4.Технология строительства
Бестраншейный (закрытый) способ прокладки кожухов может применяться под любой дорогой. Он не требует снижения интенсивности и скорости движения транспорта в период проведения работ, так как все работы выполняются без нарушения земляного полотна и верхних покрытий или строений дороги.
В связи с повышением скоростей движения транспорта на магистральных дорогах значительно возросли требования к условиям безопасного выполнения работ по устройству переходов открытым способом, поэтому бестраншейный способ прокладки кожухов под такими магистралями является основным способом.
4.1 Метод продавливания
Прокладка труб продавливанием является одним из самых распространенных и старых методов, объединяющих несколько разновидностей ручной и механической разработки грунта. Методы продавливания характеризуются тем, что прокладываемые защитные кожухи открытым концом, снабженные кольцевым ножом с наружными или внутренними скосами, вдавливают в массив грунта. При этом грунт, поступающий в полость кожуха, разрабатывают и удаляют ручным или механическим способами. Прокладка кожухов этим методом осуществляется звеньями длиной 6-12 м путем их наращивания сваркой.
Для прокладки стальных труб-кожухов методом продавливания к переднему концу первого звена прокладываемого кожуха приваривается инвентарная ножевая секция. Скосы режущих кромок ножей выполняются под углом 15-22, при этом они могут быть изготовлены с наклоном внутрь или наружу. Наиболее часто применяют расширительные ножи серпообразного или кольцевого сечения. Ножи серпообразного сечения позволяют создавать серпообразный зазор в верхней части скважины на 0,6-0,75 длины ее окружности. Кроме того, они способствуют сохранению направления проходки. Силы трения, возникающие между стенкой прокладываемого кожуха и грунтом, велики. Некоторый зазор между верхом кожуха и сводом скважины значительно снижает силы трения, поэтому для образования зазора наружный диаметр кольцевых ножей принимают на 30-60 мм больше наружного диаметра прокладываемого кожуха.
Возникающие сопротивления при движении трубы-кожуха в грунте при его прокладке методом продавливания преодолеваются нажимными усилиями применяемых силовых установок. Наибольшее распространение получили гидравлические установки, монтируемые из гидродомкратов ГД-170/1150, ГД-170/1600 или ГД-500/600, насосов высокого давления или трубок высокого давления, распределителя давления и контрольных приборов. Особенность гидродомкратов, используемых в установках, состоит в том, что они развивают большие усилия и имеют обратный ход. В зависимости от возникающих сопротивлений выбирают силовые гидродомкратные установки, состоящие из двух или четырех гидродомкратов одного типа.
Для сохранения направления прокладки применяют вертикальные и горизонтальные рамы. Вертикальные рамы изготовляют из деревянных брусьев одновременно с устройством крепления передней стенки рабочего котлована. Горизонтальные направляющие рамы изготовляют из рельсов или уголков, прикрепляемых к укороченным деревянным шпалам или брускам толщиной 200 мм. Длина направляющих рам принимается на 1-1,5 м меньше длины прокладываемого кожуха.
Особое внимание при устройстве рабочих котлованов для прокладки труб-кожухов продавливанием должно уделяться прочности задней стенки, воспринимающей отпорные реакции усилий подачи, развиваемых гидродомкратной установкой и достигающих иногда более 500 тс. Задняя стенка рабочего котлована укрепляется упорной стенкой. Конструкции упорных стенок, применяемых при продавливании, зависят от глубины заложения кожухов, грунтовых условий и отпорных (или нажимных усилий).
Реакции от нажимных усилий гидродомкратной установки передаются на упорные стенки опорными башмаками, изготовленными из листовой стали толщиной 20-30 мм или отрезков старых рельсов.
