Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами.

Более 40% объемов земляных работ в строительстве выполняются од­ноковшовыми экскаваторами.

Ими производят отрывку траншей, каналов, котлованов, выемок, погрузочные работы и т.д. Расширяются области и масштабы применения экскаваторов с гидравлическим приводом. Их выпуск составляет более 85% производимых строительных одноковшовых экскаваторов, номенклатура их различна. Самый крупный в мире гусеничный одноковшовый гидравлический экскаватор ЕХ 3500 (Япония) имеет объем ковша 25 м³. Эксплу­атационный вес этого экскаватора — 328 т, мощность двигателя — 1 238 кило­ватт. Средний рабочий цикл (захват породы и погрузка ее в кузов самосвала) при повороте стрелы на 90° занимает 27—30 с. Четырех ковшей такого экскаватора хватит на кузов автосамосвала грузоподъемностью 120 т. Помимо гигантских экскаваторов, выпускаются и так называемые их карманные собратья. Приме­ром может служить сверхмалый экскаватор марки ДН-0115 (Чехия). Это гидрав­лический ковшовый экскаватор с объемом ковша 0,03 м³, т.е. всего в 3—4 ведра. Максимальная глубина копания —2 м. Вынимать землю машина может на высоту 2,2 м. Ширина колеи — 95 см. Масса — 540 кг. Он применяется для рытья канав под кабель и различные трубопроводы, ям для установки столбов. Из-за своих малых размеров он может работать там, где нет места для более крупной техники или не имеет смысла ее привлекать.

Перед началом работы участки пути, по которым передвигается экскаватор, выравниваются бульдозером или автогрейдером. Площадки на местах стоянок экскаватора должны иметь горизонтальную поверхность.

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами (с прямой и обратной лопата­ми, драглайнами, грейферами) производится проходками (продольная траншея, образуемая экскаватором за один проход), расположенными в один или несколь­ко ярусов. Количество и параметры проходок зависят от размеров выемок и ха­рактеристик экскаваторов, определяются в технологических картах проектов производства работ. Глубина копания выемок составляет в основном не более 10—11 м при наибольших объемах работ на объектах на глубинах от 2 до 6 м.

Рабочая зона экскаватора, ограниченная радиусом его действия и включаю­щая место стоянки экскаватора, часть поверхности разрабатываемого массива и площадку для размещения транспортных средств или отвала грунта, называется забоем. Различают забои (соответственно и проходки): лобовые, когда автосамосвалы подаются к экскаватору по дну траншеи задним ходом, каждый ярус выем­ки разрабатывается сразу на всю ширину без сквозного проезда транспорта; бо­ковые, когда автосамосвалы устанавливаются под погрузку сбоку и имеется сквоз­ной проезд с открытой стороны.

Параметры проходок и забоев должны выбираться с таким расчетом, чтобы на выполнение операций рабочего цикла экскавации (наполнение ковша грун­том, поворот к месту выгрузки грунта из ковша, разгрузка ковша и поворот к за­бою) затрачивалось минимальное время. При загрузке машин следует назначать целое число полностью загруженных ковшей экскаватора, вмещаемых в кузов автомашины без недогруза и перегруза. При разработке грунта в отвал на рассто­яние, превышающее радиус разгрузки ковша, следует применять бульдозеры для перемещения грунта от места выгрузки из ковша до места укладки в сооружение или в отвалы.

Одноковшовые экскаваторы заканчивают разработку котлованов и траншей за 20—30 см до их проектной отметки. Оставшийся слой грунта (дно выемки) до­рабатывают (зачищают) бульдозерами и другими средствами, исключающими применение ручного труда. Для улучшения качества работ по разработке земля­ных масс землеройную технику автоматизируют посредством управляющих сис­тем, например лазерных, которые позволяют автоматически выдерживать задан­ные параметры земляных сооружений.

Разработка грунта экскаватором с прямой лопатой производится выше уров­ня его стоянки, при этом забои характеризуются высотой и горизонтальными размерами. Наибольшую высоту забоев принимают равной максимальной вы­соте резания экскаватора, которая должна обеспечить наполнение ковша с «шап­кой» и исключить нависание «козырьков», способных обрушиться.

Рабочая зона экскаватора, где находится его стоянка и разрабатываемый с этой стоянки массив грунта: называется забоем. В этой зоне располагается загружаемый в транспортные средства или отвал грунта. Выемка, образующаяся в результате последовательной разработки грунта при периодическом передвижении экскаватора в зоне, называется проходкой. По характеру разработки грунта проходки могут быть лобовыми (торцевыми) и боковыми.

