竖井施工中的排水与治水技术
发布时间:2024-06-13
这篇文章将详细介绍竖井设计与施工中的排水与治水问题，以及相关的技术和方法。竖井施工是地下工程中的一个重要环节，其设计与施工质量直接关系到整个工程的安全性和经济性。在竖井施工过程中，地下水问题尤为突出，它不仅影响施工进度，还可能降低工程质量，增加成本，甚至引发安全事故。因此，合理有效的排水与治水措施对于保证竖井施工的顺利进行至关重要。
1. 竖井施工中的地下水问题
竖井施工中，地下水的存在对工程的影响主要表现在以下几个方面：
恶化作业条件：地下水的存在使得井下作业环境潮湿，影响施工人员的健康和施工设备的运行。
减慢工程进度：地下水的涌出需要额外的时间和劳力进行处理，从而延长了施工周期。
降低井壁质量：地下水的侵蚀作用可能导致井壁的强度和稳定性下降。
增加工程成本：治理地下水需要投入额外的资金和资源。
安全风险：严重的地下水问题可能导致淹井事故，威胁施工人员的安全。
2. 地下水的治理措施
针对竖井施工中的地下水问题，可以采取以下两类主要的治理措施：
2.1 凿井前的预处理
在竖井施工前，应进行详细的地质勘探，了解井筒所穿过的岩层性质、水文情况等，为治水方案的选择提供依据。预处理措施包括：
2.2 凿井过程中的处理
在竖井施工过程中，可以采取以下方法处理井筒淋水：
3. 排水技术与设备
在竖井施工过程中，排水是一个至关重要的环节，它不仅影响着施工的进度，还直接关系到工程的安全和质量。本章节将详细介绍竖井施工中使用的排水技术和设备，以及它们在实际工程中的应用。
3.1 吊桶排水系统
吊桶排水是一种简单而传统的排水方式，适用于井筒深度不大且涌水量较小的情况。吊桶通过钢丝绳与提升设备相连，将井底的水提升至地面。吊桶排水能力取决于吊桶的容积、提升次数以及装满系数和岩石的孔隙率。
3.1.1 吊桶排水的计算
吊桶的小时排水能力可以通过以下公式计算：
其中：
3.1.2 吊桶排水的局限性
尽管吊桶排水在某些情况下非常有效，但它也有一些局限性。随着井筒深度的增加，吊桶的提升次数会减少，从而限制了其排水能力。此外，吊桶排水需要较多的人工操作，这可能会增加施工成本和安全风险。
3.2 吊泵排水系统
当井筒涌水量超过吊桶的排水能力时，就需要使用吊泵进行排水。吊泵是一种立式泵，具有较长的泵体，但占用的井筒水平断面积较小，有利于井内设备的布置。
3.2.1 吊泵的工作原理
吊泵通过吸水笼头和吸水软管将井底的水吸入泵体，然后通过电动机驱动的水泵将水提升至地面。吊泵的排水能力取决于其排水量、扬程、电机功率等技术参数。
3.2.2 吊泵的技术性能
吊泵的技术性能通常包括以下几个方面：
排水量：泵每小时可以排出的最大水量（m³/h）。
扬程：泵可以将水提升的最大高度（m）。
电机功率：驱动泵工作的电动机的功率（kW）。
转速：泵的旋转速度（r/min）。
外形尺寸：泵的长、宽、高尺寸（mm）。
质量：泵的重量（kg）。
3.2.3 吊泵的应用
吊泵在竖井施工中的应用非常广泛。它们不仅用于常规的排水作业，还可以在井筒排水深度超过一台吊泵扬程时，通过接力排水的方式进行多段排水。此外，吊泵还可以与其他排水设备配合使用，如压气小水泵，以提高排水效率。
3.3 接力排水系统
在某些情况下，井筒的排水深度可能超过单台吊泵的扬程。这时，就需要采用接力排水系统。接力排水系统通过在井筒的适当深度设置转水站或转水盘，将水从吊泵提升至转水站，再由转水站用卧泵排出地表。
3.3.1 接力排水的组成
接力排水系统通常包括以下几个部分：
3.3.2 接力排水的优势
接力排水系统的优势在于它可以有效地处理深井筒的排水问题，同时减少了对井筒空间的占用。此外，接力排水还可以提高排水效率，减少能源消耗。
3.4 压气小水泵
在某些特殊情况下，如排水深度不大，可以使用压气小水泵将工作面的水排至吊盘上或临时平台的水箱中，再由吊泵或卧泵将水排出地面。压气小水泵具有结构简单、操作方便的特点。
3.4.1 压气小水泵的构造
压气小水泵主要由以下部分组成：
滤水器：过滤水中的杂质。
泵体：容纳泵的工作部件。
工作轮：产生水流的动力部件。
主轴：支撑工作轮并传递动力。
风动机：提供动力的设备。
排气管和进气管：用于气体的进出。
排水管：将水从泵体排出。
3.4.2 压气小水泵的应用
压气小水泵通常用于辅助吊桶或吊泵排水，特别是在排水深度不大的情况下。它的使用可以提高排水效率，减少对主排水系统的依赖。
