氣動(dòng)降水設(shè)備的特點(diǎn)及與傳統(tǒng)設(shè)備的對(duì)比研究

宋心朋 周瑩瑩

(天津市之井科技有限公司，天津 300143)

隨著城市化建設(shè)的深入，地下空間被廣泛的利用。在全國(guó)大部分地區(qū)，地下空間開發(fā)過(guò)程中，降水施工是一項(xiàng)必不可少的措施。在采用管井降水時(shí)，每口井內(nèi)都要放置一臺(tái)電動(dòng)潛水泵抽水。電動(dòng)的潛水泵放置在水下，極易損壞并帶來(lái)安全隱患；由于降水井?dāng)?shù)量較多，連接水泵的電纜線較多，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的安全文明施工是很大的考驗(yàn)；在降水過(guò)程中，降水井內(nèi)的水是越來(lái)越少的，需要人工開開停停，開停頻繁，人工增加，潛水泵也容易損壞，開停不頻繁，浪費(fèi)電能[1]。

目前越來(lái)越多的使用氣動(dòng)設(shè)備進(jìn)行降水，也稱空壓機(jī)降水，并形成了一種完善的、專業(yè)化的管井降水設(shè)備。現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)降水設(shè)備的原理、特點(diǎn)及與傳統(tǒng)電動(dòng)降水設(shè)備進(jìn)行全面的比較研究。

1 氣動(dòng)降水設(shè)備原理及功能

1.1 氣動(dòng)降水設(shè)備原理

氣動(dòng)降水采用氣動(dòng)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，結(jié)合變頻器、傳感器控制水氣置換系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化降水的一種新的施工工藝。

氣動(dòng)降水設(shè)備由氣源系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和水氣置換系統(tǒng)組成。氣源系統(tǒng)包含變頻螺桿空壓機(jī)、干燥機(jī)、儲(chǔ)氣罐和分氣總成。自動(dòng)控制系統(tǒng)包含電源模塊、調(diào)壓模塊和數(shù)控模塊。水氣置換系統(tǒng)包含排氣閥、止回閥和水氣置換器(見圖1)。

總的工作原理如下：

變頻螺桿空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體經(jīng)過(guò)干燥機(jī)處理后存儲(chǔ)到儲(chǔ)氣罐，經(jīng)過(guò)分氣總成分配到各個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)降水井深度調(diào)節(jié)調(diào)壓裝置，根據(jù)出水量調(diào)節(jié)數(shù)控模塊，開啟相應(yīng)的控制開關(guān)。經(jīng)過(guò)調(diào)壓后的氣體被分配到相應(yīng)的水氣置換系統(tǒng)中。數(shù)控模塊根據(jù)指令控制每一路氣體的開啟與關(guān)閉(見圖2)。

水氣置換器工作原理：

Ⅰ型水氣置換器：有一個(gè)工作腔室。當(dāng)水氣置換器放入水中后，進(jìn)水單向閥打開，水流入腔室，控制系統(tǒng)向水氣置換器供氣，進(jìn)水單向閥受壓關(guān)閉，出水單向閥打開，水受壓流入出水管。腔室內(nèi)的水出完以后，控制系統(tǒng)停止供氣，出水單向閥關(guān)閉，腔室內(nèi)的氣體排出，進(jìn)水單向閥打開，水流入腔室，以此循環(huán)。

Ⅱ型水氣置換器：有兩個(gè)工作腔室，每一個(gè)腔室工作原理與Ⅰ型水氣置換器相同。通過(guò)控制系統(tǒng)使兩個(gè)腔室交替工作，完成連續(xù)出水[2]。

1.2 氣動(dòng)降水設(shè)備的功能

氣動(dòng)降水設(shè)備基于自身的動(dòng)力集中輸出，更方便于自動(dòng)化的實(shí)施，也更方便于功能一體化的實(shí)施。氣動(dòng)降水設(shè)備集中了降水工程中所需的大部分功能，包括抽水、抽真空、計(jì)量、水位監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、數(shù)據(jù)采集、分析等。另外還有很多其他功能比如：可調(diào)揚(yáng)程、可調(diào)流量、問題自檢等。

