ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ МИНИСТЕРСТВА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ"

Кафедра "Строительное производство"

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Часть 2

Проектирование технологических карт

Методические указания

к курсовому и дипломному проектированию

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2003

УДК 625.12

ББК 0211-043

Рассмотрены вопросы проектирования технологических карт по произ-водству земляных работ при строительстве железнодорожного земляного полот-на.

Предназначены для курсового и дипломного проектирования студентам всех форм обучения специальностей "Строительство железных дорог, путь и пу-тевое хозяйство", "Экономика и управление строительством на предприятии". Могут быть полезны студентам других строительных специальностей.

Разработали: Ю.А. Верженский, А.И. Кистанов, Ю.С. Алтунин, А.В. Кабанов, Н.М. Панченко.

Некоторые материалы представлены М.А. Чемодановым.

Под редакцией Ю.А. Верженского.

2

1. Введение. Состав технологической карты

Технологические карты на производство земляных работ разрабаты-ваются на основе выполненного в первой части курсового проекта распре-деления земляных масс, в результате которого намечаются два участка для детальной разработки: насыпь и выемка.

При этом основные исходные данные, включающие типовые попе-речные профили и вид грунта земляного полотна, директивный срок про-изводства работ, период времени года и район строительства, а также спо-собы разработки грунтов, типы ведущих машин принимаются по материа-лам первой части курсового проекта.

Типовая технологическая карта на производство земляных работ включает следующие разделы:

область применения;

указания по технологии строительного процесса;

указания по организации труда;

график выполнения строительного процесса;

калькуляцию затрат труда;

основные технико-экономические показатели;

материально-технические ресурсы;

карту операционного контроля качества строительного процесса.

• курсовом проекте разработка технологических карт включает рас-четную часть в виде пояснительной записки и графическую часть на листе формата А1.

Ниже приводятся примеры разработки технологических карт на со-оружение земляного полотна различными способами и с применением различных комплектов землеройных и землеройно-транспортных машин.

3

2. Проектирование технологических карт на разработку выемок

2.1. Технологическая карта на разработку выемки экскаватором прямая лопата с транспортировкой грунта в насыпь автосамосвалами

2.1.1. Область применения

Технологическая карта предусматривает разработку выемок одно-ковшовыми экскаваторами с рабочим оборудованием прямой лопатой и емкостью ковша 0,5…1,25 м³, с погрузкой грунта I–IV групп на автоса-мосвалы и транспортированием его для укладки в насыпь, кавальер или отвал.

Во всех случаях применения технологической карты необходима привязка ее к конкретным условиям производства работ.

2.1.2. Указания по технологии строительного процесса

Обоснование и выбор вида экскаваторной проходки. Основной зада-чей проектирования экскаваторных проходок при разработке выемок экс-каватором прямая лопата является размещение боковых и лобовых прохо-док в продольном и поперечном сечениях разрабатываемого массива по всей длине выемки. Однако для этого сначала необходимо обосновать и выбрать вид экскаваторной проходки, затем рассчитать геометрические размеры забоя и только после этого переходить непосредственно к проек-тированию проходок.

Условия работы одноковшовых экскаваторов в забоях и различные виды проходок детально рассматриваются в учебнике [1]. Для обоснован-ного выбора того или иного вида проходки и соответственно забоя необ-ходимо учитывать следующие особенности производства работ.

При разработке бокового забоя угол поворота экскаватора значи-тельно меньше, чем при лобовом. Кроме того, удобнее подача транспорт-ных средств, их погрузка, возможность организации сквозного движения транспорта. Все это ведет к увеличению производительности экскаватора. Однако в этом случае объем грунта, разрабатываемого с одной стоянки, уменьшается и, как правило, возрастает число передвижек экскаватора.

Лобовой забой позволяет разрабатывать с одной стоянки значитель-но больший объем грунта, благодаря чему сокращается число передвижек экскаватора. Недостатком этого забоя является необходимость подачи транспортных средств по дну проходки задним ходом и установки их сзади экскаватора, что вызывает существенное увеличение угла поворота и, сле-довательно, снижение производительности экскаватора.

4

• практике железнодорожного строительства более широкое приме-нение при разработке выемок и карьеров получили боковые проходки с погрузкой грунта на транспортные средства. В то же время в самом начале процесса вскрытия выемки часто оказывается целесообразным первые од-ну-две проходки устраивать лобовыми, по дну которых в дальнейшем бу-дут подаваться под погрузку транспортные средства. Аналогичная целесо-образность возникает и при разработке короткой, но довольно глубокой выемки с крутыми склонами, препятствующими движению транспортных средств.

Указанные обстоятельства необходимо учитывать при проектирова-нии экскаваторных проходок.

Расчет экскаваторного забоя. После того, как выбран вид экскава-торной проходки, приступают к расчету основных геометрических разме-ров забоя, разрабатываемого конкретным экскаватором с известными его техническими характеристиками, приведенными в первой части методиче-ских указаний [2, прил. 1, табл. 2] или в прил. 1 настоящих методических указаний.

Расчетные схемы бокового и лобового забоев приведены на рис. 2.1. Боковой забой может быть двухъярусным или одноярусным. В первом случае (рис. 2.1,а) транспортные средства располагаются выше уровня сто-янки экскаватора, во втором – на одном уровне с экскаватором.

Для того чтобы построить в масштабе поперечный профиль забоя, необходимо определить (см. рис. 2.1):

наибольшую ширину забоя В_max (ширину забоя по верху); наименьшую ширину забоя В_min (ширину забоя по дну);

наибольшую глубину забоя H_з (берется из технической характери-стики экскаватора);

величину превышения h_я погрузочного пути над уровнем стоянки экскаватора (для бокового двухъярусного забоя);

максимальный радиус копания R_max на уровне напорного вала экска-ватора (берется из технической характеристики экскаватора).

Для бокового забоя величина В_max, как видно из расчетной схемы (см. рис. 2.1,а), составит

В_max = В + В_п ,

где В – расстояние от оси стоянки экскаватора до верхней кромки забоя; В_п – расстояние от оси стоянки экскаватора до бровки у погрузочного

пути.

Из расчетной схемы следует, что

B  R_пр²  l_п² ;

В_п = R_в – (b_т/2 + 1м).

5

6

Рис. 2.1. Схемы экскаваторных забоев, разрабатываемых экскаватором прямая лопата:

• – боковой двухъярусный забой; б – лобовой забой; 1–3 – номера стоянок экскаватора

Здесь R_пр – практический радиус копания. В курсовом проекте можно принимать

R_пр ≈ (0,85…0,90) ∙ R_max,

где R_max – наибольший радиус копания на уровне напорного вала экска-ватора (принимается из технической характеристики экскаватора);

l_п – длина передвижки экскаватора,

l_п  0,75 l_р ,

где l_р – длина рукояти экскаватора (принимается из технической харак-теристики);

R_в – радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки (принимается из технической характеристики экскаватора);

b_т – ширина колеи транспортных средств (принимается по справоч-ным данным);

1 м – запас из условия необрушения откоса яруса.

Наименьшая ширина бокового забоя В_min составит (см. рис. 2.1,а):

В_min = B₁ + B₂,

где B₁ – расстояние от оси стоянки экскаватора до подошвы откоса забоя.

• курсовом проекте для двухъярусного бокового забоя можно при-

нимать

B₁  R_ст ,

где R_ст – радиус копания на уровне стоянки экскаватора (принимается из технической характеристики);

B₂ – расстояние от оси стоянки экскаватора до нижней кромки откоса яруса.

Как видно из рис. 2.1,а, расстояние

B₂ = B_п + h_я,

где h_я – высота яруса (превышение уровня погрузочного пути над уровнем стоянки экскаватора).

В свою очередь

h_я = H_т – (h_т + 0,5 м),

где H_т – наибольшая высота выгрузки грунта из ковша экскаватора;

h_т – высота автосамосвала до верха кузова (принимается по справоч-нику);

0,5 м – запас высоты над бортом автосамосвала, учитывающий неров-ности пути и возможность погрузки грунта "с шапкой".

При расчете параметров лобового забоя наибольшая ширина забоя

B_max, как это следует из расчетной схемы (рис. 2.1,б), будет равна:

B_max = 2B = 2 R_пр²  l_п² ,

7

а величина В_min = 2B_ст.

Из подобия треугольников oac и ode следует, что

B_ст/В = R_ст/ R_пр,

откуда

B_ст = В ∙ (R_ст/ R_пр) .

Выполнив необходимый расчет забоя, на листе миллиметровой бу-маги в масштабе 1:100 или 1:200 вычерчивают его поперечное сечение и план. Затем поперечный профиль забоя переносится на более плотную бу-магу или картон и по нему вырезается шаблон для проектирования экска-ваторных проходок.

Проектирование поперечного и продольного профилей экскаватор-ных проходок. Основная цель проектирования заключается в размещении проходок на поперечных сечениях и продольном профиле заданного уча-стка выемки.

Для этого на продольном профиле выемки намечаются одно-два се-чения в наиболее характерных местах, а затем в масштабе, одинаковом с тем, в котором сделан шаблон забоя, вычерчиваются указанные попереч-ные сечения выемки. Накладывая построенный шаблон забоя на попереч-ный профиль выемки, намечают различные варианты размещения прохо-док (рис. 2.2).

При этом, с точки зрения технологии производства работ, вскрытие выемки целесообразно начинать с устройства первой или пионерной лобо-вой проходки траншеи, которая в дальнейшем используется как временный путь для движения автосамосвалов или другого вида транспорта. Поэтому

• ширина по низу должна быть не менее 4 м [3]. Глубина пионерной траншеи h_п.т зависит от соотношения глубины выемки Н_в и высоты яруса

h_я, определяемого как

14. = (Н_в – 0,2)/h_я,

где n – расчетное количество ярусов.

При n, равном целому числу, пионерная траншея фактически стано-вится первой лобовой проходкой, разрабатываемой в соответствии с имеющимся шаблоном экскаваторного забоя. Если величина n оказывается не кратной целому числу, то глубина пионерной траншеи определяется из выражения:

h_п.т = Н_в – nh_я – 0,2 м,

где n – целое число ярусов.

Пионерные траншеи глубиной до 1,0–1,5 м целесообразно разраба-тывать бульдозером или скрепером. Эти же машины рекомендуется ис-пользовать и для разработки участков выемки от нулевой отметки до глу-бины 2 м, так как применять экскаватор в подобных местах неэффективно.

8

Рис. 2.2. Варианты размещения проходок на поперечных сечениях выемки:

• – с пионерной траншеей (ПТ) по оси выемки;

  • – с пионерной траншеей со стороны откоса;

• – то же, с двумя пионерными траншеями; 1–8 – номера экскаваторных проходок;

Н – недобор грунта до проектной отметки, учитывающий

последующую нарезку сливной призмы (принимается равным 0,2 м)

Выбирая наилучший вариант размещения проходок на поперечном профиле выемки, необходимо учитывать следующие рекомендации [3]:

число проходок должно быть по возможности минимальным;

более предпочтительной является разработка выемки (карьера) боко-вым забоем с погрузкой грунта в транспортные средства, располагаемые на уровне стоянки экскаватора;

наименьшая высота (глубина) забоя должна быть не менее 1/3 высо-ты до напорного вала экскаватора;

недобор грунта на откосах не должен превышать 8–10% от площади поперечного сечения выемки.

Далее вычерчивают продольный профиль заданного участка в мас-штабе горизонтальном 1:5000, 1:2500 и вертикальном, равном масштабу шаблона забоя.

9

Проектирование продольного профиля экскаваторных проходок на-чинается с разбивки массива выемки на ярусы с учетом рельефа местности

• вида грунта. Так, если выемка имеет пологие продольные склоны и ук-лон проектной линии более 0,003, то целесообразно разбить ее на ярусы, расположенные параллельно проектной линии. При этом подошва нижнего

яруса должна располагаться с некоторым превышением Н над проектной линией (рис. 2.3), учитывающим высоту сливной призмы с минимальным запасом на планировочные работы.

Рис. 2.3. Схема размещения экскаваторных проходок

на поперечном сечении, продольном профиле и плане выемки:

1–8 – номера проходок на поперечном сечении выемки;

I–VIII – номера проходок на продольном профиле выемки

10

• случае, когда выемка имеет крутые склоны, исключающие движе-ние по ней экскаватора и транспортных средств, более эффективной ока-зывается разбивка ее лучевыми или веерообразными проходками, направ-ленными под углом к проектной линии. При этом крутизна уклонов для передвижения экскаватора и транспорта не должна превышать 17–24.

Длинные выемки с большими рабочими отметками могут разрабаты-ваться одновременно с двух концов. В подобных случаях наиболее целесо-образной оказывается разбивка на ярусы ломаного профиля, состоящего из двух концевых участков веерообразного профиля и центрального участка

• параллельными ярусами. Все эти и другие случаи расположения прохо-док на продольном профиле выемки приведены в учебнике [1], а ниже (см. рис. 2.3) дан конкретный пример решения этой задачи для одного из поперечников, рассмотренных ранее (см. рис. 2.2,а), и участка продольно-го профиля.

Как видно из рис. 2.3, план выемки с размещенными на ней проход-ками фактически представляет из себя третью проекцию, построенную (восстановленную) по известным двум. При этом все проходки пронуме-рованы с учетом последовательности их разработки, а недобор грунта оп-ределяется заштрихованными треугольниками на поперечном сечении вы-емки.

Технология производства экскаваторных работ. Технологический процесс состоит из разработки грунта в забое экскаватором прямая лопата, погрузки его на автосамосвалы или другие транспортные средства, пере-мещения и разгрузки грунта в насыпь, кавальер или отвал, послойного раз-равнивания грунта бульдозером и уплотнения специальными уплотняю-щими средствами (катками, уплотняющими машинами и др.).

Разработка выемки ведется отдельными проходками в соответствии с ранее составленной схемой их размещения (см. рис. 2.3) и в пределах кон-кретного рабочего участка продольного профиля.

Типовая технологическая схема производства работ для рассматри-ваемого примера приведена на рис. 2.4.

При выполнении курсового проекта необходимая грузоподъемность автосамосвалов, технические характеристики и ориентировочное число самосвалов в составе экскаваторного комплекта можно принимать из пер-вой части методических указаний [2, прил. 1]. Точное количество транс-портных средств определяют расчетом для каждого конкретного случая с учетом фактических условий работы и дальности возки:

14. = T_ц / t_п = (t_п + t_гр.х + t_p + t_м.р + t_пор.х + t_м.п) / t_п,

где N – искомое число транспортных средств; t_п – продолжительность погрузки, мин;

t_гр.х, t_пор.х – соответственно продолжительность груженого и порож-него хода автосамосвала;

11

t_p – продолжительность разгрузки, мин;

t_м.р, t_м.п – время на маневры автосамосвала соответственно при раз-грузке и погрузке, мин.

Рис. 2.4. Схема разработки выемки экскаватором прямая лопата

Задаваясь средней скоростью движения автосамосвала V_ср [2] и дальностью возки l, можно записать:

14. = (2 l/V_ср + t_п + t_p + t_м.р + t_м.п) / t_п .

• курсовом проекте продолжительность отдельных операций, точное

значение которых устанавливается хронометражем, принимается ориенти-ровочно следующей:

t_п = 1,5 мин, t_p = 1 мин, t_м.р = t_м.п = 1,5 мин.

12

Из приведенной формулы следует, что очередной автосамосвал дол-жен прибыть к месту загрузки его грунтом не позднее времени окончания загрузки предыдущего автосамосвала.

При возникновении систематических простоев экскаватора в ожида-нии прибытия автосамосвалов к месту погрузки следует проверить элемен-ты затрат времени, необходимых для выполнения рейса, и увеличить чис-ло автосамосвалов. При простоях транспорта в ожидании погрузки следу-ет принять меры к ускорению работы экскаватора или уменьшить число транспортных средств.

• курсовом проекте в качестве индивидуального задания может быть поставлена задача расчета оптимального количества транспортных средств с применением современных математических методов, например теории массового обслуживания.

