний уровня воды в водоемах и водотоках, имеющих связь с грунтовыми водами в районе проектируемого сооружения;

б) замерять приток грунтовых вод, приходящийся на все сооружение и его отдельные участки и элементы, при помощи расходомеров, водосливов, мерных баков и т.д.;

в) определять давление грунтовых вод на обделки с помощью пьезометров, пьезодинамометров, манометров;

г) наблюдать за утечками воды из напорных туннелей;

д) измерять перепад напора в зоне противофильтрационной цементации, для чего датчики давления устанавливать с ее верховой и низовой сторон;

е) управлять давлением грунтовых вод на сооружение при наличии регулируемого дренажа.

Примечания. 1. Для измерения фильтрационного расхода скважинного дренажа устья скважин следует оборудовать металлическими насадками с вентилями.

2. В напорных туннелях особое внимание следует обращать на организацию наблюдений за участками приближения туннелей к склонам и за дренажами, расположенными в непосредственной близости от туннелей.

10.3. С целью получения достоверных значений величин коэффициента передачи давления грунтовых вод на разного типа обделки в проектах подземных сооружений рекомендуется предусматривать опытные участки. На этих участках в процессе строительства необходимо проводить особо тщательно гидрогеологическое документирование водовмещающих пород, а обделку и зону цементации (если цементация предусматривается) оснащать в необходимом количестве закладной контрольно-измерительной аппаратурой.

10.4 Для определения коэффициента фильтрации обделки постоянных сооружений можно применять следующие способы:

а) занапоривание участка туннеля (шахты) и измерение утечек воды из него при известном перепаде напора в обделке;

б) измерение притока грунтовых вод на исследуемом участке при одновременном измерении действующего на обделку напора;

в) измерение расхода воды, нагнетаемой в обделку из небольших плоских камер, прижатых герметично к обделке [Л. 116];

г) измерение расхода воды, нагнетаемой в скважины, пробуренные в обделке;

д) измерение расхода воды, нагнетаемой в щелевидную полость небольших размеров, устраиваемую в обделке при ее бетонировании. Полость располагается посередине сечения обделки и может быть создана при помощи закладного или извлекаемого полостеобразователя.

Имея значения расходов воды и перепадов напора, по соответствующим зависимостям определяются коэффициенты фильтрации обделок. Зависимость для определения коэффициента фильтрации по п. д может быть получена метопом ЭГДА на модели.

10.5 Кроме наблюдений за фильтрационным расходом и давлением воды, должны быть предусмотрены наблюдения за:

а) химическим составом и температурой фильтрующихся вод;

б) количеством и гранулометрическим составом твердых частиц, выносимых фильтрационным потоком из породы, фильтров или зоны цементации;

в) состоянием обнаженных поверхностей породы или дренажных полостей;

г) состоянием натеков извести, выщелачиваемой из бетонной обделки.

10.6. При расположении сооружений в породах, не устойчивых в отношении химической суффозии, проект натурных наблюдений следует составлять с использованием [Л. 165].

10.7. Если подземное сооружение с дренажем располагается в неблагоприятных гидрогеологических условиях или дренаж (с цементацией или без нее) запроектирован достаточно сложным, необходимо разрабатывать инструкцию по его эксплуатации. Эта инструкция должна входить в состав общей инструкции по эксплуатации сооружения и содержать указания, способствующие обеспечению нормальной и продолжительной работы дренажей и противофильтрационной цементации.

10.8. При отсутствии поступления воды из дренажной скважины после установления проектного положения кривой депрессии, скважину следует затампонировать и, в случае необходимости, пробурить новую.

10.9. Если во время эксплуатации появится опасный вынос частиц грунта, необходимо уменьшить расход дренируемой воды или установить обратный фильтр. Если указанные мероприятия не удастся осуществить или если они не дадут достаточного эффекта, следует рассмотреть возможность устройства противофильтрационной цементации.

10.10. Если кривая депрессии (или давление грунтовых вод на обделку при местном дренаже) окажется значительно ниже предусмотренных проектом, целесообразно соответственно уменьшить расход дренажа.

10.11. Если расход дренажа снижается при одновременном подъеме кривой депрессии или увеличении давления грунтовых вод на обделку, необходимо произвести чистку дренажных устройств или, по возможности, бурение дополнительных скважин.

10.12. Способ очистки дренажных устройств зависит от их конструктивных особенностей. Восстановление работоспособности, например, скважинного дренажа производится следующими способами:

а) очистка от осадка при помощи эрлифта с водоподъемными трубами, опущенными в нижнюю часть отстойника;

б) очистка скважины буровым наконечником (или в комбинации с ершом-щеткой) с одновременной промывкой водой и последующей прокачкой эрлифтом;

в) обработка соляной кислотой для растворения осадка и удаления промывкой продуктов реакции;

г) рыхление породы в призабойной области взрывами малых зарядов;

д) свабирование (поршневание);

е) смена фильтров.

10.13. В случае применения регулируемых дренажей их опорожнение необходимо производить медленно во избежание образования больших градиентов напора на входе в дрены.

Рис. 1. Шпуровой регулируемый дренаж напорного туннеля

металлической облицовки; 3 — металлическая облицовка;

облицовку, трубу и бетон; 6 — внешнее кольцо бетона

3 — водоотводная трубка;

5 — коллекторная труба

1 — обделка безнапорного туннеля; 2 — шпуровые дрены;

4 — отвод сдренированной воды из коллектора 3

5 — металлическая облицовка; 6 — заглушка;

8 — скважины цемзавесы

9 — дренажные туннели;

H = 270 м

8 — дренажная и вентиляционная галерея;

на участке длиною около 500 м

а)

б — план-разрез станционного узла;

3 — напорные водоводы; 4 — дренажный туннель

Рис. 8. Односторонний общий дренаж [Л. 30, 31, 109]:

4 — защищаемое сооружение; 5 — кривая депрессии

4 — деревянные пробки; 5 — поверхность депрессии;

7 — уровень естественных грунтовых вод

Рис. 10. Дренаж из восходящих скважин,

1 — скважины; 2 — защищаемое сооружение

Рис. 11. Наклонная и вертикальная дренажные завесы:

3 — защищаемое сооружение

Рис. 12. Наклонная дренажная завеса [Л. 109]:

3 — защищаемое сооружение

1 — поверхность земли; 2 — естественная поверхность

4 — кривая депрессии; 5 — дренажный туннель; 6 — водоупор

3 — защищаемое сооружение;

5 — поверхность земли

3 — поверхность депрессии;

5 — защищаемое сооружение

4 — уровень естественных грунтовых вод;

дренажных скважин с горизонтальными; 6 — приямок

3 — уровень естественных грунтовых вод;

5 — поверхность земли

(Япония) [Л. 188]:

2 — профиль дренажного туннеля

3 — продольные коллекторные трубы;

5 — заглушки

а)

б)

в)

5 — кольцевая дрена; 6 — песок; 7 — стеклоткань;

10 — радиальная дрена

3 — отверстия для выпуска воды в туннель;

5 — уровень воды в туннеле

3 — ребро жесткости; 4 — коллекторная труба Ø 130 мм;

7 — обделка первой очереди

2 — глубокие дренажные скважины;

5 — стальная облицовка толщиной 17 мм; 6 — бетон

1 — шахта; 2 — кольцевые дренажные туннели;

4 — границы разновидностей породы

3 — трубчатый (ленточный, сплошной) дренаж

4 — обделка защищаемого сооружения

5 — плотное покрытие на слое фильтра;

8 — асбоцементная труба Ø 15 см

а)

11 — анкерный зуб; 12 — камера затворов;

14 — грузоаэрационная шахта; 15 — воздуховоды

Ø 0,1 м с задвижками, открывающимися только перед

9 — лоток для транспортирования бетонной смеси

штольни [Л. 30]:

3 — дренажная штольня

из камня; 3 — гидроизоляция оклеечная;

5 — старая обделка из камня

туннелей ГЭС Вальсура (Италия) [Л. 191]:

3 — водоотводной лоток; 4 — засыпка галькой

4 — настил из досок толщиной 50 мм;

6 — цементируемая полость над сводом туннеля

3 — коллекторная труба Ø 82 мм; 4 — шпуровая дрена;

7 — заглушка (пробка)

с внутренним фильтром [Л. 30]:

4 — фильтр; 5 — плиты со щелями; 6 — насыпной грунт

3 — плотина; 4 — башня водоприемника;

6 — машинный зал; 7 — кабельная шахта

Рис. 36. Конструкция дренажного туннеля [Л. 30]:

3 — водоотводный лоток; 4 — бетонная обделка

1 — трехслойный фильтр; 2 — щели для выпуска воды;

5 — водоупор; 6 — насыпной грунт

с наружным фильтром [Л. 30]:

3 — сборная обделка из блоков

1 — дренажная засыпка; 2 — отверстия для выпуска воды;

4 — обделка из сборного бетона

института «Гипротранспуть»:

3 — монтажные шпильки

а)

дренажная засыпка — 3; отверстия для выпуска воды — 4

Рис. 42. Двусторонний лучевой дренаж [Л. 16, 171, 172]:

3 — защищаемый туннель; 4 — камеры для бурения

Рис. 43. Скважинный дренаж шахты:

3 — водосборник; 4 — кольцевая дренажная выработка

а)

б)

7 — цементно-песчаный раствор;

9 — дюбель

3 — полутруба Ø 20 см, приваренная к стальной облицовке;

цементации; 5 — заглушка

3 — противофильтрационная цементация; 4 — алевролиты;

7 — камера затворов

5 — полусечение туннеля без крепи;

7 — арочная крепь, забетонированная в обделку

(стоки); 6 — сточная труба; 7 — смотровой колодец;

колокольный; 11 — уравнительная шахта; 12 — известняк

3 — две напорные шахты; 4 — подземная ГЭС; 5 — резервуар;

9 — дрены Ø 15 см

2 — дрена — обернутый парусиной соломенный жгут;

перфорированные, размер отверстий 1 см

5 — подземная ГЭС; 6 — отводящий туннель;

9 — гранит; 10 — дренажные трубы

1 — дренажные скважины; 2 — смотровая галерея

со стальной гофрированной облицовкой

1 — перфорированная пластмассовая труба;

5 — прижимная планка; 6 — слой водонепроницаемой бумаги

1 — гофрированная пластмассовая трубка с отверстиями;

5 — прижимная планка; 6 — хомутик

между стенами, сводом и скалой [Л. 191]

1 — бетон обделки; 2 — металлическая облицовка;

к облицовке; 5 — заглушка

1 — бетон обделки; 2 — облицовка толщиной 8 мм;

врезанные в металлическую облицовку

(Бразилия) [Л. 197, 88]:

3 — металлическая облицовка; 4 — дренажная скважина

(до водоприемника около 200 м); 5 — подшахтная полость;

7 — водосбросной туннель

1 — дрены в скале; 2 — водоводы;

5 — дренажная скважина; 6 — пробка (заглушка)

и лучевой-скважинный [Л. 16, 172]:

3 — дренажный туннель; 4 — защищаемый туннель

1 — защищаемый туннель; 2 — водоотводная канава;

5 — скважины

в два слоя; 3 — дренажная засыпка; 4 — дренажная канавка;

6 — дренажная галерея

1 — изоляция стен машзала; 2 — дренажная канавка;

5 — дренажная галерея; 6 — изоляция стен подводной части

1 — бетонная обделка; 2 — железобетонные панели;

5 — дренажные галереи

1 — бетонная обделка; 2 — труба для контрольной цементации;

друг от друга через 2,5 м; 5 — стальная облицовка

[Л. 151]:

для дренажа; 3 — дренажная галерея

3 — дренажная галерея сечением 0,8 x 1,8 м;

5 — металлическая облицовка толщиной 16 мм

и торкретная облицовка толщиной 5 см;

от давления грунтовых вод

(Франция) [Л. 140, а, 32]:

3 — ниша (через 180 м)

1 — водоносный горизонт; 2 — гравийная засыпка;

4 — водоотводная труба; 5 — водоотводный коллектор

6 — вспомогательная обделка; 7 — несущая обделка;

бетонирования

(сверху на длине 50 см труба не имеет щелей,

крупностью 3 — 7 мм

1 — скважина; 2 — конус; 3 — перфорированная трубка

5 — металлическая труба; 6 — водоотводный коллектор

1 — обделка; 2 — шпуровые дрены; 3 — зона цементации

из бетона [Л. 194]:

образованных сплетенными между собой текстильными нитями

туннеля [Л. 30]:

3 — магистральная дренажная канава

1 — водоприемник; 2 — напорная шахта; 3 — подземное здание

5 — зона укрепительной цементации; 6 — шпуровой дренаж

4 — главная цементационная завеса по линии напорных водоводов и шахт затворов; 5 — контуры подземных сооружений

Приложение 1

ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ

Общие предпосылки и допущения

Выбор расчетных схем для дренажных устройств, в основном, определяется компоновкой и конструкцией сооружения, характером движения грунтовых вод, граничными условиями дренируемого водоносного массива (пласта), его гидравлическим состоянием, характером и степенью неоднородности водосодержащих пород, схемой расположения и типом дренажных устройств и их положением в водоносном пласте.

При расчетах принимается, что в области фильтрации имеет место линейный закон сопротивления движению грунтовых вод (закон Дарси) даже при больших понижениях уровня (в случае общего дренажа) и приуроченности этих вод к трещиноватым закарстованным породам. Нелинейный закон сопротивления движению может возникнуть в редких случаях лишь в непосредственной близости к дренажным устройствам.

При установлении граничных условий в плане реальные гидрогеологические условия для расчетов общего дренажа необходимо схематизировать, сводя их к одной из типовых схем, приведенных в табл. 3, составленной по материалам книги [Л. 5, стр. 88 — 92]. На этих схемах: а — план; б — разрез; 1 — непониженная поверхность грунтовых вод; 2 — кривые депрессии; 3 — дренаж; t — время; h — напор; Q — расход.

