Для размыва грунта в котловане применяется гидромонитор
Технологические параметры гидромониторного размыва
Размыв породы струей воды гидромонитора является одним из важнейших элементов гидравлической разработки месторождений. Исследованиями и опытом работ установлено, что производительность разработки зависит от качества гидромониторной струи.
Основное назначение струй в гидромеханизации — разрушение грунтов, различных горных пород и залежей полезных ископаемых. Гидравлические струи для гидромеханизации создаются гидромониторами. Окончательное формирование струи в гидромониторе осуществляется насадкой — коротким коноидальным патрубком, закрепляемым на конце ствола гидромонитора. Качество и структура гидромониторной струи определяются давлением перед гидромониторной насадкой, диаметром выходного сечения насадки, профилем насадки, качеством обработки ее и условиями подвода воды к насадке.
Для разработки месторождений применяются гидромониторные струи больших диаметров — 50—200 мм при выходе из насадки с напором воды перед насадкой 20—180 м.
С учетом конструктивных особенностей гидромониторы разделяют следующим образом: по способу управления — на управляемые вручную и дистанционно; по условиям работы — на гидромониторы дальнего и ближнего боя; по рабочему напору — на низконапорные (давление до 1,2 МПа) и высоконапорные (давление более 1,2 МПа) (табл. 7.4).
В настоящее время на предприятиях гидротехнического строительства и горнодобывающей промышленности созданы высокопроизводительные гидромониторы с дистанционным электрическим управлением: ГМ-350 (КУГУ-350); ГМ-500 (КУГУ-500); ГМСД-300; ГМСДШ-300; ГМСДШ-500 и др. Последние имеют входной диаметр нижнего колена 500 мм и расход воды 6000 м3/ч. Гидромониторы установлены на самоходном (ГМСД-300, ГМСД-500) или шагающем ходу (ГМСДШ-300, ГМСДШ-500).
Гидромонитором управляют с пульта при визуальном наблюдении. Насадки обеспечивают окончательное формирование водяной струи гидромонитора. Для эффективного формирования и создания большей скорости вылета струи применяют конические сходящиеся насадки с цилиндрическим участком на конце (табл. 7.5).
Большую роль в формировании структуры струи играет воздух. Чем меньше диаметр струи, тем больше ее относительная поверхность и тем большее влияние оказывает воздух на ее движение. При больших скоростях струй обмен между воздушной средой и жидкостью струи становится активным, воздух в большом количестве увлекается в движение и влияние его на состояние струи становится настолько значительным, что струи высоких и сверхвысоких давлений быстро распадаются в воздухе.
Струи низкого давления в гидромеханизации применяются для разработки несвязных грунтов и для смыва насыпных материалов. Струи среднего давления составляют основную категорию гидромониторных струй при выполнении земляных и иногда горных работ. Скорость на поверхности этих струй такова, что сила трения струи о воздух оказывается преобладающей над силой поверхностного натяжения. На поверхности тангенциального разрыва образуются вихри, биение которых заметно в дымке, окружающей струю. Дымка представляет собой водную пыль, находящуюся в вихревом движении.
К основным параметрам, от которых зависит эффективность гидравлической разработки, относятся осевое динамическое давление струи на забой, диаметр насадки гидромонитора, высота разрабатываемого уступа, ширина забоя.
Для гидромониторов с расходом воды до 2000 м3/ч оптимальные условия работы создаются при высоте уступа 10—18 м, а для мощных гидромониторов — 20—40 м. Как правило, оптимизацию высоты уступа производят только при гидровскрышных работах, когда мощность вскрыши составляет 20—30 м и более. В остальных случаях высоту уступа определяют по условиям разработки.
Эффективность гидравлического разрушения пород зависит прежде всего от давления струи гидромонитора на забой и характеристики размываемых пород. Поэтому расчет обычно начинают с установления величины этого давления. В общем виде может быть рекомендована такая его последовательность.
В соответствии с породами, подлежащими размыву, устанавливают оптимальное осевое динамическое давление струи на забой. Для плотного суглинка оно равно 0,63—0,68 МПа, плотных трудноразмываемых глинистых пород — 0,8 МПа, полускальных пород — 0,87 МПа. По оптимальному осевому динамическому давлению находят необходимый удельный расход напорной воды (табл. 7.6) и рассчитывают расход воды, обеспечивающий заданную производительность объекта по горной массе.
При давлении перед насадкой порядка 60 МПа и выше скорость истечения жидкости становится равной или большей по значению, чем скорость распространения звука в воздухе. При такой скорости возникают особые явления, такие как разрыв сплошности подтекающего к струе воздуха и образование в связи с этим вакуумных областей. Условия турбулентного перемешивания в толще струи изменяются. Струи высокого и сверхвысокого давления обладают огромной разрушительной силой. Они режут твердые (изверженные) породы и даже сталь.