Установки с гидродомкратами и ручной разработкой грунта в забое часто применяют при прокладке кожухов методами продавливания. Они просты в изготовлении и практически пригодны для работы во всех грунтовых условиях. Процесс прокладки кожуха происходит следующим образом. Подготовленное для прокладки первое звено кожуха 5 с лобовой обделкой (ножом) 6 опускают на направляющую раму 9 и устанавливают на его торце нажимную заглушку 11. Затем включают в работу гидродомкраты 12 силового агрегата. Штоки гидродомкратов упираются в фланцы-заглушки и продвигают кожух вперед. При этом передний открытый конец кожуха внедряется в массив грунта. В процессе внедрения грунт входит в полость кожуха, образуя грунтовую пробку, которую впоследствии разрабатывают при помощи лопаты с укороченной ручкой. Грунт из забоя удаляют специальной тележкой или совком, которые передвигаются внутри кожуха. Для того, чтобы можно было вынимать грунт из кожуха без снятия нажимной заглушки, в ней имеется вверху специальное разгрузочное окно. После того, как кожух внедрят в грунт на глубину, равную ходу штоков гидродомкратов, штоки отводят в исходное положение. Вместе со штоками в исходное положение возвращается нажимная заглушка. В образовавшийся просвет между торцом кожуха 5 и заглушкой 11 вставляется нажимной патрубок 10, длина которого несколько меньше рабочего хода штоков. Снова включают гидродомкрат и кожух с нажимным патрубком и заглушкой продвигают вперед на полную длину хода штоков гидродомкратов. После этого штоки гидродомкратов с нажимной заглушкой опять отводят назад и в образовавшийся просвет вставляют уже другой нажимной патрубок, длина которого равна двойной длине первого патрубка. Продвижение кожуха и смену нажимных патрубков осуществляют до тех пор, пока первое звено не будет полностью вдавлено в массив грунта. После этого штоки гидродомкратов отводят назад вместе с заглушкой, одновременно удаляют и нижние патрубки. На освободившееся от патрубков место укладывают второе звено, которое центрируют и присоединяют к первому звену кожуха сваркой. Затем в принятой последовательности все операции повторяют до тех пор, пока лобовой конец первого звена не войдет в приемный котлован.
В комплект установки, предназначенной для прокладки кожухов методом продавливания, входят следующие основные узлы: силовой агрегат из двух гидродомкратов ГД-170/1150, насосная станция с двумя насосами, приводимыми в действие электрическими двигателями, устройство для передачи нажимных усилий на торец кожуха, трехбарабанная лебедка для отрезания грунтового керна и транспортирования его рабочим органам, ножевая инвентарная секция с системой роликов,гидрораспределитель давления с контрольной аппаратурой. Силовой агрегат имеет два гидродомкрата, смонтированных на металлической раме. Его размещают в рабочем котловане, при этом рама опирается на шпалы, уложенные на дне котлована. Для передачи нажимных усилий на инвентарную упорную стенку служит башмак, изготовленный из двутаврового проката. Насосную станцию располагают на берме рабочего котлована и соединяют трубопроводами высокого давления с гидрораспределителем, при помощи которого машинист управляет гидродомкратами силового агрегата. Гидрораспределитель расположен на общем пульте управления над силовым агрегатом. Устройство для передачи нажимных усилий устанавливают на горизонтальную направляющую раму, которая соединена с основной рамой силового агрегата. Нажимные штанги и траверса перемещаются по направляющей раме на роликах опорных тележек. Траверса представляет собой сварную конструкцию с тремя сквозными отверстиями: двумя боковыми диаметром 440 мм, через которые проходят штанги, и одним центральным диаметром 880 мм. Центральное отверстие соединяется с полостью кожуха и предназначается для прохода совка из кожуха при транспортировании грунта. Боковые отверстия траверсы имеют продольные пазы глубиной 57 мм и шириной 90мм для прохождения клиновых упоров, приваренных к нажимным штангам, которые размещаются в этих отверстиях. Штанги изготовлены из толстостенных стальных труб диаметром 426 мм, к которым приварены клиновые упоры длиной 300мм, шириной 80мм и с шагом 900мм; высота упоров над трубой 50 мм. Общая длина штанги 7200мм. При перемещении нажимных штанг в боковых отверстиях траверсы упоры могут свободно проходить через пазы. Для стопорения штанг при их движении вперед и передаче нажимных усилий траверсе на ее задней стенке смонтированы два поворотных фланца, отверстия которых также имеют пазы для прохождения клиновых упоров. При повороте фланцев вокруг штанг они перекрывают пазы боковых отверстий траверсы и препятствуют свободному перемещению упоров, т.е. стопорят штанги, передавая нажимные усилия траверсе. Пазы фланцев имеют скосы одной из стенок. При обратном движении штанг клиновые упоры взаимодействуют со скосами пазов во фланцах, автоматически поворачивают их в положение, при котором они не препятствуют движению штанг назад.
Траверса перемещается по направляющей раме на четырех опорных роликах, а нажимные штанги – на роликах опорных тележек, смонтированных на концах штанг. Каждая тележка имеет по два опорных ролика. Нажимные штанги связаны со штоками гидродомкратов силового агрегата и при обратном ходе вместе с ним возвращаются в исходное положение. При этом траверса и кожух остаются на месте до следующего цикла проходки. Перед следующим циклом проходки поворотные фланцы вручную поворачивают вокруг штанг для перекрытия пазов в отверстиях траверсы. Трехбарабанная лебедка смонтирована над гидродомкратами силового агрегата. Все три барабана лебедки размещены на одном валу и приводятся в действие одним электрическим двигателем. Основное назначение лебедки – приведение в действие рабочего органа. Рычаги управления барабанами лебедки выведены на площадку пульта управления. На этой же площадке смонтирован гидрораспределитель, при помощи которого осуществляют управление работой гидродомкратов силового агрегата. Ножевая секция представляет собой отрезок трубы, диаметр которого равен диаметру прокладываемого кожуха. Длина ножевой секции составляет 930 мм. Передний конец этой секции снабжен ножом с диффузом. Для повышения устойчивости забоя верхняя часть ножа снабжена козырьком, выступающим за режущую кромку ножа. В верхней части ножевой секции за диффузором смонтированы ролики для подтягивания рабочего органа к забою. Ножевая секция приваривается к переднему концу первого звена кожуха и по окончании проходки отрезается для повторного использования. При вдавливании ножевой секции в грунт последний проходит через диффузор в телескопический совок, размещенный в корпусе рабочего органа. Для предварительного закрепления рабочего органа внутри кожуха на расстоянии 2790 мм от кромки ножевой секции приваривают упоры, за которые зацепляются защелки, смонтированные на задней стенке рабочего органа. Рабочий орган предназначен для отрезания грунтового керна в забое и транспортирования его из полости кожуха в рабочий котлован. Отделение керна осуществляется затяжной канатной петли при помощи одного из канатов лебедки. Для закрепления растянутой петли в передней части корпуса рабочего органа смонтировано стальное кольцо с пружинными зажимами. При подтягивании отрезного каната петля выскальзывает из зажимов и, затягиваясь вокруг керна, отделяет его от массива грунта. Отрезанный керн опускается в совок и вместе с рабочим органом извлекается из забоя. Совок состоит из двух секций разной длины. При этом короткая секция размещается внутри длинной секции и имеет свободный ход 950 мм. Телескопическая конструкция совка позволяет при работе осуществлять извлечение керна через два рабочих хода штоков гидродомкратов. Чтобы избежать периодического наращивания рабочего каната, на задней стенке рабочего органа смонтирован специальный барабан-накопитель, предназначенный для компенсации длины подтяжной ветви рабочего каната, увеличивающейся после каждого цикла проходки. Барабан-накопитель разделяет рабочий канат на две ветви: подтяжную – от барабана-накопителя до роликов натяжной секции и от них до корпуса рабочего органа, где он закрепляется, и силовую – от правого барабана лебедки до барабана-накопителя. При намотке на правый барабан лебедки силовой ветви каната последний сматывается с барабана-накопителя и приводит его во вращение. При этом тяговая ветвь каната наматывается на барабан и заставляет корпус рабочего органа прижиматься к забою. При вытягивании рабочего органа происходит удлинение подтяжной ветви каната, сопровождаемое вращением барабана-накопителя в обратном направлении, при этом происходит намотка каната на барабан-накопитель и сматывание его с правого барабана лебедки. Вытягивание рабочего органа осуществляется тяговым канатом через уравнитель, который двумя отрезками каната соединен с защелками и одним, более длинным, - скорпусом рабочего органа. При подтягивании тягового каната первыми натягиваются отрезки, соединенные с защелками, при этом происходит сжатие пружин и выведение защелок из зацепления с упорами кожуха. Затем натягивается более длинный отрезок каната, присоединенный к корпусу рабочего органа, и под действием этого отрезка каната рабочий орган извлекается из забоя. После выхода из отверстия траверсы рабочего органа движение его прекращают, освобождают подтягивающую ветвь рабочего каната и удаляют из котлована совок с грунтом. Затем пустой совок снова укладывают в корпус, прикрепляют к корпусу конец подтяжной ветви каната и направляют рабочий орган в забой. По характерным щелчкам защелок определяют, что рабочий орган достиг забоя, после чего подачу рабочего органа прекращают и начинают новый цикл проходки.
После прокладки первого звена кожуха нажимная траверса оттягивается в исходное положение. Тяговый канат отсоединяется от уравнивателя, а рабочий канат расцепляется на барабане лебедки перематывается на барабан-накопитель; затем на направляющую раму укладывается новое звено кожуха, которое приваривается к уже проложенному. Процесс прокладки второго и последующих звеньев кожуха аналогичен прокладке первого звена.