1)氣動(dòng)降水設(shè)備是依靠高壓氣體將水氣置換器中的水置換出來(lái)，實(shí)現(xiàn)排水。通過(guò)調(diào)節(jié)供氣壓力來(lái)改變揚(yáng)程，通過(guò)調(diào)節(jié)供氣時(shí)間來(lái)改變流量。這些功能在管井降水中非常實(shí)用。另外通過(guò)液位傳感器可實(shí)現(xiàn)用水即抽，無(wú)水即停。動(dòng)水位液面可以保持在一個(gè)比較平穩(wěn)的狀態(tài)，保證良好的降水效果。

2)對(duì)于某些地質(zhì)為淤泥質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)粉土等區(qū)域，采用管井降水的同時(shí)需要增加負(fù)壓，采用氣動(dòng)降水設(shè)備則不需要增加真空泵，而是需要一個(gè)特殊的井蓋就可以實(shí)現(xiàn)井內(nèi)負(fù)壓[3]。

3)傳統(tǒng)的降水設(shè)備均采用水表計(jì)量。沒有經(jīng)過(guò)處理的地下水包含細(xì)砂、鐵銹、酸堿鹽等物質(zhì)對(duì)水表的腐蝕、磨損比較嚴(yán)重。造成水表無(wú)法讀數(shù)，或旋轉(zhuǎn)受阻，計(jì)量不準(zhǔn)確等。氣動(dòng)降水設(shè)備的計(jì)量方式是采用容積法，即標(biāo)定水氣置換器的容積，統(tǒng)計(jì)工作次數(shù)，計(jì)算出總水量。另外還可以統(tǒng)計(jì)出總時(shí)間或某個(gè)時(shí)間段的時(shí)間，計(jì)算出總的流速或某個(gè)時(shí)間段的流速，對(duì)于巖土工程分析有著數(shù)據(jù)的支持。

4)通過(guò)水位傳感器可以監(jiān)測(cè)觀測(cè)井的水位變化，觀測(cè)井的水位變化直接影響著基坑的安全，特別是承壓水的水位變化，是絲毫不能馬虎的。氣動(dòng)降水設(shè)備可以連接傳感器，設(shè)置預(yù)警值，有問題提前報(bào)警。

5)氣動(dòng)降水設(shè)備通過(guò)自動(dòng)化的管理，可以采集大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括每口井的出水量、任意時(shí)段的滲水速度、水位的變化等數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)的積累和分析，來(lái)更好的指導(dǎo)基礎(chǔ)工程的施工生產(chǎn)。

2 氣動(dòng)降水設(shè)備特點(diǎn)研究

氣動(dòng)降水設(shè)備集成度高，整體布局合理：高價(jià)值的部分(指供氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng))自身壽命長(zhǎng)、而且放置于不容易被破壞的非作業(yè)區(qū)，將低價(jià)值的部分(指分氣管和水氣置換系統(tǒng))放置于作業(yè)區(qū)，但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而不易損壞；危險(xiǎn)的部分(指供氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，有電或機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng))放置于非作業(yè)區(qū)，無(wú)人員和機(jī)械的干擾，而將安全的部分(指分氣管和水氣置換系統(tǒng))放置于作業(yè)區(qū)，交叉作業(yè)無(wú)安全隱患。結(jié)構(gòu)的組成和合理的布局使氣動(dòng)降水設(shè)備具有安全、節(jié)能、自動(dòng)化程度高、壽命長(zhǎng)、安拆便捷等特點(diǎn)。

2.1 氣動(dòng)降水設(shè)備的安全性研究

2.1.1螺桿空氣壓縮機(jī)

屬于通用機(jī)械設(shè)備，各個(gè)行業(yè)應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟。在降水行業(yè)中選用排氣壓力為0.8 MPa的低壓空壓機(jī)，使用更安全。

螺桿空壓機(jī)具有：穩(wěn)定性高，效率高，振動(dòng)小，噪聲低，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

螺桿空壓機(jī)均有一個(gè)控制系統(tǒng)，機(jī)器內(nèi)部安裝有各種功能的傳感器，如壓力傳感器、溫度傳感器等，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)反饋數(shù)據(jù)。壓力高于設(shè)計(jì)值會(huì)自動(dòng)卸載，壓力低于設(shè)計(jì)值會(huì)自動(dòng)加壓，溫度過(guò)高會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇散熱，溫度降下來(lái)風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。另外，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置了機(jī)器保養(yǎng)參數(shù)，可以提示何時(shí)需要保養(yǎng)[4]。