Струи высокого и сверхвысокого давления применяют при добыче полезных ископаемых гидравлическим способом и в других случаях, когда возникает необходимость разрушения очень крепких пород. Диаметр струи на всем протяжении начального участка, т. е. от выхода из насадки до конца ядра, можно принимать одинаковым и равным диаметру выходного отверстия насадки d0. Далее диаметр струи начинает увеличиваться.
Длина начального участка может быть определена по формуле
где d0 — диаметр насадки, м.
Высота и дальность полета гидромониторных струй имеют большое практическое значение при определении местоположения гидромонитора в карьере по отношению к забою.
Высота подъема, м, направленной вверх струи без учета сопротивления воздуха определяется по выражению
где Vo — скорость струи у выхода из насадки, м/с,
где Qв.с — расход воды через насадку (подача насосной станции), м3/с; H0 — необходимый напор на насадке гидромонитора, м.
В соответствии с полученным значением dн подбирают насадку из числа изготовляемых промышленностью диаметром dст (стандартным).
Протяженность компактной части струи, м, определяется по формуле
Каждая категория грунта и породы требует для их эффективного размыва более или менее определенные оптимальные значения удельных давлений струи и удельных расходов воды (см. табл. 7.6). В табл. 7.7 приведены водопроизводительность гидромониторов (при различных диаметрах насадок) и скорость струи при вылете из насадки в зависимости от напора перед насадкой.
Оптимальным следует принимать то давление, при котором требуется минимальное количество воды на разработку 1 м3 грунта (см. табл. 7.6).
Потери напора, м, в гидромониторе
где hк — потери напора в коленах и шарнирах, м,
где kп.н — коэффициент потерь напора в гидромониторе (kп.н = 14); hн — потери напора в насадке, м,
Для размыва пород заданной категории (определенных физических свойств) подбирается наиболее отвечающий условиям работы тип гидромонитора. По диаметру насадки и типу гидромонитора можно установить параметры забоя.
Минимальное Lmin и максимальное lmax расстояния от гидромонитора до забоя находят исходя из высоты уступа и диаметра насадки (рис. 7.17).
Минимальное расстояние, м, от гидромонитора до забоя
где dст — диаметр стандартной насадки, м; Нг — напор на выходе из насадки гидромонитора, м.
Шаг передвижки, м, гидромонитора
Считая lmax и Hy величинами постоянными, исследуем функцию на экстремум по аг:
Трудоемкость и продолжительность перестановки гидромонитора определяют в соответствии с нормативами в зависимости от его типа. Для установки гидромонитора массой до 0,5 т с помощью трактора затрачивается 2 ч, ручной лебедки — 2,6 ч. При хорошо организованной работе суммарные затраты времени на демонтаж, перестановку и монтаж гидромонитора не должны превышать 4—5 ч.
Объем породы, м3, разрабатываемой с одной стоянки (позиции) гидромонитора:
где Aг — ширина заходки гидромонитора, м,
Продолжительность, ч, одного цикла гидромониторного размыва
где Qэ.г — эксплуатационная производительность гидромонитора по размыву породы, м3/ч; tд, tп и tм — продолжительность соответственно демонтажа, перестановки и монтажа гидромонитора, ч.
Число одновременно действующих гидромониторов устанавливают после определения необходимого диаметра насадки. Когда расчетное значение диаметра насадки больше стандартного, последнее подбирают с таким расчетом, чтобы оно было примерно кратным dн. Исходя из этого, находят число одновременно действующих гидромониторов.
Движение гидросмеси от забоя до зумпфа происходит по уклону, создаваемому в процессе ведения горных работ. При движении от забоя к зумпфу гидросмесь стремится стекать рассредоточенными потоками, имеющими небольшую глубину. Рассредоточенный поток не в состоянии перемещать крупные куски грунта и они остаются на подошве забоя. В результате происходит уменьшение уклона и скорости потока, что приводит к резкому снижению транспортирующей способности потока. В подошве забоя из потока начинают откладываться даже мелкие частицы грунта и происходит замыв рабочей площадки.
Для предотвращения этого необходимо, чтобы поток пульпы был сосредоточенным, а уклоны подошвы забоя обеспечивали бы необходимые скорости движения, при которых потоком перемещалось наибольшее количество грунта. Создание сосредоточенного потока достигается устройством в подошве рабочей площадки забоя пульпоотводной канавы, располагаемой обычно так, чтобы обеспечить транспортирование пульпы по наикратчайшему пути от забоя до зумпфа.
При работе в забое нескольких гидромониторов необходимо стремиться к тому, чтобы потоки пульпы от каждого гидромонитора объединялись в единый поток и попадали в пульпоотводную канаву на возможно близком расстоянии от места размыва грунта в забое.
Устройство пульпоотводных канав обычно выполняется струей гидромонитора, экскаватором или бульдозером.
