Строительство

Способы производства земляных работ

1. Гидромеханизация разработки грунтов

Сущность способа заключается в следующем. Грунт, размытый потоком воды подаваемой под давлением, превращается в водогрунтовую смесь (пульпу, которую транспортируют под напором по трубам или самотеком по каналам или лоткам до места укладки).

Этот способ эффективен при наличии мощного источника воды и несвязных (песчаных) грунтов. Гидромеханизированная разработка грунта позволяет:

  • подавать грунт с большой интенсивностью на ограниченные и труднодоступные для автотранспорта участки;
  • создавать высокую плотность укладываемого грунта, без применения дополнительного грунтоуплотняющего оборудования.

Рациональная область применения данного способа в строительстве – возведение плотин, дамб, намыв грунта под строительство зданий и сооружений в поймах рек.

Применяются три вида гидромеханизированных работ:

  • гидромеханизированные работы в надземном забое (на суше);
  • землесосные работы в подводном забое (на водоемах);
  • комбинированный способ с разработкой грунта механическим способом (землеройные машины) и транспортированием к месту укладки в виде водогрунтовой смеси (пульпы).

Технология разработки грунта. Гидромеханизированная разработка грунта в надземном забое (на суше) выполняется гидромониторами (рис. 1, а).

Гидромониторный способ разработки грунта

Рис. 1. Гидромониторный способ разработки грунта: а – схема гидромонитора; б – встречный забой; в – попутный забой; 1 – водовод; 2 – гидроцилиндры управления; 3, 4 – шарнирное сочленение ствола с водоводом; 5 – рычаг; 6 – ствол; 7 – насадка ствола; 8 – гидромонитор; 9 – фронт забоя; 10 – канава отвода пульпы

Основными частями гидромонитора являются нижнее колено 3, установленное на салазках 10, верхнее колено 2, имеющее возможность вращаться на 360° относительно нижнего, и ствол 1 с насадкой 6. Ствол присоединен к верхнему колену через шарнир 5, что позволяет с помощью гидроцилиндра 4 изменять положение ствола относительно верхнего колена в вертикальной плоскости на угол до 90°. Для поворота ствола гидромонитора в горизонтальной плоскости на угол до 120° служит гидроцилиндр 7.

При производстве работ гидромониторами различают две технологические схемы размыва грунта: «снизу вверх» (встречный забой) и «сверху вниз» (попутный забой).

Размыв грунта встречным забоем начинают с подрезки уступа (вруба). Этот способ обеспечивает высокую производительность за счет самопроизвольных периодических обвалов грунта, нависающего над зоной подмыва (вруба) (рис. 1, б). Для обеспечения безопасных условий труда (предотвращения нанесения травмы машинисту гидромонитора от обрушенного грунта) расстояние от гидромонитора до размываемого грунта должно быть не менее высоты забоя. Так как гидромонитор может оказаться среди потоков пульпы, рабочее место машиниста находится на салазках, возвышение которых над поверхностью земли обеспечивают его безопасность.

При разработке грунта попутным забоем гидромонитор устанавливают на поверхности забоя, т. е. на сухом участке (рис. 1, в). Направление движения струи гидромонитора совпадает с направлением пульпы. Благодаря этому поток пульпы, приобретая от водяной струи достаточную начальную скорость, обеспечивает интенсивный сток. В подводных забоях грунт разрабатывают землесосные снаряды.

Земснаряды оборудованы устройствами грунтозабора и транспортирования пульпы. В состав грунтозаборных устройств входят гидромониторы для гидравлического разрыхления грунта или механические рыхлители. Легкие грунты всасываются в потоке воды без предварительного рыхления. В качестве всасывающих агрегатов применяют в основном грунтовые насосы. Они же служат для подачи пульпы в пульповод и поддержания в нем необходимого напора для ее транспортирования.

Разработаны также водоструйные (эжекторные) всасывающие агрегаты, а также агрегаты, выполненные на основе эрлифтов. Транспортная система представляет собой плавучий (на понтонах) или подвесной (на стреле, управляемой с земснаряда) пульповоды.

Укладка (намыв) грунта происходит за счет придания потоку пульпы скорости, при которой частицы оседают на намываемой поверхности.

