Зусиль від гідравлічних домкратів
Шомпол виконаний у вигляді сталевої труби, діаметр якої менше діаметра, що проколюється, а довжина приблизно дорівнює довжині ланки патрона, що проколюється.
При прокладанні у патрон вводиться шомпол так, щоб частина його виступала з патрона на довжину, що дорівнює величині ходу штока домкрата. Для фіксування в отвори шомпола, безпосередньо біля торця патрона, виготовляють штирі. Зусилля від домкрата передається шомполу, а від нього через штирі (впираються в торець патрона) патрону і він проколює ґрунт на довжину, що дорівнює повному ходу штока домкрата. Шток домкрата повертається у початкове положення, а шомпол витягується з патрона знову на величину, що дорівнює ходу штока і фіксується штирями.
Потім знову ґрунт проколюється патроном на повний хід штока домкрата і т.д., поки весь патрон не ввійде в ґрунт. Після цього патрон нарощується новою секцією і весь процес починається заново.
Спосіб передавання нажимних зусиль за допомогою нажимних патрубків не відрізняється від попереднього, однак замість одного спеціального стиржня-шомпула, використовується набір нажимних патрубків діаметром, що дорівнює діаметру патрона. Число нажимних патрубків визначається за формулою
, (9.3)
де – довжина патрона, см; а – довжина ходу домкрата, см.
При передаванні зусиль за допомогою зажимних хомутів, шток домкрата впирається в хомут і проштовхує патрон в ґрунт. Зажимні хомути за принципом дії і конструкції поділяються на стяжні, шарнірні і клинові.
Найбільш простими є стяжні хомути. Шарнірні хомути мають більш складну конструкцію і подібні на кліщоподібні зажими. Шарнірні і стяжні хомути застосовуються для передавання нажимних зусиль не більше 50 т. Більш надійні в роботі клинові хомути, що можуть передавати нажимні зусилля більше 100 т.
Глибина закладання патрона повинна бути більша 3 м, оскільки при менших глибинах зона ущільнення і деформації ґрунту може поширюватися на полотно дороги і руйнувати його.
Спосіб проштовхування
Проштовхування – спосіб проходження, при якому ґрунт перед патроном, що проштовхується, розмивається і виноситься водяним струменем під тиском. Переходи за цим способом споруджуються під автомобільними дорогами місцевого значення.
Проходка проштовхування здійснюється гідромеханічною установкою. Зусилля для проштовхування патрона в ґрунт передаються за допомогою лебідки з поліпластом. Розмив і винесення ґрунту здійснюється струменем води, що подається і відмотується гідравлічними насосами. для цього на кінець патрона встановлюється наконечник з сотом.
Розмір отворів сопла залежить від діаметра патрона і категорії ґрунту. Орієнтовні розміри отворів сопла і величини витрати води наведені в табл. 9.2.
Таблиця 9.2 – Діаметр сота і розхід води в залежності від
діаметру патрона, що прокладається
Умовний діаметр патрона, що прокладаємо, мм |
Діаметр отвору сота з залежності від ґрунту, мм |
Розхід води, л/сек.. |
||
Піски, супісі |
суглинки |
глина |
||
500-100 |
25 |
20 |
18 |
5-10 |
150-300 |
30 |
25 |
20 |
10-20 |
350-500 |
40 |
30 |
25 |
20-30 |
Подача патрона, розмивання і евакуація гранта відбувається одночасно і неперервно. Пульпа, що витікає з скважини, виконує роль мастики, завдяки чому нажимні зусилля проштовхування не перевищують 10-15 т.
В комплект обладнання гідромеханічної установки проштовхування входять: конусний наконечник, торцьова муфта (або нажимний хомут), лебідка, направляюча рама з роликами для натягування каната, насос для нагнітання води і насос для відкачування пульпи.
За допомогою гідро механізованої установки прокладають патрони діаметром до 630 мм і на довжину до 40 м.
При спорудженні переходів трубопроводів під залізними і автомобільними дорогами проходження проштовхування не рекомендується, оскільки розмив ґрунту при проходці може привести до руйнування полотна дороги.
Спосіб протискування
Протиснення – спосіб проходки, при якому патрон відкритим кінцем втискається в ґрунт. Ґрунт, що в нього поступає, розробляють механічним або ручним способом і усувають за допомогою скреперів, совків та інші.
Протиснення
здійснюється найчастіше за допомогою
гідравлічних домкратів. При цьому до
переднього кінця приварюють спеціальну
ріжучу ланку з ножами кільцевого або
серпоподібного перерізу. Скоси ріжучих
кромок ножів роблять під кутом
з нахилом в середину або на зовні
труби (рис. 9.6).
Нажимні зусилля створюють системою з 2-6 або більше гідравлічних домкратів (рис. 9.6) вантажопідйомністю 100-300 т з ходом штока 18-115 см.