Уклон канавы, так же как и подошвы рабочей площадки забоя, зависит от типа разрабатываемого грунта и содержания крупных частиц. Чем крупнее грунт, тем больше должен быть уклон канавы и площадки. Уклон канавы и площадки зависит также от расхода пульпы и содержания в ней грунта. С увеличением расхода пульпы густой консистенции необходимы большие уклоны, чем при транспортировании жидкой пульпы.
При изменении высоты уступа изменяются и минимально допустимые уклоны площадок уступа. Это объясняется тем, что с увеличением высоты уступа уменьшаются удельные расходы воды на размыв грунта и, таким образом, повышается консистенция пульпы, в результате чего транспортирующая способность потока снижается и для поддержания ее необходимо увеличение уклонов пульпоотводной канавы.
С увеличением уклонов повышается и производительность смыва грунта. Однако в этом случае резко возрастает объем недомыва, поэтому при отсутствии попутных уклонов скорость потока не следует повышать за счет увеличения уклона сверх минимально допустимого. Особенно это недопустимо при проведение профильных выработок.
Создание большей скорости потока следует обеспечивать за счет следующих мероприятий:
• собирать в один сосредоточенный поток пульпу, стекающую от забоя;
• не допускать засорения канавы крупными камнями, корнями растений и т. п.;
• периодически прочищать канаву струей гидромонитора с целью поддержания необходимого уклона.
Высота уступа оказывает большое влияние на эффективность разработки грунта: с увеличением высоты уступа повышается интенсивность размыва, снижается удельный расход воды, увеличивается объем смыва грунта с одной стоянки гидромонитора. Однако по условиям безопасности в соответствии с Едиными правилами безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом высота уступа не должна превышать 30 м.
Рабочий угол откоса уступа высотой до 20 м из однородных необводненных грунтов при оползневом характере обрушения по поверхности скольжения, близкой к цилиндрической, составляет для грунтов: глинистых — 60—75°, суглинистых — 55—70°, песчаных — 50—60°.
По мере разработки заходки блоками землесосную установку периодически перемещают к забою на расстояние, равное шагу передвижки (рис. 7.18).
Шаг передвижки установки, м,
Обычно шаг передвижки составляет 50—75 м для песчаных 100—150 м для глинистых грунтов. Передвижку землесосной установки производят бульдозерами после подготовки площадки. Передвижка гидромонитора должна быть частой, но расстояние передвижки должно быть не менее 6 м, т. е. кратным длине звена трубы.
Уклоны пульпоотводных канав i принимают в зависимости от типа разрабатываемого грунта и водопроизводительности гидромонитора (см. табл. 7.6).
ГИДРОМОНИТОР ДЛЯ РАЗМЫВА И ОТКАЧКИ ДОННЫХ ИЛОВ
Гидромонитор от Центра по сапропелю предназначен для размыва грунта струей воды высокого давления и последующей откачки образовавшейся пульпы.
Производительность насоса – 300 м3 пульпы в час, напор – 120 м. Общий вес гидромонитора - 2800 кг. Длина – 3700 мм.
Гидромонитор состоит из базового двигателя ЯМЗ-238М2-2 со сцеплением и механизмом отбора мощности и центробежного водяного насоса ЦНС300-120, смонтированных на общей раме.
Гидромонитор поставляется в комплекте с грунторазмывочными инструментами ЭЖ-200, РС-70, РГ-70/3.
Гидромонитор и грунторазмывочные инструменты
Комплект поставки
Гидромонитор производительностью 300 м3 пульпы в час на базе насоса ЦНС300-120 с двигателем ЯМЗ-238М2-2
Эжектор-грунтосос (Д=200 мм) L=1500 мм, вес 35 кг в комплекте с мини-понтоном, кулисой для крепления на спуско-подъемном механизме.
Мини-лебедка (L=2300 мм, вес 27 кг) с мини-понтоном и приспособлением для изменения угла наклона эжектора-грунтососа.
Размывочный ствол (Д=70 мм) с соединительной головкой и одним рабочим отверстием. Габариты L=1400 мм, вес 7 кг.
Размывочная гребенка - «грабли» (Д=70 мм) с тремя рабочими отверстиями, L=1250 мм, вес 13 кг.
Всасывающий армированный шланг (Д=200 мм) с невозвратным клапаном
Оголовок на всасывающую сторону насоса ЦНС-300 для подсоединения всасывающего шланга ВШ-200. Габариты: диаметр 400 х 810 мм, вес 30 кг.
Оголовок с патрубками и вентилями на напорный выход насоса ЦНС-300
Шланг для сброса пульпы (Д=200 мм, L=40 м)
Поплавки (мини-понтоны) металлические (7 шт) для шланга сброса пульпы Д-200.
Габариты: Днар.560мм, Двн.240 мм, высота 810 мм, вес 30 кг. Грузоподъемность около 95 кг.