2.1.2冷干機(jī)

冷干機(jī)是冷凍式干燥機(jī)的簡(jiǎn)稱，屬于氣動(dòng)系統(tǒng)中的氣源處理元件。利用冷媒與壓縮空氣進(jìn)行熱交換，把壓縮空氣溫度降到2 ℃～10 ℃范圍的露點(diǎn)溫度。除掉氣體中的水分，有利于控制系統(tǒng)內(nèi)的元件。

冷干機(jī)也屬行業(yè)內(nèi)成熟產(chǎn)品，避免日曬、雨淋，注意通風(fēng)，沒有安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.3儲(chǔ)氣罐

采用0.8 MPa，1 m3以下的儲(chǔ)氣罐。這種儲(chǔ)氣罐屬于特種設(shè)備，但是屬于簡(jiǎn)單壓力容器，不需要備案。輸氣罐上部有一個(gè)安全閥，當(dāng)氣壓超過(guò)0.8 MPa時(shí)，安全閥會(huì)自動(dòng)打開排氣。安全閥應(yīng)定期校驗(yàn)[5]。

2.1.4控制系統(tǒng)

為了工地上接電方便，一般采用220 V供電，總功率只有150 W。而且控制箱內(nèi)有一個(gè)變壓器，直接將電源變?yōu)橹绷?4 V來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)。

氣壓方面，當(dāng)0.8 MPa壓力的氣體進(jìn)入到控制系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)一個(gè)小型儲(chǔ)氣罐分向各路的氣源處理器，經(jīng)過(guò)處理過(guò)的氣源壓力變低，根據(jù)井深需要一般為0.2 MPa～0.5 MPa。

2.1.5主氣管

采用內(nèi)徑19 mm、外徑28 mm、PVC材質(zhì)、三膠兩線高壓氣管，工作壓力4 MPa，爆破壓力16 MPa。具有輕質(zhì)、耐磨、耐老化、耐破裂、抗彎曲等優(yōu)點(diǎn)。可以任意長(zhǎng)度壓制快速接頭，方便安拆使用。

在施工過(guò)程中，如果主氣管長(zhǎng)時(shí)間老化，并不會(huì)突然爆破，而是在薄弱點(diǎn)慢慢漏氣。如果被機(jī)械突然破壞，會(huì)有一瞬間的強(qiáng)烈的氣流，但會(huì)很快消失，不會(huì)造成影響。

由此可見，中小外貿(mào)企業(yè)想要繼續(xù)在市場(chǎng)上生存，就必須要搶占發(fā)展先機(jī)，努力推進(jìn)跨境電子商務(wù)轉(zhuǎn)型，獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這已成為學(xué)者們的共識(shí)。

2.1.6分氣管

采用氣動(dòng)行業(yè)通用的PU材質(zhì)，具有耐化學(xué)腐蝕、重量輕、耐磨性高、防染色、防脹氣等性能。工作壓力為1 MPa，爆破壓力為1.3 MPa。在降水行業(yè)中，作為分氣管使用的PU管一般選用10×6.5 mm和12×8 mm兩種，分路氣壓一般為0.2 MPa～0.5 MPa，安全性高。

對(duì)于內(nèi)部直徑只有6.5 mm或8 mm的低壓小管來(lái)說(shuō)，即使在正常的工作中突然斷開，也并不會(huì)產(chǎn)生令人不安的聲音，更不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。

2.1.7水氣置換器

簡(jiǎn)單說(shuō)水氣置換器類似一個(gè)容器，采用2.5 mm厚Q235B鋼板沖壓、焊接而成。Q235B鋼板有一定的伸長(zhǎng)率、強(qiáng)度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機(jī)械零件的制造。

水氣置換器全斷面采用機(jī)械自動(dòng)焊接技術(shù)，具有焊接質(zhì)量好，焊縫外觀成型美觀，均勻。

水氣置換器進(jìn)水口采用鐵板加橡膠墊密封。整個(gè)置換器在水中工作。

水氣置換器簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)類似一個(gè)容器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，不易損壞。

