Рис. 6.24. Этапы сооружения опоры на буронабивных столбах:
I – задавливание обсадной трубы и выемка грунта из ее внутренней полости; II
– установка в скважину арматурного каркаса; III– заполнение скважины бетонной смесью с одновременным извлечением обсадной трубы; IV – разработка котлована после сооружения буронабивных столбов; V – монтаж щитов опалубки и армирование ростверка опоры; VI – бетонирование ростверка, монтаж щитов опалубки и бетонирование надфундаментной части опоры; I - буровая машина ; 2 – кран; 3 - автобетононасос; 4 – автомиксер; 5 – экскаватор
Тема 6.4. Машины и оборудование для бестраншейной прокладки труб
При применении способа бестраншейной прокладки подземных коммуникаций под автомобильными и железными дорогами не нарушается движение транспорта, сохраняется целостность земляного полотна, покрытий и верхнего строения дорог. Поэтому экономический эффект от использования такого оборудования достаточно высок.
Машины для бестраншейной прокладки труб разделяют на две основные группы: для прокладки малых (диаметром 100–500 мм) и больших (диаметром 600–2000 мм) скважин. Из машин первой группы чаще всего применяют пневмопробойники, рабочие органы которых вдавливаются в грунт ударами с помощью специальных ударников. Возвратно-поступательное движение ударника происходит под действием сжатого воздуха.
В последние годы серийно выпускают пневмопробойники для проходки скважин диаметром от 80 до 600 мм. Длина скважин, зависящая от их диаметра, может достигать 30–40 м. Скорость проходки в пределах 1,5–8 м/ч уменьшается с увеличением длины скважины.
309
Пневмопробойник состоит из ударного узла, стартового устройства, расширителей, удлинителя. Корпус ударного узла (рис. 6.25) является рабочим органом, образующим скважину. Корпус перемещается вперед под действием ударов, которые ударник наносит по его переднему внутреннему торцу. Обратному перемещению корпуса под действием реактивных сил препятствуют силы трения между его наружной поверхностью и грунтом. Направление ударов ударника можно изменять, что позволяет реверсировать движение корпуса.
Рис. 6.25. Ударный узел с удлинителем:
1 – шланг; 2 – корпус; 3 – золотник; 4 – ударник; 5 – удлинитель
Работает ударник под действием сжатого воздуха, подводимого к пневмопробойнику по шлангу. Воздух направляется попеременно к разным концам ударника с помощью золотника.
Удлинитель, представляющий собой отрезок направляющей трубы и повышающий точность проходки скважин, соединен с корпусом ударного узла по конической поверхности.
Для образования скважин диаметром больше диаметра корпуса делают несколько проходов ударным узлом, устанавливая на корпусе при каждом проходе расширители увеличивающихся диаметров. Расширитель, представляющий собой сварной цилиндр с конической головной частью, устанавливают на головной части корпуса ударного узла. Для забивания в скважину труб к ударному узлу прикрепляют насадку, соединяемую с трубой. На переднюю часть трубы надевают конусный наконечник.
До начала работ на трассе скважины подготавливают приямки – входной и приемный. Во входной приямок устанавливают стартовое устройство, ориентированное по направлению скважины с помощью уровня и визирного шнура. Стартовое устройство, предназначенное для запуска ударного узла в грунт, состоит из рамы, пневмоцилиндра с прижимным станком, опорных костылей и кранов управления пневмосистемой. Устройство закрепляют в приямке с помощью опорных костылей, после чего на него укладывают ударный узел. Пневмоцилиндр стартового устройства своим прижимным станком подает ударный узел к забою приямка. После этого включают пневмосистему ударного узла, и его корпус начинает вдавливаться в грунт. Работу начинают без удлинителя, который устанавливают на извлеченном ударном узле после проходки 2,5–3 м скважины.
Аналогично производят работу с расширителями и по забивке труб. Расход пневмопробойником сжатого воздуха при давлении 0,6–0,7 МПа (6–7 ат) не превышает 8 м3/мин.