Соединительные втулки для шлангов Д-200, хомуты
Напорный брезентовый рукав (Д=70 мм, L=60 м) для размывочного инструмента и эжектора
Напорный рукав (Д=70 мм), L= 20 м). Переходники для подключения напорного рукава к эжектору
Инструкция по эксплуатации двигателя ЯМЗ-238М2-2
Руководство по эксплуатации
Устройство и принцип работы
Эжектор-грунтосос ЭЖ-200 комплектуется напорным рукавом и шлангом для сброса пульпы, а также мини-понтоном, кулисой для крепления на спуско-подъемном механизме, мини-лебедкой с понтоном и приспособлением для изменения угла наклона эжектора-грунтососа.
Принцип действия эжекторного устройства следующий: вода под давлением 12 кгс/см2 поступает от насоса ЦНС300-120 в ЭЖ-200 по напорному рукаву НР-70 и разрыхляет грунт. При размыве грунта образуется пульпа – взрыхленный грунт с водой – которая отводится струей воды из рабочей зоны через шланг Д-200 для сброса пульпы. Шланг для сброса пульпы оснащен металлическими поплавками.
При работе по разрыхлению плотных илистых грунтов водолаз, в дополнение к автономному эжекторному устройству ЭЖ-200, может применять ручной вспомогательный инструмент: размывочный ствол РС-70 с одним рабочим отверстием или размывочную гребенку - «грабли» РГ-70/3 с тремя рабочими отверстиями.
При работе необходимо устанавливать давление подачи воды таким образом, чтобы с учетом всех потерь, давление у эжекторного устройства было около 1,2 МПа (12 кгс/см2).
Эжекторное устройство ЭЖ-200 оснащено приспособлением для изменения угла наклона и может работать в любом положении.
При выполнении определенных работ, например при чистке колодцев, разработке котлованов, эжекторное устройство опускается на вылете или стропе в вертикальном или горизонтальном положении и может работать автономно.
Для размыва грунта в котловане применяется гидромонитор
Для размыва и транспортирования грунта применяются гидромониторы, землесосы и гидроэлеваторы
Гидромеханизация дает возможность наиболее полно механизировать все процессы разработки (размыва) и транспортирования грунта, а также укладки его в тело сооружения или в отвал.
Основные схемы производства работ гидромониторами
1. Схема с напорным транспортом пульпы заключается в том, что вода, подведенная под давлением (от 5 до 15 атм) к гидромонитору, размывает грунт в забое. Образующаяся смесь воды и грунта (пульпа) по лоткам или по канавам стекает к приямку (зумпфу), из которого землесосом перекачивается по напорному трубопроводу к месту укладки.
Рис.1 . Работа гидромонитора методом „подбоя„ а — подбой; б — „встречный„ забой; в — „попутный„ забой
2. Схема с самотечным транспортом пулбпы отличается от предыдущих тем, что пульпа из забоя непосредственно подается в отвал или в тело сооружения самотеком по канавам или специально устроенным лоткам.
3. Метод «подбоя» (рис. 1) (размыв грунта снизу вверх) состоит в том, что гидромонитор устанавливается на дне забоя. Подмытый в нижней части забоя грунт обрушивается и затем смывается тем же гидромониторам. Причем при методе «встречного забоя» (рис. 1, в) отвод пульпы от забоя осуществляется навстречу движению гидромонитора. Работа по этой схеме проста, однако в ней имеется ряд недостатков: засоряется стоянка гидромонитора, валиваются трубопроводы, увеличиваются подери грунта и затрудняются условия работы в забое. При работе методом «попутного забоя (рис. 1,б) отвод пульпы от забоя осуществляется вдоль стены забоя. В этом случае облегчаются условия работы в забое и уменьшаются потери грунта.
Рис. 2. Работа гидромонитора методом „сверху вниз„ (попутный забой) а — разрез; б - план; 1 — первое место установки гидромонитора; 2 — канава для стока пульпы; 3 — новая позиция гидромонитора
4. Метод разработки «сверху вниз» (рис. 2) состоит в том, что гидромонитор устанавливают вначале на бровке забоя для размыва канавы, отводящей пульпу из забоя. Затем его передвигают на новую позицию для размыва грунта по обе стороны траншеи, в непосредственной близости к гидромонитору, и разрабатывают первоначальный забой. При дальнейшей работе гидромонитора образовавшийся забой расширяется, грунт подмывается и обрушивается на откосах забоя.
Этот способ применяют при разработке траншей и выемок преимущественно в несвязных (песчаных и супесчаных); грунтах.
Методы гидромеханизации земляных работ
Гидромеханизация осуществляется двумя основными методами:
- путем размыва грунта струей воды, выбрасываемой под напором из ствола гидромонитора, и транспортирования образовавшейся пульпы (размытого, разжиженного грунта) либо самотеком — по канавам или лоткам, либо при помощи землесосов по напорным трубопроводам к местам намыва (насыпи);
- путем всасывания грунта из-под воды при помощи землесосов с транспортированием (регулированием) пульпы по напорным трубопроводам.