竖井施工中的排水技术与设备是确保工程顺利进行的关键因素。从传统的吊桶排水到现代化的吊泵和接力排水系统，不同的排水方式适用于不同的工程条件。选择合适的排水技术和设备，不仅可以提高施工效率，还可以降低工程成本，最重要的是确保施工安全。随着技术的发展，未来的排水技术将更加高效、智能，为地下工程提供更加可靠的支持。
4. 治水方式
在竖井设计与施工中，治水是一项至关重要的工程活动，它直接关系到施工的安全性、效率和最终工程的质量。本章节将深入探讨治水方式，包括截水和钻孔泄水两种主要方法，并结合施工实践，分析这些方法的应用和效果。
4.1 截水技术概述
截水技术是防止地下水对竖井施工造成不利影响的重要手段。它通过在施工过程中采取措施，将水截断并引导至安全区域，从而保护施工人员和设备，确保施工的顺利进行。
4.1.1 截水技术的原理
截水技术的原理是通过物理或化学手段，在井壁或施工区域周围形成一道防水屏障，阻止地下水的渗透和流动。这通常涉及到使用特殊的材料和结构，如防水膜、注浆材料等。
4.1.2 截水技术的应用
在竖井施工中，截水技术的应用主要包括以下几个方面：
永久井壁防水：在井壁施工前，通过注浆或其他方式形成防水层，防止地下水渗透。
临时支护截水：在井筒掘进过程中，使用吊盘折页或挡水板等设备，截断临时支护段的淋水。
壁后或壁内注浆：在井壁施工过程中，通过壁后或壁内注浆的方式，封闭漏水点，形成防水屏障。
4.2 吊盘折页与挡水板
吊盘折页和挡水板是两种常用的截水设备，它们在竖井施工中发挥着重要作用。
4.2.1 吊盘折页
吊盘折页是一种安装在吊盘上的设备，可以有效地截断沿临时支护段的淋水。它通常由金属或塑料材料制成，具有较好的耐久性和灵活性，能够适应不同的施工环境。
4.2.2 挡水板
挡水板是一种简单的截水设备，通常由木板、铁丝和导水木条等材料制成。挡水板通过阻挡水流，将水引导至指定的排水通道，从而减少对施工区域的影响。
4.3 壁后或壁内注浆
壁后或壁内注浆是一种常用的防水措施，通过在井壁后或井壁内注入注浆材料，形成防水层，从而防止地下水的渗透。
4.3.1 注浆材料的选择
注浆材料的选择对注浆效果至关重要。常用的注浆材料包括水泥浆、化学浆等，它们具有不同的性能特点，适用于不同的地质条件和施工需求。
4.3.2 注浆施工的步骤
壁后或壁内注浆施工通常包括以下步骤：
钻孔：在井壁后或井壁内钻孔，为注浆提供通道。
清孔：清除孔内的杂物，确保注浆材料能够顺利注入。
注浆：将注浆材料通过钻孔注入井壁后或井壁内，形成防水层。
养护：注浆后，需要一定的时间进行养护，以确保注浆材料充分固化。
4.4 钻孔泄水技术
钻孔泄水是一种在井筒底部已通巷道并形成排水系统的情况下，通过在井筒断面内向下打钻孔，将井内涌水泄至底部巷道排出的方法。
4.4.1 钻孔泄水的优势
钻孔泄水技术具有以下优势：
简化设备布置：通过钻孔泄水，可以取消吊泵或转水站设施，简化井内设备布置。
改善作业条件：减少井内的水压力，改善施工人员的作业环境。
加快施工速度：通过快速排除涌水，加快竖井施工的进度。
4.4.2 钻孔泄水的施工要点
钻孔泄水施工需要注意以下几个要点：
保证钻孔垂直：钻孔的偏斜值一定要控制在井筒轮廓线以内，以确保涌水能够顺利泄至巷道。
保护钻孔：防止废石堵塞泄水孔或因泄水孔孔壁坍塌堵孔。可以通过下入带筛孔的套管来保护钻孔。
爆破安全：在放炮前，需要用木塞将泄水孔堵住，以免爆破废石堵孔。
治水是竖井设计与施工中的关键环节，其有效性直接关系到工程的安全性、质量和效率。通过采用科学的截水技术和钻孔泄水方法，可以有效地控制地下水对施工的影响，保障施工的顺利进行。同时，施工团队需要根据具体的地质条件和工程需求，选择合适的治水方案，并严格遵循施工规范，以确保治水效果的最大化。随着地下工程领域的不断发展，治水技术也在不断创新和完善，为地下工程的建设提供了更加坚实的技术支撑
5. 结论
竖井设计与施工中的排水与治水是一个复杂而重要的环节。通过有效的预处理措施、合理的排水技术和设备选择，以及科学的治水方式，可以显著提高竖井施工的安全性和经济性。同时，这也要求施工团队具备专业的知识和技能，以应对施工过程中可能出现的各种地下水问题。
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