№ схемы	Схема	Характеристика водоносного пласта	Граничные условия дренируемого водоносного пласта
1		«Неограниченный» в плане пласт	В плане пласт имеет значительную область распространения, но не получает питания сверху и снизу. При работе дренажа в пласте образуется депрессионная воронка, непрерывно растущая во все стороны
2		«Полуограниченный» в плане пласт	С одной стороны пласт непосредственно граничит с областью стока, с другой — простирается в направлении удаленной области питания. Депрессия растет в обе стороны, но затем одна ее ветвь достигает области стока и образуется установившийся поток грунтовых вод к дренажу
3		«Пластполоса» с неизменяющимися во времени напорами на границах	Пласт заключен между двумя областями питания и стока, с постоянными напорами в этих областях. Депрессия достигает обеих границ областей, и образуется установившийся поток грунтовых вод, направленный к дренажу
4		«Полуограниченный» пласт у реки	Пласт граничит с рекой и с ней гидравлически связан; напор воды в реке при работе дренажа не изменяется во времени. Вместе с тем из отдаленной области питания к реке направляется поток подземных вод с постоянным расходом, перехватываемый дренажем. Образуется неснижающаяся депрессионная воронка
5		«Пластполоса» с изменяющимися во времени напорами на границах	Пласт заключен между двумя областями: питания и стока, но при работе дренажа напоры на границах этих областей не остаются постоянными, а по мере развития депрессии уменьшаются во времени
6		«Пластполоса» с неизменяющимися напорами на контуре питания и с постепенно уменьшающимися во времени напорами на водонепроницаемом контуре	Пласт заключен между областью его питания и контуром водонепроницаемых пород. При работе дренажа образующаяся депрессия доходит до контура питания, но не изменяет на нем напора; со стороны непроницаемого контура депрессия приводит к постепенному уменьшению напора
7		«Пластполоса» с уменьшающимися во времени напорами на обоих водонепроницаемых контурах	Пласт заключен между двумя водонепроницаемыми контурами и не имеет питания сверху и снизу. При работе дренажа развивающаяся депрессия приводит к постепенному снижению напоров на обоих непроницаемых контурах вплоть до полного осушения пласта
8		«Пласт-круг» с постоянными напорами на контуре питания	Пласт имеет ограниченную площадь распространения и со всех сторон окружен контуром питания (водоемы, сильнопроницаемые обводненные породы) с постоянным напором. При работе дренажа образуется установившийся поток грунтовых вод к дренажу
9		«Пласт-круг» с уменьшающимися во времени напорами на непроницаемом контуре	Пласт имеет ограниченную площадь распространения, но не получает питания ни с какой стороны. При работе дренажа депрессионная воронка приводит к уменьшению напора на непроницаемом контуре вплоть до полного осушения пласта

При слоистом строении дренируемой водоносной толщи и когда водопроницаемые слои чередуются с водоупорными, расчет следует вести независимо для каждого водоносного слоя. В зависимости от гидравлического состояния водоносного пласта дренажные устройства могут работать как в напорных, так и в безнапорных водах.

По характеру и степени неоднородности пород в отношении водопроницаемости можно выделить:

а) однородные по водопроницаемости толщи породы или массивы;

б) неоднородные — слоистые в профиле толщи пород с коэффициентами фильтрации, незначительно отличающимися друг от друга, которые могут быть приведены к однородной по водопроницаемости толще породы;

в) неоднородные — слоистые в профиле толщи пород, резко отличающиеся по коэффициентам фильтрации отдельных слоев, которые не могут быть приведены к однородной толще; в этом случае расчет можно приближенно производить по формулам напорного движения грунтовых вод, пренебрегая их движением в слабопроницаемых слоях и рассматривая дренирование каждого слоя независимо от дренирования толщи в целом;

г) неоднородные в плане массивы пород, отдельные участки которых незначительно отличаются по коэффициентам фильтрации, можно привести к однородному массиву;

д) неоднородные в плане массивы пород, отдельные участки которых резко отличаются по коэффициентам фильтрации, не приводятся к однородному массиву; в этом случае движением грунтовых вод на слабопроницаемых участках пренебрегают, принимая их за практический водоупор.

При движении грунтовых вод вдоль пластов осреднение коэффициента фильтрации для слоистой неоднородной (в разрезе) толщи пород производится по формуле Г.Н. Каменского

k_{cp} = \frac{k_{1}m_{1} + k_{2}m_{2} + k_{3}m_{3} + ... + k_{n}m_{n}}{m_{1} + m_{2} + m_{3} + ... + m_{n}} , (1)

где k_{cp} — осредненный коэффициент фильтрации слоистой толщи пород;

k_{1},k_{2},k_{3},...,k_{n} — коэффициенты фильтрации отдельных пластов толщи;

m_{1},m_{2},m_{3},...,m_{n} — мощности отдельных пластов в напорных условиях ( h_{1},h_{2},h_{3},...,h_{n} — то же, в безнапорных условиях).

Неоднородные в плане массивы пород, отдельные участки которых не резко отличны по водопроницаемости, можно привести к однородному массиву через средневзвешенный коэффициент фильтрации

k_{cp} = \frac{k_{1}p_{1} + k_{2}p_{2} + k_{3}p_{3} + ... + k_{n}p_{n}}{p_{1} + p_{2} + p_{3} + ... + p_{n}} , (2)

где p_{1},p_{2},p_{3},...,p_{n} — площади отдельных участков, характеризующихся различными коэффициентами фильтрации соответственно k_{1},k_{2},k_{3},...,k_{n} .

Для расчета дренажа, в общем случае, необходимо иметь следующие гидрогеологические параметры; мощности и напоры водоносных пластов, понижение в них уровня воды или напора, расстояние до границ питания и естественного дренажа водоносного пласта, а если границы отдалены — расстояние от дрены до границы условного контура области фильтрации (именуемое для краткости радиусом депрессии), коэффициент фильтрации и пьезопроводности (в безнапорных пластах — уровнепроводности) водоносного пласта, коэффициент водоотдачи. Все эти параметры определяются при изысканиях.

Радиус депрессии для безнапорных пластов при отсутствии инфильтрации можно грубо приближенно определить [Л. 146]:

по формуле К.Э. Лембке для линейных дренажных систем

R_{t} = \sqrt{3 \frac{k}{\mu} Ht} ; (3)

по формуле И.П. Кусакина для контурных дренажных систем

R_{t} = 2 \sqrt{\frac{kHt}{\mu}} , (4)

или по более точной формуле для контурных дренажных систем [Л. 5]

R_{t} = r_{0} + 1,5 \sqrt{\frac{kHt}{\mu}} , (4, а)

где R_{t} — радиус депрессии, м, в момент времени t, прошедшего после начала работы дренажа;

k — коэффициент фильтрации, м/сутки, водосодержащей толщи;

\mu — коэффициент водоотдачи;

H — средняя мощность, м, дренируемого водоносного пласта в начальный момент времени;

t — время, сутки, от начала работы дренажа;

Формулы (3) и (4) применимы при R_{t} \leq l_{\text{гр}} , где l_{\text{гр}} — расстояние от дренажной системы до ближайшей границы водоносного пласта (например, до контура питания, стока, непроницаемой границы).

Задаваясь различными значениями времени t, определяют соответствующие величины радиуса депрессии R_{t} . Затем путем подстановки R_{t} в соответствующие формулы установившейся фильтрации определяют изменение расхода дренажей во времени и положение кривой депрессии. Таким образом, неустановившуюся фильтрацию в случае общих дренажей можно рассчитывать методом последовательной смены стационарных состояний. В приведенной методике фильтрационных расчетов дренажей влияние инфильтрации от атмосферных осадков не учитывается. При необходимости учета инфильтрации рекомендуется пользоваться источниками [Л. 79, 23, 24, 39, 41, 178] и др.

А. РАСЧЕТЫ ОБЩЕГО ДРЕНАЖА

Ниже приводятся расчетные формулы некоторых характерных схем общего дренажа по [Л. 5]: однолинейного (вертикального и горизонтального) и одноконтурного (вертикального и горизонтального), расположенного в напорных и безнапорных грунтовых водах с границами, показанными на гидрогеологических схемах 1 и 3 табл. 3 [Л. 5, 23]. Все приведенные здесь формулы даны для расчета установившейся фильтрации.

Расчет общего дренажа при неустановившейся фильтрации можно сделать по формулам установившегося движения грунтовых вод методом последовательной смены стационарных состояний.

I. Вертикальные дрены, расположенные в один ряд

Расчет производится методом подбора так, чтобы получить требуемое понижение напора грунтовых вод, и включает:

1. установление оптимального положения ряда скважин (колодцев, шахт);

5. определение времени осушения, необходимого для формирования заданных депрессионных кривых;

6. установление суммарного расхода дренажных вод в процессе формирования депрессионной поверхности и в период поддержания ее в заданном положении.

Расход Q_{1} каждой из скважин (рис. 80) при бесконечно большом числе скважин в ряду (рис. 81) и при безнапорной фильтрации можно определить:

Рис. 80. Схема к расчету прямолинейного длинного ряда вертикальных несовершенных дрен в безнапорном пласте с горизонтальной поверхностью естественных грунтовых вод

Рис. 81. План прямолинейного расположения дрен (вертикальных скважин)

а) при работе совершенных скважин (0,5 l = T) по формуле А.В. Романова

Q_{1} = \frac{\pi k(2H - S)S}{ln \frac{\sigma}{\pi r_{c}} + \frac{\pi R}{2\sigma}} ; (5)

б) при работе несовершенных скважин (0,5 l < T) по формуле С.К. Абрамова

где k — коэффициент фильтрации породы;

\sigma — половина расстояния между соседними скважинами в ряду;

r_{c} — радиус скважины;

h — расстояние от середины столба воды в скважине до непониженного уровня грунтовых вод;

H — напор (над подошвой водопроницаемого слоя) на расстоянии R от плоскости, проходящей через оси скважин;

S — понижение уровня воды в скважинах:

S = H - T - 0,5l;h_{cp} = \frac{h + 0,5l}{2} ;h = H - T;\beta = \frac{N}{\xi_{0}} ;

N = ln \frac{\sigma}{\pi T} + \frac{\pi R}{2\sigma} ;\xi_{0} = \frac{T}{l} [2ln \frac{4T}{r_{c}} - f(\frac{l}{2T})] - 1,38 .

Значения f(\frac{l}{2T}) находятся по графику (рис. 82), приняв \frac{l}{m} = \frac{l}{2T} .

Депрессионную кривую в плоскости, нормальной к линейному ряду и проходящей через ось любой из дрен, можно построить по уравнению С.Ф. Аверьянова

где H_{x} — напор (над подошвой водопроницаемого слоя) в точках, отстоящих на расстоянии x от плоскости, проходящей через оси скважин;

a = \frac{1}{1 + \frac{2\sigma}{R} A} — некоторый коэффициент, причем A находится по графику рис. 83 в зависимости от \frac{\sigma}{r_{c}} ;\beta' = \frac{1}{1 + 1,47lg \frac{2T'}{\pi l}} ;T' = \frac{H + h_{0}}{2} ;

h_{0} — высота столба воды в скважинах ряда (считая от подошвы пласта).

Рис. 83. График для определения величины A = f(\frac{\sigma}{r_{c}})

Сниженный уровень подземных вод посередине между скважинами находится по формуле С.Ф. Аверьянова

H_{a} = H - S(1 - 0,22 \frac{2\sigma}{R})\alpha\beta' . (8)

Водопонижающее действие рядов бесконечной длины больше, чем рядов конечной длины. Поэтому для перехода к линейным рядам конечной длины в расчеты следует вводить коэффициент короткости \lambda (т.е. отношение расхода короткого ряда nQ_{1_{\text{кор}}} к расходу длинного nQ_{1_{\text{дл}}} ), равный при числе дрен n в коротком ряду:

нечетном

\lambda = \frac{(2n + 1)(ln \frac{\sigma}{\pi r_{c}} + \frac{\pi R}{2\sigma}}{n(ln \frac{R}{r_{c}} + 2 \sum_{i = 1}^{i = n} ln \frac{R}{2i\sigma}}) ; (9)

четном

\lambda = \frac{2(ln \frac{\sigma}{\pi r_{c}} + \frac{\pi R}{2\sigma})}{ln \frac{R^{2}}{2\sigma r_{c}} + \sum_{i = 2}^{i = n} ln \frac{R^{2}}{i(i - 1)(2\sigma)^{2}}} , (10)

где R — радиус депрессии.

При расчете депрессионных кривых в зоне действия коротких рядов по уравнениям (7), (8) в них надо вводить множителем перед S величину \frac{1}{\lambda} .

Величины H_{x} и H_{a} , определяемые с поправкой на коэффициент короткости, следует относить к концевым участкам линейного ряда, а без поправок — к его середине. Депрессионные кривые между этими крайними положениями устанавливаются путем интерполяции.

2. «Пласт-полоса» с неизменяющимися напорами на границах (табл. 3, схема 3).

В этом случае движение через некоторое время после начала работы дренажа становится установившимся, и для расчета можно использовать следующие формулы.

При напорном движении (рис. 84). При определении расхода совершенных скважин (l = m) — формула А.В. Романова

l — длина водоприемной части (фильтра) скважины;

R_{1} — расстояние до границы питания;

R_{2} — то же, до границы стока;

L = R_{1} + R_{2} ;

S — понижение уровня воды в скважинах.

вертикальных несовершенных дрен в напорном пласте, расположенных на неодинаковых расстояниях от границ питания и стока

Для несовершенных скважин (l < m) — формула И.А. Чарного

где N = ln \frac{\sigma}{\pi m} + \frac{\pi R_{1} \cdot R_{2}}{\sigma L} ;\xi_{0} = \frac{m}{2l} [2ln \frac{4m}{r_{c}} - f(\frac{l}{m})] - 1,38 ;

Пьезометрическую кривую можно построить по формуле А.В. Романова

x_{0} — расстояние от ряда дрен до линии, проходящей посередине между границами питания и стока;

H_{1} и H_{2} — напоры на границах питания и стока.

При безнапорном движении (рис. 85). При определении расхода совершенных скважин (0,5 l = T) — формула А.В. Романова

где H_{s} — непониженный напор в месте расположения ряда дрен.

Рис. 85. Схема к расчету прямолинейного длинного ряда вертикальных несовершенных дрен в безнапорном пласте, расположенных на неодинаковых расстояниях от границ

Для несовершенных скважин (0,5 l < T) - формула (6), в которой следует принять

N = ln \frac{\sigma}{\pi T} + \frac{\pi R_{1}R_{2}}{\sigma L} ;h_{cp} = \frac{h_{1} + h_{2} + h_{s}}{3} ;h_{1} = H_{1} - T;

h_{2} = H_{2} - T;h_{s} = S + 0,5l;T = H_{s} - h_{s} .

Депрессионная кривая по линии, проходящей нормально к линейному ряду, строится по уравнению А.В. Романова

II. Горизонтальная дрена

Расчет горизонтальной дрены (туннеля) сводится к определению расхода, построению депрессионной кривой и к установлению продолжительности времени ее стабилизации, протекшего с начала работы дренажа.

Расход однолинейной горизонтальной дрены совершенного типа в безнапорном пласте (рис. 86) можно определить по преобразованной формуле Дюпюи

q = \frac{kH^{2}}{R_{t}} , (16)

H — непониженный напор в водоносном пласте;

R_{t} — радиус депрессии в момент времени t, определяемый по формуле (3).

Депрессионную кривую в плоскости, нормальной к совершенной дрене, можно построить по формуле

где H_{x} — напор на расстоянии x от края дрены (рис. 86).

Расход однолинейной горизонтальной дрены несовершенного типа в тех же условиях (рис. 87) можно определить по формуле А.В. Романова

q = k[\frac{h^{2}}{R_{t}} + \frac{2\pi(H - T)}{ln \frac{2T}{\pi b} + \frac{\pi R_{t}}{2T}}] , (18)

b — ширина дрены;

Рис. 87. Схема к расчету длинной прямолинейной

безнапорного водоносного пласта, с горизонтальной поверхностью естественных грунтовых вод

Депрессионную кривую в плоскости, нормальной к несовершенной дрене, можно построить по формуле

H_{x} = \sqrt{\frac{q}{\pi k} ln|1 - e^{-}^{\frac{\pi x}{T_{0}}} | + H - \frac{qR_{t}}{kT_{0}} (\frac{1}{2} - \frac{x}{2R_{t}})} , (19)

где H_{x} — напор при понижении уровня подземных вод на расстоянии x от дрены (считая от подошвы водоносного пласта);

Рис. 88. График для определения величины ln|1 - e^{\frac{- \pi x}{\sigma}} |

2. «Пласт-полоса» с неизменяющимися напорами на границах (табл. 3, схема 3).

