Гидромеханизация и закрытые способы производства земляных работ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Гидромеханический способ производства земляных работ основан на использовании кинетической энергии потока воды для разработки, транспортировки и укладки грунта. Применение этого способа целесообразно при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой, при наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии.
Весьма эффективен способ гидромеханизации при планировке под застройку пойменных и других территорий, возведении плотин, дамб и т.д.
Технологический процесс гидромеханизации включает: размыв грунта в забое, транспортирование образовавшейся смеси грунта с водой - пульпы - к месту укладки - намыва и укладку грунта в результате оседания его частиц из пульпы на участке устройства насыпи.
Для разработки грунта в забое используют гидромониторные установки. Они состоят из гидромониторов и системы водоводов, подающих воду от насосной станции.
Гидромонитор состоит из стального ствола, имеющего шарнирное соединение с водоводом, что позволяет изменять положение ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рис.1).
Рис.1. Схема разработки грунта гидромонитором
а - встречный забой; б - попутный забой; в - схема гидромонитора; 1 - водовод; 2 - гидроцилиндры управления; 3, 4 - шарнирное сочленение ствола с водоводом; 5 - рычаг; 6 - насадка ствола; 7 - ствол
В гидромониторе формируется струя воды большой кинетической энергии, размывающая грунт в забое. Образующаяся пульпа стекает по подошве забоя в сборный колодец-зумпф или в сборные канавы.
Разработка грунта может производиться встречным забоем, когда гидромонитор располагается на подошве забоя и размыв идет снизу вверх, или попутным забоем с размещением гидромонитора над забоем и размывом грунта сверху вниз. Чаще применяют встречный забой, позволяющий более интенсивно вести размыв.
По мере удаления плоскости размыва от гидромонитора разрушающая сила струи падает и требуется передвижка его на новую позицию, ближе к забою. Чтобы обеспечить эффективный размыв и непрерывное поступление пульпы, в забое размещают как минимум два гидромонитора, попеременно чередуя их работу и передвижку.
В зависимости от вида грунта для размыва и транспортировки его требуется значительный удельный расход воды - от 3,5 до 16 мм на 1 м³ грунта при рабочем, давлении 0,2-0,8 МПа.
Для разработки грунта под водой в реках и водоемах применяются плавучие землесосные снаряды (рис.2). В состав оборудования земснаряда входят грунтозаборное (всасывающее) устройство, землесос, механизмы регулирования режима работы и перемещения.
Рис.2. Схема работы земснаряда
1 - грунтозаборное устройство; 2 - оборудование управления грунтозабором; 3 - землесос; 4 - плавучий пульповод; 5 - береговой пульповод; 6 - зона укладки грунта
Размыв грунта осуществляется потоком воды, всасываемой через грунтозаборное устройство землесосом, который обеспечивает также напорную транспортировку образующейся пульпы. Для интенсификации разработки грунтозаборное устройство может иметь механический или вибрационный рыхлитель грунта. От земснаряда до берега монтируется плавучий пульповод на понтонах. Дальнейшая транспортировка и укладка пульпы происходит так же, как при гидромониторной разработке.
В зависимости от условий производства работ транспортировка пульпы может быть самотечной и напорной. При достаточном перепаде высот между забоем и участком намыва транспортировка пульпы возможна под действием гравитационных сил самотеком по лоткам и трубам. Этот способ имеет ограниченное применение.
При напорной транспортировке пульпа из зумпфа в забое перекачивается землесосом по пульповоду к месту намыва.
Землесос - центробежный насос, конструкция которого позволяет перекачивать жидкую массу с твердыми включениями диаметром до 300 мм. Создаваемый землесосом напор обеспечивает трубопроводную транспортировку пульпы на значительные расстояния.
Пульповоды, так же как и водоводы, монтируются к гидромониторам в основном из инвентарных труб с быстроразъемными соединениями, что позволяет оперативно изменять длину трубопроводов при минимальных трудозатратах.
Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической величины. Используя бульдозеры, площадь намыва ограждают по периметру грунтовыми валками, создавая так называемую "карту намыва", и заполняют ее пульпой. Скорость движения пульпы в карте падает практически до нуля, грунт осаждается, осветленная вода через водосборные колодцы, предварительно устроенные в карте, сбрасывается за пределы участка намыва.
Различают безэстакадный и эстакадный способы намыва (рис3).
Рис.3. Схемы намыва грунта
а - безэстакадным способом; б - эстакадным способом; 1 - водоотводные трубы; 2 - обвалование; 3 - водосборный колодец; 4 - магистральный пульповод
При безэстакадном способе у подошвы возводимой насыпи с одной или двух сторон укладывают пульповоды с наклонными патрубками, через которые пульпа поступает в карту намыва. По мере возведения насыпи патрубки наращиваются.
При эстакадном способе в зоне намыва сооружается эстакада. По ней на отметке выше проектной отметки возводимой насыпи укладывают магистральный пульповод, имеющий отверстия или патрубки для слива пульпы. Этот способ применяется в основном для возведения насыпей большой ширины, так как он менее экономичен в сравнении с безэстакадным.
Карты намыва устраивают длиной до 200 м. В зависимости от вида грунта и назначения насыпи толщина слоя, намываемого за один прием, составляет 0,5-2,5 м.
Для бесперебойного выполнения намыва должно быть не менее двух карт. Если одна заполняется пульпой, то в другой происходит ее отстой, устраивают обвалование, наращивают патрубки и др. Эти операции попеременно происходят в каждой карте.
Закрытые (подземные) способы производства работ используют при прокладке инженерных коммуникаций и устройстве подземных выработок различного назначения под улицами, дорогами, зданиями, сооружениями и т.д., когда затруднено или невозможно применение открытых способов разработки грунта.
В зависимости от назначения и размеров подземных выработок закрытым способом грунты разрабатывают, а коммуникации прокладывают с помощью щитовой проходки, продавливания, прокола, вибропрокола, пневмопробойников, горизонтального бурения и др.
Щитовая проходка применяется для устройства выработок глубокого заложения диаметром 2 м и более при значительной их протяженности. Разработка грунта ведется под защитой проходческого щита, состоящего из рабочего, домкратного и хвостового отсеков. Выработку крепят сборной или монолитной бетонной обделкой. По мере разработки грунта щит продвигается с помощью домкратов, опирающихся на обделку. Способ щитовой проходки используется в основном для прокладки коммунальных и транспортных тоннелей. Способ продавливания применяется при бестраншейной прокладке труб диаметром 600-1800 мм на расстояние до 70 м и железобетонной обделке коллекторов диаметром до 3 м (рис.4). Первая секция продавливаемой трубы снабжается режущим наконечником (ножом) и с помощью домкратов внедряется в переднюю стенку котлована. Грунт из трубы извлекают различными способами. По мере продвижения трубы между домкратами и ее торцом вставляются нажимные патрубки длиной, кратной шагу домкратов. После продавливания первого звена стыкуют с ним следующее звено и операции повторяют до завершения проходки на требуемую длину.
Рис.4. Схемы закрытых способов прокладки трубопроводов
а - способом продавливания; б - способом прокола; 1 - упорный щит; 2 - гидравлический домкрат; 3 - нажимный фланец; 4 - нажимный патрубок; 5 - направляющее устройство; 6 - труба; 7 - нож; 8 - наконечник трубы; 9 - шомпол
Прокол используют для прокладки трубопроводов диаметром до 400 мм на длину до 60 м.
Вдавливание трубы в грунт происходит под давлением гидравлических домкратов, усилие от которых передается трубе через шомпол с переставным штоком. На первом звене трубы устанавливают закрытый конический наконечник диаметром на 20-30 мм больше диаметра трубы. Прокол ведут циклично, продвигая трубу, уложенную в направляющие, за каждый цикл на величину рабочего хода домкрата. Труба наращивается по мере вдавливания.
Вибропрокол применяют в песчаных грунтах. Сущность его состоит в том, что вибрация от прокалываемой трубы, снабженной вибратором, передается частицам прилегающего грунта и в результате существенно уменьшается сила трения.
Пневмопробойники используют для устройства горизонтальных скважин диаметром от 140 до 300 мм (с расширителем) на длину до 50 м при высокой скорости проходки-до 80 м/ч. В пневмопробойник, имеющий реверсивный механизм ударного действия, подается сжатый воздух с давлением 0,6 МПа. Под воздействием направленных ударов корпус пробойника уплотняет грунт, продвигается вперед, оставляя за собой круглую скважину с плотными стенками.
Горизонтальное бурение применяют для прокладки труб диаметром до 600 мм на расстояние до 40 м и производят станками горизонтального бурения.
При устройстве проходок мелкого заложения (продавливание, прокол и т.д.) предварительно отрывают котлован в начале участка проходки и траншею - в конце. В котловане размещают технические средства, необходимые для бестраншейной прокладки коммуникаций (домкраты, направляющие и нажимные приспособления и др.).