Применяются также следующие комбинированные методы гидромеханизации:
- грунт в пределах надводной части выемки размывают гидромониторами, а в пределах подводной части разрабатывают землесосом; пульпу транспортируют по напорным трубопроводам;
- грунт разрабатывают экскаватором с погрузкой через бункер в самотечные лотки; в бункере или в лотках грунт размывают гидромонитором;
- грунт разрыхляют экскаваторами или бульдозерами либо путем взрывания, а затем размывают струей воды из гидромониторов.
Размыв грунта целесообразно вести сплошным фронтом при минимальном количестве гидромониторов с насадками наибольшего диаметра, возможного по заданному расходу и потребному напору воды.
В табл. 1 приведены данные о потребных напорах, расходах воды и уклонах подошвы забоя при размыве разных грунтов гидромониторами.
Расстояние гидромонитора от размываемого забоя должно обеспечивать возможно лучшее использование живой силы удара струи. Это расстояние назначают предельно малым, но не менее допускаемого условиями безопасности для гидромониторщиков при обрушении размытого грунта, т. е. в зависимости от характера грунта и высоты размываемого забоя (уступа).
Шаг передвижки гидромонитора зависит от его производительности, характера грунта и высоты забоя. Средний шаг при размыве связных грунтов должен составлять 5—6 м, а при размыве сыпучих грунтов 10—12 м.
Запас на осадку намывных насыпей принимается в размере 1,5% проектной высоты насыпи, намытой из смешанных грунтов, и 0,75% проектной высоты насыпи, намытой из песчаных грунтов.
Производительность и некоторые технические характеристики чемлесосов приведены в табл. 2.
Водоснабжение установок для гидромеханизации земляных работ осуществляют при помощи насосных станций, оборудованных центробежными насосами производительностью 250—2 000 м3\час и напором от 50 до 150 м.
Водоснабжение может быть прямым, оборотным или с подпиткой. В первом случае источник водоснабжения (река, пруд, озеро) обеспечивает полный расход воды, потребной для гидромониторной разработки грунта и для гидротранспорта пульпы. Во втором случае вода, отстоявшаяся при намыве грунта, возвращается к насосной станции и используется повторно; источник же водоснабжения обеспечивает лишь покрытие потерь воды (фильтрация в грунт, испарение и др.).
В третьем случае, являющемся видоизменением второго, потери воды компенсируются путем использования дополнительных источников водоснабжения (артскважин, запасных водоемов и др.).
Таблица 1. Напор струи гидромонитора, расход воды и уклон подошвы забоя при размыве различных грунтов
Для размыва грунта в котловане применяется гидромонитор
Разработка грунта гидромонитором
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Типовая технологическая карта (ТТК) составлена на разработку грунта гидромонитором.
ТТК предназначена для ознакомления рабочих и инженерно-технических работников с правилами производства работ, а также с целью использования при разработке проектов производства работ, проектов организации строительства, другой организационно-технологической документации.
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При гидромониторной разработке (рис.1, а) грунт размывается струей воды, выбрасываемой под большим напором из гидромонитора 1. Размытый гидромонитором грунт вместе с водой в виде пульпы стекает в специальное углубление (зумпф) 2, откуда забирается центробежным грунтовым насосом - землесосом 3, специально приспособленным для перекачки воды с грунтом и камнями, размер которых (в зависимости от размеров и мощности землесоса) достигает 100…200 и даже 300 мм. Землесос нагнетает пульпу в трубопровод - пульповод 4 и перемещает ее к месту укладки. После дренажа воды оставшийся в зоне, ограниченной обвалованием 5, грунт образует тело земляного сооружения 6 или штабель песка, гравия, песчано-гравийной смеси для последующего использования как строительного материала. При организации гидромониторных работ стремятся максимально использовать рельеф местности, который позволяет в отдельных случаях транспортировать пульпу к месту укладки самотеком по желобам или канавам, упрощая этим состав оборудования.
При механогидравлическом способе, применяемом в условиях трудноразмываемых грунтов, предварительная разработка, т.е. отделение грунта от забоя, выполняется бульдозером или экскаватором, а затем грунт размывается гидромонитором и землесосом подается в систему. Плавучие землесосные снаряды (земснаряды) являются наиболее производительными средствами гидромеханизации, получившими большое применение для разработки грунта путем всасывания его вместе с водой, транспортировки его и укладки в земляное сооружение. Если всасывание грунта происходит с одновременным механическим рыхлением под водой, то такой способ называется рефулерным. Производительность современных земснарядов достигает 12000 м/ч пульпы или примерно 1200…1500 м/ч грунта.