Расход на единицу длины однолинейной горизонтальной дрены совершенного типа в напорном плане (рис. 89) можно определить по преобразованной формуле Дюпюи

q = \frac{k}{2} (2H_{s} - m)m(\frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}}) , (20)

где H_{s} — непониженный напор в водоносном пласте в месте расположения дрены;

R_{1} — расстояние от края дрены до области питания;

напорного пласта на неодинаковых расстояниях от границ питания и стока

Расход горизонтальной дрены несовершенного типа в тех же условиях (рис. 90) можно определить по формуле С.К. Абрамова

q = k[\frac{(2S - m_{0})m_{0}}{2R_{1}} + \frac{(2S - m_{0})m_{0}}{2R_{2}} + \frac{\pi S}{ln \frac{2T}{\pi b} + \frac{\pi R_{1}R_{2}}{TL}}] , (21)

где S — понижение напора воды в дрене;

T — расстояние от подошвы водоносного пласта до дна дрены;

b — ширина дрены;

Рис. 90. Схема к расчету длинной прямолинейной

напорного пласта на неодинаковых расстояниях от границ питания и стока

Пьезометрическая кривая в плоскости, нормальной к дрене, строится по формуле С.Ф. Аверьянова:

H_{x} = H_{s} - S(1 - \frac{x}{R_{1}})\beta_{1} ; (22)

в сторону области стока

\beta_{1} = \frac{1}{1 + \frac{m}{R_{1}} \text{Б}} ;\beta_{2} = \frac{1}{1 + \frac{m}{R_{2}} \text{Б}} ;

Б — находится по соответствующему значению \frac{m_{0} + b}{m} из графика (рис. 91).

Рис. 91. График для определения величины Б

Величины \beta_{1} и \beta_{2} при работе совершенных дрен равны единице и в формулах (22) и (23) опускаются.

Расход однолинейной горизонтальной дрены совершенного типа в безнапорном пласте (рис. 92) можно определить по преобразованной формуле Дюпюи

q = \frac{k}{2} (\frac{H_{1}^{2}}{R_{1}} + \frac{H_{2}^{2}}{R_{2}}) , (24)

где H_{1} — напор на границе области питания;

Рис. 92. Схема к расчету длинной прямолинейной горизонтальной дрены, расположенной у подошвы

от границ питания и стока

Депрессионную кривую в плоскости, нормальной к дрене, можно построить по следующим формулам:

в сторону области стока

H_{x} = H_{2} \sqrt{\frac{x}{R_{2}}} . (26)

Расход горизонтальной несовершенной дрены в тех же условиях (рис. 93) можно определить по формуле А.В. Романова

q = \frac{k}{2} [\frac{h_{1}^{2}}{R_{1}} + \frac{h_{2}^{2}}{R_{2}} + \frac{2\pi(H_{s} - T)}{ln \frac{2T}{\pi b} + \frac{\pi R_{1}R_{2}}{TL}}] , (27)

где L = R_{1} + R_{2};h_{1} = H_{1} - T;h_{2} = H_{2} - T; H_{s} = \sqrt{\frac{R_{2}}{L} (H_{1}^{2} - H_{2}^{2}) + H_{2}^{2}} ;

Депрессионная кривая по линии, нормальной к дрене, строится по уравнению А.В. Романова

H_{x} = \frac{q}{\pi k} ln|1 - e^{-}^{\frac{\pi(x - x_{0})}{T_{0}}} | + (\frac{1}{2} - \frac{x}{L})(H_{1} - H_{2}) + H_{2} - \frac{qR_{1}}{kT_{0}} (\frac{1}{2} - \frac{x}{L}) , (28)

где H_{x} — напор (считая от подошвы водоносного пласта) при пониженном уровне грунтовых вод на расстоянии x от средней линии Oy (рис. 93), проходящей на половине расстояния от границ пласта \frac{L}{2} ;

x — расстояние от искомой точки до средней линии Oy; в сторону области питания значения x будут отрицательные, к области стока — положительные;

T_{0} = T + \frac{h_{1} + h_{2}}{2} ;h_{1} = H_{1} - T;h_{2} = H_{2} - T .

Рис. 93. Схема к расчету длинной прямолинейной горизонтальной дрены, расположенной выше подошвы безнапорного пласта на неодинаковых расстояниях от границ питания и стока

Значения ln|1 - e^{-}^{\frac{\pi(x - x_{0})}{T_{0}}} | находятся по графику рис. 88, подставляя вместо - \frac{\pi x}{\sigma} значение - \frac{\pi(x - x_{0})}{T_{0}} .

III. Вертикальные дрены, расположенные по контуру

Вертикальные дрены могут располагаться в плане по различным контурам. В практических расчетах действительные контуры, отличающиеся от окружности, приводят к расчетной окружности с радиусом r_{0} , для которой имеются аналитические решения.

Для такого приведения служат формулы:

а) при прямоугольной форме

r_{0} = \mu \frac{a + b}{4} ; (29)

r_{0} = \frac{P}{2\pi} ; (29, а)

б) при многоугольной форме

; (30)

в) при еще более сложных формах

r_{0} = \sqrt{\frac{F}{\pi}} , (31)

где a — длина контура;

b — его ширина;

P — периметр прямоугольника;

2n — число характерных точек в многоугольнике (углы и середины его сторон);

r_{1},r_{2},r_{3},...,r_{2n} — расстояния от тех же точек до центра тяжести многоугольника;

F — площадь сложного контура.

Таблица 4

Одноконтурные группы вертикальных взаимодействующих дрен рассчитываются подбором в следующем порядке:

1. реальный контур приводится к расчетной окружности с радиусом r_{0} ;

2. задаваясь некоторым числом скважин в группе и понижениями уровня воды в них (принимая при этом радиус скважин r_{c} по конструктивным и производственным соображениям), определяют расход каждой скважины Q_{1} ;

3. определяют пониженный напор или уровень грунтовых вод в центре круга;

4. после получения заданного напора или высоты уровня грунтовых вод в центре круга те же параметры определяют для реального контура. При необходимости в схему вносят соответствующие изменения;

5. устанавливают время, необходимое для формирования заданных депрессионных поверхностей.

Расход Q_{1} каждой вертикальной совершенной скважины при их расположении по окружности в безнапорном пласте можно определить по преобразованной формуле В.Н. Щелкачева

Q_{1} = \frac{\pi k(2H - S)S}{ln \frac{R_{t}^{n}}{nr_{0}^{n - 1}r_{c}}} , (32)

где H — мощность безнапорного пласта;

S — понижение уровня воды в скважине;

n — число скважин в группе;

R_{t} — радиус депрессии, образующейся при работе группы скважин, считая от центра круга;

r_{c} — радиус скважины;

Расход Q_{1} одной скважины из числа n взаимодействующих несовершенных скважин, расположенных по окружности и работающих в безнапорном пласте, можно определить по формуле С.К. Абрамова

Q_{1} = \pi kS[\frac{2h - S}{ln \frac{R_{t}^{n}}{nr_{0}^{n - 1}r_{c}}} + \frac{2T\beta}{(1 + \beta)N}] , (33)

где h = S + 0,5 l;

f(\frac{l}{2T}) определяется по графику рис. 82 с подстановкой значения \frac{l}{2T} вместо \frac{l}{m} .

Для построения депрессионных кривых по различным направлениям реального контура (в пределах радиуса депрессии) можно использовать формулу Ф. Форхгеймера

H_{x} = \sqrt{H^{2} - \frac{nQ_{1}}{\pi k} [lnR_{t} - \frac{1}{n} ln(x_{1} \cdot x_{2} \cdot x_{3} \cdot ... \cdot x_{n})]} , (34)

где H_{x} — расстояние по вертикали от поверхности депрессии в заданной точке до водоупора;

x_{1},x_{2},x_{3},...,x_{n} — расстояние от искомой точки депрессионной кривой до соответствующих скважин группы.

Для прямоугольного контура вместо величины \frac{1}{n} ln(x_{1} \cdot x_{2} \cdot x_{3} \cdot ... \cdot x_{n}) можно подставить в формулу (34) ln x, где x — расстояние от центра контура до искомой точки.

Высоту (над водоупором) пониженного уровня грунтовых вод в центре контура можно определить подбором по уравнению П.П. Аргунова

h_{0} = \sqrt{H_{2} - \frac{nQ_{1}}{\pi k} (\frac{H - l}{l} Arsh \frac{l}{r_{0}} - \frac{h_{0} - l}{l} Arsh \frac{l}{R} + ln \frac{R_{t}}{r_{0}})} . (35)

Для приближенного нахождения сниженного уровня в центре контура можно пользоваться формулой «большого колодца»

h_{0} = \sqrt{H^{2} - \frac{nQ_{1}ln \frac{R_{t}}{r_{0}}}{\pi k}} . (36)

При построении депрессионных кривых по уравнениям (34), (35) и (36) при работе несовершенных скважин вводятся расходы несовершенных скважин, определяемые по формуле (33).

2. «Пласт-круг» (табл. 3, схема 8) с постоянным напором на контуре питания (рис. 94).

Рис. 94. Система скважин, расположенных по окружности в центре острова:

грунтовых вод; 2 — кривая депрессии

В этом случае расчет группы вертикальных скважин производится по формулам установившегося движения грунтовых вод для безнапорных условий, т.е. с использованием формул (32) - (36). При этом вместо радиуса депрессии R_{t} в них подставляется расстояние R от центра группы до границы контура питания.

IV. Одноконтурная горизонтальная дрена

Расчет производится в следующем порядке:

1. действительный контур дрены приводится к расчетной окружности с радиусом r_{0} по формулам (29) - (31);

3. определяется величина понижения в центре контура при установившейся фильтрации;

Расход Q контурной горизонтальной дрены несовершенного типа (рис. 95) можно определить по формулам А.Ж. Муфтахова:

а)

б)

Рис. 95. Схема к расчету кольцевого горизонтального дренажа, расположенного:

б — выше подошвы безнапорного пласта

а) в напорном пласте

Q = \frac{2\pi^{2}kmr_{0}S_{0}}{mln \frac{8r_{0}}{r_{c}} + 2r_{0}\varphi} ; (37)

б) в безнапорном пласте

Q = \pi kS_{0}(\frac{S_{0}}{ln \frac{R}{r_{0} + r_{c}}} + \frac{2\pi mr_{0}}{mln \frac{8r_{0}}{r_{c}} + 2r_{0}\varphi}) , (38)

R — установившийся радиус депрессии;

r_{c} — радиус дрены;

S_{0} — понижение уровня в водоносном пласте;

\varphi = \varphi_{1}(\frac{r_{0}}{m}) - \varphi_{2}(\frac{R}{m});\varphi_{1} и \varphi_{2} находятся по графикам рис. 96 (при безнапорном пласте вместо m следует подставить H).

б)

а — \varphi_{1} в зависимости от r_{0}/m ; б — \varphi_{2} в зависимости от R/m.

а) в напорном пласте

h_{\text{ц}} = \frac{Q}{\pi^{2}k} [\frac{ln \frac{8r_{0}}{r_{c}}}{2r_{0}} - \frac{\pi}{2r_{0}} + \frac{F(\frac{r_{0}}{m})}{m}] ; (39)

б) в безнапорном пласте

h_{\text{ц}} = S_{0} \frac{ln \frac{8r_{0}}{r_{c}} - \pi + 2 \frac{r_{0}}{m} F(\frac{r_{0}}{m})}{ln \frac{8r_{0}}{r_{c}} + 2 \frac{r_{0}}{m} \varphi} , (40)

где F(\frac{r_{0}}{m}) находится по графику рис. 97.

Рис. 97. График функции F(\frac{r_{0}}{m}) для определения положения уровня в центре кольцевой горизонтальной дрены

V. Определение участка выхода воды в дрены

Под участком выхода воды понимается разрыв ее уровней в самой дрене и за ее стенками в грунте.

Учет участка выхода при построении депрессионных кривых, формирующихся в результате работы дренажа, является обязательным, так как в противном случае расчетное положение кривых депрессии может оказаться заниженным.

При определении высоты участка выхода воды в дрены [Л. 146], иначе говоря, превышения точки пересечения кривой депрессии с контуром дрены над уровнем воды внутри дрены ( \Delta h ), могут быть использованы:

а) формула В.В. Ведерникова для горизонтальных прямолинейных дрен круглого сечения при бесконечной глубине залегания водоупора:

\Delta h@0,22 \frac{q}{k} , (41)

где q — расход дрены на единицу ее длины;

б) формула С.К. Абрамова для скважин (колодцев) совершенного типа:

\Delta h_{c} = 0,01\alpha a \sqrt{\frac{Q_{1}S}{k \cdot F}} , (42)

где \alpha — коэффициент уменьшения высоты участка при взаимодействии колодцев:

\alpha = \frac{ln \frac{R}{r_{c}}}{ln \frac{\sigma}{\pi r_{c}} + \frac{\pi R}{2\sigma}} — для линейных рядов;

\alpha = \frac{lg \frac{R}{r_{c}}}{lg \frac{R^{n}}{nr_{0}^{n - 1}r_{c}}} — для контурных групп;

a — коэффициент, зависящий от конструкции скважин (при оборудовании их сетчатыми или гравийными фильтрами примерно равный 20, а при других типах фильтров примерно равный 7);

S — понижение уровня воды в скважине;

F — поверхность рабочей части фильтра, равная 2\pi r_{c}l ;

r_{c} — радиус скважины (колодца);

\Delta h_{c} — высота участка выхода в совершенной скважине, определяемая по формуле (42);

A_{\text{н}} = \frac{c}{h_{\text{н}.\text{с}} + \Delta h_{c}} ;

c — расстояние от забоя скважины до водоупора.

Приведенные выше формулы для безнапорной фильтрации составлены при допущении о том, что кривая депрессии смыкается с уровнем воды внутри дрены. Поэтому после определения высоты участка ( \Delta h ) выхода грунтовых вод в дрену производится корректировка положения кривой депрессии вблизи дрены. Для этого верхнюю точку участка выхода соединяют плавной линией с ранее построенной кривой депрессии.

Б. РАСЧЕТЫ МЕСТНЫХ ДРЕНАЖЕЙ

При расчете местных дренажей принимаются дополнительные предпосылки и допущения.

Фильтрация предполагается установившаяся. Коэффициент площадной пористости \alpha_{2} фильтрующих сред принимается равным единице. В случаях, особо не оговоренных, бетонная обделка дренируемых сооружений принимается практически водонепроницаемой.

Для упрощения расчетов принимается граница области питания (внешняя граница области фильтрации) в виде неограниченной плоскости с постоянным напором на ней, равным H_{e} (рис. 98).