當(dāng)然如果控制系統(tǒng)采用太陽(yáng)能或蓄電池控制，則除動(dòng)力以外整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)將沒有一根電纜線。

2.2 氣動(dòng)降水設(shè)備的節(jié)能研究

先說(shuō)一說(shuō)降水行業(yè)的特點(diǎn)：降水效果要想達(dá)到最理想的狀態(tài)，就要將動(dòng)水位一直保持在一個(gè)最低位置，也就是盡量靠近井底的位置。這樣才能產(chǎn)生出設(shè)計(jì)所說(shuō)的降水漏斗。動(dòng)水位保持在這個(gè)位置，就要求泵的流量不小于滲水的流量。可以看出泵的流量越接近等于滲水的流量越節(jié)能，因?yàn)槔速M(fèi)的少了。

但是從滲水量方面說(shuō)，降水不同于排水，每個(gè)項(xiàng)目的地質(zhì)不一樣，含水量就不一樣，甚至每口井的滲水量都不一樣，而且每口井降水前期和后期的滲水量也不一樣。所以要想達(dá)到良好的降水效果，又不能浪費(fèi)電能，就要求每口井或者同一口井的不同降水時(shí)期應(yīng)該配備的功率不同。

但是目前的傳統(tǒng)電泵降水過(guò)程卻是“平均分配”，同樣型號(hào)的泵，一口井內(nèi)分一個(gè)。水多水少都一樣，前期后期都一樣。這樣就造成了大量的浪費(fèi)。

氣動(dòng)降水相當(dāng)于將所有的用電設(shè)備功率集中到了一起，再通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)每口井進(jìn)行功率分配，而且能做到按需分配。

下面詳細(xì)分析氣動(dòng)降水設(shè)備的每一個(gè)單體對(duì)節(jié)能降耗產(chǎn)生的影響。

2.2.1螺桿空氣壓縮機(jī)

螺桿空氣壓縮機(jī)集中了工地降水所需要的所有動(dòng)力來(lái)源(150 W的控制系統(tǒng)功率可以忽略)。對(duì)于天津地區(qū)的96口井的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，可以配備兩臺(tái)22 kW甚至有些地方可以配備1臺(tái)37 kW的螺桿空壓機(jī)。將原來(lái)96個(gè)小電機(jī)集中在了一個(gè)或兩個(gè)大電機(jī)上，這就會(huì)有能效的提高。

螺桿空壓機(jī)均有一個(gè)控制系統(tǒng)，機(jī)器內(nèi)部安裝有傳感器：有一種壓力傳感器，其功能是在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)反饋壓力數(shù)據(jù)。壓力過(guò)高會(huì)自動(dòng)卸載，之后就空轉(zhuǎn)或停機(jī)。如使用變頻螺桿空壓機(jī)，則會(huì)根據(jù)用氣量來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)功率，達(dá)到節(jié)能目的。另一種是溫度傳感器控制，機(jī)器在散熱方面采用自動(dòng)化控制，當(dāng)溫度過(guò)高會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇散熱，溫度降下來(lái)風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，避免浪費(fèi)。

2.2.2控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的功能包含對(duì)每口井的壓力分配和所需氣量的分配。

對(duì)于不同的降水深度或不同的排水距離所需要的壓力都是不一樣的，通過(guò)調(diào)節(jié)達(dá)到每口井所需最適合的壓力，以避免氣壓的浪費(fèi)。

對(duì)于不同的井的滲水流量或者同一口井不同時(shí)期的滲水流量，通過(guò)調(diào)節(jié)供氣時(shí)間達(dá)到所需的最適合的供氣量，以避免氣量的浪費(fèi)。

液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，由液位自動(dòng)控制，有效避免氣量的浪費(fèi)，而且能保證動(dòng)水位變化范圍在20 cm以內(nèi)，達(dá)到最優(yōu)的降水效果。傳統(tǒng)電泵液位控制上下點(diǎn)高差為3 m～5 m[6]。

