Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Важнейшими народнохозяйственными задачами, стоящими перед транспортными строителями, являются: снижение стоимости производимых ими работ, сокращение трудовых затрат и внедрение ресурсосберегающих технологий. гидромеханизация карьер грунт земляной

Этим требованиям в полной мере отвечает гидромеханизация как один из эффективных и высокопроизводительных способов комплексной механизации земляных работ. Гидромеханизация обеспечивает ускорение и повышение эффективности транспортного строительства, благодаря чему находит все более широкое применение при производстве земляных работ.

Гидромеханизированный способ производства земляных работ применяется в транспортном строительстве с 1934 года. За это время гидромеханизация неизмеримо выросла, получила динамическое развитие и превратилась в крупное высокомеханизированное производство. Достигнута полная механизация работ, созданы новые высокоэффективные машины и механизмы, применяемые в этой области, модернизируются старые образцы, внедряются более совершенные технологические схемы возведения земляного полотна железных и автомобильных дорог.

1. Гидромеханизация и область ее применения

1.1 Преимущества, методы, область применения гидромеханизации земляных работ

Гидромеханизация - один из способов комплексной механизации земляных, горных и других работ, при котором все или основная часть технологических процессов осуществляются движущимся потоком воды.

Гидромеханизация является одним из наиболее прогрессивных и эффективных способов производства земляных работ. Эффективность этого способа заложена в самой его сущности - в едином неразрывном технологическом процессе объединены разработка, транспортирование и укладка грунта. Трудозатраты на наиболее трудоемкой операции для сухоройного способа - транспортировке грунта, ничтожно малы, а, следовательно, достигается более высокая по сравнению с сухоройным способом производительность труда. В свою очередь, гидравлическая укладка грунта обеспечивает необходимую плотность его в сооружении без дополнительных трудовых затрат и уплотняющих средств, а в сочетании с возможностью попутного отмыва глинистых частиц вместе с отработанной водой позволяет получить земляное полотно очень высокого качества. При этом стоимость гидромеханизированных работ значительно ниже традиционного способа возведения земляного полотна с использованием экскаваторных модулей.

Кроме вышеуказанных, для гидромеханизации характерны следующие преимущества:

1. Простота по устройству и эксплуатации основного (землесосного) оборудования.

2. Более низкая энергоемкость с пересчетом на условное топливо.

3. Ускоренный процесс осадки сооружения на слабом основании благодаря более высоким нагрузкам в процессе намыва.

4. Возможность попутного, в процессе укладки, фракционирования грунта за счет естественного разделения, что можно использовать при возведении намывных плотин, и что позволяет разложить грунт в теле плотины по крупности частиц так, как этого требует ее конструкция, и возводить плотины с ядром или оградительные дамбы.

5. Возможность подачи грунта с большой интенсивностью на ограниченные по площади и труднодоступные для автотранспорта участки сооружений, например в узкие каньоны, пазухи сооружений и др.

6. Возможность концентрации на одном земснаряде электропривода большой мощности в сочетании с высокопроизводительным землесосом позволяет выполнять очень большие объемы работ в короткие сроки.

7. При добыче нерудных строительных материалов в едином технологическом процессе производится разработка, транспортирование, фракционирование с использованием гидроклассифицирующих аппаратов и укладка грунта в штабель.

8. Возможность применения комбинированного способа, когда разработка грунта с загрузкой его в шлюзовые аппараты осуществляется сухоройным способом, а дальнейшее транспортирование и укладка - водой.

9. Не требуется строительства подъездных автодорог от карьеров к месту возведения сооружения.

10. Значительное снижение отвода площадей под карьеры за счет глубины их отработки.

11. Возможность применения в необжитых, труднодоступных районах при отсутствии дорог и коммуникаций. В отдельных случаях гидромеханизация является единственно возможным способом работы.

