Оборудование гидромеханизации

Гидромеханизацией называют способ механизации земляных и горных работ, при котором все или основная часть технологических процессов проводятся энергией движущегося потока воды. В строительном оборудовании, реализующем этот способ, используются устройства для разрушения грунтов, как струей воды, так и механическим путем с последующим их транспортированием в потоке воды и укладкой в земляные сооружения. При гидравлическом способе разработки грунта требуемое давление потока воды создается водяным насосом, а струн формируется и направляется гидромонитором. В случае механической, обычно подводной, разработки применяют фрезерные рыхлители.

Гидромонитор (рис. 4.45) состоит из нижнего неподвижного .7, соединенного с напорным трубопроводом /, и верхнего 5 поворотного в плане колен, поворотного в вертикальной плоскости ствола 7 и сменной насадки 6. Струя формируется ребрами внутри ствола и пропускным сечением насадки. Размывающая способность струи характеризуется ее давлением на забой, которое обычно составляет 0,7...2 МПа (при разработке прочных грунтов до 11 МПа). Направление струи регулируют вручную рычагом 4 или дистанционно гидроцилиндрами 2 и 8.

Если уровень земляного сооружения находится ниже уровня разработки грунта, то образовавшаяся в результате размыва грунта водой смесь, называемая пульпой, может перемещаться к месту укладки самотеком по естественной поверхности или по искусственным каналам, желобам и трубам. Для перемещения пульпы выше уровня разработки грунта сначала ее самотеком собирают в специальном земляном углублении (зумпфе), из которого по трубам подают к месту укладки грунтовыми центробежными насосами (землесосами). Последние отличаются от водяных центробежных насосов тем, что их пропускные сечения и вращающиеся лопасти рассчитаны на пропуск пульпы с каменистыми включениями и изготовлены из износостойких материалов. При разработке подводных грунтов пульпу отбирают из зоны разработки, а при разработке береговых урезов — из водоема вблизи этой зоны. При этом используют как землесосы, так и гидроэлеваторы, реализующие эжекторный способ поступления пульпы в транспортный трубопровод.

В смесительную камеру / гидроэлеватора (рис. 4.46) по трубопроводу под напором поступает вода. Проходя через насадку с большой скоростью, она создает в расширяющейся зоне разрежение, благодаря которому в смесительную камеру подсасывается пульпа и, разжижаясь в воде, подается в транспортный трубопровод (пульповод) 2. Гидроэлеваторы имеют низкий коэффициент полезного действия из-за малой доли грунта в составе пульпы (не более 2 %), но по сравнению с грунтовыми насосами они более долговечны в связи с тем, что подвижные части входящего в состав гидроэлеватора насоса для подачи воды в смесительную камеру непосредственно не контактируют с абразивными частицами пульпы.

Реже для подъема пульпы со дна водоема используют эрлифты, которыми в зону разработки грунта подают воздух, направляя его в приемный грунтозаборник всасывающего трубопровода.

. Аэрирована смесь, обладая меньшей плотностью по отношению к окружающей среде, поднимается по трубопроводу, увлекая за собой твердые продукты разрушения грунта.

Чисто гидравлический (гидромониторный) способ может оказаться малоэффективным для разработки прочных грунтов. В некоторых случаях выгодно сочетание механического разрушения с транспортированием грунта в потоке воды. Так, подводной разработке грунтов для их разрушения применяют различного рода фрез с последующим транспортированием пульпы землесосами или гидроэлеваторам. Этот способ разработки грунтов, называемый гидромеханическим, широко применяют в гидротехническом, мелиоративном других видах строительства, в системе водного хозяйства, в горной промышленности. Этим способом сооружают и углубляют водоемы и водохранилища, намывают дамбы и плотины, добывают строительный песок и гравий, разрабатывают полезные ископаемые и т. п. Гидромеханический способ разработки грунтов отличается простотой оборудования, невысокой энергоемкостью (2...5 кВт·ч/м'¹) и материалоемкостью.

Рис. 4.16. Принципиальная схема устройства работы гидроэлеватора

1.47. Принципиальная схема земснаряда (а) и схема папильонажа (б)

4.47 Принципиальная схема земснаряда (а) и схема папильонажа (б)

(на уровне экскаваторной разработки по массе машинного оборудования - самым низким уровнем после буро-рывой разработки), высоким качеством укладки грунта. Для его реализации требуется большое количество воды, в связи с этим способом разрабатывают грунты вблизи водоемов, с береговых урезов

до дна водоемов.

