水平集水管

水平集水管的濾水效果是輻射井沉井的關鍵之一,而濾水效果取決於濾水孔的結構形式、濾水孔的直徑和濾水管的孔隙率,三者密切相關。

濾水孔的結構形式採用過兩種:

(1)圓形孔。圓形孔對鋼管的剛度影響小。但孔隙率不能過大,否則濾水孔間距小,在濾水鋼管周圍難以形成穩定拱腳,不能形成自然反濾層。孔隙率太小也不行,雖然能形成自然反濾層,但出水量少。

(2)矩形孔。矩形孔能增加濾水鋼管的孔隙率,但對鋼管的剛度影響大,減少鋼管的抗頂力。採用3×0.15cm的矩形孔,孔隙率3.0~4.5%,濾水效果很好,頂進後鑽機一停馬上排放清水。採用功80mm的濾水鋼管,只能頂進5m左右,再長阻力增加,濾水鋼管變形而被折斷。矩形孔雖然濾水效果好,但頂進長度因太短而被淘汰。

圓形濾水孔的直徑大小取決於含水層粒徑的大小,含水層顆粒粗,則濾水孔的直徑相應就大。如果濾水孔直徑選擇小了,則濾水孔周圍細小砂粒不能及時排出,就不能形成良好的自然反濾層,則會減少水平集水管的出水量。反之濾水孔直徑選擇太大,在濾水孔的周圍很難形成穩定拱腳,也就不能形成穩定的拱結構,結果大量的泥砂不斷的湧人水平集水管內,不能形成自然反濾層,起不到濾水的作用。

濾水鋼管孔隙率大,即濾水孔間距小,則濾水鋼管周圍穩定拱腳遭到破壞,不能形成自然反濾層。孔隙率小時則減少水平集水管的出水量。如果兩者選用的合適,一方面在頂管的過程中,促使濾水鋼管周圍的砂土順利排入管內,減少頂進阻力,增加水平集水管的頂進長度。另一方面在濾水鋼管的周圍形成良好的自然反濾層,使含水層的水通暢地流進水平集水管內,增加出水量。 ^[1] 

頂進法選用Φ89的鋼管濾水管,內插PE管,每根長0.8一1.0m,絲扣連接,用液壓水平鑽機邊旋轉邊推進,一根接一根,直接打進含水層。頂進過程中粉砂中的粉粒進人濾水管內,隨水流進人豎井中排走,同時將較粗的顆粒擠到濾水管周圍,形成一條天然的環形自然反濾層。濾水管的濾水效果與鋼管的孔眼大小及孔隙率、內插PE管的外包濾網大小及其孔隙率密切相關。選擇合適,既能減少頂進阻力,增加濾水鋼管的頂進長度,又能使水平集水管的周圍很快形成自然反濾層,使含水層的水通暢地彙集到水平集水管內,增加輻射井出水量,否則,輻射井的出水量成倍減少,或者長時間排出渾水,排出大量泥沙。濾水管要求的標準是頂進過程中排砂量最好,停止頂進後濾水管內排水很快達到水清砂淨。

套管鑽進法所用濾水管選擇Φ63的PE雙螺紋波紋管,外套尼龍網套作為反濾料。濾水管的濾水效果與尼龍網套的目數密切相關,選擇合適,使水平集水管的周圍很快地形成良好的自然反濾層,使含水層的水通暢地彙集到水平集水管內,目數大,則出水量減小,目數小,則長時間排出渾水,排出大量泥沙。同樣,尼龍網套的選擇要根據水文地質條件,現場通過試驗確定。套管鑽進法施工是先將Φ89套管打進含水層中,再從套管中插進濾水管,然後脱掉鑽頭,拔出套管,把濾水管留在含水層中。濾水管在開始排水時,能帶出粉砂中的粉粒,使粗粒在濾水管尼龍網套的外部形成自然反濾層,並很快水清砂淨。 ^[2] 

大巴山隧道病害主要有洞身滲漏水、襯砌破壞、基底翻漿冒泥等,其中翻漿冒泥病害段的長度約450m,佔隧道總長的8.4%。水平集水管是利用人工強化非均質各向異性含水介質的水力傳導性,增強排水量,降低地下水位的重要措施。具體做法是在離正洞較短距離的平導中,往正洞方向,按一定間距施做一定數量的水平集水管至隧道道牀之下，這相當於在隧道與平導的局部含水介質中增設了若干人工導水裂隙,從而強化了排水效果,有利於降低道牀附近圍巖中的地下水位,從而從根本上消除隧道翻漿冒泥的危害。 ^[3] 

輻射井是開發地下水的井型之一,它由一眼大口徑的豎井和幾條水平集水管組成。張家界市某廠為擴建需要建一口日產水量2400m3的水井。踞現場踏勘,廠區內下伏地層為砂卵石層和紅砂岩。周邊同類地層中所建水井日出水量都在500-600m3之間。為滿足水量需求,達到投資少,施工簡單,工期短的目的。故設計採用打輻射井的工藝成井,提高單井出水量 ^[4]  。