2.2.3水氣置換器

水氣置換器為一個(gè)或兩個(gè)容器組成，是由氣體直接對(duì)水做功，內(nèi)部無(wú)旋轉(zhuǎn)部件。

總之，動(dòng)力的集中輸出，運(yùn)行過(guò)程中的自動(dòng)化控制，避免了浪費(fèi)，有效的提高了生產(chǎn)效率。在每個(gè)循環(huán)的工作過(guò)程中，均把分支氣管內(nèi)的氣體排出，造成了浪費(fèi)。如果能把分支氣管內(nèi)氣體保留則是更好的選擇。水氣置換器內(nèi)的氣體是必須排出的，排出的氣體仍有動(dòng)力，如果能夠回收則更加完美。

2.3 氣動(dòng)降水設(shè)備安拆及使用便捷性研究

2.3.1螺桿空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、儲(chǔ)氣罐

22 kW螺桿空壓機(jī)重約400 kg，尺寸為1 200 mm×900 mm×1 000 mm。需要吊裝。

冷干機(jī)重約70 kg，尺寸約為600 mm×500 mm×500 mm。和螺桿空壓機(jī)距離2 000 mm即可，采用高壓鋼絲管與螺桿空壓機(jī)連接。

儲(chǔ)氣罐重約100 kg，直徑1 000 mm，高約2 000 mm。和冷干機(jī)距離2 000 mm遠(yuǎn)即可，采用高壓鋼絲管與冷干機(jī)連接。儲(chǔ)氣罐頂部安裝安全閥和壓力表，底部安裝排水閥。側(cè)面出氣孔安裝4路分氣總成。

螺桿空壓機(jī)、冷干機(jī)和儲(chǔ)氣罐三者組合成一個(gè)集中的供氣站。含預(yù)留操作空間，占地面積約16 m2，即長(zhǎng)8 000 mm，寬2 000 mm。防止底部潮濕進(jìn)水，最好磚砌高200 mm的平臺(tái)。應(yīng)對(duì)供氣站做防雨保護(hù)。

供氣站的安裝較為復(fù)雜，進(jìn)場(chǎng)之后安放在距離基坑較近且不妨礙其他工作的地方。地點(diǎn)一旦選好，施工期間不需要移動(dòng)，直到出場(chǎng)。

2.3.2控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)分為12路控制系統(tǒng)和6路控制系統(tǒng)。12路控制系統(tǒng)重約50 kg，外形尺寸約為650 mm×450 mm×1 000 mm。兩側(cè)有提手，方便兩個(gè)人一起搬運(yùn)。6路控制系統(tǒng)重約25 kg，外形尺寸約為550 mm×250 mm×450 mm，頂部有提手。控制系統(tǒng)最好安放在基坑的外圍。

控制系統(tǒng)采用PVC軟管與儲(chǔ)氣罐上的分氣閥門采用對(duì)絲連接。控制系統(tǒng)可以串聯(lián)，12路的控制系統(tǒng)不超過(guò)兩個(gè)串接在一起。6路控制系統(tǒng)不超過(guò)4個(gè)串接在一起。

2.3.3水氣置換器

水氣置換器包括Ⅰ型、Ⅱ型和可拼裝型三種型號(hào)。

Ⅰ型水氣置換器直徑205 mm，高400 mm。重約6 kg。進(jìn)氣口安裝排氣閥和氣管快插彎頭，出水管處安裝單向閥和水管接頭。出水量最大1.5 m3/h。間斷性出水。

Ⅱ型水氣置換器直徑205 mm，高650 mm。重約10 kg。進(jìn)氣口安裝兩個(gè)排氣閥和兩個(gè)氣管快插彎頭，出水管處安裝單向閥和水管接頭。出水量最大2.5 m3/h。間斷性出水。

可拼裝型水氣置換器直徑205 mm，高400 mm。重約7 kg。進(jìn)氣口安裝兩個(gè)排氣閥和兩個(gè)氣管快插彎頭，出水管處安裝水管接頭。出水量最大2 m3/h。間斷性出水。

兩個(gè)可拼裝型水氣置換器通過(guò)連接管連接后，出水量可達(dá)6 m3/h。可連續(xù)性出水。

2.3.4氣管

管包含主氣管和分氣管。

主氣管50 m一根，重約20 kg。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用長(zhǎng)度裁斷并壓制鎖管接頭，兩根管之間或者管與控制箱之間或者管與儲(chǔ)氣罐之間均采用對(duì)絲連接。