Сухопутные средства гидромеханизации представляют собой комплекты описанного выше гидромониторного и землесосного оборудования, смонтированного на салазках 9 (см. рис. 4.45) или самоходных, гусеничных, шасси. В первом случае его применяют на объектах с большими объемами работ, а для перемещения с одной стоянки на другую используют внешние транспортные средства. Самоходные установки используют в случае сосредоточенных работ в условиях частой смены строительных объектов. Для водной разработки грунтов описанное выше оборудование монтируют на специальных плавучих средствах, называемых снарядами. На мелиоративных и дноуглубительных работах применяют земснаряды производительностью до 100 м³/ч, оборудованные собственной силовой дизельной или дизель-электрической установкой приспособленные для работы при сильном течении воды и больших волнах. Намыв плотин и дамб, подводную добычу песка и гравия осуществляют земснарядами с электрическим приводом с питанием от внешних источников энергии производительностью 100...1000 м'/ч.

Корпус земснаряда представляет собой разделенный на отсеки понтон 6 (рис. 4.47, а). В его передней части шарнирно укреплена рама 2, несущая на конце фрезу / (на некоторых земснарядах, кроме того, гидромонитор) и грунтозаборник. Фрезу приводят во вращение через систему карданных валов и механических передач от электродвигателя /<, установленного на понтоне. Грунтозаборник сообщается с всасывающим трубопроводом 5, которым пульпа подается к землесосу 7 и далее в пульповод 10, проложенный по водоему на поплавках и по суше на инвентарных опорах. В зависимости от глубины разработки раму 2 опускают и поднимают лебедкой 4 посредством полиспаста, верхние блоки которого закреплены на стойке 3. Для работы на водоеме земснаряд устанавливают на одну из двух расположенных в его кормовой части свай 9. Канаты 12 лебедок 11 (рис. 4.47, б) бокового (па-пильонажного) перемещения оттягивают в стороны от земснаряда и заякоривают на дне водоема, а если позволяет длина канатов, огибаемые ими блоки 13 укрепляют на береговых якорях. Грунт разрабатывают вращающейся фрезой, отсасывая пульпу землесосом, при непрерывном вращательном в плане движении (папильонировании) корпуса земснаряда относительно опущенной сваи. Это движение обеспечивается одной из папильонажных лебедок при сматывании каната с другой лебедки. При разработке грунта на дне водоема, по достижении головой рамы 2 границы полосы разработки опускают на дно вторую сваю, а прежнюю поднимают в нерабочее положение. Включением второй лебедки (со стороны опушенной сваи) и реверсированием первой достигают возвратного папильонажного движения и т.д. Схема положений А и Б, соответствующих последовательным траекториям движения головы стрелы, показана па рис. 4.47, б.

При разработке береговых урезов, которую начинают обычно с наиболее высокого уступа, после граничного папильонажного перемещения земснаряда в одну сторону раму опускают на нижележащий уступ и разрабатывают его возвратным папильонированием. Так, с одной свайной стоянки разрабатывают все уступы до дна водоема, после, чего переставляют сваи (зашагивают). В некоторых случаях при разработке слабых грунтов в береговых урезах, особенно при узких полосах папильонирования, земснаряд устанавливают в новое положение после нескольких последовательных шагов. По мере продвижения земснаряда по водоему требуется периодически перекладывать якоря, используя для этого моторную лодку или катер.

Для разработки траншей на дне водоемов глубиной до 25 м при строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов применяют бессвайные земснаряды производительностью до 200 м''/ч, оборудованные четырьмя папильонажными и двумя становыми лебедками. Одну становую лебедку располагают в носовой части понтона, а вторую — на корме. Этими лебедками земснаряд перемещают вдоль отрываемой траншей.

Техническая производительность земснаряда (м3/ч)

П_т=Qr (4.33)

где Q — подача грунтового насоса по объему пульпы, M³/ч; k — средний коэффициент консистенции грунта в пульпе (r.= 0,1 ...0.25 нижний предел соответствует разработке гравийно-галечных, а верхний — песчаных грунтов).