Разработку забоя начинают как можно ближе к месту загрузки транспортных средств. Если ширина забоя экскаватора (траншеи, котлована) больше макси­мального радиуса резания примерно в 1,5— 1,9 раза, экскаватор продвигается по продольной оси котлована и разрабатывает грунт лобовым забоем. Грунт отгру­жается в автомобили-самосвалы, которые полаются попеременно вдоль обоих откосов котлована. Если ширина забоя больше радиуса резания в 1,9—2,5 раза., экскаватор перемещается зигзагообразными переходами, разрабатывая правую плевую стороны забоя попеременно. При более широких котлованах экскава­тор разрабатывает их параллельными забоями по всей ширине.

При разработке котлованов прямой лопатой неизбежны дополнительные ра­боты по устройству въездных траншей. Съезд в котлован должен иметь уклон не более 10—15° и ширину 3,5—4 м при одностороннем движении транспорта и 7— 8 м при двустороннем.

Разработка грунта экскаватором с обратной лопатой обеспечивает выполне­ние земляных работ ниже уровня стоянки.

При разработке грунта с погрузкой в транспортные средства ширина проход­ки принимается равной 1,2— 1,3 наибольшего радиуса резания. При отсыпке грун­та в отвал ширина проходки уменьшается до 0,7—0,8 наибольшего радиуса реза­ния. Если надо расширить проходку, то грунт разрабатывают уширенными забо­ями при зигзагообразном перемещении экскаватора.

При разработке грунта навымет (с укладкой грунта непосредственно в земляное сооружение или в отвал) величина углов поворота не должна превышать в среднем 90⁰, а при погрузке в транспортные средства 70⁰. Автомобили устанав­ливают гак, чтобы во время разгрузки ковша угол между осью стрелы экскавато­ра и продольной осью автомобиля был не более 40°.

Эксплуатационная производительность экскаватора зависит от длительности цикла, а также продолжительности использования экскаватора в течение смены и определяется по формуле:

П= Т60qn KK

Где - продолжительность смены, час; -геометрический объем ковша, м3; - количество циклов в минуту -- время одного цикла; - коэффициент наполнения ковша; - коэффициент использования экскаватора по времени.

Коэффициент и зависят от вида рабочего оборудования, группы грунта, емкости ковша и вида работ, а число циклов ____ определяется условиями работы экскаватора.

При разработке грунта экскаватором-драглайном навымет ширина проходок должна быть такой, чтобы величина углов поворотов не превышала 90°

(120° — при выполнении выемок железных и автомобильных дорог). При погрузке на транспортные средства, подаваемые к экскаватору на одном с ним уровне, этот угол соответственно равен 70° и 130°. Глубина забоев в этих случаях должна быть не более 2/3 полной глубины резания. Передвигать экскаватор за один раз раци­онально на расстояние, не превышающее 1/5 длины стрелы.

Во всех случаях, когда состояние грунта и размеры подошвы проходки драг­лайна позволяют подавать автосамосвалы по дну проходки, применяется челноч­ный способ погрузки. При этом способе углы поворота платформы экскаватора не должны превышать 15°. Набор грунта производится поочередно с каждой сто­роны автосамосвала.

Разработка грунта экскаватором с грейфером производится при соответствии массы ковша плотности разрабатываемого грунта. Повороты экскаватора при разработке навымет в среднем не должны: превышать 90°, при погрузке грунта в транспорт — 70°, расстояние передвижек — не более 0,4 длины стрелы.

Многоковшовые экскаваторы являются машинами непрерывного действия и в зависимости от рабочего органа (цепь или колесо-ротор) бывают цепными и ро­торными. Цепные экскаваторы продольного или поперечного действия служат для разработки котлованов и траншей, а роторные — только траншей.

Сменная производительности многоковшовых экскаваторов в значительной степени зависит от соотношения линейных скоростей движения машины и ковшей, закрепленных на цепи (ротора)

П= 60Т q nKK/K

Где - объем одного ковша; м; - количество ковшей, участвующей в наборе и ссыпке грунта за минуту; ; - линейная скорость движения ковшей, м/с; - расстояние между смежными ковшами, м; - коэффициент использования ковша; - коэффициент использования экскаватора по времени; - коэффициент первоначального разрыхления грунта.

Разработка грунта бульдозерами. Процесс разработки грунта бульдозером состоит из трех основных операций: набор, транспортирование и укладка грунта.

