Тема 5 «Технология производства работ методами гидромеханизации».

Рассматриваемые вопросы:

1. Общие сведения о гидромеханизированных работах

2. Разработка грунта гидромониторами и земснарядами

3. Намыв насыпей и площадок

1Общие сведения о гидромеханизированных работах

Гидромеханизация земляных работ основана на свойстве потока воды при большой скорости оказывать разрушающее воздействие на грунт и перемещать частицы грунта во взвешенном состоянии, а при снижении скорости осаждать на дно взвешенные частицы грунта.

В комплексный процесс гидромеханизации земляных работ входят:

1. разработка грунта разрушением его, которое производится двумя прин­ципиально различными способами: размывом или всасыванием;

2. транспортирование грунта;

3) укладка грунта.

Смесь воды и частиц грунта называется гидромассой, или пульпой. Сте­пень насыщения потока гидромассы грунтом характеризуется консистенцией пульпы. Так, например, в пульпе консистенции 1 : 10 содер­жится на 1 м³ грунта, замеренного в его естественном залегании (в целике), 10 м³ воды.

На транспортном строительстве гидромеханизация применяется при со­оружении земляного полотна, плотин, дамб, планировке площадок, разра­ботке котлованов, добыче песка и гравия и т.д.

Для эффективного применения гидромеханизации земляных работ необ­ходимо иметь источник воды и энергоустановку достаточной мощности. Применение гидромеханизации возможно при любых нескальных грунтах.

Достоинства метода производства работ:

1. высокая производи­тельность установок

2. малой трудоемкостью работ

3. низкой стоимостью обору­дования и работ

4. возводимые способом гидромеханизации сооружения отли­чаются высокой плотностью грунта.

Недостатками гидромеханизации являются:

1. значительная энергоемкость работ

2. большая потребность в металле на трубопроводы

3. существенные затраты времени на подготовительные работы —- монтаж трубопроводов и ограждение участков производства работ.

2. Разработка грунта гидромониторами и земснарядами

Вода под давлением подво­дится к гидромонитору от насос­ной станции. Потребный напор и расход воды следует назначать в зависимости от плотности и зерно­вого состава грунта и других ме­стных условий.

Водопроизводительность гидромонитора в м³/сек определяется по формуле:

где to — площадь выходного отверстия насадки в м ,

d — внутренний диаметр насадки гидромонитора в м;

v₀ — скорость вылета струи из насадки в м/сек, определяемая по формуле

φ — коэффициент расхода, зависящий от угла конусности насадки и ее

отделки и принимаемый равным 0,93;

g — ускорение силы тяжести в м/сек²;

Н₀ — действующий напор на вылете струи в м;

V_п — скорость подтока воды к насадке в м/сек.

Число потребных насосов или гидромониторов m зависит от количества воды, необходимой для обеспечения разработки и перемещения грунта, срока производства работ и от водопроизводительности насоса или гидромонитора (от расхода ими воды) и определяется по формуле

где W — объем разрабатываемого грунта в м³;

q — количество воды, потребное для разработки 1 м³ грунта, в м³;

а — дополнительное количество воды, потребное для перемещения одного кубометра грунта, в м³;

Q — водопроизводительность насоса или гидромонитора в м³/ч;

К_в — коэффициент использования насоса или гидромонитора по времени;

п — число часов работы в сутки;

Т — срок производства работ в сутках.

Грунты могут разрабатываться способом «снизу вверх» при установке гидромонитора на дне забоя и способом «сверху вниз» в случае установки гидро­монитора на верхней отметке забоя.

При разработке грунта способом «снизу вверх» (рис. 1, а) сначала струей воды производится подруб в подошве откоса, вызывающий обрушение вышележащего грунта, а затем уже ведется раз­мыв обрушившегося грунта. Гидромасса подгоняется к канавкам или лоткам, слу­жащим для ее отвода.

В плотных грунтах этот способ при­меняется в сочетании со «встречным» за­боем (рис. 1, б), при котором струя воды направляется «нормально» к забою и, дейст­вуя на него ударом и размывом, имеет боль­шую разрушительную силу. Более рыхлые грунты можно разрабатывать этим же спо­собом при «косом» забое (рис. 1, в). В этом случае струю воды направляют под углом с боков забоя к его середине, чем достигается больший охват площади по­дошвы забоя действием струи.

При работе «сверху вниз» с «попут­ным» забоем разработка грунта произво­дится с поверхности забоя (рис. 2, а и б). Гидромонитор 1 вначале устанавливается на бровке откоса ранее разработанной ча­сти забоя (положение II) и разрабатывает канаву 2 для отвода пульпы. Затем гид­ромонитор передвигается на расстояние l (положение I) для разработки забоя 4 в непосредственной близости к нему по обе стороны траншеи. В дальнейшем забой 4 расширяют подмывом и обрушением грун­та откосов забоя 3 под действием струи воды 5.

Работа «сверху вниз» с «попутным» забоем обеспечивает хороший отвод гид­ромассы из забоя, но требует большего расхода воды, в особенности на разработку связных глинистых грунтов. Для обеспече­ния хорошего отвода гидромассы без зна­чительного увеличения расхода воды на разработку грунта применяют «попутный» забой и при разработке грунта с подошвы забоя (рис. 2, в).

Траншея с канавой 8 для отвода гидро­массы и первоначальный забой 10 разра­батываются «снизу вверх» «встречным» за­боем. Разработка основного массива 9 про­изводится «снизу вверх», но с «попутным» забоем.

Чтобы обеспечить необходимую ско­рость течения пульпы от забоя до пульпоприемника, называемого зумпфом, по­дошве забоя придают определенный уклон. При разработке глинистых грунтов достаточен уклон 1,5%, для перемещения супесей и мелких песков требуется уклон 2—2,5%, средних песков—3% и крупных песков — 5—6%.

Требования, которые необходимо соблюдать при производстве работ методами гидромеханизации:

1. наилучший размыв грунта гидромонитором обеспечивается в зоне ком­пактной струи, длина которой составляет 0,25—0,35 действующего у насадки гидромонитора напора воды (в м вод. ст.).

2. исходя из условий компактности струи и длины труб водовода, шаг передвижки гидро­мониторов l принимается при разработке плотных связных грунтов равным 6 м, рыхлых — 12 м.

3. забой, подлежащий размыву, разбивают по ширине на полосы, равные удвоенному принятому шагу передвижки гидромонитора, т. е. b < 2l.

4. для обеспечения бесперебойности работ обычно в забое устанавливают два гидромонитора; при этом попеременно одним ведут разработку грунта, а другой в это время передвигают. бесперебойная разработка грунта возможна и при работе одним гидромонитором, если применять для подачи воды гибкие проре­зиненные шланги, попеременно присоединяемые к гидромонитору.

Для перемещения гидромассы по трубам под напором приме­няются землесосы и гидроэлеваторы.

Землесос является одноступенчатым центробежным насосом консольного типа с односторонним всасыванием, приспособленным для пере­качивания воды с грунтом.

Гидроэлеватор приме­няется для перекачивания гидромас­сы и представляет собой литую или сварную из стальных труб конструк­цию. Гидроэлеваторы могут поднимать гидромассу, содержащую крупные фрак­ции, на высоту до 30 м, не имеют быстроизнашивающихся частей, просты и на­дежны в работе, но требуют большого расхода высоконапорной воды — от 15 до 70 м³ на кубометр разрабатываемого грунта. Напор воды должен превышать в 5—7 раз высоту подъема гидромассы.

Гидроэлеваторы наиболее широко применяются при выдаче грунта из кес­сонов, глубоких затопленных котлованов, шахт и разработке подводных карье­ров гравия.

Землесосные установки предназначены для перекачивания пульпы; в зависимости от назначения они подразделяются на забойные и пере­качивающие. Забойные установки применяются для всасывания пульпы, пос­тупившей самотеком от гидромонитора в приямок-зумпф, и перемещения ее под напором по трубам к месту укладки. Так как для отвода пульпы к зумпфу нужен определенный уклон дна канавы или лотка, не представляется возмож­ным разработать грунт гидромонитором по подошве забоя до проектной от­метки.

Для уменьшения объема недобора необходимо вслед за гидромонитором передвигать и землесос, поэтому забойные землесосные установки выпускаются передвижными.

Частые передвижки землесосных установок нецелесообразны, так как вы­зываемые ими перерывы в работе снижают производительность. В зависимости от вида разрабатываемых грунтов шаг передвижки землесосных установок со­ставляет 50-—100 м. Чем крупнее частицы грунта, содержащиеся в пульпе, тем больший уклон требуется для перемещения ее к зумпфу и больше стано­вится объем недобора. Поэтому при разработке гравелистых и песчаных грун­тов применяется меньший шаг передвижки землесосной установки, чем при разработке суглинистых и глинистых грунтов.

Для разработки связных грунтов применяются механические разрыхли­тели, ножи которых отрезают пласты грунта и направляют их в зону всасы­вания. Для обеспечения эффективного резания механический разрыхлитель должен принудительно внедряться в грунт. Наиболее распространенными ти­пами механических разрыхлителей являются фрезерные.

При разработке рыхлых несвязных и связных глинистых грунтов успешно применяются роторно-ковшовые разрых­лители бункерного типа.

Папильонажные устройства служат для непрерывного перемещения зем­снаряда. При веерном папильонирова­нии земснаряд перемещается при помощи двух передних тросов по большому (свыше 50—60 м) радиусу, описываемому вокруг точки закрепления кормового троса. Передние тросы закрепляют впе­реди земснаряда к «мертвякам», распо­ложенным на верхней бровке забоя, или к якорям при разработке затопленно­го забоя. Кормовой трос закрепляют к якорю, забрасываемому в водоем.

Перемещение земснаряда вперед осуществляется при ослаблении кормового троса.

При свайном папильонировании земснаряд перемещается по радиусу, описываемому вокруг сваи. Схема простейшего свайного папильонирования показана на рис. 3.

Плавучий пульповод служит для соединения земснаряда с береговым пульповодом. Он состоит из звеньев труб, уложенных на двух ци­линдрических или эллиптических понтонах. Трубы соединяются между собой шлангами или шаровыми шарнирами.

Звенья плавучего пульповода снабжены трапами для прохода на земсна­ряд и ограждениями, по ним же прокладывается электрокабель, питающий земснаряд. Плавучий пульповод присоединяется к береговому трубой, подве­шенной на двух шаровых шарнирах, что позволяет компенсировать колебание уровня воды в водоеме.