5.2 Разработка грунта земснарядами
При разработке подводных грунтов пульпу отбирают из зоны разработки при разработке береговых урезов – из водоема вблизи этой зоны. При этом используют как землесосы, так и гидроэлеваторы, реализующие эжекторный способ поступления пульпы в транспортный трубопровод.
В смесительную камеру гидроэлеватора по трубопроводу под напором поступает вода. Проходя через насадку с большой скоростью, она создает в расширяющейся зоне разрежение, благодаря которому в смесительную камеру подсасывается пульпа и, разжижаясь в воде, подается в транспортный трубопровод (пульповод). Гидроэлеваторы имеют низкий коэффициент полезного действия из-за малой доли грунта в составе пульпы (не более 2 %), но по сравнению с грунтовыми насосами они более долговечны в связи с тем, что подвижные части входящего в состав гидроэлеватора насоса для подачи воды в смесительную камеру непосредственно не контактируют с абразивными частицами пульпы. Реже для подъема пульпы со дна водоема используют эрлифты, которыми в зону разработки грунта подают воздух, направляя его и приемный грунтозаборник всасывающего трубопровода.
Аэрирована смесь, обладая меньшей плотностью по отношению к окружающей среде, поднимается по трубопроводу, увлекая за собой твердые продукты разрушения грунта.
Чисто гидравлический (гидромониторный) способ может оказаться малоэффективным для разработки прочных грунтов. В некоторых случаях сочетание механического разрушения с транспортированием грунта в потоке воды. Так, подводной разработке грунтов для их разрушения применяют различного рода фрез с последующим транспортированием пульпы землесосами или гидроэлеваторами. Этот способ разработки грунтов, называемый гидромеханическим, широко применяют в гидротехническом, мелиоративном и других видах строительства, в системе водного хозяйства, в горной промышленности. Этим способом сооружают и углубляют водоемы и водохранилища, намывают дамбы и плотины, добывают строительный песок и разрабатывают полезные ископаемые и т. п. Гидромеханический способ разработки грунтов отличается простотой оборудования, невысокой энергоёмкостью (2...5 кВт-ч/м) и материалоемкостью.
пульпа
1 – смесительная камера; 2 – пульпопровод.
Рисунок 28 – Схема работы гидроэлеватора
Рисунок 29 - Принципиальная схема земснаряда и схема павильона
Сухопутные средства гидромеханизации представляют собой комплекты описанного выше гидромониторного и землесосного оборудования, смонтированного на салазках или самоходных, гусеничных, шасси. В первом случае его применяют на объектах с большими объемами работ, а для перемещения с одной стоянки на другую используют внешние транспортные средства. Самоходные установки используют в случае сосредоточенных работ в условиях частой смены строительных объектов. Для водной разработки грунтов описанное выше оборудование монтируют на специальных плавучих средствах, называемых снарядами. На мелиоративных и дноуглубительных работах применяют земснаряды производительностью до 100 м³/ч, оборудованные собственной силовой дизельной или дизель-электрической установкой приспособленные для работы при сильном течении воды и больших волнах. Намыв плотин и дамб, подводную добычу песка и гравия осуществляют земснарядами с электрическим приводом с питанием от внешних источников энергии производительностью 100…1000 м³/ч.
Корпус земснаряда представляет собой разделенный на отсеки понтон 6 (рис. 29,а). В его передней части шарнирно укреплена рама 2, несущая на конце фрезу (на некоторых земснарядах, кроме того, гидромонитор) и грунтозаборник. Фрезу приводят во вращение через систему карданных валов и механических передач от электродвигателя, установленного на понтоне. Грунтозаборник сообщается с всасывающим трубопроводом 5, которым пульпа подается к землесосу 7 и далее в пульповод 10, проложенный по водоему на поплавках и по суше на инвентарных опорах. В зависимости от глубины разработки раму 2 опускают и поднимают лебедкой 4 посредством полиспаста, верхние блоки которого закреплены на стойке 3. Для работы на водоеме земснаряд устанавливают на одну из двух расположенных в его кормовой части свай 9. Канаты 12 лебедок 11 (рис.29,б) бокового (папильонажного) перемещения оттягивают в стороны от земснаряда и заякоривают на дне водоема, а если позволяет длина канатов, огибаемые ими блоки 13 укрепляют на береговых якорях. Грунт разрабатывают вращающейся фрезой, отсасывая пульпу землесосом, при непрерывном вращательном в плане движении (папильонировании) корпуса земснаряда относительно опущенной сваи. Это движение обеспечивается одной из папильонажных лебедок при сматывании каната с другой лебедки. При разработке грунта на дне водоема, по достижении головой рамы 2 границы полосы разработки опускают на дно вторую сваю, а прежнюю поднимают в нерабочее положение. Включением второй лебедки (со стороны опущенной сваи) и реверсированием первой достигают возвратного папильонажного движения и т.д. Схема положений «а» и «б», соответствующих последовательным траекториям движения головы стрелы, показана на рисунке 29,б.
При разработке береговых урезов, которую начинают обычно с наиболее высокого уступа, после граничного папильонажного перемещения земснаряда в одну сторону раму опускают на нижележащий уступ и разрабатывают его возвратным папильонированием. Так, с одной свайной стоянки разрабатывают все уступы до дна водоема, после чего переставляют сваи (зашагивают). В некоторых случаях при разработке слабых грунтов в береговых урезах, особенно при узких полосах папильонирования, земснаряд устанавливают в новое положение после нескольких последовательных шагов. По мере продвижения земснаряда по водоему требуется периодически перекладывать якоря, используя для этого моторную лодку или катер.
Для разработки траншей на дне водоемов глубиной до 25 м. при строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов применяют бессвайные земснаряды производительностью до 200 м³/ч, оборудованные четырьмя папильонажными и двумя становыми лебедками. Одну становую лебедку располагают в носовой части понтона, а вторую – на корме. Этими лебедками земснаряд перемещают вдоль отрываемой траншей.
Техническая производительность земснаряда (м³/ч)
Пт=Q*r
Где Q – подача грунтового насоса по объему пульпы, м³/ч; r – средний коэффициент консистенции грунта в пульпе (r = 0,1…0,25; нижний предел соответствует разработке гравийно-галечных, а верхний – песчаных грунтов).
При разработке профильных выемок землесосными снарядами точность работы предусматривается в зависимости от вида сооружений. Под профильными выемками следует понимать такие выемки или части их, для которых проектом заданы расположение, размеры в плане и отметки дна; например, каналы судоходные, отводящие, для водоснабжения и др., котлованы под гидротехнические сооружения и т.п.
При устройстве котлованов гидротехнических, и промышленных сооружений переборы или какие-либо нарушения естественного сложения грунта ниже проектных отметок подошвы фундаментов, бетонной подготовки или каменной отсыпки не допускаются. При разработке этих выемок землесосными снарядами надлежит оставлять защитный слой грунта, подлежащий впоследствии удалению землеройными средствами.
Переборы по откосам и дну каналов, подлежащих креплению после предварительной откачки воды, не допускаются.
При разработке неукрепляемых каналов или каналов, укрепляемых каменной наброской в воду, недоборы по дну не допускаются.
При работе землесосного снаряда со свободным Всасыванием или удлиненной всасывающей трубой допуски устанавливаются проектом.