Бульдозер — землеройно-транспортная машина, представляющая собой базо­вую машину (трактор) с навесным оборудованием, состоящим из ножевого от­вала, толкающей рамы и устройств для управления отвалом. Бульдозеры разли­чают: по тяговому классу базовой машины — малогабаритные (класс до 0,9, мощ­ность 18,5—37 кВт), легкие (класс 1,4—4, мощность 37—96 кВт), средние (класс 6-15, мощность 104—154 кВт), тяжелые (класс 25—35, мощность 220-405 кВт), сверхтяжелые (класс свыше 35, мощность 510 кВт и более); по типу ходовой час­ти — гусеничные и пневмоколесные; по конструкции рабочего органа — с непо­воротным или с поворотным отвалом; по виду системы управления рабочим ор­ганом — с механическим (канатно-блочным) или с гидравлическим управлением.

Мощность бульдозеров, применяемых в строительстве, составляет 500—600 кВт, одновременное перемещение грунта за один цикл — 7,5 м³. Перспективными являются бульдозеры, которые за один цикл перемещают 15—25 м³ грунта и обес­печивают посредством автоматической системы управления отвалом заданный профиль основания земляного сооружения и проектные размеры (отметки).

Бульдозеры применяют для: разработки неглубоких выемок (до 2 м), перемещения грунта в отвал или непосредственно в насыпи высотой до 1.5 м; грубой планировки площадок, откосов выемок и насыпей; обратной засыпки траншей и пазухов котлованов; окучивания разработанного грунта в зоне работы погрузчиков. Бульдозер тоже широко используют на вспомогательных работах в комплексе с другими и при производстве подготовительных работ (расчистка участка от кустов, деревьев, пней, растительного слоя, камней).

Бульдозерами выполняется около 40% общего объема земляных работ. Об­ширная область применения сделала эти машины наиболее распространенными (наряду с экскаваторами) в строительстве. Достоинства бульдозеров: хорошая маневренность в стесненных условиях; малое давление на грунт и хорошее сцеп­ление с ним; возможность работы на увлажненных участках. Мощные бульдо­зеры имеют в качестве навесного оборудования рыхлители, что существенно расширяет область их применения, позволяя разрабатывать мерзлые и плотные грунты.

Наибольшая дальность перемещения грунта бульдозерами составляет 100— 150 м. Такое ограничение объясняется низкой скоростью машины и потерями грунта при перемещении. Если расстояние перемещения грунта до 50 м, то об­ратный путь в выемку бульдозер совершает задним ходом (челночное движение).

При перемещении грунта по такой схеме на большие расстояния значительно возрастают потери времени на холостой ход из-за малой задней скорости трак­тора. В таких случаях грунт перемещается по эллиптической схеме.

Плотные и мерзлые грунты всех категорий до разработки их бульдозерами дол­жны быть разрыхлены. При этом объем разрыхленного грунта не должен превы­шать сменной производительности комплекта машин во избежание промерза­ния, пересыхания в сухое время или переувлажнения в дождливую погоду.

Каналы и выемки разрабатываются бульдозером по ярусно-траншейной схе­ме. Ярус делят в продольном направлении на полосы шириной, равной длине отвала бульдозера, и оставляют между ними стенки шириной до 1 м, благодаря чему исключаются потери грунта с отвала ножа при перемещении его по тран­шее.

Разработку грунта начинают с полос, прилегающих к бровкам выемки. Стенки, оставленные между траншеями, разрабатывают после выборки грунта во всех траншеях первого яруса.

Грунт из выемки в насыпь на расстояние 20—25 м перемещают но траншей-га ной схеме без образования промежуточного вала грунта, на расстояние более 25 м — с образованием промежуточного вала грунта.

Резание и перемещение грунта при разработке выемки производится при дви­жении бульдозера под уклон 10—15°. При этом грунт срезается стружками как можно большей толщины по прямоугольной схеме.

На горизонтальных участках, особенно в плотных грунтах, применяется гребенчатая (клиновая) схема резания: нож бульдозера сначала врезается в грунт на И максимально возможную глубину — до 20 см, затем при перегрузке двигателя трактора частично выглубляется, и далее опускается вновь.

Подчистные работы целесообразно выполнять с помощью бульдозера в комплекте с экскаватором. В этом случае бульдозер подает добираемый грунт под ковш экскаватора, который перемещает его в автосамосвалы или навымет.

Засыпку траншей и пазух фундаментов осуществляют поперечными проходками бульдозера с неповоротным отвалом или продольными проходками универсального бульдозера с поворотным отвалом. Работа бульдозера должна соче­таться с уплотнением грунта в пазухах и траншеях.