Осветленная вода отводится с помощью специальных колодцев. Скорость потока, необходимая для оседания из него частиц грунта, зависит от их крупности. По мере снижения скорости происходит фракционирование породы. Первыми оседают наиболее крупные фракции. Наибольшие скорости потока, при которых начинается оседание частиц, следующие:

– крупность частиц – 1,0; 0,6; 0,2; 0,06; 0,001 мм;

– скорость потока – 1,2; 0,7; 0,25; 0,045; 0,081 м/с.

Технологический процесс намыва дамб, насыпей и других сооружений выполняется в следующей последовательности.

Вначале на территории намыва для отвода осветленной воды устраивается водоотводящая система, которая представляет систему водовыпускных труб и водосборных колодцев (рис. 2, а, б).

Затем возводимую насыпь разбивают в плане на картины (захватки) с размерами сторон от 200 до 500 м и бульдозера по контуру карты намыва выполняют обвалование слабо фильтрующим слоем грунта.

В зависимости от рельефа местности и толщины слоя намываемого грунта принимаются следующие способы подачи пульпы магистральным пульповодом на участки намыва – эстакадный и безэстакадный (рис. 2, а, б).

Намыв грунта

Рис. 2. Намыв грунта: а – эстакадный способ; б – безэстакадный способ; 1 – водовыпускная труба; 2 – грунтовые валы (обваловывание); 3 – водосборный колодец; 4 – магистральный пульпопровод; 5 – выпускные патрубки

При эстакадном способе пульпа на карты намыва поступает из магистрального пульповода, который размещается на эстакаде (стальных опорах), превышающих по высоте возводимую насыпь.

При безэстакадном способе магистральный пульповод укладывают вдоль основания возводимой насыпи с одной или двух сторон. Через каждые 20–30 м на магистральном пульповоде устраивают выпускные патрубки, через которые пульпа поступает на карту намыва.

2. Бестраншейные (закрытые) способы разработки грунтов

Бестраншейные (закрытые) способы разработки грунтов эффективны при прокладке подземных коммуникаций (газо- и водопровода, канализации, теплосети, кабелей электроснабжения и связи и т. п.) в городских условиях, так как позволяют производить работы под действующими автомобильными и железными дорогами, трамвайными путями, городскими улицами и площадями, зданиями и сооружениями. Бестраншейные способы за счет уменьшения объема земляных работ на 60–80 % позволяют существенно сократить сроки и стоимость прокладки коммуникаций.

К наиболее распространенным бестраншейным способам прокладки коммуникаций относятся: горизонтальное механическое бурение, прокол и продавливание.

Выбор оптимального способа бестраншейной прокладки определяется геометрическими размерами, назначением и глубиной заложения коммуникаций, расположением, протяженностью и грунтовыми условиями ее трассы, характером пересекаемых сооружений и действующих коммуникаций.

Горизонтальное бурение применяют для прокладки под автомобильными и железными дорогами трубопроводов и защитных футляров для размещения в них рабочих трубопроводов, кабелей и других коммуникаций. Бурение горизонтальных скважин и прокладку в них трубопроводов производят с помощью специальных механизированных установок цикличного и непрерывного действия. В городском строительстве широко применяют унифицированные установки горизонтального бурения (УГБ) (рис. 3), осуществляющие непрерывное механическое бурение фрезерной головкой горизонтальной скважины с одновременной прокладкой в ней защитной трубы-кожуха, через которую затем протаскивается рабочий трубопровод несколько меньшего диаметра. Эти установки имеют одинаковый принцип действия и обеспечивают прокладку в грунтах I–IV категорий трубкожухов под трубопроводы диаметром 325–1420 мм при максимальной длине прокладки 40–60 м.

Установка для горизонтального бурения типа УГБ

Рис. 3. Установка для горизонтального бурения типа УГБ: 1 – буровая фрезерная головка; 2 – якорь; 3 – неподвижная обойма тягового полиспаста; 4 – канатный полиспаст; 5 – подвижная обойма тягового полиспаста; 6 – рама; 7 – тяговая лебедка; 8 – двигатель внутреннего сгорания; 9 – кран-трубоукладчик; 10 – трансмиссия; 11 – стяжной хомут; 12 – труба-кожух; 13 – шнек; 14 – направляющая тележка

Транспортировка разработанного грунта из забоя в траншею осуществляется винтовым конвейером, состоящим из трубы-кожуха, внутри которой помещен шнек, не имеющий промежуточных опор. Длина конвейера соответствует протяженности перехода. К головной секции шнека крепится сменная фрезерная буровая головка, снабженная резцами с твердосплавными пластинками. Буровая головка обеспечивает бурение скважины несколько большего (на 30–50 мм) диаметра по сравнению с наружным диаметром прокладываемой трубыкожуха, что позволяет значительно уменьшить лобовое сопротивление подаче установки в забой.

В соответствии с размерами прокладываемой трубы-кожуха каждая установка комплектуется набором винтового конвейера и фрезерными головками.

Прокол при прокладке труб осуществляется за счет вытеснения и уплотнения грунта (без его разработки) прокладываемой трубой, пневмопробойником или раскатчиком грунта.

При проколе возникают значительные радикальные усилия, поэтому необходимо обеспечивать определенное удаление трубопроводов от земной поверхности, а также подземных сооружений и коммуникаций. В зависимости от материала коммуникации эти расстояния должны составлять для стального газопровода или водопровода – не менее 0,8 м, до водопровода из чугунных труб – не менее пяти диаметров (d) прокладываемой трубы, до железобетонных и керамических труб – не менее 6d, до водостока из бетонных труб – не менее 4d, до электрических кабелей – не менее 0,6 м.

Различают прокол механический (статический) и вибропрокол. При механическом проколе вдавливаемой в грунт трубе сообщается поступательное движение от продавливающего устройства или же она протаскивается через готовую скважину, полученную с помощью пневмопробойника или раскатчика грунта.

При вибропроколе применено вибрирование наконечника прокладываемой трубы (реже самой трубы) при одновременном вдавливании их в грунт.

Механический прокол применяют для прокладки трубопроводов различного назначения диаметром до 426 мм в глинистых и суглинистых грунтах при максимальной протяженности проходок до 40–60 м. В качестве продавливающих устройств используют насосно-домкратные установки, нажимные усилия от которой передаются прокладываемой трубе через ее торец. Для уменьшения лобового сопротивления на конце ведущего звена трубопровода устанавливают конический наконечник, диаметр основания которого превышает диаметр трубопровода на 20–30 мм. Продвигаясь в грунте, наконечник раздвигает и уплотняет его, образуя скважину.

Вибропрокол применяют при прокладке трубопроводов в песчаных, супесчаных и водонасыщенных грунтах, в которых нельзя получить устойчивую скважину. Сущность вибропрокола заключается в том, что прокладываемой трубе (или ее наконечнику) одновременно с усилием подачи сообщаются продольно направленные вдоль ее оси колебания, резко уменьшающие (в 8–10 раз) трение между грунтом и внедряемой в него трубой.

В качестве возбудителей продольно направленных колебаний используются вибраторы направленного действия и вибромолоты, которые кроме вибрации сообщают прокладываемой трубе ударные импульсы. Вибропроколом прокладывают трубы диаметром до 426 мм на длину до 25–50 м. Скорость проходки зависит от грунтовых условий и диаметра прокладываемой трубы и составляет в среднем 20–60 м/ч.

На рис. 4 показана виброударная вдавливающая установка для прокладки труб (кожухов) диаметром 273–426 мм.

Сегодня все большее распространение получают грунтопроходные машины безударного действия с самозавинчивающимся рабочим органом для раскатки в грунте горизонтальных, вертикальных и наклонных скважин, которые называют также раскатчиками грунта.

Технология производства работ по проходке горизонтальных скважин следующая. Перед началом работ станок для привода раскатчика устанавливают на предварительно спланированной площадке с последующей фиксацией его положения анкерами. Направляющую ориентируют винтовым регулировочным механизмом по проектной оси будущей скважины. Затем включают механизм перемещения каретки и вдавливают раскатчик в грунт с одновременным включением гидромотора привода раскатчика. После внедрения раскатчика на всю длину привод раскатчика выключают, отсоединяют каретку от раскатчика и возвращают ее в исходное положение. Затем раскатчик и гидромотор его привода соединяют промежуточной штангой и повторяют цикл проходки. По мере внедрения раскатчика в грунт штангу наращивают инвентарными секциями. Установка обеспечивает проходку горизонтальных скважин диаметром 50–230 мм на расстояние до 50 м. Установка комплектуется набором раскатчиков диаметром 50, 80, 140,

200 и 230 мм.

