Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

Приблизительные значения усилий при проколе можно определить по графику на рис. 5.41.

Усилия, требующиеся для прокола труб, колеблются в пределах от 150 до 2000 кН. Определив нажимное усилие, принимают необходимое число гидродомкратов для силовой установки, а также выбирают тип упорной стенки в котловане.

Для прокола труб чаще всего применяют нажимные насосно-домкратные установки, состоящие из одного или двух спаренных гидравлических домкратов типа ГД-170 с усилием до 170 тс каждый, смонтированных на общей раме. Штоки домкратов обладают большим свободным ходом (до 1,15-1,3 м). Раму с домкратами устанавливают на дне рабочего котлована, из которого ведут прокол. Рядом с котлованом на поверхности размещают гидравлический насос высокого давления – до 30 МПа.

грунтах

5.3.3.2. Прокладка труб способом продавливания

Бестраншейная прокладка труб продавливанием отличается тем, что прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий в трубу в виде плотного керна (пробки), разрабатывают и удаляют из забоя. При продвижении трубы

539

преодолевают усилия трения грунта по наружному ее контуру и врезания ножевой части в грунт.

Для продавливания труб применяют нажимные насосно-домкратные установки из двух, четырех, восьми и более гидродомкратов усилием по 5003000 кН каждый с ходом штока 1,1-2,1 м, работающие от насосов высокого давления. Количество домкратов в установке зависит от необходимого нажимного усилия Р, кН, равного:

где qc - удельное сопротивление вдавливанию ножа в грунт, равное для глинистых грунтов (50–70) кН, для песчаных грунтов (70–100) кН, для прочных грунтов (200–600) кН на 1 м длины режущей кромки ножа; l – периметр ножа, м; ξо – коэффициент бокового давления грунта, равный для песка 0,35–0,41, для суглинка 0,5–0,7, для глины 0,7–0,74; qк – вес 1 м длины кожуха (футляра); L – длина бестраншейной проходки; tgϕ - коэффициент трения кожуха о грунт, равный для глин 0,4–0,5, для песков 0,6–0,65; р1 – вертикальное горное давление на 1 м длины кожуха, равное:

где γгр – удельный вес грунта, кН/м3; Dк – диаметр кожуха, м; fкр – коэффициент крепости грунта, определяемый по данным проф. М.М. Протодъяконова (см.

табл. 5.18).

Приближенное необходимое усилие для продавливания трубы

где τ – сила сопротивления грунта по поверхности кожуха, равная 20-25 кН на 1 м2 поверхности трубы, м.

Способом продавливания ведут прокладку не только стальных труб, но и железобетонных коллекторов и тоннелей из элементов различной замкнутой по периметру формы.

5.3.3.3. Прокладка труб способом горизонтального бурения

Горизонтальное бурение используется для трубопроводов средних и больших диаметров в грунтах I–IV категорий. Проходка скважин ведется установками горизонтального бурения (табл. 5.28), предусматривающими опережающую разработку грунта в забое с устройством

540

скважин в грунте большего диаметра, чем прокладываемая труба. Этот метод не рекомендуется применять на слабых (водонасыщенных и сыпучих) грунтах во избежание просадки дорожного полотна.

Эффективность применения шнековых установок горизонтального бурения зависит от правильного выбора конструктивных и рабочих параметров установок.

Конструктивные параметры установок: диаметр режущей головки, шаг и длина шнека; угол подъема наружной образующей винтовой линии шнека и др. выбираются, исходя из конструкции перехода, диаметра прокладываемого трубопровода и глубины его заложения под дорогами.

Таблица 5.28

Техническая характеристика установок горизонтального бурения

Рабочими параметрами считаются: частота вращения шнека и режущей головки; скорость бурения, подача и толщина стружки; коэффициенты разрыхления грунта, заполнение сечения и объема шнека; производительность шнекового транспортера, мощность и энергоемкость резания и транспортирования грунта, усилия для подачи режущей головки и проталкивания кожуха.

Требуемая мощность установки горизонтального бурения в кВт определится как:

где Νш – мощность, затрачиваемая на перемещение грунта шнеком; Νпр –

541

где Rш – средний радиус шнека, м ; n – частота вращения шнека, об/мин; Рср – среднее усилие, необходимое для разрушения грунта режущей головкой, Н, равное:

где k – коэффициент удельного сопротивления грунта разработки при бурении режущими головками фрезерного типа (определяется по графику (рис. 5.42 в зависимости от hc и υб); hc – толщина стружки срезаемого грунта, м; Rc – радиус скважины, м; mp – число режущих граней на головке, обычно mp = 2–3; υб – скорость бурения, м/мин, определяемая по формуле:

где S–шаг шнека, м (табл. 5.24); kp–коэффициент разрыхления транспортируемого грунта (табл.5.30); Dш , Dс–диаметр шнека и скважины соответственно, м (табл. 5.31); ψυ–коэффициент объемного наполнения шнека, зависящий от высоты заполнения шнека и угла естественного откоса насыпных грунтов при движении по цилиндрическим кожухам. Коэффициент ψυ находится по графику (рис. 5.43) в зависимости от h (в долях от Rш), где Rш– наружный радиус шнека.

Максимальное значение высоты h можно определить, исходя из геометрических размеров транспортируемого грунтового потока, размещенной в пределах шага шнека:

где LT – длина транспортируемого грунтового потока в пределах шага шнека, м. Для расчета можно взять LT = S; ϕT – угол естественного откоса разрыхленного

где kгр – коэффициент, характеризующий физико-механические свойства грунтов.

542

Значение коэффициента kгр для различных грунтов приведены в табл.

5.32.

Таблица 5.29

Основные геометрические размеры шнеков установок горизонтального бурения

544

Таблица 5.30

Коэффициент разрыхления транспортируемого грунта

Максимально возможная частота вращения шнека [74] равна:

где α1 – угол наклона винтовой линии шнека, на которой расположены частицы грунта (из табл.5.29); fT – коэффициент трения грунта по винтовой поверхности

545

шнека в движении (табл. 5.33); fо – коэффициент трения грунта по винтовой поверхности в покое (из табл. 5.33).

Таблица 5.32

Коэффициент kгр, характеризующий физико-механические свойства

транспортируемых грунтов

Мощность, необходимая для перемещения грунта винтовым транспортером со шнеком, смонтированным на опорных подшипниках, определяется по эмпирической формуле [74]:

где Lш – длина шнека, м; ko– поправочный коэффициент, зависящий от типа грунта; для глинистых и суглинистых грунтов ko = 1,2–1,6; для песчаных и супесчаных грунтов ko = 1,8–2,0; WТ – коэффициент сопротивления насыпного грунта транспортированию (находится по графику (рис.5.44); g – ускорение свободного падения, м/с2; Qш – массовая производительность шнекового транспортера, т/ч, равная:

546

где ρ - плотность грунта, разрыхленного режущей головкой, т/м3.

Мощность, необходимая для перемещения грунта винтовым транспортером с безопорным шнеком, определяется по формуле, аналогичной

(5.342):

где Wo – коэффициент сопротивления насыпного грунта транспортированию (находится по графику рис. 5.45).

Мощность, затрачиваемая на продавливание кожуха с учетом временных вертикальных нагрузок от транспорта, определяется по формуле:

(5.345)

где ρ и ρм – плотность насыпного грунта и грунта в массиве соответственно, кг/м3; hн – высота насыпи, м; hм – толщина материкового грунта над кожухом, м; Dкн,Dкв – диаметры кожуха; наружный и внутренний соответственно, м; ρс –

547

плотность стали, кг/м3; qТ – временная нагрузка от транспорта, определяемая по табл.5.34 в зависимости от глубины заложения кожуха; F –- площадь поверхности кожуха, на которую действует давление от временных нагрузок транспорта, определяемая по графику (рис. 5.46) в зависимости от глубины заложения кожуха и его диаметра; f – коэффициент трения стали о грунт ( f =0,3–0,6); Gк – масса единицы длины шнекового транспортера с разрабатываемым грунтом, равная:

где Gш - масса единицы длины шнека, кг/м; Gгр - масса грунта на единицу длины шнека, определяемая в зависимости от высоты заполнения кожуха грунтом, равная:

где Gк - масса единицы длины кожуха, кг/м;

Таблица 5.34

Временные нагрузки при различной глубине заложения защитного кожуха

Средняя плотность грунта естественной влажности ρгр выбирается по табл. 5.35.

548