Наиболее полно преимущество гидромеханизации по сравнению с сухоройным способом проявилось в процессе освоения Западно-Сибирского нефтегазового региона. Земляные работы при строительстве железных дорог, магистральных и внутрипромысловых автодорог, отсыпке площадок под кустовое бурение скважин, а также территорий под жилищное и промышленное строительство из-за обводненности и заболоченности территории Западно-Сибирской низменности являлись проблемой номер один. Карьеры, пригодные для разработки сухоройным способом, располагались на повышенных участках местности покрытой лесом и были значительно удалены от мест укладки грунта (на 5…50 километров). Кроме того, для их закладки требовался отвод больших площадей из-за незначительной мощности слоя. На первом этапе освоения нефтяных месторождений Среднего Приобья (60-е - начало 70-х годов) до одного миллиона кубометров леса расходовалось ежегодно при устройстве основания таких дорог.

Положительный результат применения в те же годы гидромеханизации на строительстве ж.д. Тюмень - Сургут и магистральной автодороги Нефтеюганск - Сургут, речных портов в Тобольске и Сургуте позволил начать ее использование в нефтепромысловом освоении. Намыв в короткий срок с высоким качеством внутрипромысловой дороги и площадки кустового бурения на Солкинском месторождении в 1972 году положил начало широкому применению гидромеханизации при освоении Западно-Сибирского нефтегазового комплекса.

Различают три метода гидромеханизированных работ: гидромониторный, землесосный и комбинированный.

Гидромониторный метод производства работ в надводном забое имеет два технологических варианта:

- разработка грунта гидромониторно-насосными установками с самотечным (безнапорным) гидротранспортированием пульпы к месту укладки грунта (применяется при наличии необходимых уклонов для создания требуемой скорости движения пульпы);

- разработка грунта гидромониторно-насосно-землесосными установками с принудительным (напорным) гидротранспортированием пульпы к месту укладки грунта.

Землесосный метод производства работ состоит в подводной разработке грунта и гидротранспортировании пульпы плавучими землесосными снарядами к месту укладки грунта.

Комбинированный метод производства работ заключается в разработке и рыхлении грунта сухоройными машинами и самотечном или напорном гидротранспортировании пульпы к месту укладки грунта.

Наиболее распространенным и эффективным из вышеперечисленных методов является землесосный.

В практике гидромеханизации земляных работ применяют две основные схемы водоснабжения: прямое и с оборотом воды.

Прямое водоснабжение гидромониторных и землесосных работ возможно в тех случаях, когда источник питания водой (какой-либо водоем) имеет дебит, существенно превышающий расход воды, необходимый для нормальной работы средств гидромеханизации. Прямое водоснабжение дополняют устройством прудов-отстойников для осветления отработанной воды перед сбросом ее в реку или другой водоем. При сбросе воды в местные водоемы необходимо руководствоваться Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

Водоснабжение с оборотом воды применяют при недостаточном дебите источника питания. В этих случаях отработанная вода из водоемов-отстойников насосами подается обратно в гидромониторный забой или в разрабатываемый земснарядами карьер.

Гидромеханизация широко применяется в народном хозяйстве. В транспортном строительстве данный способ используется для разработки выемок и намыва насыпей земляного полотна железных и автомобильных дорог, особенно на подходах к мостам, намыва дамб, регуляционных сооружений, площадок при строительстве аэродромов, для производства дноуглубительных работ, добычи балласта, песка, гравия, производства вскрышных работ и т.д.

2. Разработка выемок и карьеров гидромониторами

Гидромониторный размыв эффективен при раз работке в необводненных притрассовых карьерах песков, супесей, илов и легких суглинков вы сокими забоями (до 30 м) для намыва насыпей дорог, грунтов, сильно засоренных остатками растительно сти, топляками, валунами, при устройстве ка налов, котлованов, выемок для земляного полотна дорог, для производства вскрышных работ. Следует отметить, что при этом способе точное соблюдение профиля выемок не обеспечивается. Для повышения эффективности гидромониторной раз работки связные грунты и плотные песчано-гравийные отложения можно предва рительно рыхлить механическими средствами. Целесообразность применения гид ромониторной разработки устанавливается в каждом конкретном случае технико-экономическими расчетами.

2.1 Оборудование для гидромониторных работ

В состав оборудования для гидромониторных работ входят гидромониторы, насосные станции и забойные землесосные установки.

Гидромонитор (от гидро и англ. monitor - водомёт), аппарат, предназначенный для превращения статического напора подводимой к нему воды в скоростной напор струи, истекающей из насадки.

С учетом конструктивных особенностей гидромониторы разделяют следующим образом: по назначению - для открытых горных работ, подземных работ и специального назначения; по технологическим признакам - на врубовые и смывные; по способу управления - на управляемые вруч ную и дистанционно (с электромеханическим и электрогидравлическим управлением); по условиям работы - на гидромониторы дальнего и ближ него боя; по рабочему напору - на низконапорные (давление до 1,2 МПа) и вы соконапорные (давление более 1,2 МПа).

Гидромонитор имеет нижнее колено 2 с фланцем 1 для присоединения к водоводу, по которому вода под давлением подается от насосной станции, и верхнее колено 4, переходящее в конический ствол 6 с навинчиваемой на его конец насадкой 8. Нижнее и верхнее колена соединены между собой подвижно через обойму 3 с шариковым подшипником, благодаря чему обеспечивается вращение ствола в горизонтальной плоскости. Обойма состоит из двух половин, стянутых между собой болтами. Для предотвращения утечки воды из подвижного соединения служат прокладки. Шарнирное соединение ствола гидромонитора с верхним коленом позволяет изменять угол наклона ствола в вертикальной плоскости. Основной частью этого соединения является шаровой шарнир 5, обеспечивающий связь верхнего колена и ствола.

Чтобы не происходило закручивания струи, которое может повлечь за собой нарушение ее структуры, в стволе и на выходе из верхнего колена имеются направляющие ребра 9. Нижнее колено гидромонитора смонтировано на салазках 10, металлической раме с полозьями из труб и других опорных конструкциях. Для управления гидромонитором вручную служит водило 7, закрепленное в кронштейнах верхнего колена и ствола.

Наибольшее распространение в строительстве получили гидромониторы ГМН-250С и ГМН-250. Обозначения маркировки: ГМ - гидромони тор, Н - сокращенное название организации - автора конструкции (НИГРИзолото), цифры указывают условный диаметр входного патрубка, мм; буквой С обозначают серийный гидромонитор.

Гидромонитор ГМН-250С имеет хорошие гидравлические парамет ры, надежен в работе, у него простая конструкция, им легко управлять благо даря специальному горизонтальному шарниру с шарикоподшипником и сальнико вым уплотнением. Данный гидромонитор имеет ручное управление.

В транспортном строительстве используют также гидромонитор дистанцион ного управления ГДУ-250 конструкции объединения «Трансгидромеханизация».

Стволом маневрируют при помощи гидравлических цилиндров, работающих от масляной системы. Масляный лопастный насос обеспечивает подачу 5 л/мин при давлении 6,5 МПа. Электродвигатель насоса марки АО-42-6 имеет мощность 1,7 кВт. Гидромонитором управляют с пульта при визуальном наблюдении. Насадки обеспечивают окончательное формирование водяной струи гидромонитора. Для эффективного формирования и создания большой скорости вылета струи применяют конические сходящиеся насадки с цилиндрическим участком в конце.

Передвижные забойные землесосные установки предназначены для забора гидромассы из пульпоприемника (зумпфа), представляющего собой яму или колодец, и подачи ее под напором к месту укладки. Они состоят из грунтового насоса 6 (землесоса) и электродвигателя 10, которые монтируют на жестком металлическом щите или санях 15 из стальных труб с насадкой 11. Грунтовые насосы отличаются от центробежных, предназначенных для чистой воды, способностью пропускать во взвесях кусковые и абразивные материалы. Всасывающая труба 2 соединена с патрубком землесоса шаровым шарниром 4 и тройником 5, имеющим люк для очистки рабочего колеса. Заглубление всасывающей трубы в зумпфе 1 регулируют при помощи лебедки 16 и троса, проходящего через блок на вершине стрелы 3. На напорной трубе (пульповоде) 12 установлены задвижка 14 и обратный клапан 13. Для пуска установки корпус землесоса заливают водой, при этом используют водоструйный эжектор 8. Контроль величин разрежения и напора осуществляют с помощью вакуумметра 7 и манометра 9.

Землесосные установки перемещают волоком при помощи трактора. Если гидромониторно-землесосный комплект предназначен для разработки карьера с затоплением подошвы забоя, можно применять забойные землесосные установки на плашкоутах. Насосные станции служат для обеспечения водой гидромониторов, подпитки дополнительной водой притрассовых пойменных карьеров, откачки осветленной воды с карт намыва. Насосные станции оборудованы насосами, двигателями с пускорегулирующей аппаратурой, всасывающим и напорным трубопроводами, водозаборными устройствами, контрольно-измеритель ными приборами. Наиболее распространены плавучие (передвижные) и реже используются ста ционарные (береговые) насосные станции. Плавучие насосные станции монтируют на понтонах.

Всасывающие трубы укладывают с подъемом по направлению к насосам с общим уклоном не менее 1:100 для предупреждения образования воздушных мешков. Они должны иметь малую длину, а скорость воды должна быть не более 1,5 м/с. Для исключения образования воздушной воронки приемное отверстие всасывающей трубы следует располагать на глубине не менее 1,5 м от поверхности воды для насосов с подачей до 1200 м³/ч и не менее 2...2,5 м при подаче более 1500 м³/ч. У всасывающей трубы устанавливают плотик размером 1х1 м. Площадь отверстий на сетке всасывающего наконечника должна быть в 2…3 раза больше сече ния трубы.

Насосы для гидромониторных установок подбирают с учетом необходимой подачи, напора и мощности на валу насоса.

Если требуемый расход воды или напор не обеспечиваются одним насосом, то необходимо установить два или более насосов соответственно параллельно для увеличения подачи (при постоянном напоре) или последовательно для увеличения напора (при постоянном расходе).

Потребные для работы гидромонитора расход и напор воды зависят от гранулометрического состава грунта, а также высоты забоя. Например, при высоте забоя 3…5 м для разработки и транспортирования 1 мі мелкозернистых песков, содержащих (по массе) до 3% глинистых частиц, до 5% пылеватых и более 50% мелких песчаных, расход воды составляет 6 мі при напоре 30 м, а для разработки и транспортирования 1 мі полужирной глины, содержащей 50…60% глинистых частиц и до 15% гравийно-галечных, расход воды - 14 мі при напоре 100 м. При увеличении высоты забоя удельный расход воды и необходимый напор возрастают.

3. Разработка грунта землесосными снарядами

3.1 Характеристика земснарядов

Землесосный снаряд (земснаряд) представляет собой плавучую машину (судно), предназначенную для выемки и гидротранспортирования грунта со дна водоемов, действующую по принципу всасывания и оборудованную средствами для рабочих перемещений, необходимых в ходе разработки грунта.

Земснаряды подразделяют в зависимости от конструкции корпуса - на разборные и неразборные; по типу привода - на электрические и автономные (дизельные и дизель-электрические); по способу грунтозабора - с непосредственным всасыванием грунта без рыхления и с предварительным рыхлением механическими, гидравлическими и другими средствами; по способу управления - с ручным, дистанционным и автоматическим управлением; по способу рабочих перемещений - якорные, свайно-якорные и безъякорные; по способу передвижения - несамоходные и самоходные (морские); по месту размещения грунтового насоса - на палубные, полутрюмные, трюмные и с погружным грунтовым насосом на раме рыхлителя. У большинства земснарядов грунтовой насос размещен в трюме. Палубное размещение грунтового насоса снижает интенсивность грунтозабора и производительность земснаряда, поэтому в настоящее время сохранилось лишь на устаревших типах земснарядов.

Каждому земснаряду (судну) присваивают класс Речного Регистра в зависимости от конструкции и разряда водного бассейна, в котором допускается его эксплуатация: класс «Л» - для плавания по рекам, где высота волны не превышает 0,6 м (малые реки, верховья крупных рек); класс «Р» - для плавания на средних и нижних плесах рек, каналах и некоторых спокойных озерах, где высота волны не превышает 1,2 м; класс «О» - для плавания при высоте волны до 2 м (некоторые водохранилища и низовья крупных рек); класс «М» - для плавания в устьях больших рек, озерах, водохранилищах, морских заливах при высоте волны до 3 м.

С учетом специфики транспортного строительства осуществляется коренное техническое перевооружение гидромеханизации за счет модернизации действующих и изготовления новых, более производительных грунтовых насосов и земснарядов повышенной единичной мощности с лучшими технико-экономическими показателями. С целью уменьшения разнотипности в качестве базовых приняты три типа земснарядов - 12А-5Д (дизельный), 180-60 и 300-40М (400-70). Земснаряды других типов модернизируются с заменой на базовые. Все земснаряды имеют электрический привод (за исключением 12А-5Д) и являются несамоходными.

В обозначении земснарядов первое число выражает условную производительность по грунту (при 10%-ной консистенции пульпы), м³/ч; второе - полный напор, развиваемый грунтовым насосом, м; буква М указывает на модернизацию. В обозначении земснарядов устаревших типов (12А-4 и т.д.): первое число - указывает уменьшенный в 25 раз диаметр всасывающего патрубка, мм; буква А - наличие элементов автоматического управления; цифра в конце индекса - порядковый номер модели.

Известно, что чем крупнее землесосный снаряд, тем выше его эффективность. Поэтому, казалось бы, и выбирать нужно всегда самые крупные земснаряды, используя мелкие лишь тогда, когда их сезонная производительность превосходит заданный объем работ. Однако такой подход к делу яв ляется неправильным, так как кроме факторов, непосред ственно влияющих на себестоимость единицы работы, не обходимо учитывать факторы, трудно поддающиеся эко номическим расчетам:

- непригодность работы крупного земснаряда на огра ниченном фронте работ и при малых глубинах разработки;

- полное прекращение работ в случае аварии;

- сложность обеспечения крупных земснарядов электро энергией и запасными частями, изготовление которых, как правило, не может быть организовано силами мастерских строительства.

Таким образом, при составлении вариантов производства работ не рекомендуется увлекаться крупными земснарядами, а выбирать тип земснаряда и потребное их количество в зависимости от объема работ в сезон.

4. Особенности производства гидромеханизированных работ в зимнее время

4.1 Общие положения

В зимних условиях работа земснаряда затрудняется из-за образования льда, а работа гидромониторных установок - из-за промерзания разрабатываемого грунта.

Все работы гидромеханизированного комплекса (подготовительные и основные), выполняемые в зимний период, должны проводиться по заранее составленному проекту производства работ.

При составлении проекта необходимо учитывать тип принятого оборудования, местные условия района строительства, в частности физические и механические свойства льда, а также то, что использование средств гидромеханизации на земляных работах допускается при температуре не ниже минус 20°С, и что производительность гидромеханизированных установок в зимнее время снижается, а удельный расход электроэнергии повышается соответственно в среднем на 10…25% по сравнению с летним периодом. Кроме того, следует иметь в виду, что для успешной работы в зимнее время должны быть обеспечены непрерывность и соответствующая интенсивность работы всего комплекса средств гидромеханизации.

4.2 Гидромониторные разработки

Для нормальной работы гидромониторов в зимний период требуется увеличение напора струи у насадки на 30…50% по сравнению с летним, для чего на насосной станции необходимо предусматривать резервный насос, последовательно подключаемый в сеть водоснабжения. Продвигание забоя должно быть не менее 0,2 м/ч при ширине проходки не более 12 м.

До наступления заморозков территорию разработок необходимо очистить от леса, кустарника, пней и растительного слоя и выполнить работы по предотвращению промерзания грунта, применяя общие способы и средства его утепления: вспахивание на глубину 20…30 см с боронованием, снегозадержание, покрытие территории теплоизоляционными материалами, создание специальной льдовоздушной шубы (используется только для утепления недренирующих грунтов).

При остановке гидромониторов на длительное время грудь забоя следует утеплять снегом, соломенно-камышитовыми матами и другими теплоизолирующими материалами.

Допустимые сроки остановки гидромониторов без образования в забое трудноразмываемой толщи мерзлого грунта зависят от атмосферных условий и для глинистых и суглинистых грунтов при высоте уступов от 8 до 16 м не должны превышать:

а) при температуре воздуха до - 10°С:

- без ветра - 4 суток;

- при сильном ветре - 2 суток;

б) при температуре воздуха от - 10°С до - 20°С:

- без ветра - 3 суток;

- при сильном ветре - 1,5…2 суток.

Для уменьшения образования наледей размыв грунта следует вести с близких расстояний и на узком фронте работ. При образовании большой корки мерзлого грунта поверхность забоя необходимо разрыхлять взрывным способом.

4.3 Гидротранспорт

Гидротранспорт грунта в зимнее время должен осуществляться без опасности смерзания пульпы. Для этого при самотечном транспортировании пульпы канавам и лоткам необходимо придавать больший уклон, чем летом, а при температуре воздуха ниже минус 20°С ограничивать дальность транспортирования пульпы открытым лотком (не более 70…80 м).

При напорном транспортировании пульпы скорость ее движения и предельно допустимая дальность транспортирования должны определяться расчетом.

При длине транспортирования пульпы больше расчетной, пульпопровод необходимо утеплять местными материалами (снегом, льдом, хворостом).

При перекачке пульпы землесосом допустимое время остановки землесоса без образования льда в зумпфе должно определяться в зависимости от температуры наружного воздуха:

4.4 Землесосные разработки

Основным условием успешной работы земснаряда в зимнее время является поддержание вокруг земснаряда и плавучего пульпопровода незамерзающей майны (полыньи), площадь которой может быть ориентировочно определена по формуле

(5.1)

где Q_ц - производительность циркуляционной установки, м³/с;

t_в, t - соответственно температура воды на уровне водозабора и температура воздуха, °С;

х - скорость ветра, м/с.

Поддержание незамерзающей майны может быть осуществлено при помощи гидравлической циркуляционной установки с центробежными и пропеллерными насосами, создающими в майне течение воды из нижних слоев водоема в верхние со скоростью 0,1 м/с, что предотвращает образование льда.

При отсутствии указанной выше установки майна может поддерживаться пневматической циркуляционной установкой, состоящей из компрессора, смонтированного на земснаряде, и расположенных на небольшой глубине вокруг плавучей системы перфорированных труб.

4.5 Укладка грунта

Основным требованием во время зимнего намыва грунта является поддержание намываемой поверхности в талом состоянии, а в случае намыва на промороженную поверхность - ее оттаивание.

Для выполнения этого требования рекомендуется применять при отрицательных температурах в основном безэстакадный способ намыва и выбирать размеры карт и расходы пульпы таким образом, чтобы интенсивность намыва была в два - три раза большей, чем в летний период. В процессе намыва необходимо тщательно следить за состоянием прудка-отстойника и за работой водосбросных систем, не допуская перерывов в работе более 10…15 ч. Если на поверхности намываемого грунта образуется мерзлая корка толщиной более 15…18 см, то ее монолитность должна быть нарушена до начала последующего намыва.

Библиографический список

Биткин Г.В., Горин М.А., Вавилов Н.Г. Гидромеханизация на транспортном строительстве. - М.: Транспорт, 1970. - 304 с.

Булаш Н.М., Новожилов Г.Ф. Производство земляных работ средствами гидромеханизации в транспортном строительстве. - Л.: ЛИИЖТ, 1972. - 57 с.

Глевицкий В.И. Гидромеханизация в транспортном строительстве. - М.: Транспорт, 1988. - 271 с.

Железнодорожное строительство. Технология и механизация / С.П. Першин, М.А. Зензинов, Н.А. Фищуков, Г.Н. Шадрина; Под ред. С.П. Першина. - М.: Транспорт, 1991. - 399 с.

Ильин Н. И. Земснаряды. - М.: Транспорт, 1982. - 200 с.

Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. - М.: Недра, 1979. - 549 с.

Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. - М.: Стройиздат, 1986. - 256 с.

Огурцов А.И. Намыв земляных сооружений. - М.: Стройиздат, 1974. - 366 с.

Попов Ю.В., Рощупкин Д.В. Гидромеханизация земляных работ в зимнее время. - Л.: Стройиздат, 1979. - 186 с.

Технология железнодорожного строительства / Э.С. Спиридонов, А.М. Призмазонов, А.Ф. Аккуратов, Т.В. Шепитько; Под ред. А.Н. Призмазонова, Э.С. Спиридонова. - М.: Желдориздат, 2002. - 631 с.

Указания по проектированию производства земляных работ способом гидромеханизации/ Главпроект Минтрансстроя СССР. - М.: 1985. - 161 с.

Шкондин Б. М. Машины для гидромеханизации земляных работ. М.: Стройиздат, 1982. - 183 с.

Размещено на Allbest.ru