Расчетная длина плавучих пульпопроводов принята для землесосных снарядов водопроизводительностью до 1000 м³/ч – 100 м (15 звеньев), до 2500 м³/ч – 150 м (20 звеньев), до 4000 м³/ч – 170 м (25 звеньев), до 6000 м³/ч – 300 м. В составе подготовительных и вспомогательных работ должны быть выполнены: разбивка прорезей в габаритах каналов, котлованов, других выемок с установкой створных знаков; разбивка намываемых сооружений, отвалов, отстойников; трассировка и устройство пульпопроводов и водоводов, канав, дамб, перемычек, линий электроснабжения и связи; установка водомерных реек с увязкой их нулей с постоянным репером; установка ограждающих знаков по контуру допустимого подхода землесосных снарядов и плавучего пульпопровода к подводным кабелям, трубопроводам, другим сооружениям в зоне разработки; подготовка мертвых якорей, причальных и швартовых устройств (при работе на водохранилищах); установка на картах намыва реек для закрепления контрольных поперечников и створов.
Проведение указанных работ подлежит сплошному (по каждому объекту) визуальному контролю с регистрацией в журнале работ. Конструкции пересечений пульпопроводами и водоводами железных и автомобильных дорог, линий электроснабжения и связи, трассы укладки труб в зоне действующих предприятий и вблизи от строений должны быть и согласованы с организациями, эксплуатирующими эти объекты.
При прокладке напорных пульпопроводов радиусы поворота должны быть не менее 3-6 диаметров труб. На поворотах с углом более 30 град., пульпопроводы и водоводы должны быть закреплены. Все напорные пульпопроводы должны быть испытаны максимальным рабочим давлением. Правильность укладки и надежность в работе трубопроводов оформляются актом, составляемым по результатам их эксплуатации в течение 24 ч рабочем, времени.
При разработке котлованов зданий и сооружений способом гидромеханизации переборы или другие нарушения естественного сложения грунта ниже проектных отметок подошвы фундаментов, бетонной подготовки или каменной отсылки не допускаются; следует оставлять защитный слой грунта, подлежащий разработке землеройными средствами. Глубина разработки грунта плавучими землесосными снарядами, необходимость в послойной работе и число слоев, специальные требования к технологии отработки выемки и качеству ее основания должны соответствовать указаниям проекта организации строительства, а ширина прорезей – проекта производства работ (ППР).
До начала разработки грунтов землесосными снарядами должна производиться очистка забоя от топляков, деревьев, пней, кустарника, металлического лома, валунов, камней и т.п.
При разработке грунтов и забоях, поросших камышом или содержащих включения валунов, камней, топляков, пней, деревьев и т.п., засорённость которых превышает 5%, применяют соответствующие коэффициенты.
При работе плавучих землесосных снарядов состав технологических операций следующий: 1. Прием смены. 2. Разработка грунта. 3. Гидротранспортирование грунта к месту укладки. 4. Перемещение (папильонирование) землесосных снарядов при разработке грунта, перестановка их в забое и перевод из одного забоя в другой в пределах одного карьера на расстояние до 200 м – для землесосных снарядов водопроизводительностыо до 3000 м³/ч и до 400 м для землесосных снарядов водопроизводительностью св. 300 м³/ч с перекладкой якорей и тросов, установкой анкеров. 5. Наращивание и укорачивание плавучего пульпопровода. 6. Присоединение плавучего пульпопровода к магистральному и отсоединение его. 7. Надзор за всасывающим и напорным пульпопроводами землесосного снаряда с регулированием задвижками. 8. Очистка грунтового насоса, всасывающего пульпопровода и рыхлителя при их засорении, а также очистка задвижек. 9. Промывка пульпопровода водой. 10. Прокладка электрического кабеля по плавучему пульпопроводу и снятие его в пределах длины, предусмотренной настоящими нормами. 11. Присоединение и отсоединение берегового электрического кабеля длиной до 75 м с переноской его на расстояние перевода землесосного снаряда в пределах карьера и раскладкой на козлах. 12. Обслуживание синхронных электродвигателей при работе на компенсацию коэффициента мощности во время внутрисменных простоев. 13. Ежесменное техническое обслуживание оборудования землесосного снаряда в соответствии с перечнем. 14. Надзор за состоянием электрического кабеля, осветительной проводки и линий связи от землесосного снаряда до мест подключения к линиям на берегу. 15. Содержание в чистоте землесосного снаряда и механизмов. 16. Поддержание связи с картой намыва и перекачивающей установкой. 17. Ведение журналов работ. 18. Сдача смены.
При работе грунтонасосных установок технологические операции выполняются в следующем порядке: 1. Прием смены. 2. Перекачка пульпы с обслуживанием агрегата грунтонасосной установки и наблюдением за всасывающим и напорным пульпопроводами. 3. Подача чистой воды для сальниковых уплотнений грунтового насоса. 4. Надзор за состоянием электрического кабеля и линий связи от грунтонасосной установки до мест подключения к линиям на берегу. 5. Обслуживание синхронных электродвигателей при работе на компенсацию коэффициента мощности во время внутрисменных простоев. 6. Содержание в чистоте и ежесменное техническое обслуживание оборудования грунтонасосной установки в соответствии с перечнем. Поддержание связи с землесосным снарядом и картой намыва. 8. Ведение журналов работ. 9. Сдача смены.
При работе звеньев на картах намыва состав технологических операций такой: 1. Прием смены. 2. Распределение потока пульпы на карте намыва с поддержанием необходимого горизонта прудка. 3. Восстановление и наращивание обвалования из намытого грунта механизированным способом с соблюдением допусков по откосам в соответствии с техническими условиями. 4. Распределение \"окатышей\" по карте намыва или уборка их и мусора за пределы намываемого сооружения. 5. Переключение потока пульпы с одной карты намыва на другую. 6. Обслуживание и содержание в исправном состоянии водосбросных устройств, опор, мерных реек, щитов, быстроразъемных соединений и прочих устройств, обеспечивающих нормальное поступление и распределение пульпы, укладку грунта и сброс осветленной воды. 7. Регулирование водосбросной системы с помощью наращивания водосбросных колодцев и установки вертикальных стальных патрубков. 8. Заправка кранов и бульдозеров горючим и ежесменное техническое обслуживание этих машин. 9. Поддержание связи с землесосным снарядом и грунтонасосной установкой. 10. Наращивание и разборка пульпопровода с помощью крана без прекращения процесса намыва (при безэстакадном способе) и с перекладкой труб за пределы карты. 11. Разъединение очередных звеньев труб в процессе намыва со смещением их торцов для рассредоточения потока пульпы и разборка в пределах одной карты распределительного (рабочего) пульпопровода с откаткой труб после намыва (при низкоопорпом способе намыва). 12. Выдергивание стоек инвентарных опор с помощью бульдозера или других машин (при низкоопорном способе намыва). 13. Наращивание и укорачивание распределительного (рабочего) пульпопровода при сбросе пульпы в водоём или отвал. 14. Снятие и удаление за пределы намываемой карты частей опор во избежание их замыва (за исключением стоек опор). 15 Сдача смены.
В состав ежесменного технического обслуживания входят работы по: очистке, мойке, осмотру (ревизии) и контролю за техническим состоянием узлов, агрегатов, приборов, канатов, систем земснаряда или установки в целом; креплению деталей, регулировке механизмов, узлов и агрегатов; смазке, заправке, доливке и замене масел, топлива и охлаждающей жидкости; опробованию действия отдельных узлов, рабочего оборудования и машины в целом и выполнению мелких ремонтных работ; сварочные и наплавочные работы во время эксплуатации земснарядов водопроизводительностью свыше 2000 м³/ч.
Эффективность гидромеханизации можно повысить увеличением консистенции пульп при одновременном снижении удельных расходов и рабочих напоров воды. Наиболее эффективны специальные конструкции рыхлящих устройств, используемые при засасывании грунта из-под воды. В ряде случаев можно повысить консистенцию пульпы отбором от неё части воды, не нужной по условиям гидротранспорта.