а)

б)

в)

3 — плоская граница области фильтрации; 4 — эквивалентная круговая граница области фильтрации; 5 — уровень воды в водоеме; 0 — 0 - плоскость отсчета напоров

В случае сооружений с протяженностью L и глубиной заложения t (под дно водоема или под зеркало грунтовых вод, если зеркало расположено ниже дневной поверхности), значительно превосходящими поперечные размеры этого сооружения, взамен плоской границы области фильтрации можно принять эквивалентную границу в виде соосного кругового цилиндра с радиусом R_{e} = 2t .

При таких заменах внешних границ питания области фильтрации фильтрационный расход и распределение напоров на дренируемой поверхности обделки изменяются практически незначительно. Пользование же эквивалентной схемой кругового цилиндра и шара позволяет существенно упростить фильтрационный расчет дренажей и распространить его результаты на большее число расчетных схем.

В случае, когда зеркало грунтовых вод расположено под дневной поверхностью, местное дренирование сооружения может вызвать некоторый прогиб зеркала (рис. 99). Однако благодаря значительному заглублению сооружения под зеркало грунтовых вод прогиб зеркала получается малым и это позволяет с погрешностью, допустимой при практических расчетах, пренебречь прогибом и считать верхнюю границу области фильтрации плоской и принимать ее за поверхность равного напора (аналогично рис. 98, а). Это допущение приводит к практически незначительному завышению дренируемого расхода и эпюры остаточных напоров на поверхности разгружаемого сооружения.

Рис. 99. Схема зеркала грунтовых вод при его расположении ниже дневной поверхности:

3 — дневная поверхность

При напорной фильтрации в сооружение, расположенное нормально или под углом к водоупорным плоскостям, ограничивающим напорный пласт, при расстоянии от сооружения до плоской границы области питания, значительно превосходящем поперечные размеры этого сооружения, взамен плоской границы контура питания можно принять эквивалентную границу в виде соосного кругового цилиндра с радиусом R_{e} = 2t , где t — расстояние по направлению падения пласта от середины сооружения до плоской границы питания.

Приводимые ниже приближенные формулы получены гидравлико-гидромеханическим путем с помощью способа фильтрационных сопротивлений и метода фрагментирования академика Н.Н. Павловского, предложенного и примененного им для решения плоских задач фильтрации, распространенного здесь для решения пространственных задач фильтрации. Ввиду того, что вопросы расчетов местных дренажей подземных сооружений в литературе освещены недостаточно, приводимые ниже решения сопровождаются числовыми примерами.

I. Шпуровой дренаж

1. Сооружение имеет длину, значительно превосходящую его поперечные размеры (например, туннель, шахта). Расчетная схема показана на рис. 100.

б)

протяженного сооружения: а — продольный разрез; б — поперечный разрез; 1 — обделка дренируемого сооружения; 2 — шпуровые дрены; 3 — плоская граница области фильтрации;

Буквенные обозначения, исходные соотношения и условия применимости расчетных формул [Л. 120]:

R — радиус обделки по ее внешней поверхности;

t — расстояние от оси сооружения до плоской границы контура питания (рис. 98);

l — длина шпура;

n — число шпуров в каждом из поперечных сечений сооружения;

L — расстояние (шаг) между соседними поперечниками со шпурами;

m — число поперечников со шпурами;

H_{c} — напор на поверхностях шпуров;

H — действующий напор,

H = H_{e} - H_{c} ; (44)

H_{1} — напор (остаточный) на контуре обделки с породой в точке b, равноудаленной от осей ближайших к ней шпуров (рис. 101), т.е. в той точке контакта обделки с породой, в которой напор имеет наибольшую величину;

Рис. 101. Схема расположения шпуров на развертке внешней поверхности обделки:

б — по квадратной сетке

\varphi_{b} — остаточный приведенный (относительный) напор в точке b,

\varphi_{b} = \frac{H_{1} - H_{c}}{H} ; (45)

h_{r} — остаточный напор на контакте обделки с породой в точке, удаленной на расстояние r от оси ближайшего шпура;

\varphi_{r} — остаточный приведенный напор в точке r,

\varphi_{r} = \frac{h_{r} - H_{c}}{H} ; (46)

k — коэффициент фильтрации породы;

Q_{1} — расход воды, фильтрующейся в один шпур;

Q — расход воды, приходящийся на участок сооружения длиной L (т.е. на n шпуров),

Q = nQ_{1} ; (47)

q — расход воды, отнесенный к единице длины сооружения,

Q_{0} — расход воды, фильтрующейся из породы к участку сооружения длиной L в случае, если бы шпуры и обделка отсутствовали;

q_{0} — то же, но к единице длины сооружения,

q_{0} = \frac{Q_{0}}{L} . (47, б)

при расположении шпуров по сетке равносторонних треугольников (рис. 101, а)

b = Rsin \frac{\pi}{n} и L = 1,73 b; (48)

при расположении шпуров по квадратной сетке (рис. 101, б)

b = Rsin \frac{\pi}{n} и L = 2R \frac{\pi}{n} ; (49) <*>

при расположении шпуров по прямоугольной сетке

b = Rsin[0,5(\frac{\pi}{n} + \frac{0,5L}{R})] , при 0,25 \leq \frac{R}{L} \cdot \frac{\pi}{n} \leq 1 ; (50) <*>

<*> Формулы (49) и (50) приведены здесь с учетом небольших уточнений, сделанных автором статьи [Л. 120] после выхода ее в свет.

a = \sqrt{b^{2} + l^{2}} ; (51)

R_{1} = R + a ; (52)

R_{e} = 2t ; (53)

A = Arsh(0,25 \frac{l}{r_{c}}) + Arsh(1,75 \frac{l}{r_{c}}) - 2Arsh \frac{l}{b} ; (54)

A_{r} = Arsh(0,25 \frac{l}{r_{c}}) + Arsh(1,75 \frac{l}{r_{c}}) - 2Arsh \frac{l}{r} ; (55)

Ar sh — обратный гиперболический синус, определяемый по таблицам или вычисляемый по формуле

Arshx = ln(x + \sqrt{1 + x^{2}}) , (56)

где ln — натуральный логарифм.

При неодинаковых напорах на поверхностях шпуров и соблюдении условия (62) за расчетную величину H_{c} принимается некоторый осредненный напор, например, в случае, когда вода из шпуровых дрен выпускается внутрь туннеля и туннель свободен от воды, за величину H_{c} можно приближенно принять расстояние от оси туннеля до плоскости отсчета напоров.

При поперечном сечении сооружения, отличном от кругового, за расчетное сечение обделки принимается фиктивное круговое с периметром поперечного сечения, равным таковому для действительной обделки; при этом задаются величиной расчетного радиуса обделки

R = \frac{P}{2\pi} = 0,160P , (57)

где P — периметр поперечного сечения действительной обделки по контуру контакта с породой [Л. 106].

Шпуры предполагаются расположенными равномерно так, что на развертке поверхности контакта обделки с породой точки пересечения осей шпуров образуют сетку квадратов или равносторонних треугольников (рис. 101).

Однако приведенные ниже формулы сохраняют достаточную точность и при некотором отступлении от такого расположения шпуров, будучи пригодными и в случае, когда шпуры размещены по сетке из прямоугольников, у каждого из которых длины сторон отличаются между собой, например, не более чем в два раза [Л. 120].

Кроме этого, приведенные ниже формулы применимы при соблюдении следующих условий:

m >= 5; (59)

l/r_{c} >= 4; (60)

l/R <= 1; (61)

l/(R + l) >= 1. (62)

Искомые приведенные остаточные напоры \varphi_{b},\varphi_{r} и расходы Q, Q_{0} определяются по формулам [Л. 120]:

На участке от r = r_{c} до r = 4r_{c} эпюра остаточных напоров \varphi_{r} строится без расчета так, чтобы она при r = r_{c} имела \varphi_{r} = 0 и примыкала бы плавно (без «перелома») к эпюре \varphi_{r} , построенной по формуле (64):

Q = \frac{4\pi kHn}{\frac{A}{l} + \frac{2n}{L} ln \frac{R_{e}}{R_{1}}} ; (65)

Q_{0} = \frac{2\pi kHL}{ln \frac{R_{e}}{R}} . (66)

Пример расчета

Задано: R = 6 м, t = 150 м, l = 4 м, r_{c} = 0,025 м, n = 8, L = 6 м, m = 50, H = 150 м, k = 0,1 м/сутки.

Убеждаемся, что заданные величины удовлетворяют условиям (58) - (62). С помощью формул (50) - (55) и (63) - (66) после соответствующих подстановок и вычислений находим вспомогательные параметры: b = 2,65 м, а = 4,80 м, R_{1} = 10,8 м, R_{e} = 300 м, А = 8,30, A_{r} = 10,7 - 2Arsh \frac{4}{r} и интересующие нас величины фильтрационных показателей: \varphi_{b} = 0,190; \varphi_{r} = 0,244 - 0,0457 \cdot Arsh \frac{4}{r} ; Q = 138 м3/сутки = 1,60 л/сек; q = \frac{Q}{L} = \frac{1,60}{6} = 0,260 л/м x сек; Q_{0} = 145 м3/сутки = 1,68 л/сек; q_{0} = \frac{Q_{0}}{L} = \frac{1,68}{6} = 0,280 л/м x сек.

В табл. 5 приведены значения \varphi_{r} , подсчитанные для различных величин r, позволяющие построить эпюру остаточных напоров. При построении эпюры следует учесть еще и полученную выше величину \varphi_{b} для точки b.

Таблица 5

На рис. 102 изображена эпюра остаточных приведенных напоров по контакту обделка-порода в пролете между соседними шпурами, расположенными в плоскости, проходящей через ось сооружения. Из эпюры видно, что в данном примере разгрузочный шпуровой дренаж снижает нагрузку от давления грунтовых вод на обделку более чем на 80%. Расход одного шпура равен Q_{1} = \frac{Q}{n} = \frac{1,60}{8} = 0,2 л/сек. Боковая поверхность шпура \omega = 2\pi r_{c}l = 2\pi \cdot 2,5 \cdot 400 = 6280 см2. Скорость фильтрации у поверхности шпура (осредненная по поверхности) v = \frac{Q_{1}}{\omega} = \frac{0,2 \cdot 10^{3}}{6280} @ 0,03 см/сек.

между соседними шпурами

Примеры числовых расчетов шпурового дренажа, иллюстрированные графиками, имеются в статьях [Л. 106, 120], а в книге [Л. 89] приведены эпюры напоров, полученные методом ЭГДА, освещающие эффективность работы шпурового дренажа как в отдельности, так и в сочетании с ленточным и прерывистым плоским дренажем лотка туннеля. Некоторые из упомянутых эпюр, полученных методом ЭГДА, можно найти и в статье [Л. 92]. В названных источниках содержатся выводы и рекомендации, имеющие значение для расчета и проектирования местного разгрузочного дренажа.

2. Сооружение имеет размеры в трех измерениях (рис. 103), незначительно отличающиеся друг от друга (например, помещение подземной ГЭС).

а)

Рис. 103. Схема к расчету шпурового дренажа непротяженного сооружения: а — действительная форма сооружения;

Обозначения:

a, b, c — линейные размеры сооружения;

N — общее число шпуров, равномерно расположенных по поверхности обделки сооружения;

R — радиус расчетного шара с равновеликой поверхностью; в случае сооружения с формой параллелепипеда

R = \sqrt{\frac{ab + ac + bc}{2\pi}} ; (67)

Q = NQ_{1} ; (68)

Q_{1},k,H_{e},H_{c},H_{1},\varphi_{b},H,t,l,r_{c} имеют прежний смысл, поясненный в п. 1.

Соблюдаются условия (60) - (62) и

N >= 6. (69)

Искомые величины \varphi_{b} и Q определяются по формулам В.М. Насберга

\varphi_{b} = \frac{1}{1 + \frac{\frac{1}{R + l} - \frac{1}{2t}}{\frac{2}{Nl} ln \frac{1,32l}{r_{c}}}} , (70)

Q = \frac{4\pi kH}{\frac{1}{R + l} - \frac{1}{2t} + \frac{2}{Nl} ln \frac{1,32l}{r_{c}}} . (71)

Задано: R = 6 м, t = 150 м, l = 4 м, r_{c} = 0,025 м, N = 16, H = 150 м, k = 0,1 м/сутки.

Убеждаемся, что заданные величины удовлетворяют условиям (60) - (62) и (69). Из формул (70) и (71) находим \varphi_{b} = 0,635, Q = 712 м3/сут = 8,24 л/сек, Q_{1} = \frac{Q}{N} = 0,515 л/сек (в предыдущем примере имели Q_{1} = 0,2 л/сек). На один шпур приходится поверхность обделки F_{1} = \frac{4\pi R^{2}}{N} = 28,2 м2 (и в предыдущем примере имели F_{1} = \frac{2\pi Rl}{n} = \frac{2 \cdot 3,14 \cdot 6 \cdot 6}{8} = 28,2 м2).

Пример расчета 2

Заданы те же величины, что и в примере 1, по теперь N = 64.

II. Трубчатый дренаж

1. Продольный трубчатый дренаж [Л. 112, 119] (рис. 104).

Рис. 104. Схема к расчету фильтрации

Предполагается, что

R_{e} \gg R;r \ll R;t \gg R;n \geq 3 .

Здесь r — радиус дрен полукруглого очертания, параллельных оси туннеля;

n — число дрен, расположенных симметрично.

Величина фильтрационного расхода определяется по формуле

Q = \frac{\pi kHL}{\frac{1}{n} ln \frac{R_{0}}{r} + \frac{1}{2} ln \frac{R_{e}}{R_{1}}} . (72)

Величина относительного напора на внешней поверхности обделки в расстоянии x от оси ближайшей дрены определяется по формуле

\varphi_{x} = \frac{H_{x} - H_{g}}{H} = \frac{lg \frac{x}{r}}{lg \frac{R_{0}}{r} + \frac{n + 0,5}{2} lg \frac{R_{e}}{R_{1}}} , при r \leq x \leq \frac{\pi R}{n} . (73)

В этих формулах:

Q — фильтрационный расход, притекающий в n дрен отрезка туннеля длиной L;

H_{e} — напор на контуре питания (на внешней границе области фильтрации);

H_{g} — напор на контурах дрен;

H_{x} — напор в расстоянии x от оси ближайшей дрены;

R_{0} = 2Rsin \frac{\pi}{2n} ; (74)

R — радиус внешней поверхности туннельной обделки.

Если дрены будут иметь прямоугольное сечение, то их можно заменить фиктивными (расчетными) эквивалентными дренами полукруглого очертания с радиусом r, вычисляемым по способу, поясненному вслед за формулой (85); если дрены будут иметь сечение в виде круга с радиусом r_{0} и будут касаться внешней поверхности обделки, то при фильтрационном расчете их можно заменить полукруглыми дренами с радиусом r, эквивалентными по площади, определяемым из выражения r = 1,4r_{0} ;

R_{e} = 2t;

R_{1} = R + R_{0} ;

x — расстояние от оси дрены.

На рис. 105 приведены результаты определения остаточного напора на обделку туннеля при R = 3 м, n = 4, t = 100 м и различных диаметрах дрен d = 2r.

Рис. 105. Эпюры напоров на внешней поверхности непроницаемой обделки при t = 100 м; R = 3 м и n = 4: 1 — при d = 0,1 мм; 2 — при d = 1 мм; 3 — при d = 10 мм; 4 — при d = 100 мм; 5 — при d = 200 мм; 6 — при d = 400 мм

2. Поперечный трубчатый дренаж [Л. 117] (рис. 106).