Сменная эксплуатационная производительность бульдозера определяется по формуле:

Пэ =

Где Т – продолжительность работы бульдозера в смену. час; - объем грунта в плотном состоянии, перемещаемого бульдозером за рейс, м; - коэффициент, учитывающий потери грунта в процессе перемещения, - коэффициент использования машины по времени (при перемещении разрыхленного скального грунта 0.75; в других случаях 0.8); Т – продолжительность набора грунта, мин.; - время затрачиваемое на переключение скоростей, мин; - расчетное расстояние перемещения с грузом и порожняком, м; - соответственно скорости бульдозера в груженном м порожнем состоянии, м/мин.

Значения - определяют по инструктивно-нормативной литературе.

Разработка грунта скреперами. Скрепер может выполнять следующие операции: послойную разработку грунта с одновременным наполнением ковша, транспортирование набранного грунта и распределение грунта.

Скреперы являются наиболее производительными землеройно-транспортными машинами. Их достоинства: возможность разработки, набора и распределе­ния грунта при значительных расстояниях перемещения; способность не повреж­дать путь, по которому перемещается машина; экономичность при вскрышных I работах. Разработка грунта скреперами рекомендуется при следующих макси­мальных расстояниях его транспортирования: для прицепных скреперов с ков­шом вместимостью до 3 м³ — не более 250 м, 5 м³ — 300 м, 6 м³ — 500 м, 10м³ — 750 м и 15 м³ — не более 1 000 м; для самоходных скреперов с ковшом емкостью 6-8 м³ - не более 1 500 м, 10 м³ - 2 000 и 15 м³ — не более 5 000 м.

В зависимости от характера возводимого сооружения, взаимного рас­положения мест разработки и выгрузки грунта и других местных условий при­нимаются различные схемы движения скреперов: при возведении насыпей из грунтов боковых резервов — по эллипсу или восьмерке; при возведении насы­пей высотой 2,5—6,0 м из грунтов односторонних резервов большой протяжен­ности — по зигзагу; при возведении насыпей из грунтов двухсторонних резервов и разработке каналов с перемещением грунта в двухсторонние отвалы — по про­дольно-челночной схеме; при сооружении каналов глубиной 1,0—1,5 м с переме­щением грунта в двухсторонние отвалы или при разработке выемок — по попе­речно-челночной схеме. При работе по эллиптической схеме движение скреперов необходимо 2 раза в смену изменять на обратное во избежание одностороннего изнашивания ходовых частей скрепера и трактора.

При выборе схем движения скрепера необходимо, чтобы путь транспортирования, грунта был самым коротким и без крутых поворотов; длина забоя должна обеспечивать полную загрузку скрепера, а длина фронта разгрузки — полную разгрузку ковша. На тяжелых влажных глинистых грунтах при загрузке ковшом самоходных скреперов требуются один, иногда два и даже три одновре­менно работающих трактора-толкача.

Крутизна въездов не должна превышать 20%, а ширина их должна быть не менее 4 м. Расстояние между съездами и въездами при рабочих отметках насыпи от 2 до 5 м назначается соответственно от 50 до 100 м.

Плотные грунты (суглинистые, глинистые) следует предварительно рыхлить на толщину снимаемой стружки.

В зимнее время грунт должен разрабатываться круглосуточно при непрерыв­ной рабочей неделе.

Грейдер— колесная землеройно-транспортная машина с регулируемым отва­лом. В отличие от бульдозерного отвал грейдера размещается в средней части машины между передней и задней осями. В основном используются автогрейде­ры, но может работать в прицепе и полуприцепе к трактору.

Грейдер-элеватор — землеройно-транспортная машина, сочетающая в себе дис­ковый или полукруглый нож и ленточный конвейер для удаления грунта из зоны разработки. Применяется для разработки грунтов и отсыпки их в дорожные на­сыпи, отвалы и в транспортные средства. Эффективность работы грейдера-эле­ватора обеспечивается при протяженности рабочего хода не менее 200 м. Их не применяют на мокрых грунтах и в грунтах с каменистыми включениями разме­ром свыше 150 мм.

При гидромеханизированных (гидравлических) способах разработки грунт разра­батывают, транспортируют и укладывают с помощью воды. Применяются они при наличии грунтов, которые могут размываться и транспортироваться водой при достаточном количестве воды и электроэнергии. При гидромеханизации все три составляющих земляных работ (разработка, транспорт, укладка грунтов) объе­диняются в непрерывный производственный процесс, что обусловливает высо­кую эффективность и малую трудоемкость этого способа.

Гидромеханизированный способ широко применяется в гидротехническом строительстве, при намы­ве территорий, добыче строительного песка и гравия. Осуществляется при помощи гидромонитора (гидромониторный способ) или плавучего землесосного снаряда (землесосный способ). В надводных забоях грунт разрабатывают гидро­мониторами, в подводных — плавучими землесосными снарядами.

Принцип действия гидромонитора основан на разрушении и смыве грунта струей воды, а земснаряда — на всасывании разжиженного грунта (пульпы) со дна водоемов и подаче пульпы с помощью мощного центробежного насоса по напорному трубопроводу для намыва насыпи.

Основное орудие при гидромониторных работах, служащее для создания плот­ной, летящей с большой скоростью водяной струи и направления ее в нужную точку забоя для размыва и транспортирования грунта, — гидромонитор. Вытека­ющая из него с большой скоростью (20—70 м/с) струя воды размывает грунт, ко­торый стекает к землесосу и перекачивается им по трубам к месту укладки. Если рельеф местности позволяет, то разжиженный грунт (пульпа) транспортируется к месту укладки самотеком — по желобам или канавам.

Различают две принципиальные схемы размыва грунта гидромониторами: при встречном забое размыв производится снизу вверх и при попутном забое — сверху вниз. При встречном забое направление движения струи гидромонитора проти­воположно направлению движения потока пульпы. Движение пульпы от забоя к зумпфу перекачивающей станции обеспечивается за счет образующегося уклона подошвы забоя. При попутном забое гидромонитор устанавливается на поверх­ности забоя и направление движения его струи совпадает с направлением дви­жения пульпы.

Однако гидромониторным способом выполняются лишь около 5% гидро-механизированных работ, 95% осуществляется землесосным способом, который, как достаточно дорогой, рентабелен при годовых объемах работ более 400 тыс. м.

Землесосный снаряд — плавучая машина, которая разрабатывает грунт под во­дой и транспортирует гидросмесь грунтовым насосом. Пульпоприготовителыное устройство — это бункер (обычно передвижной), где грунт смешивается с водой. Шлюзовой аппарат — емкость, в которую загружается грунт; затем аппарат гер­метизируется, насосом подается вода и гидросмесь транспортируется по трубам.

Для непрерывного ведения работ грунт целесообразно намывать участками (картами). В период перекладки труб и устройства обвалований на одной карте намывают грунт на смежной. Осветленная вода, подаваемая земснарядом па кар­ты намыва, сбрасывается затем в шахтные колодцы и отводится за пределы со­оружения.

В ряде случаев весьма экономично и эффективно выполнение земляных ра­бот взрывным способом, при котором расход рабочей силы и горючего значитель­но меньше, чем при экскаваторном способе. Так называемые созидательные, мирные взрывы настройке — дело уже привычное. Ими дробят скалы, «перебра­сывают» с одного места на другое тысячи кубометров породы, прокладывают траншеи. Только один правильно рассчитанный по мощности взрыв может за­менить множество землеройной, погрузочно-разгрузочной и другой техники. Производительность взрывного способа намного выше производительности зем­леройной техники.

Взрывчатые вещества (ВВ) — в основном аммониты. Они не чувствительны к ударам и трению, не взрываются от пламени, требуют использования детонато­ров. Отрицательное свойство — гигроскопичность, в отсыревшем состоянии аммониты ослабляют силу взрыва и даже совсем ее теряют. Есть водоустойчивые ВВ, заключенные в полиэтиленовую оболочку — шланговый заряд, укладывае­мый бестраншейным способом с помощью переоборудованных дреноукладочных или кротодренажных машин. При ведении взрывных работ применяются также простейшие ВВ типа АС+ДТ (аммиачная селитра + дизельное топливо). Кроме того, в обводненных забоях используются водонаполненные и пластичес­кие взрывчатые вещества.

При буровзрывных работах практически полностью механизировано бурение взрывных скважин, внедряются прогрессивная технология взрывания, комплекс­ная механизация буровых и зарядных работ, высокоэффективные взрывчатые вещества и средства инициирования.

Для взрывания скальных пород бурятся скважины уменьшенного диаметра (60— 130 мм), так как считается, что увеличение диаметра влечет за собой увели­чение куска взорванной горной массы, что снижает производительность погрузочно-транспортного оборудования. Подземные горные выработки проходят в основном с помощью шпуровых зарядов. Для бурения шпуров применяют пнев­матические, электрические и гидравлические буровые машины, монтируемые на гидравлических манипуляторах.

Большое распространение при проведении взрывных работ получило короткозамедленное взрывание — поочередное взрывание зарядов или группы заря­дов ВВ с некоторыми интервалами во времени, измеряемыми сотыми и тысяч­ными долями секунды. Его преимущества: лучшее дробление породы; снижение j сейсмического воздействия взрыва на здания и сооружения; увеличение выхода разрыхленной горной массы; возможность управления направлением и формой развала горной породы; уменьшение радиусов размета кусков грунта.