В машинах для проходки скважин большого диаметра применяют различные типы рабочих органов.
Машины, работающие методомпродавливаниягрунта, вдавливают в него трубы с помощью силовых установок, состоящих из нескольких гидравлических
310
домкратов с усилием на штоке каждого 150–500 т. Домкраты упираются в деревянные, металлические или бетонные стенки, устанавливаемые во входных приямках. Вдавливаемая труба перемещается в приямке по направляющим. На переднем конце прокладываемой трубы укрепляют лобовую обделку-нож, облегчающую вдавливание.
Грунт, поступающий в трубу в виде цилиндра, разрабатывают механизированным способом или вручную и удаляют из забоя. Механизированная разработка грунта сравнительно сложна, и производят ее обычно с помощью совков и скребков. Значительно чаще применяют машины с ручной разработкой грунта, которые можно изготовлять в мастерской строительной организации. Производительность механизированных установок 10–18 м/см, ручных – значительно ниже.
Величину усилия, необходимого для внедрения труб, выбирают с учетом их диаметра (усилие возрастает приблизительно прямо пропорционально диаметру), вида грунта и способа его удаления из трубы, а также длины продавливаемой трубы.
Усилия продавливания значительно уменьшаются при разработке грунта на линии кромки ножа, укрепленного на трубе. Так, при продавливании трубы диаметром 1000 мм длиной 30 м в глинистом грунте оно равно 1,6 МН, а при разработке грунта на 2 м сзади кромки ножа усилие составляет 2,1 МН (210 т). При разработке песчаных грунтов по второму варианту усилие вдавливания требуется значительно большее, чем в глинистых. Для нашего примера оно равно 2,7 МН. При разработке грунта у кромки ножа вид грунта мало влияет на величину усилия. С увеличением длины прокладываемой трубы усилие значительно возрастает.
Машины, работающие методом горизонтального бурения, применяют чаще остальных. Возможно одновременное или раздельное бурение и прокладка труб с непрерывным или цикличным транспортированием грунта.
На рис. 6.26 показана схема машины с непрерывным транспортированием грунта, производимым шнеком и отдельной прокладкой труб. Процесс бурения грунта этой машиной аналогичен процессам сверления. Рабочее оборудование машины с помощью опорных роликов опирают на раму и подают на забой вручную штурвалом или с помощью специального привода. Организация работы этих машин аналогична описанной выше для пневмопробойников.
Рис. 6.26. Схема шнековой машины горизонтального бурения:
1 – рама; 2 – опорные ролики; 3 – главный вал со шпинделем; 4 – шнек; 5 – режущая головка; 6, 7 – сменные шестерни; 8 – электродвигатель; 9 – привод
главного вала; 10 – привод подачи, ходовой винт; 12 – штурвал ручной подачи; 13 – корпус редуктора
311
Трубу протаскивают после очистки скважины от грунта и извлечения машины из приямка.
Машины такого типа могут бурить скважины диаметром до 500–600 мм, длиной до 35–40 м со скоростью 5–8 м/ч. Эти машины непригодные для работы в слабых и неустойчивых песчаных грунтах, а также в скальных и водонасыщенных. Кроме того, скважины, пробуренные ими, могут значительно отклоняться от заданного направления.
Машины с совмещенными процессами бурения и прокладки труб (рис. 6.27) обеспечивают более высокое качество работ. Транспортирующими органами у них обычно служат безопорные свободно плавающие шнеки, размещенные в прокладываемых трубах. Такой шнек состоит из нескольких секций, наращиваемых в процессе прокладки труб. На первой секции шнека устанавливают режущую головку, которая разрабатывает грунт по диаметру трубы. При этом создается серпообразный зазор между наружной стенкой трубы и сводом скважины, благодаря чему значительно уменьшаются усилия подачи труб в скважину.
Рис. 6.27. Схема машины горизонтального бурения с совмещенным бурением и подачей труб:
1 – электродвигатель; 2, 4, 5, 13, 14, 17 – звездочки; 3, 16 – червячные редукторы; 6 – кулачковая муфта; 7–барабан; 8 – трос; 9 – неподвижный блок; 10 – режущая головка; 11 – прокладываемые трубы; 12 – шнек; 15 – опорный
ролик
Шнек и трубу подают в скважину с помощью каретки, получающей нажимные усилия от ходового винта, или используя полиспасты, как показано на рис. 6.27.
Режущая головка машины состоит из державки, на которой укреплены зубья, армированные твердыми сплавами. Зубья при вращении перекрывают все сечения скважины и равномерно разрабатывают грунт.
Производительность машин с совмещенным бурением и прокладкой труб более высокая, чем у машин с раздельно выполняемыми операциями.
К рассматриваемой группе машин относят также скребковые. В скребковой машине передняя секция трубы – инвентарная, т. е. ее не оставляют в скважине после окончания работы. В этой секции устанавливают режущий рабочий орган и его привод. Рабочий орган состоит из забурника и ротора. При вращении он вырезает и измельчает грунт, после чего он падает на нижнюю часть
312
инвентарной секции.
Удаляют грунт из секций скребковым конвейером (транспортером). Скребки прикрепляют к бесконечной втулочно-роликовой цепи, которая с помощью приводного редуктора и кривошипного механизма совершает возвратно-поступательное движение вперед и назад. При движении вперед скребки свободно отжимаются и проскальзывают над грунтом, оставляя его на месте. При обратном движении скребки под действием собственной массы, заняв вертикальное положение, загребают грунт, оставленный смежными скребками, и передвигают его ближе к заднему концу трубы. Скребковые машины сравнительно просты по устройству и имеют небольшую массу. Их производительность составляет 2–3 м/ч.
Машинами с гидромеханизированными процессами разработки и удаления грунта чаще всего разрабатывают его одновременно двумя способами: механическим разрушением и размывом струей воды, вытекающей под напором. На конце прокладываемой трубы укрепляют буровую колонку. При вращательно-поступательном движении трубы буровая колонка вырезает керн грунта, который разрыхляется затем ножами. Одновременно грунт размывается струей воды и в виде пульпы стекает из трубы на дно котлована. Напор рабочих органов на грунт обеспечивается гидравлическим или канатным механизмом. Вода подается к рабочему органу по промывочной трубе, помещенной внутри прокладываемой трубы.
Гидромеханические установки расходуют 120–150 м3/ч воды при ее напоре 0,1–0,20 МПа (18–20 м). Скорость бурения – 1,5–8 м/ч. Эти машины нельзя применять для прокладки трубопроводов под железнодорожными насыпями ввиду опасности размыва насыпи.
Буровыеустановкисцикличнымудалениемгрунта обычно имеют в качестве рабочего органа винтообразный нож, который режет и разрыхляет грунт перед прокладываемой трубой. Внутри трубы помещают транспортирующее устройство, чаще всего ковш. После того как труба продвигается вперед на 10– 15 см, ковш врезается в разрыхленный грунт. Затем ковш, не полностью заполненный грунтом, отводится немного назад. Такой цикл движения ковша повторяется. Для того чтобы грунт полностью заполнил ковш, в инвентарной передней секции трубы перемещается клапан, качающийся на неподвижной оси. Этот клапан при движении ковша вперед прижимается к передней части грунта, находящегося в ковше, перемещая его в заднюю часть ковша. При движении ковша назад клапан приподнимается, свободно пропуская под собой грунт в ковше. Полностью наполняется ковш за 3–4 цикла. Разгружают ковш при помощи разгрузочного клапана аналогичного загрузочному. Трубу подают в забой канатным механизмом.
Эти установки применяют, главным образом, для проходки скважин большого диаметра. Скорость проходки скважины описанными установками обычно не велика – 3–5 м/ч. Основные преимущества машин с цикличным удалением грунта – возможность проходки протяженных скважин (длиной до 90–100 м), а также сменная производительность примерно на 30–50% большая, чем у других типов машин этого назначения.
Машины для бестраншейной прокладки труб выпускают самоходные и несамоходные. Первые монтируют на гусеничных тракторах, вторые
313