Рис. 106. Схема к расчету методом фрагментов фильтрации в систему кольцевых дрен

По формулам данного пункта можно рассчитывать также поперечный ленточный дренаж при t \gg R и m >= 5, где m — число дрен.

Расход одной дрены определяется по формуле

Q = \frac{4\pi kH}{\frac{1}{RJ} + \frac{1}{R_{0}} ln \frac{R_{e}}{R + R_{0}}} . (75)

Величина остаточного относительного напора на внешней поверхности обделки в точках, равноудаленных от осей соседних дрен, определяется по формуле

\varphi_{\text{макс}} = \frac{1}{1 + \frac{RJ}{R_{0}} ln \frac{R_{e}}{R + R_{0}}} . (76)

В остальных точках внешней поверхности обделки, удаленных на расстояние x от оси дрены, величина остаточного относительного напора определяется по формуле

r — радиус дрены полукруглого сечения;

R — радиус внешней поверхности туннельной обделки;

,

(обозначения угла \alpha и других величин показаны на рис. 106).

В табл. 6 приведены числовые значения J, подсчитанные для некоторых комбинаций соотношений \frac{R_{0}}{R} и \frac{R}{r} . Интеграл J не сводится к квадратурам, поэтому его следует определять путем обычного численного интегрирования, суммируя по способу трапеций ряд произведений вычисленных величин подынтегральной функции на \Delta\alpha , отвечающих нескольким заданным нами числовым величинам \alpha , взятым в интервале от нуля до \pi/2 .

Таблица 6

Если дрены имеют прямоугольное сечение с длинами сторон b_{0} и c_{0} , в расчетные формулы следует подставлять величину радиуса r дрены полукруглого сечения, эквивалентной по расходу (рис. 107):

r = \mu \frac{b_{0} + 2c_{0}}{4} , (78)

где коэффициент \mu определяется из табл. 7 в зависимости от величины \gamma , причем

\gamma = \frac{2c_{0}}{b_{0}} при b_{0} \geq 2c_{0} ,

\gamma = \frac{b_{0}}{2c_{0}} при b_{0} \leq 2c_{0} .

Рис. 107. Схема поперечного сечения кольцевой дрены

действующих на обделку вблизи дрены (г) прямоугольного и полукруглого сечений: 1 — дрена прямоугольного сечения; 2 — эквивалентная по расходу дрена полукруглого сечения;

4 — эквипотенциаль, близкая к полуокружности

Таблица 7

Приняв R = 2,5 м, L = 5 м, r = 50 мм, t = 100 м, определив R_{0} = 2,5 м, R_{e} = 200 м и по табл. 6 J = 0,456, после подстановки в формулу (76) находим

\varphi_{\text{макс}} = \frac{1}{1 + \frac{2,5 \cdot 0,456}{2,5} ln \frac{200}{2,5 + 2,5}} = 0,373 .

III. Ленточный продольный дренаж

Фильтрационный расход, поступающий в участок продольной одиночной дрены [Л. 89, 90, 92] (рис. 108) длиной L, определяется по формуле

Q = \frac{2\pi HkL}{ln \frac{[1 + (\frac{b}{\epsilon_{1}})^{2}][1 + (\frac{b}{\epsilon_{2}})2]}{\sqrt{1 + (\frac{2b}{\epsilon_{2}})2}}} , (79)

где k — коэффициент фильтрации породы;

в продольную одиночную дрену

H_{e} — напор грунтовых вод над плоскостью сравнения 0 — 0 (рис. 108);

H_{g} — напор на поверхности дрены BA_{1}B_{1} ;

b = \frac{t}{2R(t - R)} ; (80)

R — радиус внешней поверхности обделки;

t — глубина заложения оси туннеля под дно водоема или зеркало грунтовых вод, t \gg R ;

\epsilon_{1} = x_{b} = \frac{u_{b}}{u_{b}^{2} + v_{b}^{2}} , (81)

который при r \ll R определяется по формуле

параметр

В формуле (81) u и v — координаты точек на поверхности обделки при начале координат, расположенном в верхней точке контура обделки.

Распределение относительных напоров \varphi_{x} на поверхности обделки туннеля, т.е. на контуре BCEFG, определяется по формуле

\varphi_{x} = \frac{H_{x} - H_{g}}{H_{e} - H_{g}} = \frac{H_{x} - H_{g}}{H} = \frac{ln \frac{1 + \frac{b}{\epsilon_{1}} 2}{1 + \frac{b}{x} 2}}{ln \frac{[1 + (\frac{b}{\epsilon_{1}})^{2}][1 + (\frac{b}{\epsilon_{2}})2]}{\sqrt{1 + \frac{2b}{\epsilon_{2}})2}}} () , (84)

где H_{x} — напор в произвольной точке поверхности контакта обделки с породой, остальные обозначения в этой формуле те же, что и в формуле (79), причем

В случае некруговой формы сечения обделки необходимо заменить этот профиль эквивалентной окружностью, имеющей длину, равную периметру некругового профиля.

Если дрена в туннеле некругового очертания отлична от полукруговой, например плоская шириной B, то ее необходимо заменить расчетной дреной с профилем в форме полуокружности радиуса r либо с эквивалентным периметром, тогда радиус фиктивной дрены составит

r = \frac{B}{\pi} ,

либо, что даст еще меньшую погрешность, принять расчетную величину r по формуле (78), в которой теперь следует понимать под b_{0} ширину фактической продольной дрены прямоугольного сечения, измеренную по контуру поперечника обделки, а под c_{0} — высоту поперечного сечения фактической дрены, измеренную в радиальном направлении.

Пример расчета

Задано: туннель корытообразного очертания, дренированный только в лотковой части сплошной дренажной лентой шириной B = 3,5 м; периметр сечения обделки по внешнему контуру 21 м, t = 100 м.

Требуется определить распределение фильтрационных напоров вдоль контура обделки и найти расход, поглощаемый дреной.

Решение. Диаметр эквивалентной окружности (внешнего контура сечения туннельной обделки) 2R = \frac{21}{\pi} = 6,66 м, радиус расчетной дрены r = \frac{3,5}{\pi} = 1,11 м.

u_{b} = 0,985 \cdot r = 0,985 \cdot 1,11 = 194;v_{b} = 1,94 \cdot R = 1,94 \cdot 3,33 = 6,46\text{м} ;

по (81) находим \epsilon_{1} = \frac{1,093}{1,093^{2} + 6,46^{2}} = 0,0254 \frac{1}{\text{м}} ;

по (83) определяем \epsilon_{2} = \frac{1}{2(100 - 3,33)} = 0,00517 \frac{1}{\text{м}} ;

Подставляя в (84) полученные значения \epsilon_{1},\epsilon_{2} и b, а вместо x равную ему величину \frac{u}{u^{2} + v^{2}} , получим

Подставляя координаты точек B, C, E, F, G (рис. 108) в эту формулу, получим величину остаточного относительного напора на внешнем контуре обделки (табл. 8).

Фильтрационный расход определяется из (79) после подстановки числовых значений параметров \epsilon_{1},\epsilon_{2} и b,

Q = 0,940 kHL.

IV. Разгрузочные отверстия

1. Сооружение имеет длину, значительно превосходящую его поперечные размеры (туннель, шахта).

Расчетная схема отличается от показанной на рис. 100 только тем, что вместо шпуров имеются дренажные отверстия диаметром 2r_{c} в обделке, доходящие до контакта ее с породой; 2b — расстояние между центрами соседних дренажных отверстий; остальные буквенные обозначения остаются такими же, как в подразделе I, 1 (Шпуровой дренаж) раздела Б настоящего Приложения.

Остаточный приведенный напор \varphi_{b} в точке b (рис. 101) и расход Q воды, приходящийся на участок сооружения длиной L, т.е. на n отверстий, расположенных в одном поперечнике обделки, определяются по формулам В.М. Насберга

Формулы (87), (88) применимы при r_{c} \ll b,t \gg R и соблюдении условий (58), (59).

t = 150 м, R = 6 м, r_{c} = 0,025 м, H = 150 м, k = 0,1 м/сутки, L = 6 м, b = 3 м, n = 8. По формулам (87) и (88) находим \varphi_{b} = 0,930, Q = 0,130 л/сек.

2. Сооружение имеет размеры в трех измерениях, незначительно отличающиеся друг от друга (например, помещение подземной ГЭС).

Расчетная схема приведена на рис. 109. Радиус R расчетного шара с эквивалентной поверхностью определяется по формуле (67).

Рис. 109. Схема к расчету фильтрации

равномерно распределенных по поверхности

Остаточный приведенный напор и расход воды, фильтрующейся через все № отверстий, определяются по формулам В.М. Насберга (при N >= 6, r_{c} \ll b и t \gg R ):

\varphi_{b} = \frac{1}{1 + \frac{Nr_{c}}{\pi} (\frac{1}{R + b} - \frac{1}{2t})} ; (89)

Здесь буквенные обозначения остаются такими же, как в предыдущем подразделе I, 1.

Пример расчета 1

t = 150 м, R = 6,0 м, r_{c} = 0,025 м, H = 150 м, k = 0,1 м/сутки, N = 16, 2b = 5,3 м. По формуле (89) определяем \varphi_{b} = 0,985.

Пример расчета 2

N = 256, 2b = 1,33 м. Остальные данные — по примеру 1. Из (89) находим \varphi_{b} = 0,770.

В. РАСЧЕТЫ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ

В этом разделе рассматриваются примеры расчета влияния противофильтрационной цементации породы вокруг туннеля (шахты) на снижение давления грунтовых вод на обделку [Л. 89, 91, 92].

I. Исходные предпосылки и обозначения

а) задача плоская; область фильтрации состоит из трех слоев: 1 — бетонная (железобетонная) обделка, 2 — зона цементации, 3 — незацементированная порода заключенных между коаксиальными цилиндрическими поверхностями с радиусами R_{0},R,R_{\text{цем}},R_{e} = 2t (рис. 110);

Рис. 110. Схема к расчету фильтрации через бетонную обделку с противофильтрационной цементацией:

3 — незацементированная порода

б) среда в объеме каждого слоя изотропна и однородна по водопроницаемости с коэффициентами фильтрации: обделки — k_{\text{б}} , зоны цементации — k_{\text{цем}} и незацементированной породы — k;

в) расстояние t от границы А — А области питания до оси сооружения предполагается значительно превосходящим радиус R_{\text{цем}} зоны цементации: t \gg R_{\text{цем}} ;

г) последнее условие позволяет границу области питания — горизонтальную плоскость А — А с напором H_{e} над плоскостью сравнения О — О заменить цилиндрической поверхностью с радиусом R_{e} = 2t , имеющей тот же напор H_{e} ;

д) предполагается, что каждая поверхность раздела слоев является эквипотенциальной;

Q — фильтрационный расход, поглощаемый участком туннеля длиною L;

H_{0} — напор внутри туннеля (шахты), при отсутствии воды в туннеле. H_{0} можно приближенно принять равным превышению центра туннеля над плоскостью сравнения О — О;

\text{Н}_{\text{б}} — напор на поверхности контакта бетона с зацементированной породой;

\text{Н}_{\text{цем}} — напор на внешней границе зоны цементации;

\text{Н}_{\text{б}} - \text{Н}_{0} — напор, погасившийся в бетонной обделке;

\text{Н}_{\text{цем}} - \text{Н}_{\text{б}} — напор, погасившийся в зоне зацементированной породы;

\text{Н}_{\text{с}} - \text{Н}_{\text{цем}} — напор, погасившийся в зоне незацементированной породы.

Полная потеря напора равна действующему напору H:

\text{Н } = \text{Н}_{\text{е}} - \text{Н}_{0} .

II. Цементация без дренажа

Величина относительного напора, гасящегося в бетонной обделке \varphi_{\text{б}} , и относительного напора, гасящегося в бетонной обделке и зоне цементации \varphi_{\text{бц}} , определяется по формулам [Л. 89, 91, 92]:

\varphi_{\text{б}} = \frac{\text{Н}_{\text{б}} - \text{Н}_{0}}{\text{Н}} = \frac{\frac{1}{k_{\text{б}}} ln \frac{R}{R_{0}}}{\frac{1}{k_{\text{б}}} ln \frac{R}{R_{0}} + \frac{1}{k_{\text{цем}}} ln \frac{R_{\text{цем}}}{R} + \frac{1}{k} ln \frac{2t}{R_{\text{цем}}}} ; (91)

Фильтрационный расход определяется из выражения

Q = \frac{2\pi LH}{\frac{1}{k_{\text{б}}} ln \frac{R}{R_{0}} + \frac{1}{k_{\text{цем}}} ln \frac{R_{\text{цем}}}{R} + \frac{1}{k} ln \frac{2t}{R_{\text{цем}}}} . (93)

При отсутствии зоны цементации

\varphi_{\text{б}} = \frac{\text{Н}_{\text{б}} - \text{Н}_{0}}{\text{Н}} = \frac{1}{1 + \frac{k_{\text{б}}}{k} \cdot \frac{ln \frac{2t}{R}}{ln \frac{R}{R_{0}}}} ; (94)

Если профиль рассчитываемой обделки отличен от кругового, то фактический профиль надо заменить фиктивным; при этом фактический и фиктивный профили должны иметь равные периметры внешнего контура и равные площади поперечного сечения обделки.

Пример расчета 1. Трехслойная среда: бетонная обделка — зацементированная порода — незацементированная порода.

Приняв t = 100 м, 2R_{0} = 5,3 м, 2R = 6,65 м, 2R_{\text{цем}} = 10,65 м и пять сочетаний значений коэффициентов фильтрации бетона, зоны цементации и породы, по формулам (91), (92) определяются \varphi_{\text{б}} и \varphi_{\text{бц}} (табл. 9).

Таблица 9

Пример расчета 2. Двухслойная среда: бетонная обделка — порода.

Приняв 2R_{0} = 5,30 м, 2R = 6,65 м и различные значения t, а также различные соотношения коэффициентов фильтрации бетона и породы, по формуле (94) определяются значения \varphi_{\text{б}} (табл. 10).

Таблица 10

III. Цементация в сочетании со шпуровым дренажем

1. Зона цементации примыкает к обделке [Л. 107].

Исходные данные и обозначения — по подразделу I, 1 (Шпуровой дренаж) раздела Б настоящего Приложения.

Дополнительные обозначения:

R_{\text{цем}} — радиус зоны цементации;

H_{\text{цем}} — напор на границе зоны цементации с породой;

Соблюдаются условия (60), (61), (62) и, кроме того,

l \leq 0,8(R_{\text{цем}} - R) . (97)

Искомые величины определяются по формулам:

Задано: R_{\text{цем}} = 12 м, k_{\text{цем}} = 0,001; 0,01; 0,05 и 0,1 м/сутки; t = H = 100 м; остальные величины те же, что и в примере подраздела I, 1 (Шпуровой дренаж) раздела Б настоящего Приложения.

Из формул (98), (99), (100) находим величины Q, \varphi_{\text{б}} и \varphi_{\text{цем}} , приведенные в табл. 11.