1 – робочий котлован; 2 – приймальний котлован; 3 – упорна стіна; 4 – опорний башмак; 5 – домкратна установка; 6 – заглушка;
7 – направляючі; 8 – нажимний патрубок; 9 – патрон, який прокладають; 10 – ніж; 11– насос високого тиску; 12 – труба високого тиску; 13 – відвідний контейнер; 14 – заглиблення для зварювання ланок
Рисунок 9.6 – Прокладання труб притисненням за допомогою гідравлічних домкратів
Передача зусилля від домкратів до патрона здійснюється за допомогою нажимних патрубків, шомполів і заживних хомутів, що встановлюються між штокпами домкратів і торцем патрона, що поступово протискується в ґрунт.
Технологічний процес протискання патрона гідравлічними домкратами відбувається так само, як і при проколюванні – циклічно.
Ґрунтовий корок всередині патрона розробляється ручним способом і усувається спеціальною вагонеткою, що пересувається в патроні двохбарабанною лебідкою. Ґрунт піднімається автомобільним краном, який використовується і при нарощуванні нових секцій патрона.
Евакуація ґрунту ручним способом є суттєвим недоліком даного способу. Швидкість протискання при ручній розробці гранта не перевищує 0,3-0,5 м/год. або 1,5-3,0 м/зміну.
Для протиснення з механізованою розробкою ґрунту застосовують машину БМ – 2, ножову ланку з гідравлічним пристроєм, вібровакуумну желонку.
Технологічний процес протиснення в цьому випадку суттєво не змінюється.
Схема установки для протиснення за допомогою машини БМ – 2 наведена на рис. 9.10.
1 – ножова ланка; 2 – гідравлічний домкрат; 3 – нажимний хомут; 4 – самохідний ковш; 5 – навантажувальна платформа;
6 – насос високого тиску; 7 – упорна стінка; 8 – рельси
Рисунок 9.10 – Схема установки для протиснення за допомогою машини БМ – 2
Машина БМ – 2 протискає патрони діаметром 920 мм. Максимальна довжина проходки 80 м. Протиснення здійснюється двома домкратами вантажопідйомністю 100 т. кожний з довжиною ходу штока 400 мм за передавання нажимних зусиль заживними хомутами.
До патрона приварюють ніж, який є відрізком труби діаметром 920 мм, довжиною 2700 мм з ножем довжиною 200 мм.
Зворотній хід домкратів включається автоматично по мірі просування патрона з ножовою ланкою в ґрунт на задану глибину
По закінченні протиснення починає працювати самохідний ківш, який служить для руйнування в патроні ґрунтового корка.
Проходка протискування застосовується для прокладання патронів діаметром 529 :1820 мм на довжину 60:80 м у ґрунтах всіх категорій.
Протискування патронів діаметром до 820 мм за умови техніки безпеки виконується з механізованим розробленням ґрунту.
Спосіб вібровакуумного протискування
При вібровакумному способі проходки інструмент у формі металевого тонкостінного циліндра з одним дном (станок) відкритою стороною прижимають до ґрунту і вакуум-насосом викачують з нього повітря. Тиск зовнішнього повітря рівномірно розподіляється на всю поверхню стакана. При чому тиск, що діє на циліндричну поверхню стакана, взаємно врівноважується. Під тиском повітря, що діє на дно стакана із-за внутрішнього розрідження, стакан врізається у ґрунт. Врізання патрона в ґрунт полегшується коливальним рухом вібратора малої потужності, що встановлений, що встановлений на дно стакана. Наповнений ґрунтом стакан виймається із скважини лебідкою з тросом і системою блоків, звільняється від ґрунту і знову встановлюється у стакан і т.д.
По мірі заглиблення стакана у скважину, до нього закріплюють елементи збірної штанги на шарнірних з’єднаннях, а при вивільненні його їх розбирають.
Після кожного виймання стакана необхідна ретельна перевірка вісі свердловини, оскільки у практиці вібровакуумних проходок можуть бути випадки викривлення вісі переходів.
При вібровакуумному способі проходка скважини і прокладання патрона відбуваються послідовно один за одним (а не одночасно). Патрон протягують лебідкою. Щілину між патроном і скважиною заповнюють піщаною пульпою, а в окремих випадках – цементним розчином (склад 1:12).
В комплект обладнання вібровакуумної установки (рис. 9.11) входить: вібровакуум – труба (станок), знімальна головка з блоком, набір елементів штанги, збірно-розбірна рама з блоками, вакуум – насос, ґрунтоуловлювач і лебідка з тросом.
Швидкість проходки залежить від швидкості протискування стакана в ґрунт і від величини його заповнення грунтом за один цикл.
1 – вібровакуумний стакан; 2 – штанга; 3 – барабан; 4 – рама; 5 – вакуум-шланг; 6 – блоки; 7 – трос; 8 – лебідка;
9 – електродвигун
Рисунок 9.11 – Вібровакуумна установка
Протиснення стакана в ґрунт відбувається за рахунок передавання на його дно зусилля, що створюється різницею тисків – атмосферного тиску і розрідження в середині патрона. Величина цього зусилля пропорційна ступеню розрідження всередині патрона і може бути визначена за формулою:
, (9.4)
де – діаметр стакана в см; Р – розрідження в мм. рт. ст. (1 мм. рт. ст. відповідає 1,36 кг/см2).
Максимальна довжина вібровануумної проходки практично біля 25 м. Для більш протяжних скважин даний спосіб не застосовується.
Горизонтальне буріння
Горизонтальне буріння є найбільше розповсюдженим способом проходки під дорогами. При бурінні ґрунт перед патроном розробляється механічним різанням або розмивом струменем води під напором і усувається зі скважини:
відпрацьованою водою, що виносить з собою частки зруйнованого ґрунту;
шнековим і скребковим транспортерами;
за допомогою совків і візків.
На відміну від розглянутих вище способів проходки при горизонтальному бурінні ріжучому інструменту придається поступальний і обертальний рух одночасно.
Машини для горизонтального буріння за способом розроблення і видалення ґрунту поділяються на шнекові, скребкові, з циклічним вилученням ґрунту, з гідромеханічним розробленням ґрунту.
Патрон можна прокладати після розроблення ґрунту або одночасно з його розробленням.
Установки типу УГБ виконують прокладання патрона одночасно з розробленням ґрунту. До складу установки (рис. 9.12) входять: машина типу УГБ, шнековий транспортер і лебідка з поліспастом.
І – насип дороги; ІІ – поперечна траншея; ІІІ – повздовжня траншея; 1 – фрезерна головка; 2 – шнек транспортера; 3 – патрон;
4 – трубоукладач; 5 – лебідка з оснащенням; 6 – УГБ –2;
7 – роликові опори; 8 – якір-труба
Рисунок 9.12 – Спорудження трубопроводу під шосейною дорогою за допомогою установки УГБ
Шнек розміщується в середині патрона і нарощується із секцій довжиною 2400 мм по мірі збільшення проходки ґрунту. В головній частині шнека встановлюється робочий орган машини – ріжуча головка.
Ріжуча головка (рис. 9.13) являє собою диск із зубцями, що розміщені у шахматному порядку. У центрі диска є державка з зубцями, армованими твердим сплавом. Конструкція головки дозволяє усувати із забою каміння значних розмірів і розробляти тверді осадкові породи. Ріжуча головка розробляє забій діаметром на 50-60 мм більшим від діаметра патрона.
Для роботи установки типу УГБ на дільниці переходу, як і при інших способах проходки, з обох сторін дороги спочатку розробляють робочий (Т – подібної форми) і приймальний котловани.
1 – диск; 2 – зубці; 3 – забурник; 4 – відкидний різець;
5 – цапфа; 6 – кутник; 7 – отвір для стопорних пальців
Рисунок 9.13 – Ріжуча головка машини типу УГБ
На дні робочого котловану, на віддалі 10-15 м одна від другої, встановлюються роликові опори 7, що підтримують шнековий транспортер при проходці, зберігаючи заданий напрямок.
Стінки поперечної траншеї укріплюють дерев’яними стиками, на які опирається опорний брус (якір-труба) 8, що служить для закріплення нерухомого блока поліспаста, який потрібного для пересування шнекового транспортера.
Приймальний котлован служить для виходу патрона і демонтажу ріжучої головки і шнекового транспортера.
Зібраний шнек 2 транспортера спускається в робочий котлован на роликові опори 7 за допомогою трубоукладача 4. На задньому кінці патрона 3 закріплюється стяжками машина 6 типу УГБ, яка, з’єднуючись своїм приводом з валом шнека, приводить його в обертання.
Під час роботи шнека машина підтримується трубоукладачем, оскільки під дією реактивного моменту, вона з патроном повертається в сторону, протилежну до обертання шнека.
При обертанні вала шнека ріжуча головка зрізає ґрунт у вигляді стружки, яка підхоплюється лопатю шнека, що виступає з патрона і транспортується через патрон на зовні. Для відкидання ґрунта у сторону, на кінці вала приводу встановлюються спеціальні лопаті.
Патрон подається лебідкою з поліспастом. По закінченню буріння установку розбирають і через патрон, що залишився в ґрунті, прокладають пліть трубопровода.
Середня швидкість проходки установками УГБ – 2 з врахуванням їх монтажу, демонтажу, транспортування і зварювання патрона в трасових умовах складає – 4,5 : 6,0 м/зміна, затрати – 8:10 людино-година/м проходки.
За допомогою установки горизонтального буріння УГБ – 2 прокладають переходи довжиною до 40 м з патроном діаметром 1220 мм.