分氣管100 m/卷，重約5 kg～8 kg。分氣管之間、分氣管與控制系統(tǒng)之間、分氣管與水氣置換器之間的連接均采用快插方式。安拆均一步完成。

綜上可以看出，氣動(dòng)降水在安裝的過(guò)程中使用的工具多為扳手和管鉗等工具。僅有少量的需要接電安裝的。而且?guī)щ姷脑O(shè)備在開挖過(guò)程中不需要移動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)使用密度最大的是分氣管而不是電纜線，分氣管有極為方便安拆的快速接頭，而電纜線則因?yàn)榻?jīng)常拖地或浸水而無(wú)法使用快速連接。

土方開挖期間，操作最為頻繁的是向井內(nèi)下放或拔出水氣置換器。同等出水量的水氣置換器和水泵相比要輕很多。工人操作起來(lái)省力也省時(shí)。

自動(dòng)化程度高，不需要有人專門看管，不會(huì)有燒泵等現(xiàn)象，節(jié)約大量的人工。

3 氣動(dòng)降水設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的對(duì)比研究

3.1 氣動(dòng)降水和電泵降水功能對(duì)比

氣動(dòng)降水和電泵降水功能對(duì)比見表1。

表1 電泵降水和氣動(dòng)降水功能對(duì)比

1)電泵的功能只是抽水，而且揚(yáng)程固定，流量固定。這就是說(shuō)在降水施工采購(gòu)水泵時(shí)一般都按照這一區(qū)域的較大水量配備潛水泵，以滿足不同工地的降水需求。

2)在傳統(tǒng)的電泵降水過(guò)程中，如果需要抽真空，則需要安裝真空泵。如果需要計(jì)量，則需要安裝水表。

傳統(tǒng)的電泵降水并不是一種成套的設(shè)備，而是一些具有單獨(dú)功能的儀器設(shè)備組合在一起，各自完成各自的功能。

3.2 氣動(dòng)降水和電泵降水所需物資對(duì)比

天津區(qū)域96口井的項(xiàng)目(井深10 m)氣動(dòng)降水和電泵降水所需物資對(duì)比見表2。

表2 氣動(dòng)降水和電泵降水所需物資對(duì)比

可以看出，使用傳統(tǒng)電泵降水所需的帶電物資數(shù)量要多，主要是為了安全用電的規(guī)范。三級(jí)箱、二級(jí)箱、電纜線、線桿，這些都是配合潛水泵使用的。這些同樣存在安全風(fēng)險(xiǎn)：比如電箱的接地、老化，漏電保護(hù)器的靈敏程度，電纜線的老化，電纜線和電箱之間的接觸，電纜線和電線桿之間的接觸等等。

3.3 電泵降水和氣動(dòng)降水安全性比較

天津區(qū)域96口井的項(xiàng)目(井深10 m)電泵降水和氣動(dòng)降水安全性比較見表3。

表3 電泵降水和氣動(dòng)降水安全性比較

1)用電設(shè)備數(shù)量不僅包括潛水泵的數(shù)量，還包括三級(jí)箱和二級(jí)箱的數(shù)量。配電箱雖然不耗電，但是作為有電通過(guò)的獨(dú)立設(shè)備，其內(nèi)部構(gòu)造、操作方法、零部件壽命等原因均影響其用電安全性。所以這里視為用電設(shè)備。

2)使用電泵降水時(shí)，如果按規(guī)范施工，電纜線的數(shù)量還不止這些，而且遍布于基坑的各個(gè)角落。基坑內(nèi)群井降水帶來(lái)的最大的安全隱患則是大量的無(wú)法保護(hù)的電纜線。整個(gè)降水期間，電纜線遍布在整個(gè)基坑內(nèi)，無(wú)論是將其架在空中，還是明鋪在地表，或者暗埋在地下，都會(huì)在交叉作業(yè)過(guò)程中被反復(fù)的挪動(dòng)，或者被重物壓、砸，或者被用力拉。隱患無(wú)處不在。

3)長(zhǎng)期裸露在外的電纜線，絕緣層極易老化，如浸泡在水中或者遇到下雨、噴淋等環(huán)境，就會(huì)引起漏電，導(dǎo)致電泵無(wú)法正常工作，甚至對(duì)人體產(chǎn)生傷害。

4)潛水泵本身帶不同長(zhǎng)度的電纜線，但是在降水施工時(shí)，每口井使用電纜線的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了潛水泵自帶的電纜線長(zhǎng)度。這樣就會(huì)產(chǎn)生電纜線接頭，平均一口井至少有一個(gè)接頭，如果是舊水泵或舊電纜，接頭數(shù)量會(huì)成倍增加。電纜線接頭的連接、包扎有嚴(yán)格的要求，應(yīng)由專業(yè)電工實(shí)施。但是在降水施工時(shí)一般都由降水工人來(lái)實(shí)施，不專業(yè)，存在漏電風(fēng)險(xiǎn)。

5)潛水泵在水下工作，這對(duì)泵的防水等級(jí)要求就高一些。在長(zhǎng)期的不斷的高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，機(jī)械密封和泵軸極易磨損，然后會(huì)滲水，使電機(jī)絕緣度不夠引起跳閘，或者短路燒泵。這種現(xiàn)象在降水的施工現(xiàn)場(chǎng)是屢見不鮮的。如果漏電保護(hù)器配置靈敏，則在開關(guān)箱處跳閘。如果不靈敏，則在二級(jí)配電箱或一級(jí)配電箱處跳閘，這樣給現(xiàn)場(chǎng)排查故障帶來(lái)了困難。

6)降水井的施工工藝要求并不是很嚴(yán)苛，抽出的水的含砂率比較高。高速旋轉(zhuǎn)的水泵葉輪不斷的受到細(xì)砂的磨損，壽命比較短。另外局部地區(qū)的水質(zhì)(如天津的鹽堿水)對(duì)水泵葉輪的腐蝕也是比較嚴(yán)重的。

3.4 電泵降水和氣動(dòng)降水節(jié)能降耗對(duì)比

天津區(qū)域96口井的項(xiàng)目(井深10 m)電泵降水和氣動(dòng)降水節(jié)能降耗對(duì)比見表4。

表4 電泵降水和氣動(dòng)降水節(jié)能降耗對(duì)比

1)從設(shè)備配備來(lái)講，由于降水行業(yè)的特殊性，每口井的出水量是不同的，在配備電泵時(shí)就高不就低，統(tǒng)一配備，統(tǒng)一管理。這樣就會(huì)使實(shí)際所配功率大于理論所需的功率。不僅造成了設(shè)備的浪費(fèi)，還造成了用電量的浪費(fèi)。

2)從現(xiàn)場(chǎng)管理來(lái)講，電泵的開停間隔一方面和水位上漲的速度有關(guān)，另一方面和操作人員有關(guān)。在基坑內(nèi)使用電泵降水不適合采用自動(dòng)化控制，成本高，管理難度大是主要原因。降水工程的承包方式也決定著耗電量的多少，當(dāng)承包方不包含電費(fèi)時(shí)，一般不會(huì)考慮增加設(shè)備或人員投入來(lái)降低用電量。

4 結(jié)語(yǔ)

管井降水一直以來(lái)都是以簡(jiǎn)單粗放式的生產(chǎn)方式進(jìn)行著，無(wú)專業(yè)化的設(shè)備。所謂“專業(yè)”，即運(yùn)用高度的理智性技術(shù)，在明確的范圍內(nèi)，壟斷地從事社會(huì)不可缺少的工作。潛水泵，專注于抽水，勝任有余，但用于降水，嚴(yán)重缺乏“理智性”。作為配套使用的電纜線、配電箱，不但數(shù)量超過(guò)了潛水泵，危險(xiǎn)程度更是大于潛水泵。作為這些“不分主次”“干啥都行”的設(shè)備，肯定不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。

氣動(dòng)降水設(shè)備極具專業(yè)性，而且適用范圍明確。其整體安全性是傳統(tǒng)降水設(shè)備無(wú)法比擬的，自帶安全文明施工屬性，更好的體現(xiàn)了安全、節(jié)能、環(huán)保的綠色施工理念。同時(shí)氣動(dòng)降水設(shè)備被賦予科技的頭腦，做到“體力”“腦力”相結(jié)合。慢慢的“腦力”指導(dǎo)了“體力”，做到智能化，這才是未來(lái)趨勢(shì)所在。