Таблица 11

2. Зона цементации не примыкает к обделке [Л. 110].

Расчеты показывают, что зона цементации, если она не примыкает к обделке, хотя и существенно снижает расход грунтовых вод, фильтрующихся через обделку внутрь сооружения, однако эффективность дренажа в отношении разгрузки обделки от давления грунтовых вод получается малой. Чтобы увеличить эффективность дренажа, т.е. снизить величину остаточного напора \varphi_{b} , следует зону цементации вокруг обделки располагать на расстоянии от обделки (рис. 111), оставляя кольцевую зону «целика» (разделительную зону) незацементированной породы или зацементированной слабее, чем в зоне цементации.

а)

б)

Рис. 111. Схема фильтрации и расположения шпуровых дрен при наличии противофильтрационной цементации и разделительной зоны: а — поперечный разрез; б — продольный разрез по оси туннеля; 1 — обделка туннеля (шахты); 2 — шпуровая дрена; 3, 4,

Дрены в этом случае следует располагать внутри зоны «целика». Рассмотрим случай шпуровых дрен, расположенных в соответствии с пояснениями, сделанными в пункте I, 1 (Шпуровой дренаж) раздела Б настоящего Приложения.

Все буквенные обозначения названного пункта, а также предыдущего пункта остаются в силе.

Дополнительные обозначения:

k_{\text{цел}} — коэффициент фильтрации породы в зоне «целика»;

H_{\text{цел}} и H_{\text{цем}} — напоры соответственно на внутреннем и внешнем расчетных контурах зоны цементации;

\varphi_{\text{цел}} и \varphi_{\text{цем}} — относительные напоры на упомянутых контурах:

\varphi_{\text{цел}} = \frac{\text{Н}_{\text{цел}} - \text{Н}_{\text{с}}}{\text{Н}} ; (101)

причем, по-прежнему, \text{Н}_{\text{с}} и \text{Н}_{\text{е}} напоры соответственно на поверхностях шпуровых дрен и на внешней границе области фильтрации (на расчетном контуре питания).

. (104)

Для расчета расхода и относительных напоров имеем следующие формулы [Л. 110]:

q = \frac{2\pi k_{\text{цел}}H}{\frac{AL}{2nl} + ln \frac{R_{\text{цел}}}{R + a \sqrt{k_{\text{цел}}/k}} + \frac{k_{\text{цел}}}{k_{\text{цем}}} ln \frac{R_{\text{цем}}}{R_{\text{цел}}} + \frac{k_{\text{цел}}}{k} ln \frac{R_{\text{е}}}{R_{\text{цем}}}} ; (105)

\varphi_{\text{цем}}@\varphi_{b} + \frac{q}{2\pi k_{\text{цем}}H} ln \frac{R_{\text{цем}}}{R_{\text{цел}}} ; (107)

Для области практически радиального фильтрационного потока, заключенной между поверхностями цилиндров с радиусами R_{\text{цел}} и R_{e} , градиент напора J в точке, находящейся на расстоянии x от оси туннеля (шахты), определяется по формуле

J = \frac{q}{2\pi xk_{x}} , (109)

где k_{x} — коэффициент фильтрации среды, в которой находится упомянутая точка.

При неодинаковых напорах на поверхностях шпуровых дрен за расчетную величину H_{c} принимается некоторый осредненный напор; например, если вода из шпуровых дрен выпускается внутрь туннеля и туннель свободен от воды, за величину H_{c} можно приближенно принять расстояние от оси туннеля до плоскости отсчета напоров.

Для примерных подсчетов величин q и \varphi_{b} примем в качестве исходных следующие значения параметров: r_{c} = 0,05 м, l = 1,5 м, n = 8, L = 6 м, R = 6 м, t = 150 м, H = 150 м, k = 0,782 м/сутки = 0,9 \cdot 10^{- 5} м/сек. В табл. 12 приведены результаты этих подсчетов. Содержащиеся в ней величины q и \varphi_{b} определены с помощью формул, приведенных выше.

Данные табл. 12 подтверждают существенность влияния «целика» на величину \varphi_{b} . Так, например, при k_{\text{цем}} = 0,001 м/сутки, даже в случае, когда «целик» имеет k_{\text{цел}} = 0,050 м/сутки, т.е. когда в зоне «целика» коэффициент фильтрации породы снизился в число раз, равное k/k_{\text{цел}} = 0,782/0,050@16 , остаточный напор получается близким к нулю ( \varphi_{b} = 0,070), составляя \varphi_{b} H = 0,070 x 150 = 10,5 м. Если же не устраивать «целик», зацементировав породу до величины k_{\text{цем}} = 0,001 м/сутки во всей зоне между обделкой и цилиндрической поверхностью с радиусом R_{\text{цем}} = 12 м, то остаточный напор будет нежелательно большим, равным \varphi_{b} H = 0,694 x 150 = 104 м.

Содержащаяся в табл. 12 величина k_{\text{цем}} = 0,001 м/сутки вполне достижима на практике, если трещиноватую скальную породу цементировать при повышенных давлениях. Это видно, например, из статьи [Л. 9].

IV. Цементация в сочетании с трубчатым продольным дренажем <*>

1. Зона цементации примыкает к обделке

Расчетная схема и обозначения показаны на рис 112.

Рис. 112. Расчетная схема трубчатого продольного дренажа

Должны соблюдаться условия:

R_{e} \gg R_{\text{цем}};t \gg R_{\text{цем}};r \ll R;n \geq 3 ;

R_{\text{цем}} — радиус расчетного внешнего контура зоны цементации;

H_{\text{цем}} — напор на границе зоны цементации с породой.

Остальные буквенные обозначения сохраняют смысл, поясненный в подразделе II, 1 (Продольный трубчатый дренаж) раздела Б настоящего Приложения.

Фильтрационный расход, поглощаемый n дренами, приходящийся на участок длины туннеля L, определяется по формуле

Q = \frac{\pi k_{\text{цем}}HL}{\frac{1}{n} ln \frac{R_{0}}{r} + \frac{1}{2} (ln \frac{R_{\text{цем}}}{R_{1}} + \frac{k_{\text{цем}}}{k} ln \frac{R_{e}}{R_{\text{цем}}})} . (111)

Остаточный относительный напор на внешнем контуре обделки в точках, отстоящих на расстоянии x от оси дрены:

\varphi_{x} = \frac{H_{x} - H_{g}}{H} = \frac{lg \frac{x}{r}}{lg \frac{R_{0}}{r} + \frac{n}{2} (lg \frac{R_{\text{цем}}}{R_{1}} + \frac{k_{\text{цем}}}{k} lg \frac{R_{e}}{R_{\text{цем}}})} , (112)

при r \leq x \leq R_{0} .

Остаточный относительный напор \varphi_{b} на внешнем контуре обделки в точках b, равноотстоящих от двух соседних дрен, будет иметь максимальное значение. Для определения его величины по формуле (112) вместо x следует подставить R_{0} .

2°. Полагаем, что

R_{0} \geq R_{\text{цем}} - R . (113)

Введем обозначение

R_{2} = R_{\text{цем}} - R . (114)

В случае 2° вместо формул (111), (112) имеем

Q = \frac{\pi k_{\text{цем}}HL}{\frac{1}{n} ln \frac{R_{2}}{r} + \frac{1}{2} \frac{k_{\text{цем}}}{k} ln \frac{R_{e}}{R_{\text{цем}}}} ; (115)

\varphi_{x} = \frac{H_{x} - H_{g}}{H} = \frac{lg \frac{x}{r}}{lg \frac{R_{2}}{r} + \frac{n \cdot k_{\text{цем}}}{2k} lg \frac{R_{e}}{R_{\text{цем}}}} , r \leq x \leq R_{0} . (116)

Для значений x в интервале R_{2} \leq x \leq R_{0} можно приближенно принять \varphi_{x}@\varphi_{b} .

2. Зона цементации не примыкает к обделке <*>

<*> По материалам [Л. 110, 119].

Целесообразность недоведения зоны цементации до обделки была пояснена выше, в разделе B, III, 2 настоящего Приложения.

Дрены в рассматриваемом здесь случае следует располагать на внешнем контуре обделки или внутри «целика».

Ниже, для примера, рассмотрен трубчатый продольный дренаж с продольными трубчатыми дренами, расположенными на равных расстояниях друг от друга (рис. 113).

Рис. 113. Схема к расчету фильтрации в систему продольных дрен, разгружающих обделку от давления грунтовых вод, при наличии противофильтрационной цементации и разделительной зоны

Кроме поясненных в предыдущем пункте буквенных обозначений, введем следующие:

k_{\text{цел}} — коэффициент фильтрации породы внутри зоны «целика»;

R_{\text{цел}} — радиус внутреннего расчетного контура зоны цементации;

H_{\text{цел}} и H_{\text{цем}} — напоры соответственно на внутреннем и внешнем расчетных контурах зоны цементации;

H = H_{e} - H_{g} .

H_{g} и H_{e} — напоры соответственно на поверхностях дрен и на внешней границе области фильтрации (на расчетном контуре питания).

Соблюдаются условия:

n \geq 3,r \ll R_{0},k_{\text{цел}} \gg k_{\text{цем}} . (117)

Для расчета расхода и относительных напоров имеем следующие формулы [Л. 119]:

Остаточный относительный напор \varphi_{b} на внешнем контуре обделки в точках b, равноотстоящих от двух соседних дрен, будет иметь максимальное значение. Для определения его величины по формуле (119) вместо x следует подставить R_{0} .

2°. Полагаем, что R_{0} \geq R_{\text{цел}} - R . (120)

Введем обозначение:

R_{3} = R_{\text{цел}} - R . (121)

Для расчета расхода и относительных напоров имеем следующие формулы [Л. 119]:

при r \leq x \leq R_{3} .

Исходные данные: R = 6,0 м; t = 150 м; R_{c} = 2t = 300 м; k \approx 0,8 м/сутки (точнее 0,782 м/сутки = 0,9 \cdot 10^{- 5} м/сек).

По приведенным в настоящем п. IV формулам выполнены числовые расчеты (табл. 13), где даны величины остальных исходных данных, причем значения q и \varphi_{b} , заключенные в скобки, соответствуют величине k_{\text{цем}} = 0,001 м/сутки.

Таблица 13

<*> При этой величине \varphi_{b} имеем в случае опорожненного туннеля остаточный напор H_{b} = \varphi_{b} \cdot H = 0,09 x 150 = 13,5 м; соответствующая эпюра напоров изображена на рис. 114.

Рис. 114. Поперечное сечение туннеля с эпюрой остаточных напоров при наличии противофильтрационной цементации

1 — бетонная обделка; 2 — зона цементации;

Приложение 2

ОТ УДЕЛЬНОГО ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ

1. Интервал нагнетания расположен ниже уровня грунтовых вод

При фильтрационных расчетах, когда необходимо производить пересчеты от удельного водопоглощения породы q, л/мин x м2 к ее коэффициенту фильтрации k, м/сутки, можно пользоваться данными, приведенными в табл. 14 [Л. 52], которые получены из совмещенных опытов по откачкам и нагнетаниям в водонасыщенных породах.

Формулами табл. 14 можно пользоваться в интервале значений коэффициента фильтрации от 0,01 до 10,0 м/сутки и удельного водопоглощения от 0,01 до 10,0 л/мин x м2.

Величина переходного коэффициента c = k/q в изверженных и карбонатных породах колеблется от 2,0 до 3,5; в песчано-глинистых — от 1,1 до 3,5 с увеличением соотношения при уменьшении водопроницаемости.

Для пород, не охваченных табл. 14, величину c следует определять с помощью соответствующих формул, имеющихся в инструкциях и методических указаниях [Л. 68, 69].

2. Интервал нагнетания расположен выше уровня грунтовых вод

При расположении интервала нагнетания выше уровня грунтовых вод (рис. 115) для вычисления величины c можно пользоваться следующими формулами Бюро мелиорации США [Л. 115]:

c = \frac{1,44}{c_{1}} \cdot \frac{l}{r} , (124)

c = \frac{2,88}{c_{2} + 4} \cdot \_\_\_\_ \frac{l}{r} \cdot \frac{1}{1 + \frac{T}{h} - \frac{l}{h}} . (125)

Рис. 115. Схема проведения опыта по нагнетанию в неводонасыщенный грунт: 1 — тампоны в скважине; 2 — труба, подающая воду от насоса или водонапорного резервуара; 3 — манометр; 4 — уровень грунтовых вод перед началом нагнетания

В них l — длина участка скважины (интервал опробования), из которого вода поступает в грунт; в пределах этого участка глухая обсадная труба должна отсутствовать вовсе или же она может иметься при наличии достаточного числа отверстий в стенках трубы; если интервал образован двумя тампонами, то под l следует понимать расстояние между внутренними (обращенными друг к другу) концами тампонов, м;

r = \frac{d}{2} — радиус скважины в пределах интервала нагнетания, м;

h — напор воды, поддерживаемый постоянным в процессе нагнетания, измеряется расстоянием от пьезометрического уровня воды в скважине до дна скважины (или до верхнего края нижнего тампона при его наличии), м;

T — расстояние от пьезометрического уровня воды в скважине до уровня грунтовых вод, существовавшего перед началом нагнетания, м;

c_{1} и c_{2} — безразмерные коэффициенты; для их определения служат графики, представленные на рис. 116 и 117.

Рис. 116. Графики зависимости c_{1} от h/r и l/h (составлены Бюро мелиорации США) [Л. 115]

Рис. 117. График зависимости c_{2} от l/r (составлен Бюро мелиорации США) [Л. 115]

Для определения того, какой из приведенных выше формул следует пользоваться в каждом конкретном случае, характеризуемом известными из опыта величинами l, h и T, служит кривая на рис. 118. Если точка с координатами T/l и h/T располагается ниже кривой, следует применить формулу (124); если точка окажется выше кривой, то следует применить формулу (125); если точка ляжет на кривую, то можно пользоваться любой из этих формул.

Рис. 118. График для выбора формулы для вычисления коэффициента фильтрации при скважине, расположенной в неводонасыщенной зоне грунта (составлен Бюро мелиорации США) [Л. 115].

Как показывает анализ [Л. 115], основанный на расчетах по формулам (124) и (125), при применяемых на практике крайних сочетаниях параметров скважин (характеризуемых величинами l, d, h и T), величина с колеблется в интервале

0,64 <= с <= 1,44

и, следовательно, в первом приближении, допуская отклонение от действительности не более чем в 1,5 раза, можно считать

c@1 .

Приложение 3

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД ПО ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ, ТРЕЩИНОВАТОСТИ И ВЫВЕТРЕЛОСТИ

1. По степени водопроницаемости все породы могут быть разделены на шесть категорий со следующими пределами коэффициента фильтрации:

1) <a id="p101310"></a>практически водоупорные        - менее 0,01 м/сутки;

2) <a id="p101311"></a>очень слабоводопроницаемые     - 0,01 - 0,1 м/сутки;

    3) слабоводопроницаемые           -  0,1 - 10 м/сутки;
    4) средневодопроницаемые          -   10 - 30 м/сутки;
    5) сильноводопроницаемые          -   30 - 100 м/сутки;
    6) очень сильноводопроницаемые    - более 100 м/сутки.

II. По трещиноватости скальные породы характеризуются следующими значениям коэффициента трещинной пустотности:

1. слабая трещиноватость — меньше 2%;

2. средняя трещиноватость — 2 - 5%;

3. сильная трещиноватость — 5 - 10%;

4. очень сильная трещиноватость — более 10%.

III. По степени выветрелости скальные породы подразделяются следующим образом:

1. сохранные — монолитная порода не имеет видимых признаков раздробленности;

2. выветрелые — порода в виде глыб и щебня, песчано-глинистый материал присутствует как заполнитель трещин;

3. сильно выветрелые — в породе преобладает песчано-глинистый материал, щебень и глыбы встречаются в виде исключений.

Приложение 4

ФИЛЬТРЫ СКВАЖИННОГО ДРЕНАЖА <*>

<*> По материалам [Л. 49].

1. Фильтры скважинного дренажа могут быть:

а) дырчатые и щелевые, изготовляемые из труб и различных материалов (трубы — стальные, из нержавеющей стали, из синтетических материалов, асбоцементные, керамические и фарфоровые);

б) щелевые со штампованными, проволочными и стержневыми каркасами (щелевые штампованные, проволочные с каркасами из буровых дырчатых труб, щелевые из металлических стержней, каркасно-стержневые);

в) с водоприемной поверхностью из сеток и тканей (с сетками из меди, латуни и нержавеющей стали; с сетками из пластических масс; с применением ткани из стекловолокна; с применением сеток из капрона и нейлона);

г) гравийные (опускные и создаваемые в скважине).

2. В зависимости от механического состава водоносных пород перфорированные трубы служат или непосредственно в качестве фильтров, или используются как опорные каркасы, покрываемые дополнительными фильтрующими устройствами в виде сеток, кожухов, оболочек и т.п.

3. Наиболее простыми по своей конструкции являются фильтры, изготавливаемые из обсадных труб.

Диаметр проходных отверстий фильтра определяется в зависимости от гранулометрического состава породы. При устройстве фильтра в крупных песках диаметр отверстий принимается 3 — 7 мм. Если каркас покрывается сетчатой тканью, диаметр отверстий можно увеличить до 10 — 25 мм. Отверстия располагаются в шахматном порядке. Скважность принимается от 6 до 25%.

В щелевых фильтрах скважность колеблется в пределах от 6 до 40%. При установке фильтра непосредственно в водоносную породу ширина щелей определяется исходя из гранулометрического состава пород; ширина щелей в этом случае должна быть в 2 раза больше диаметра частиц, обеспечивающих сводообразование за стенкой фильтра. Если щелевая труба является опорным каркасом, то ширина щели может быть произвольной, равной 10 — 20 мм и более.

4. Фильтры, изготавливаемые из синтетических материалов, имеют следующие преимущества:

а) возможность получения большого процента скважности (до 25 — 30%);

б) обладают устойчивостью против всех видов коррозии как в кислой, так и в щелочной среде;

в) не требуют для изготовления дефицитных металлов;

г) допускают устройство проходных щелей шириной 0,25 мм и выше;

д) легко поддаются механической обработке, сохраняя при этом достаточную прочность;

е) допускают обработку кислотами при химической закупорке фильтров;

ж) легки и удобны при изготовлении, транспортировании и установке;

з) при массовом изготовлении стоимость пластмассовых фильтров ниже стоимости фильтров других конструкций.

5. Штампованные щелевые фильтры обладают высокой скважностью (до 40%) при любой ширине щелей. Фильтры со щелями шириной 0,5 — 1,0 мм можно устанавливать в мелкозернистых песках без применения сетчатых тканей.

Достоинствами фильтров этого типа являются: освоенный серийный выпуск, простота изготовления и точное положение щелей на водоприемной поверхности.

Эти фильтры можно устанавливать без обсыпки в крупнозернистых и гравелистых песках.

Для увеличения жесткости фильтров из штампованного металлического листа их применяют в комбинации с опорными каркасами из стальных стержней или перфорированных труб.

6. Фильтры проволочные изготавливаются из проволоки (из нержавеющей стали) диаметрами 1 — 3 мм, намотанной на опорный каркас, представляющий собой перфорированную трубу, со скважностью 15 — 25%. Для увеличения дренирующей поверхности фильтра по его образующей наваривают ребра из проволоки-катанки диаметрами 6 — 8 мм.

7. Фильтры щелевые из металлических стержней. Диаметр стержней принимается около 10 мм, ширина щелей зависит от состава породы или засыпки.

8. Фильтры каркасно-стержневые обладают большей скважностью и экономичнее трубчато-каркасных.

В скальных неустойчивых породах можно устанавливать фильтры из одних металлических стержней без проволоки и сеток.

Для устройства фильтрующей поверхности в фильтрах, применяемых в других породах, проволока должна быть из коррозионно-устойчивых металлов. Ширина просветов между витками принимается 0,5 — 6,0 мм, диаметр проволоки 1,5 — 4,0 мм, скважность фильтра достигает 80%.

9. В водоносных породах, представленных разнозернистыми песками, применяются фильтры с трубчатыми или стержневыми каркасами, которые обтягиваются металлическими сетками, а также сетками или тканями из других материалов. Скважность сеток достигает 40 — 46%.

Недостатками сетчатых фильтров являются:

а) большие входные сопротивления, затрудняющие доступ воды в скважину;

б) непригодность в случае тонкозернистых песков, так как при наличии мелких сеток наблюдается механическое заклинивание проходных отверстий, резко повышающее входные сопротивления;

в) быстрое разрушение при применении разноименных металлов;

г) необходимость применения дефицитных материалов;

д) разрушение сеток в некоторых гидрохимических условиях под действием агрессивных вод.

10. Сетки из винипласта более устойчивы и экономичны. Изготавливаются плоскими и гофрированными толщиной 0,5 — 0,75 мм с отверстиями диаметром 1,0 — 2,8 мм и скважностью 15 — 55%.

11. Фильтры с тканями из стекловолокна применяются в тонкозернистых или мелкозернистых песках. Ткань фильтра должна обладать скважностью от 20 до 35% при размере проходных отверстий от 0,1 до 1,0 мм. Конструкция фильтра состоит из трех основных элементов: опорного каркаса (перфорированная труба), подкладочной пленки из винипласта и водоприемной поверхности из ткани стекловолокна.

12. Гравийные фильтры бывают:

а) опускные, собираемые на поверхности и устанавливаемые в скважины в готовом виде;

б) создаваемые внутри скважины путем засыпки или закачки гравия в забой по межколонному пространству.

Гравийные фильтры обладают следующими положительными свойствами:

а) увеличивают проницаемость породы в прифильтровой зоне;

б) позволяют увеличить размеры проходных отверстий и скважность фильтровых каркасов;

в) снижают входные скорости и удлиняют срок службы фильтров.

13. Фильтры опускные (кожуховые) с гравийным заполнением применяются, когда величина зазора между фильтровым каркасом и трубами незначительная и когда возможен вынос засыпанного гравия из скважин под действием напорных грунтовых вод. Кожуховые фильтры состоят из каркасов (щелевые трубы, прополочные, стержневые), а гравийная обсыпка удерживается вокруг каркасов с помощью специальных приспособлений.

14. В фильтрах блочного типа фильтрующие блоки состоят из пористого бетона, в котором гравий (мелкий щебень) связан цементом с другими склеивающими материалами (клей БФ-2 и БФ-4, бакелитовый клей марки А, битум, резиновый клей, жидкое стекло и эпоксидные смолы).

Блоки надеваются на металлические опорные перфорированные каркасы и опускаются в скважину в готовом виде.

Фильтры блочного типа должны быть достаточно прочными, водопроницаемыми и стойкими против коррозии и эрозии. Они могут устраиваться монолитными и пустотными. Для подбора состава пористого бетона фильтров и их конструирования можно руководствоваться [Л. 49, 142].

15. Фильтры гравийные, создаваемые в скважине, бывают с однослойной и двухслойной обсыпкой, в зависимости от механического состава породы и химического состава грунтовых вод. Двухслойная обсыпка применяется в мелкозернистых породах, а также в среднезернистых, но при наличии вод, склонных к выделению солей на фильтрах.

16. Расчет элементов и подбор конструкций фильтра рекомендуется производить по [Л. 49, 71, 169].

17. При окончательном выборе диаметра скважины необходимо учитывать:

а) для дырчатого, щелевого, сетчатого, проволочного или каркасно-стержневого фильтров без обсыпки диаметр скважины при бурении с обсадкой трубами должен быть больше наружного диаметра фильтра не менее чем на 50 мм; при бурении без обсадки — не менее чем на 100 мм;

б) для гравийных фильтров диаметр скважины принимается исходя из величины наружного диаметра фильтра и толщины гравийной обсыпки.

18. Если скважина пересекает несколько водоносных горизонтов, при чередовании водоносных слоев с водоупорными, необходимо применять фильтры, составленные из отдельных звеньев, с расположением рабочей части каждого звена против водоносного слоя, а глухой — против водоупорного.

19. При однородном составе водовмещающих пород рабочие звенья фильтров устанавливаются только на той части длины скважины, в которую будут поступать грунтовые воды при установившейся кривой депрессии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абомелик Р.А., Чудотворцев В.М. Устройство дренажной системы земляных плотин Братского гидроузла. «Энергетическое строительство», 1966, № 11

2. Абрамов С.К., Бабушкин В.Д. Методы расчета притока воды к буровым скважинам. Стройиздат, 1955

3. Абрамов С.К. Водозаборы подземных вод. Госстройиздат, 1967

4. Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве. Госстройиздат. 1960

5. Абрамов С.К., Скиргелло О.Б. Осушение шахтных и карьерных полей. Изд-во «Недра», 1968

6. Агрызков Н.А. Нагнетание за обделку гидротехнических туннелей. Госэнергоиздат, 1960

7. Адамович А.Н., Колтунов Д.В. Цементация оснований гидросооружений. Изд. 2-е, изд-во «Энергия», 1964

8. Аллас Э.Э. Из опыта цементации трещиноватых скальных пород. «Гидротехническое строительство», 1965, № 4

9. Аллас Э.Э. Об использовании цементации в конструкциях обделок высоконапорных гидротехнических туннелей. «Гидротехническое строительство», 1968, № 10

10. Аллас Э.Э., Мещеряков А.Н. Укрепление оснований гидротехнических сооружений. Изд. 2-е, изд-во «Энергия», 1966

11. Аллас Э.Э. Об эффективности цементационных завес. «Гидротехническое строительство», 1955, № 8

12. Анатольевский П.А., Разумов Г.А. Горизонтальные водозаборные скважины. Изд-во «Недра», 1970

13. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Теория движении жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде. Гостехиздат, 1953

14. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений. Изд. 2-е, Госэнергоиздат, 1955

15. Аравин В.И., Носова О.Н. Натурные исследования фильтрации. Изд-во «Энергия», 1969

16. Бабанов В.А., Аствацатуров Р.Д. Проектирование осушения железнодорожных туннелей. В кн.: Информационный сборник (Кавгипротранс) № 2, Тбилиси, 1958

17. Бабушкин В.Д., Прохоров С.П. и др. Методы расчета общего притока воды в шахты угольных месторождений. Изд-во «Недра», 1964

18. Баев В.Д., Коротин В.В., Степанов Я.И. Осушение туннелей методом глубокого бурения. В сб.: Прогрессивные способы капитального ремонта и переустройства железнодорожных туннелей, сер. «Строительство на железных дорогах», вып. 6. ЦИНТИ МПС, М., 1964

19. Баушев В.К. Метод создания противофильтрационных завес в гидротехническом строительстве инъекцией фурановых смол (автореферат кандидатской диссертации). ВНИИГ, Л., 1969

19,а. Беручашвили Г.А. Экспериментальная проверка зависимостей для расчета шпурового дренажа. «Гидротехническое строительство», 1973, № 3

20. Бессонов Н.Д. Исследование явлений суффозии и кольматации в фильтрах блочного типа из пористых материалов. Сб.: «Вопросы гидрогеологических расчетов водозаборов и дренажей», Госстройиздат, 1963

21. Бетон гидротехнический. Технические требования. ГОСТ 4795-68

22. Бетонные и железобетонные плотины на нескальных основаниях. Нормы проектирования, Строительные нормы и правила, СНиП II-И.12-67, Стройиздат, 1968

23. Бочевер Ф.М., Гармонов И.В., Лебедев А.В., Шестаков В.М. Основы гидрогеологических расчетов. Изд. 2-е, изд-во «Недра», 1969

24. Бочевер Ф.М. Гидрогеологические расчеты крупных водозаборов подземных вод и водопонизительных установок. Госстройиздат, 1963

25. Бурение и расширение скважин на строительстве гидроузла Portage Mountain (Канада). «Экспресс-информация», сер. «Гидроэнергетика», 1967, № 2, стр. 28

26. Бурлаков В.Н. Проходить шахтные стволы с активным водоподавлением. «Шахтное строительство», 1964, № 11

27. Василевский Г.А. Опыт эксплуатации Теребля-Рикской гидростанции. «Гидротехническое строительство», 1966, № 6

28. Васильев А.Ф., Краснов О.В. Верхнетуломская гидроэлектростанция. «Гидротехническое строительство», 1965, № 3

29. Вайнштейн Н.Я. Методы осушения туннелей и подземных сооружений дренажными штольнями. Сб. «Труды Гидропроекта», № 9, М., 1963

30. Вайнштейн Н.Я. Осушение туннелей дренажными штольнями (автореферат кандидатской диссертации). Тбилиси, ТбИИЖТ (ныне Грузинский политехнический институт), 1958

31. Вайнштейн Н.Я. Снижение гидростатического напора на обделки дренажными устройствами различной конструкции. Сб. «Труды Гидропроекта», № 18, М., 1970

32. Вайнштейн Н.Я., Илюшин В.Ф., Насберг В.М. Основные положения «Указаний по проектированию дренажа и противофильтрационной цементации в подземных гидротехнических сооружениях». Материалы второго научно-технического совещания по искусственному понижению уровня подземных вод при строительстве метрополитенов, туннелей и других сооружений. Оргтрансстрой, М., 1972

33. Вайнштейн Н.Я. Совещание-семинар по обмену опытом научных исследований, проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических туннелей и подземных гидроэлектростанций. «Гидротехническое строительство». 1967, № 3

34. Вербецкий Г.П. Исследования по обоснованию новых предложений по нормированию допускаемого раскрытия трещин в бетонных и железобетонных конструкциях гидротехнических сооружений. «Труды координационных совещаний по гидротехнике», вып. XXXI, изд-во «Энергия», 1966

35. Вербецкий Г.П. Методика натурных исследований трещинообразования и водопроницаемости трещин в бетонной обделке напорного туннеля Ингури ГЭС. «Труды координационных совещаний по гидротехнике», вып. XIX, изд-во «Энергия», 1965

36. Вербецкий Г.П. Метод проектирования бетонных обделок напорных туннелей при допущении ограниченного раскрытия трещин. «Гидротехническое строительство», 1968, № 1

37. Вербецкий Г.П. Фильтрационные свойства трещин в бетоне. «Труды координационных совещаний по гидротехнике», вып. 48, изд-во «Энергия», Л., 1970

38. Ведерников В.В. Теория фильтрации и ее применение в области ирригации и дренажа. Стройиздат, 1939

39. Веригин Н.Н. Движение грунтовых вод вблизи водохранилищ, каналов и подпертых бьефов. «Труды института ВОДГЕО», Госстройиздат, 1958

40. Веригин Н.Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород Госстройиздат, 1962

41. Веригин Н.Н. Режим грунтовых вод при колебаниях горизонта водохранилищ «Гидротехническое строительство», 1952, № 11

42. Влияние возраста бетона на его основные технические свойства, ВНИИГ, Госэнергоиздат, 1960

43. Водопроницаемость гидротехнического бетона. Проект изменений и дополнений ГОСТ, ТНИСГЭИ, Техническая информация (составили Элбакидзе М.Г. и Насберг В.М.), Тбилиси, 1956

44. Водоулавливание при проходке вертикальных стволов шахт. ВНИИОМШС, Углетехиздат, 1956.

45. Волков В.П. Туннели. Изд-во «Транспорт», 1970

46. Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н. Туннели и метрополитены. Изд-во «Транспорт», 1964

47. Воробков Л.Н., Гаврилко В.М., Лобачев П.В., Шестаков В.М. Водопонижение в гидротехническом строительстве. Госстройиздат, 1960

48. Временная инструкция по устройству наружного дренажа и нанесению шприц-бетона в подземных сооружениях. (Составили В.М. Мостков и Р.П. Бурба). Оргэнергострой, М., 1958

48,а. Высотная Асуанская плотина. Материалы к техническому отчету о строительстве, вып. 2, Сооружение туннелей, издание: Объединенная Арабская Республика, Министерство энергетики и Высотной плотины, Управление строительства Высотной Асуанской плотины, г. Асуан, 1969

49. Гаврилко В.М. Фильтры водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин. Изд. 3-е, Госстройиздат, 1968

49,а. Голицинский Д.М. Применение набрызгбетона при строительстве туннелей, «Транспортное строительство», 1972, № 2

50. Гришаев В.И. Железнодорожные туннели. Всесоюзное издательско-полиграфическое объединение, МПС, 1963

51. Гуреев А.М., Котенкова Э.Г., Ткаченко Л.Н. Интегральные способы расчета выщелачивания водорастворимых солей из основания гидросооружений. Сб. «Труды Гидропроекта», № 15, изд-во «Энергия», 1968

52. Гуреев А.М., Ткаченко Л.Н. Некоторые данные по зависимости коэффициентов фильтрации скальных пород и их удельных водопоглощений. Сб. «Труды Гидропроекта», № 15, изд-во «Энергия», 1968

53. Дворяшин В.И. Фильтрация гравитационных плотин на скальных основаниях. ОНТИ, М.-Л., 1938

54. Денисов И.П. Гидроаккумуляторная установка на Белом и Черном озерах и катастрофа на ней. «Гидротехническое строительство», 1934, № 8

55. Дружинин Н.И. Изучение региональных потоков грунтовых вод методом электрогидродинамических аналогий. Изд-во «Недра», 1966

56. Дружинин Н.И. Метод электрогидродинамических аналогий и его применение при исследовании фильтрации. Госэнергоиздат, 1956

57. Жернов И.Е. Расчеты захвата подземных вод. Изд-во АН УкрССР, Киев, 1954

58. Жиленков В.Н. Водоупорные свойства грунтов ядер и экранов высоких плотин. Изд-во «Энергия», 1968

59. Зурабов Г.Г., Бугаева О.Е. Гидротехнические туннели гидроэлектрических станций. Госэнергоиздат, 1962

60. Зурабов Г.Г., Бугаева О.Е. Гидротехнические туннели, ч. 1, Напорные штольни, Трансжелдориздат, М., 1934

61. Иванов Ф.М. Защита железобетонных транспортных сооружений от коррозии. Изд-во «Транспорт», М., 1968

62. Илюшин В.Ф. Туннели строительных и катастрофических водосбросов Нурекской ГЭС. Сб. «Труды Гидропроекта», № 18, М., 1970

63. Илюшин В.Ф. Подземные сооружения Нурекской ГЭС. Информэнерго, М., 1970

64. Илюшин В.Ф., Насберг В.М. Некоторые вопросы фильтрации воды через бетонные обделки подземных сооружений. «Труды координационных совещаний по гидротехнике», вып. 68, ВНИИГ, изд-во «Энергия», 1971

65. Илюшин В.Ф., Насберг В.М. СТУ и Н проектирования гидротехнических сооружений. Цементация в гидротехнических туннелях. «Гидротехническое строительство», 1970, № 6

65,а. Илюшин В.Ф., Насберг В.М. Применение общего дренажа в подземных сооружениях гидроэлектростанций. «Энергетическое строительство за рубежом». 1972, № 1

66. Илюшин В.Ф. О нормах на проектирование подземных гидротехнических сооружений. «Гидротехническое строительство», 1969, № 11

67. Инженерная геология деривационного туннеля Кармен-Смит (округ Линн, штат Орегон). Реферативный журнал «Геология», 1966, № 8, реферат № 8Е216

68. Инструкция и методические указания по определению водопроницаемости горных пород методом опытных нагнетаний в скважины. И-39-67, изд-во «Энергия», 1968

69. Инструкция и методические указания по определению коэффициентов фильтрации водоносных пород методом опытных откачек из скважин. И-38-67, изд-во «Энергия», 1967

70. Инструкция по приготовлению и применению крупнопористого бетона. СН 60-59. Госстройиздат, 1959

71. Инструкция по проектированию обратных фильтров гидротехнических сооружений. ВСН 02-65, ГПКЭиЭ СССР, ВНИИГ, изд-во «Энергия», 1965

72. Инструкция по проектированию. Признаки и нормы агрессивности воды — среды для железобетонных и бетонных конструкций. СН 249-63, Госстройиздат, 1963

73. Инструкция по производству инженерно-геологических изысканий и исследований для гидротехнических туннелей. И-33-53, Госэнергоиздат, 1955

74. Инструкция по составу и объему изысканий для гидроэнергетического строительства. И-34-61, часть II. Инженерно-геологические изыскания. Министерство строительства электростанций СССР, Госэнергоиздат, 1962

74,а. Казаков В.П., Мышкина Г.П., Третьяков Ю.Н. Особенности работы обделок и крепежных устройств железнодорожных туннелей в суровых климатических условиях. Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства, Сборник научных трудов, вып. 29, М., 1969

75. Казарян Г. Гидроизоляция и дренаж подземной Севанской ГЭС. Информационный листок. Армянский институт научно-технической информации, Госплан Совета Министров Армянской ССР, Ереван, 1968

76. Камбефор А. Инъекция грунтов. Перевод с французского. Изд-во «Энергия», 1971

77. Карамян С.С. Севано-Разданский каскад. (Опыт строительства). Изд-во «Энергия», 1966

78. Кассирова Н.А. Исследование влияния установившейся фильтрации на напряженное состояние обделки кругового туннеля и окружающего его массива (осесимметричная задача). «Известия ВНИИГ», т. 89, 1969

79. Керкис Е.Е. Определение радиуса влияния при расчете водопритоков. Углетехиздат. М., 1955

80. Киракосов В.П. Исследование фильтрации в построенных водоподпорных бетонных сооружениях. Госстройиздат, 1956

81. Козлов В.С. Расчет дренажных сооружений. Стройиздат, 1940

82. Колб Х. Аварии на ГЭС и гидротехнических сооружениях и меры по их предупреждению. Реферативный журнал «Электротехника и энергетика», 1968, № 1, реферат IД 116

83. Конструктивные особенности машинного здания ГЭС с капсульными агрегатами. «Экспресс-информация», сер. «Гидроэнергетика», 1965, № 9, реферат 32

84. Котульский В.В. Фильтрационный расчет завес с учетом их водопроницаемости. «Гидротехническое строительство», 1958, № 4

85. Краснов О.В. Дренаж скальных оснований бетонных конструкций. «Экспресс-информация Оргэнергостроя», сер. «Строительство гидроэлектростанций», № 159, 1964

86. Куперман В.Л. Вопросы совершенствования строительства подземных гидротехнических сооружений. «Гидротехническое строительство», 1967, № 3

86,а. Кузьмин К.К., Евдокимов В.Н. Туннели Высотной Асуанской плотины. Сб. «Труды Гидропроекта», № 18, М., 1970

87. Куперман В.Л., Мазур А.М., Мостков В.М., Приймак П.И. Подземные гидроэлектростанции. Госэнергоиздат, 1957

88. Ликин В.В. Примеры новейших стальных напорных трубопроводов гидроэлектростанций Оргэнергострой, М., 1958

89. Ломизе Г.М., Насберг В.М. Дренаж подземных гидротехнических сооружений. Изд. ГрузНИТО строителей, Тбилиси, 1946

90. Ломизе Г.М., Насберг В.М. Дренирование безнапорных гидротехнических туннелей. «Известия Академии наук СССР. Отделение технических наук», 1955, № 6

91. Ломизе Г.М., Насберг В.М. Учет водопроницаемости бетона в фильтрационных расчетах туннеля. Труды Московского ордена Ленина энергетического института, вып. XIX, Гипроэнергетика. Госэнергоиздат, 1956

92. Ломизе Г.М., Насберг В.М. Фильтрационные расчеты гидротехнических туннелей. «Известия ВНИИГ», т. 58, Госэнергоиздат, 1958

93. Ломизе Г.М. Фильтрация в трещиноватых породах. Госэнергоиздат, 1951

94. Лыкошин А.Г. Карст и гидротехническое строительство. Стройиздат, М., 1968

95. Мазур А.М. Современный опыт проектирования и строительства подземных сооружений на гидроэлектростанциях. Оргэнергострой, 1956

96. Мазур А.М. Энергоэкономический метод определения допускаемой фильтрации воды из напорных подводящих туннелей гидроэлектростанций. Сб. «Труды Гидропроекта», № 18, М., 1970

97. Маковский В.Л., Каханов Г.С., Ляшенко Д.Н. Сооружение туннелей и метрополитенов за рубежом. ВНИИ Транспортного строительства, вып. 26, Трансжелдориздат, М., 1957

98. Маковский В.Л. Туннели (проектирование и строительство). Изд-во Академии архитектуры СССР, М., 1947

99. Марков Б.Я., под общей редакцией Егназарова И.В. Гидроэлектрические установки Европы, аккумулирующие, с напорной деривацией и глубоким водоприемом. Систематизированное справочное описание. Установка № 13/252, Ляк Нуар. Гидроэнергетическая лаборатория НИИГ и Гидроэнергопроект, ОНТИ, Главная редакция энергетической литературы, 1938

100. Марчелло К. Высоконапорные трубопроводы. Перевод с итальянского. ОНТИ, Главная редакция строительной литературы. М.-Л., 1936

101. Методические указания по фильтрационным расчетам водопонизительных установок [составлены во ВНИИГ (Л.Н. Павловская) и ВНИИ ВОДГЕО (В.М. Шестаков)]. Госэнергоиздат, М.-Л., 1961

102. Милославский Н.М. Основные направления в строительстве швейцарских гидроэлектростанций. Оргэнергострой, М., 1963

103. Мнацаканов Л.Н., Куперман В.Л., Кельми А.М. Опыт сооружения гидротехнических туннелей большого сечения. «Гидротехническое строительство», 1967, № 3

104. Муфтахов А.Ж. О притоке подземных вод к кольцевому горизонтальному несовершенному дренажу. Сб. «Вопросы осушения месторождений полезных ископаемых», труды института «ЦНИИГоросушение», вып. 6, изд-во «Недра», 1967

105. Наблюдения за колебаниями уровня грунтовых вод в скальных породах, окружающих подводящий туннель гидроузла. «Экспресс-информация», сер. «Гидроэнергетика», 1964, № 12, реферат № 61

106. Насберг В.М., Беручашвили Г.А. Исследование методом ЭГДА разгрузочного шпурового дренажа строительных туннелей Нурекской ГЭС. «Известия ТНИСГЭИ», т. 20, изд-во «Энергия», 1970

107. Насберг В.М., Илюшин В.Ф., Беручашвили Г.А. Фильтрационный расчет шпурового дренажа, служащего для разгрузки обделок туннелей и шахт от давления грунтовых вод при наличии цементации породы. «Известия ТНИСГЭИ», т. 20, изд-во «Энергия», 1970

108. Насберг В.М., Илюшин В.Ф. Конструкция местных дренажей для разгрузки обделок подземных гидротехнических сооружений. «Энергетическое строительство за рубежом», 1970, № 5

109. Насберг В.М., Илюшин В.Ф. Основные положения проектирования дренажей в подземных гидротехнических сооружениях. «Гидротехническое строительство», 1970, № 12

110. Насберг В.М., Илюшин В.Ф. Способ повышения эффективности разгрузочного дренажа обделок подземных сооружений при наличии глубокой цементации породы. «Известия ВНИИГ», т. 94, 1970

111. Насберг В.М. Дренирование гидротехнических туннелей. Тезисы докладов Всесоюзного совещания по проектированию, строительству и эксплуатации подземных гидроэлектростанций. НТОЭП, Ереван, 1955

112. Насберг В.М. К вопросу о расчете фильтрации в гидротехнические туннели круглоцилиндрической формы. В кн.: «Вопросы фильтрационных расчетов гидротехнических сооружений». Сборник 4, ВОДГЕО, Госстройиздат, 1964

113. Насберг В.М. Краткие итоги исследований гидротехнической лаборатории по фильтрации. «Известия ТНИСГЭИ», т. 14, Госэнергоиздат, 1962

114. Насберг В.М. О выборе типа пьезометра для измерения напоров воды в основании и теле гидротехнических сооружений. «Труды координационных совещаний по гидротехнике», вып. XIX, ВНИИГ, изд-во «Энергия», 1965

115. Насберг В.М. Определение коэффициента фильтрации неводонасыщенных грунтов методами наливов и нагнетаний в скважины и шурфы. «Известия ТНИСГЭИ, т. 17, изд-во „Энергия“, 1967»

116. Насберг В.М. Фильтрационные расчеты подземных сооружений гидроэлектростанций и разработка некоторых предложений. ТНИСГЭИ, объединенный отчет по темам № 6 за 1963 г. и № 18 за 1964 г., Тбилиси, 1964

117. Насберг В.М. Расчет фильтрации через поперечные швы и дрены туннельных обделок. «Известия ТНИСГЭИ», т. 15, изд-во «Энергия», 1964

118. Насберг В.М. Фильтрация без подпора из горизонтальной цилиндрической выработки и ненасыщенный водой грунт. «Известия ТНИСГЭИ», т. 10, изд-во «Энергия», 1958

119. Насберг В.М. Фильтрационный расчет продольного приобделочного разгрузочного дренажа туннелей и шахт с цементацией породы вокруг обделки. «Труды ТНИСГЭИ», вып. III, Тбилиси, 1971

120. Насберг В.М. Фильтрационный расчет шпурового дренажа, служащего для разгрузки облицовки туннелей и шахт от давления грунтовых вод. «Известия ТНИСГЭИ», т. 16, изд-во «Энергия», 1965