Рис.1. Схема разработки грунта гидромонитором (а); гидромонитор (б)
Гидромониторы. При гидромониторной разработке разрушение грунта происходит в результате сложного процесса, сочетающего в себе: гидродинамическое воздействие кинетической энергии струи и гидростатическое разрушение грунта совместно с физическим воздействием (смачиванием, растворением и т.д.), а также за счет повышенного давления в порах и трещинах. Вода к гидромонитору подается центробежными насосами. Давление струи в гидромониторе составляет 80360 Н/см; скорость движения воды достигается 150 м/с. Для размыва 1 м грунта требуется 3,15 м воды; меньшее значение соответствует мелкозернистым песчаным грунтам.
Основными частями гидромонитора (рис.1, б) являются: нижнее колено 3, установленное на салазках 10, верхнее колено 2, имеющее возможность вращаться на 360° относительно нижнего, и ствол 1 с насадкой 6. Ствол присоединен к верхнему колену через шарнир 5, что позволяет с помощью гидроцилиндра 4 изменять положение ствола относительно верхнего колена в вертикальной плоскости на угол до 90°. Для поворота ствола гидромонитора в горизонтальной плоскости на угол до 120° служит гидроцилиндр 7.
Расстояние от гидромонитора до размываемого грунта по условиям техники безопасности должно быть не менее высоты забоя.
Для управления мощными гидромониторами применяются поворотные наконечники-дефлекторы. Наличие шарового шарнира и ручки управления позволяет повернуть дефлектор. При этом ствол гидромонитора поворачивается силой реакции воздействия струи на стенку ствола. Управление гидроцилиндрами дистанционное, что позволяет увеличить эффективность разработки грунта за счет установки гидромонитора вблизи размываемой стенки забоя. Гидромониторная установка соединена с пультом управления 8 напорными рукавами 9 длиной до 35 м.
Пульт дистанционного управления рассчитан на два гидромонитора. С его помощью управляют подъемом и поворотом стволов обоих гидромониторов, входящих в комплект установки. Он состоит из масляного бака, лопастного насоса, пластинчатого фильтра, предохранительного клапана, двух дросселей, манометра и четырех кранов управления (для двух гидромониторов).
При увеличении высоты забоя удельный расход воды уменьшается, но вместе с тем увеличивается необходимый напор.
Для обеспечения работы гидромониторов применяются центробежные насосы. Обычно в гидромеханизации применяются несамовсасывающие центробежные насосы, поэтому перед началом работы всасывающий шланг и корпус насоса должны заливаться водой, которая вытеснит находящийся в них воздух.
3. ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
Гидромониторный способ разработки грунтов следует применять во всех грунтах, кроме скальных и жирных глин, при устройстве выемок различного назначения (котлованов, каналов, т.п.), при разработке необводненных карьеров для намыва насыпей и при производстве вскрышных работ.
Для размыва грунта в котловане применяется гидромонитор
Правила производства способом гидромеханизации
Earthworks. Production rules by hydromechanization method
Дата введения 2019-06-25
Предисловие
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - Общество с ограниченной ответственностью Компания "Трансгидромеханизация" (ООО "ТГМ")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет
Введение
Настоящий свод правил разработан авторским коллективом Общества с ограниченной ответственностью Компании "Трансгидромеханизация" (В.Н.Васильев - руководитель работы, канд. техн. наук Е.В.Лизунов, Г.Р.Белов, В.Г.Чуйкин) при участии Акционерного общества "Мосгипротранс" (В.И.Эдель, А.А.Бардаков), Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Российский университет транспорта" (д-р техн. наук, проф. С.Я.Луцкий, канд. техн. наук А.И.Штейн, канд. техн. наук А.М.Черкасов, канд. техн. наук Н.Н.Банова), Акционерного общества "Научно-исследовательский институт транспортного строительства" (д-р техн. наук, проф. Г.С.Переселенков, канд. техн. наук Н.А.Ефремов, В.В.Казаркина, канд. техн. наук Г.Г.Орлов, д-р техн. наук, проф. А.А.Цернант).
1 Область применения
Настоящий свод правил распространяется на проектирование, производство и оценку качества земляных работ способом гидромеханизации при возведении земляного полотна автомобильных и железных дорог, судоходных каналов, берегозащиты, портов и других инженерных сооружений, где требуется применение способа гидромеханизации для разработки строительных карьеров кондиционного грунта при возведении объектов строительной инфраструктуры различного назначения.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 12.2.011-2012 Система стандартов безопасности труда. Машины строительные, дорожные и землеройные. Общие требования безопасности
ГОСТ 17.4.1.02-86* Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения
* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: ГОСТ 17.4.1.02-83. - Примечание изготовителя базы данных.