Установка для вибропрокола

Рис. 4. Установка для вибропрокола: 1 – конусный инвентарный наконечник; 2 – тяговая реверсивная лебедка; 3 – анкерная рама; 4 – секционная направляющая; 5 – натяжная пружинная подвеска; 6 – вибромолот; 7 – приводной электродвигатель; 8 – труба; 9 – пригрузочный полиспаст; 10 – наголовник

Машины для раскатки скважин экологически безопасны, бесшумны в работе, не передают динамические нагрузки на строительные конструкции и действующие коммуникации, не оказывают вредного воздействия на обслуживающий персонал.

Схема проходки горизонтальных скважин с помощью раскатчика грунта приведена на рис. 5.

Грунтопроходные установки с раскатчиками грунта постоянно совершенствуются, расширяются их технические возможности. В перспективе предусмотрено создание раскатчиков для проходки скважин диаметром до 2,0 м.

Продавливанием прокладывают в грунтах I–III категории стальные трубопроводы диаметром 529–1720 мм, а также сборные железобетонные коллекторы и туннели различного назначения на длину до 60–80 м.

При способе продавливания труба (футляр) вдавливается в массив грунта открытым концом, который снабжен кольцевым ножом. Грунт, поступающий внутрь головного звена трубы, разрабатывают и удаляют через прокладываемый трубопровод ручным или механизированным способом. В качестве продавливающих устройств применяют насосно-домкратные установки, включающие четное число однотипных домкратов грузоподъемностью 170–500 т каждый с рабочим ходом штоков 1150–1600 мм. Усилия от домкратов передаются прокладываемой трубе через опорный ее торец с помощью стальной нажимной рамы (траверсы) или стального нажимного кольца, равномерно распределяющих давление по периметру торца трубопровода.

Схема проходки горизонтальных скважин с помощью раскатчика грунта

Рис. 5. Схема проходки горизонтальных скважин с помощью раскатчика грунта:  1 – передвижная маслостанция; 2 – пульт управления; 3 – станок для привода раскатчика; 4 – штанга переменной длины; 5 – раскатчик

При продавливании сначала головное звено вдавливают в грунт на длину хода штоков домкратов, а затем возвращают штоки с траверсой в исходное положение. В промежуток между траверсами укладывают на направляющую раму нажимные патрубки (длина патрубка равна ходу штоков домкратов) и повторяют цикл вдавливания. После второго цикла ранее установленные патрубки заменяют другими, длина которых соответствует уже двойному ходу штоков домкратов и т. д.

Процесс смены нажимных патрубков повторяется до тех пор, пока все звено не будет вдавлено в грунт. Нажимные патрубки удаляют, и в освободившееся пространство перед домкратами устанавливают на направляющие очередное звено трубопровода и сваривают его с предыдущим.

Разработку грунта, входящего в головное звено трубы, производят вручную (при больших ее диаметрах) с применением ручных машин ударного действия и шанцевого инструмента или с помощью механических рабочих органов ковшового, совкового и фрезерного типа, виброударных желонок и грейферов. Удаление грунта из труб диаметром 500–800 мм осуществляется преимущественно гидравлическим способом.

Производительность установок для проходок способом продавливания зависит от физико-механических свойств грунта, диаметра и протяженности трубопровода, мощности домкратов, скорости хода их штоков, а также от способа разработки и удаления грунта и составляет в среднем 0,5–1,5 м/ч.

Схема установки для прокладки труб продавливанием с механизированной разработкой грунта дана на рис. 6.

Установка для прокладки труб продавливанием с механизированной разработкой грунта

 

Рис. 6. Установка для прокладки труб продавливанием с механизированной разработкой грунта: 1 – устройства для передачи нажимных усилий домкратов и ножевой секции со сменными ножами; 2 – ковш; 3 – система рычагов; 4 – тяговый канат; 5 – трубопровод; 6 – рабочий канат; 7 – вторая траверса; 8 – нажимной патрубок; 9 – нажимная траверса; 10 – двухбарабанная лебедка; 11 – насосная станция; 12 – опорный башмак; 13 – гидравлический домкрат; 14 – основная рама; 15 – направляющая рама; 16 – скребок-клапан; 17 – цепная передача

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *