Указания по разработке грунта закрытым способом

УКАЗАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ ГРУНТА ЗАКРЫТЫМ СПОСОБОМ

В обычных условиях для прокладки трубопроводов отрывают траншею, по дну которой укладывают трубу, после чего траншею засыпают. Иногда такая технология оказывается неприемлемой, например, при пересечении трассой трубопровода транспортной магистрали с интенсивным движением, которое невозможно прервать даже на относительно короткий срок. В этих   случаях приходится прибегать к бестраншейным, так называемым закрытым методам работ: проколу, продавливанию, горизонтальному бурению, пневмопробивке или щитовой проходке.

Способ прокола основан на образовании отверстий за счет радиального уплотнения грунта при вдавливании в него трубы с  коническим наконечником. Для вдавливания используют гидравлический домкрат (рис.1,а). В котловане укладывают звено трубы с наконечником и после выверки домкратом вдавливают ее в грунт на длину хода штока, а затем после возвращения штока в начальное положение вводят на их место нажимной патрубок (шомпол) и процессы повторяют. По окончании вдавливания первого звена трубы на полную длину шомпол убирают, а в котлован опускают следующее звено, которое стыкуют с уже вдавленным в грунт звеном, и сваривают их. Для сварки в котловане должен быть предусмотрен приямок около передней стенки котлована. Затем вдавливают наваренное   звено, и   циклы повторяют до выполнения прокола на требуемую глубину.

Этим способом в хорошо сжимаемых грунтах получают отверстия диаметром до 500 мм. В малосжимаемых грунтах (песок, супесь) для обеспечения устойчивости стенок дополнительно к горизонтальному усилию необходимо применять поперечное и вибрационное воздействие, что позволяет получать отверстия диаметром до 300 мм.

Способ продавливания применяют для прокладки труб большого диаметра (до 1400мм). Основан он на последовательном вдавливании в грунт звеньев труб со сваркой,  разработкой грунта внутри трубы и удалением его через прокладываемую трубу с   помощью шнековой установки (рис.1,б), гидромеханическим методом путем размыва грунта внутри трубы струёй воды и последующей откачки пульпы насосом (в легкоразмываемых грунтах) или желонками с наращиванием рукоятки их. Трубы часто служат футлярами для размещения в них основных трубопроводов.

Рис.1  Закрытые способы разработки грунта.

а - прокладывание; б - продавливание; в - горизонтальное бурение;
- ход штока; 1 - крепление передней стенки рабочего котлована; 2 - упор, устанавливаемый на задней стенке рабочего котлована; 3 - гидравлический домкрат; 4 - шомпол; 5 - труба; 6 - конический наконечник; 7 - приямок для наращивания трубы; 8 - привод; 9 - шнековое устройство для извлечения грунта из трубы; 10 - рама, передающая давление; 11 - реечный домкрат; 12 - вращающийся шпиндель; 13 - режущая коронка; 14 - лоток и приямок для пульпы

Рис 2. Пневмопробойник

1- корпус; 2 - съемный расширитель; 3 - ударник; 4 - золотник; 5 - реверсивное устройство; 6 - рукав

Рис.3.Схема проходки туннеля с помощью щита

1 - полость, заполняемая бетонной смесью; 2 - обделка туннеля из тюбингов; 3 - обойма щита; 4 -домкраты; 5 - режущий край; 6 - защитный козырек; 7 - рабочая платформа; 8 - эжектор; 9 - вагонетка; 10 - рукав растворонасоса.

Для горизонтального бурения конец трубы имеет режущую коронку увеличенного диаметра, трубу приводят во вращение от двигателя, установленного на бровке котлована. Поступательное движение трубы обеспечивает реечный домкрат с упором в заднюю стенку котлована. Грунт, заполняющий трубу, можно удалять, как при способе продавливания (рис.1,в).

Пневматическую пробивку ведут с помощью специального проходческого снаряда виброударного действия - пневмопробойника (рис.2), представляющего собой самодвижущуюся пневматическую машину, корпус которой является рабочим органом, образующим скважину. Ударник под действием сжатого воздуха совершает возвратно-поступательные движения и наносит удары по переднему внутреннему торцу корпуса, забивая его в грунт. Пневмопробойник позволяет, проходить скважины длиной до 50 м для трубопроводов диаметром до 300 мм. Имеются конструкции реверсивных пневмопробойников, которые могут выходить из пробитой скважины обратным ходом.

При щитовой проходке разработку грунта и устройство стенок туннеля ведут под защитой цилиндрической оболочки - щита (рис.3), представляющего собой кольцевую, открытую с обоих концов конструкцию, внутренний диаметр которой равняется наружному диаметру сооружаемого туннеля. Спереди щит имеет в верхней части козырек-выступ, служащий для защиты рабочих от возможных обвалов грунта. Продвижение щита сопровождается врезанием его режущего края в грунт и происходит под действием гидравлических домкратов, расположенных по всему периметру щита и упирающихся с одной стороны  в. выступ режущего края, а с другой - в край обделки туннеля.

Обделку собирают из отдельных сегментных блоков - тюбингов, устанавливаемых на место с помощью специального механизма - эректора. Блоки соединяют болтами. Грунт в зоне головной части щита, окаймленной ее режущим краем, разрабатывают в   зависимости от рода грунта с помощью ручных машин - отбойных молотков или вручную, а скальный грунт - буровзрывным способом.

Разработанный грунт удаляют на вагонетках или ленточным конвейером к устью туннеля. Туннели большой длины обычно разбивают на отдельные участки, на стыке которых устанавливают вертикальные шахты, через них удаляют разрабатываемый грунт и доставляют материалы. Домкраты, подвигающие щит, должны иметь ход штока, равный ширине тюбинга. По мере окончания монтажа очередного тюбингового кольца   домкраты переставляют. При продвижении щита вперед снаружи тюбинговой обделки образуется полость за счет обоймы щита. В эту полость нагнетают цементно-песчаный раствор или пресс-бетонную массу; при схватывании раствора происходит дополнительное замоноличивание стенок туннеля и упрочнение окружающего грунта.

УКАЗАНИЯ ПО ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКЕ ГРУНТА

Гидромеханический способ разработки грунта включает следующие операции: размыв грунта под давлением и перевод его в   полужидкую массу, называемую пульпой; перемещение   и укладку (намыв) пульпы в сооружение или отвал. После доставки пульпы к месту образования насыпи вода из нее отфильтровывается, а грунт осаждается. Этот способ разработки применяют при устройстве каналов, плотин, дорожных насыпей и выемок, вскрышных работах на карьерах. Стоимость разработки,  перемещения и укладки грунта в этом случае более низкая, чем при разработках механизированным способом. При использовании этого способа необходимо прокладывать трубопроводы, Устраивать эстакады и другие сооружения. Поэтому гидромеханизированный способ разработки грунтов наиболее эффективен при больших сосредоточенных объемах земляных работ.

Разрабатывать грунт гидромеханическим способом можно в наводных и подводных забоях. Сухой грунт размывают гидромонитором, который представляет собой стальной ствол с насадкой и коленами, обеспечивающими вращение ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях для направления водяной струи. Гидромониторы монтируют на рамах, позволяющих перемещать их в забое. Вода поступает к гидромонитору по трубопроводу под значительным давлением (2,5...15 МПа в зависимости от рода разрабатываемого грунта). Выходя из насадки с большой скоростью, вода ударяет в грунт и разрушает его, образуя пульпу. В зависимости от рода грунта и высоты забоя расход воды на 1 м разрабатываемого грунта составляет 3..15 м. Плотный грунт размывают гидромонитором преимущественно встречным забоем, рыхлый несвязанный грунт -попутным забоем.

В первом случае (рис.4,а) обеспечивается высокая производительность гидромонитора из-за периодических обвалов грунта, нависающего над зоной подмыва (вруба). Этот эффект достигается при отбойке грунта высоконапорной водой или при взрываний грунта. Так как гидромонитор может оказаться среди потоков пульпы, ее следует направлять в обход гидромонитора.

При попутных забоях (рис.4,б) производительность гидромонитора ниже, но перемещается он по сухому грунту, а поток пульпы, приобретая от водяной струи достаточную   начальную скорость, обеспечивает интенсивный сток.

Расстояние гидромонитора от забоя зависит от рода грунта, но должно быть не менее для песка, суглинка и глины L=H, при лессовидных грунтах L=1,2H.

При благоприятном рельефе местности размытый гидромонитором грунт по трубопроводу или лоткам самотеком направляется к месту образования насыпи. При неблагоприятном рельефе пульпа вначале поступает по канавам в зумпф или   приемный колодец, а затем по напорному трубопроводу перекачивается земснарядом в насыпь. Земснаряд, перекачивающий пульпу из зумпфа, снабжен центробежным насосом большой мощности, который может пропускать камни диаметром 100...400 мм. Подача земснарядов 400...1200 м пульпы в 1 ч при напоре 2...8МПа. Пульпопроводы - это стальные трубы, укладываемые на деревянные лежни или вертикальные опоры. Трубы состыкованы быстроразъемными соединениями с резиновыми манжетами.

Размыв грунта встречным забоем начинают с подрезки уступа (вруба). Так как эта операция является наименее производительной, то высота вруба, а, следовательно, и его объем должны быть минимальными. Смыв обрушенного грунта начинают в зоне, ближайшей к пульпосточной канаве. Не следует резко перебрасывать струю гидромонитора с одного участка на другой, так как это нарушает равномерное поступление пульпы в зумпф и вызывает заиливание грунта в канаве.

Рис.4 Способы размыва грунта гидромонитором

а - встречным забоем (снизу вверх); б, в - попутным забоем (сверху вниз); 1 - гидромонитор; 2 - канава для отвода пульпы; 3,4 - последовательность разработки забоя.