ГОСТ 17.4.3.02-85 Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ
ГОСТ 17.4.3.04-85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения
ГОСТ 17.5.3.04-83 Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель
ГОСТ 17.5.3.05-84 Охрана природы. Рекультивация земель. Общие требования к землеванию
ГОСТ 17.5.3.06-85 Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ
ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 30416-2012 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
ГОСТ 30672-2012 Грунты. Полевые испытания. Общие положения
ГОСТ Р 12.0.001-2013 Система стандартов безопасности труда. Основные положения
СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"
СП 23.13330.2011 "СНиП 2.02.02-85* Основания гидротехнических сооружений" (с изменением N 1)
СП 25.13330.2012 "СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" (с изменением N 1)
СП 37.13330.2012 "СНиП 2.05.07-91* Промышленный транспорт" (с изменениями N 1, N 2)
СП 38.13330.2018 "СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"
СП 39.13330.2012 "СНиП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов" (с изменением N 1)
СП 45.13330.2017 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты" (с изменением N 1)
СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения" (с изменением N 1)
СП 119.13330.2017 "СНиП 32-01-95 Железные дороги колеи 1520 мм"
СП 126.13330.2017 "СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве"
СП 317.1325800.2017 Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Общие правила производства работ
ГН 2.1.5.1315-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования
СанПиН 2.1.5.980-00 Гигиенические требования к охране поверхностных вод
СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.
3 Термины и определения
В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 водосбросная канава: Профильная выемка для отвода осветленной воды с карт намыва.
3.2 водосбросная система: Комплекс устройств для отведения осветленной воды с карт намыва, включающий водосбросный колодец, водосбросные трубы, водоотводные (водосбросные) и дренажные (фильтрационные) канавы, прудок-отстойник.
3.3 вскрышные породы (вскрыша): Часть грунтового карьера, перекрывающая сверху полезную толщу карьера.
3.4 выемка: Земляное сооружение, выполненное ниже поверхности земли.
3.5 гидромеханизация: Комплексно-механизированная малооперационная технология производства земляных работ, основанная на использовании энергии движения воды для разработки, транспортирования, обогащения и укладки грунта.
3.6 гидромонитор: Устройство для формирования напорной водяной струи для разработки (размыва) грунта.
3.7 гидромониторно-землесосная установка: Комплекс оборудования для разработки грунта гидромониторами и напорного гидротранспортирования из зумпфа образующейся пульпы грунтовыми насосами с энергоприводом.
3.8 грунтовый карьер: Выемка, разрабатываемая в целях получения грунта для устройства насыпей и обратных засыпок, не относящаяся к горнодобывающим предприятиям.
3.9 грунтовый насос: Центробежный насос для транспортирования пульпы.
3.10 дренажная (фильтрационная) канава: Выемка для перехвата фильтрующейся через обвалование воды.
3.11 землесосный снаряд (земснаряд): Плавучее судно, оборудованное грунтозаборными устройствами для разработки грунта из-под воды и грунтовыми насосами для рефулирования (всасывания и перемещения по напорным пульпопроводам) разработанного грунта.
3.12 земляные работы: Работы с механическим, взрывным или гидромеханизированным воздействием на грунтовой массив природного или техногенного залегания (осушение, экскавация, взрывание, рыхление, перемещение, отсыпка, намыв, планировка, уплотнение, вытрамбовка, укрепление, армирование, бурение, увлажнение, обжиг, замораживание, оттаивание, мелиорация) в целях изменения его потребительских свойств и места расположения.
3.13 зумпф: Аккумулирующая емкость для сбора воды и пульпы.
3.14 инженерно-геологические изыскания (здесь): Комплекс геотехнических работ и исследований в целях определения исходных значений расчетных параметров взаимодействий инженерных сооружений, в том числе грунтовых, с вмещающими, подстилающими или примыкающими грунтовыми массивами, необходимых и достаточных для проектирования и строительства объекта.
3.15 инженерно-топографический план: Топографический план, на котором отображены рельеф местности, объекты ситуации, включая подземные и надземные коммуникации и сооружения, с техническими характеристиками, необходимыми для их проектирования, строительства, эксплуатации и сноса (демонтажа).
3.16 карта намыва: Обвалованная дамбами часть возводимого земляного сооружения, на которой происходит осаждение грунта из потока пульпы.
3.17 контроль качества: Система оценки соответствия продукции строительного производства (грунта, грунтового сооружения, основания) потребительским свойствам, регламентированным проектом и действующими строительными нормами, и включающая входной, операционный и приемочный контроль, осуществляемые в подготовительный период, в процессе строительства и при сдаче объекта в эксплуатацию.
3.18 криопэги: Сильно минерализованные подмерзлотные грунтовые воды в засоленых грунтовых массивах, имеющие температуру ниже 0°C.
3.19 намывные грунты: Техногенные грунты, разработанные, перемещенные и уложенные в грунтовый массив с помощью средств гидромеханизации.
3.20 насыпь: Земляное сооружение, возводимое на подготовленном основании.
3.21 обвалование: Грунтовая дамба по периметру карты намыва, предназначенная для управления процессом укладки грунта в намывное сооружение.