Техника безопасности. При производстве работ одноковшовым экс-каватором с погрузкой грунта на автосамосвалы и транспортированием его

• насыпь необходимо соблюдать следующие основные правила техники безопасности.

Экскаватор во время работы должен устанавливаться на спланиро-ванной площадке. Запрещается подкладывать под гусеницы бревна, камни и другие предметы.

Запрещается находиться под ковшом или стрелой экскаватора, вы-полнять работы со стороны забоя. Посторонним лицам запрещается нахо-диться в радиусе действия экскаватора. Во время перерывов в работе ковш следует опускать на землю.

За участками забоя, где возможны оползни и обрушения грунта, должно устанавливаться постоянное наблюдение. Участки должны ограж-даться, а работа на них разрешается только после их осмотра мастером или прорабом и получения письменного разрешения на производство работ.

При работе экскаватора в темное время суток место выгрузки грунта и забой должны иметь хорошее освещение.

Грунт на автосамосвалы следует грузить только со стороны заднего или бокового борта самосвала. Запрещается проносить ковш с грунтом и без грунта над кабиной. Водитель автосамосвала во время погрузки дол-жен выходить из кабины.

Находящийся под погрузкой автосамосвал должен быть заторможен. Во время погрузки людям запрещается находиться между экскаватором и транспортным средством.

13

2.1.3. Указания по организации труда

Разработка выемки экскаватором прямая лопата с погрузкой грунта на автосамосвалы, транспортированием его в насыпь осуществляется ком-плексной бригадой в зависимости от емкости ковша экскаватора и дально-сти транспортирования грунта.

• целях более полной загрузки машин и механизмов работу целесо-образно организовывать в две смены с использованием передвижной элек-тростанции для освещения места работ в темное время суток.

• начале каждой смены машинисты и водители машин обязаны про-верить готовность машин к работе, устранить мелкие неисправности, за-править машину горючим и водой. А в конце смены сообщить механику (помощнику машиниста) о замеченных неисправностях.

Участок производства работ обеспечивается вагончиками для масте-ра, кладовой инструмента и инвентаря, отдыха рабочих и приема пищи, а также питьевой и технической водой, медицинской аптечкой, средствами связи.

2.1.4. Материально-технические ресурсы

Материально-технические ресурсы включают ведущие и комплек-тующие машины и механизмы, геодезические инструменты, инвентарь, определяемые на основе разработанных ранее технологических процессов (п. 2.1.1) и представленные в табличной форме (табл. 2.1).

2.1.5. График выполнения производственного процесса по разработке выемки экскаватором прямая лопата

На основании разработанной ранее технологии и организации строи-тельного процесса (п. 2.1.1) в типовой технологической карте обычно при-водится почасовой график выполнения работ в течение смены. В условиях курсового проектирования вместо указанного графика разрабатывается ка-лендарный график производства земляных работ на весь заданный уча-сток. Методика его проектирования детально рассматривается в разд. 5.

2.1.6. Калькуляция затрат труда

Основными нормативными документами для составления калькуля-ции затрат труда обычно являются нормы времени и расценки в соответст-вии со сборниками ЕНиР, ВНиР, ценниками и др. Учитывая, что при раз-работке первой части проекта широко использовались графики единичной

14

стоимости производства земляных работ, калькуляцию затрат труда к тех-нологической карте в курсовом проекте можно не составлять.

2.1.7. Технико-экономические показатели

Технико-экономические показатели определяются на основании ка-лендарного графика производства земляных работ и их стоимости, подсчи-танной в первой части проекта. Методика расчета технико-экономических показателей изложена в разд. 6. Результаты определения основных техни-ко-экономических показателей привести в табличной форме (табл. 2.2).

				Т а б л и ц а 2.1
	Материально-технические ресурсы
№	Наименование	Тип	Марка	Количество	Примечание
п/п
1	Экскаватор
2	Автосамосвалы
3	Бульдозер
4	Автогрейдер
5	Пневмоколесный каток
	или уплотняющая машина
6	Передвижная электростанция
	мощностью 5–7 кВт

Т а б л и ц а 2.2