ПОДВОДНЫЕ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДЫ
Разработка подводного грунта гидромониторным снарядом производится путем разрушения грунта гидродинамической силой струи, формируемой гидромониторным насадком, и последующего выноса грунта струёй и течением за бровки траншеи. Способ разработки подводного грунта гидромониторными снарядами наиболее прост. При его использовании отсутствуют затраты на подъем грунта и его последующее транспортирование. Разработка грунта этим способом более эффективна при большой скорости течения, способствующей интенсивному выносу размытого грунта. К недостаткам гидромониторных снарядов, снижающим их производительность и ограничивающим применение, относятся:
- быстрое затухание гидродинамической струи по мере увеличения расстояния от среза гидромониторного насадка до разрабатываемого грунта;
- седание на дно траншеи части грунта, взвешенного струей, при отсутствии течения;
- необходимость неоднократных промывов одних и тех же масс грунта при большой ширине и глубине траншеи;
- отсутствие постоянных и непрерывно действующих средств контроля за эффективным использованием гидромониторного снаряда в процессе работы, если они выполняются без участия водолазов;
- значительное удорожание работ при разработке траншей гидромониторами малой мощности с использованием труда водолазов.
Производительность и эффективность использования гидромониторных снарядов зависит от конструкции применяемых насадков. Во всех случаях целесообразно применение насадка с повышенной пропускной способностью воды и малыми потерями напора, имеющего коэффициент пропуска расхода, близкий к единице, что позволяет сохранить энергию струи, подводимой по шлангам или трубопроводам от насоса к насадку. Наибольшая величина коэффициента расхода имеется у коноидальных насадков, внутренняя поверхность которых очерчена по форме струйного потока, примыкающего к отверстию, но из-за сложности их изготовления чаще применяют конические сходящиеся насадки.
Для повышения производительности гидромониторных снарядов и уменьшения удельного расхода воды:
- выполняют предварительное рыхление плотных связных грунтов;
- добиваются соответствия между производительностью насосов и параметрами применяемых насадков;
- используют для размыва наиболее работоспособную часть струи;
- ведут разработку грунта послойно, уступами высотой, обеспечивающей максимальную производительность гидромонитора;
- не допускают резкого перебрасывания струи по забою, так как при такой переброске ослабляется установившийся процесс размыва грунта и увеличивается оседание грунта в забое.
Организация работы гидромонитора
При работе гидромониторных земснарядов на размыв они укомплектовываются сменными гидравлическими насадками, четырехсопловым насадком, а также гидропневматическим насадком. При этом весь расход воды подается на гидромониторный насадок. Разработка подводного грунта гидромониторами выполняется при относительно нешироких траншеях на засоренных грунтах и грунтах V и VI групп.
Гидромониторные снаряды могут перемещаться по прорези траншейным или папильонажным способом. На тяжелых связных грунтах применяется траншейный способ. Параллельный папильонаж применяется при значительных скоростях течения, когда грунт, взвешенный струёй гидромонитора, относится за пределы траншеи течением.
Разработка подводного грунта гидромонитором включает две основные операции: устройство забоя и вынос грунта из прорези гидромоторной струей. Для устройства забоя телескопическая напорная труба снаряда устанавливается на поверхность грунта так, чтобы при работе ось насадка составляла угол 5 – 10º с поверхностью дна, после чего подается рабочая вода. При достаточной разрыхленности грунта телескопическая труба с насадком под собственной тяжестью опускается до проектной отметки. После устройства забоя телескопическая труба поднимается в надводное положение и насадок устанавливается таким образом, чтобы при работе снаряда ось насадка составляла угол 5 – 10º с поверхностью дна траншеи. Такая величина наклона достигается путем изменения числа патрубков в колене и длины телескопической трубы.
При разработке широких траншей, свыше 3 м по дну, в тяжелых связных грунтах применяют поэтапный размыв. Последовательность разработки траншеи в этом случае следующая:
- разрабатывается пионерная траншея, при этом гидромониторный насадок располагается таким образом, чтобы ось струи была направлена перпендикулярно дну траншеи;
- насадок устанавливается в обычное положение и грунт смывается сначала в одну сторону от оси траншеи, а затем в другую.
Для разработки траншей небольших размеров в тяжелых связных грунтах применяют четырехсопловый гидромониторный насадок специальной конструкции.
При перемещении гидромониторных снарядов траншейным способом они подаются вперед циклично, проходя за каждый цикл расстояние, равное 0,5 – 1 м. В случае обвала породы гидромониторный снаряд отводится назад, пока струя не пробьет обвалившийся грунт и не освободит участок траншеи для дальнейшего продвижения снаряда вперед.
Для транспортирования грунта вниз по течению, при скорости свыше 1 м/с, ось насадка должна располагаться перпендикулярно направлению течения и под углом до 15º к поверхности дна траншеи.
При обнаружении подводных препятствий, мешающих производству работ, в целях обеспечения непрерывности разработки траншеи они, как правило, обходятся. Осмотр препятствий и их удаление производятся при помощи водолазов, направляемых на место работ.
Читайте также: