|
Землесосным снарядом называют
плавучую землеройную машину, предназначенную для разработки грунта в
подводных забоях и b надводных забоях береговых урезов.
Применяемые в строительстве земснаряды () представляют
собой электрифицированные несамоходные суда, к корпусу которых подвешено
грунтозаборное устройство, засасывающее в виде гидросмеси (пульпы)
разрабатываемый грунт из-под воды при помощи грунтового насоса, который
перекачивает эту гидросмесь к берегу по плавучему трубопроводу. Последний
подключается к береговому магистральному трубопроводу, по которому пульпа
подается к месту укладки грунта.
Землесосные снаряды классифицируют:
по типу всасывающего агрегата — с обычными грунтовыми
насосами, с водоструйными насосами (эжекторами) и с пневматическими
подъемниками (эрлифтами);
по способу грунтозабора: а) разрабатывающие грунт путем
непосредственного всасывания из-под воды; б) всасывающие грунт с
предварительным рыхлением его механическим способом и в) всасывающие грунт с
предварительным рыхлением его гидравлическим способом;
по способу рабочих перемещений, которым обеспечивается
постоянный контакт между грунтозаборпым устройством и разрабатываемым
грунтом, — якорные, свайно-якорные и безъякорные (самоходные), у которых
грунтозаборные устройства совершают основные рабочие перемещения независимо
от перемещения корпуса снаряда.
Кроме того, применяемые в гидротехническом строительстве
земснаряды могут быть общего и специального назначения.
К земснарядам общего назначения относятся снаряды,
предназначенные для работы в песчаных и супесчаных грунтах. Глубина подводной
разработки для них колеблется в пределах от 3 до 18 м, номинальная производительность — от 80 до 1500 м3/ч грунта, дальность транспортирования
гидросмеси по горизонтали — от 1,3 до 3,5 км при напоре соответственно от 43 до 100 м вод. ст.
К земснарядам специального назначения, относятся снаряды:
1) для разработки тяжелых грунтов —
песчано-гравийных, а также связных грунтов до плотных налипающих глин
включительно;
2) для разработки грунтов на больших глубинах — до
40—45 м и более; 3) с подвесным пульповодом — для выемки крупных каналов или
возведения дамб обвалования значительной высоты и большой протяженности; 4)
для разработки узких прорезей. Кроме того, институтом «Гидропроект» создан
комплекс для разработки массовых подводных скальных выемок.
Главным параметром каждого земснаряда является его
производительность (в м3 грунта в час) и полезный напор грунтового насоса (в
м вод. ст.). Поэтому типоразмер земснаряда обозначается двумя цифрами, первая
из которых указывает на его условную производительность по грунту (Vl0 подачи
грунтового насоса), а вторая — полезный напор. Полезным напором называется
полный напор, развиваемый грунтовым насосом, за вычетом гидравлических потерь
в пределах землесосного снаряда.
В обозначении типоразмера специальных земснарядов после
цифр ставятся дополнительно буквы, характеризующие его специальное
назначение, например, в обозначении 850-50Т буква Т означает «тяжелый», т. е.
этот снаряд специально приспособлен для разработки тяжелых грунтов; в
обозначении 100-40К буква К означает, карьерный; в обозначении 500-70Гл буквы
Гл означают «глубинный», т. е. снаряд, предназначенный для разработки грунтов
на больших глубинах.
Плавучие свайно-якорные землесосные снаряды состоят
из корпуса с надстройкой, грунтового насоса с приводом, грунтоза- борного
устройства со стрелой подъема, свайного аппарата для рабочих перемещений
(папильонажа) с папильонажными сваями, всасывающего трубопровода,
напорного плавучего трубопровода на понтонах, берегового и магистрального
трубопроводов, а также силового оборудования и системы управления.
Корпус земснаряда выполняется сварным из листовой стали с
прямоугольными обводами и вырезом в передней части для размещения
грунтозаборного устройства. Главными геометрическими размерами корпуса
являются его длина, ширина, высота борта и осадка. Конструктивно корпус может
быть неразборным или разборным, состоящим из отдельных понтонов или секций и допускающим
разборку (или резку с последующей сваркой) для перевозки по железной дороге
или на автомашинах. Во всех случаях корпус должен обеспечивать плавучесть,
устойчивость, непотопляемость, прочность и маневренность земснаряда.
Грунтовые насосы обычно располагают на продольной оси
корпуса земснаряда, так как при этом может быть соблюдена технологическая
целесообразность, которая требует максимального заглубления грунтового насоса
и минимальной длины всасывающей линии. С точки зрения работы грунтового насоса
благоприятнее, когда ось рабочего колеса находится ниже ватерлинии, так как в
этом случае насос всегда залит и пуск его упрощается.
Грунтозаборные устройства землесосных снарядов
предназначены для отделения частиц грунта от массива в забое и передаче его
каким-либо органам или механизмам для перемещения, а также образования
гидросмеси, т. е. смешения отделенного грунта с водой для
гидротранспортирования. Интенсивность, с которой грунто- заборное устройство
может отделять грунт от массива в забое, а также пропорция, в которой
смешивается этот грунт с водой, определяют эффективность работы земснаряда в
целом.
Грунтозаборные устройства разделяются на: а) устройства
непосредственного всасывания, при работе которых отделение грунта от массива
в забое происходит за счет того, что вблизи входного отверстия всасывающей
трубы образуются достаточные скорости течения воды; б) устройства, в которых
для интенсификации грунто- забора применяются различного типа механические
или гидравлические разрыхлители.
Для эффективной разработки плотных и связных грунтов
применяют грунтозаборные устройства с механическими разрыхлителями разных
конструкций (фрезерными, роторными, ковшовыми, винтовыми, вибрационными и
др.) ( 166). В гидротехническом строительстве наиболее широко распространены
механические разрыхлители с вращающейся фрезой, развивающей большие усилия на
режущих кромках своих ножей.
По конструкции фрезы разделяются на открытые — с
креплением ножей на спицах и закрытые — митрообразные и с поворотными
автоматически устанавливающимися ножами.
Открытые фрезы предназначаются для работы в песчано-гравий-
ных и связных грунтах. Режущие ножи у них расположены лишь - на боковой
поверхности, в связи с чем при рабочих перемещениях снаряда срезается только
часть разрабатываемого слоя.
Закрытые митрообразные фрезы предназначаются главным
образом для работы в песчаных и других грунтах. Режущие ножи таких фрез
изогнуты по винтовой линии по всей боковой и торцовой поверхности фрезы. При
этом грунт срезается по поверхности соприкосновения с фрезой и его
разрыхление протекает эффективно при любом угле наклона грунтозаборного
устройства. Недостатком этих фрез является их залипание при разработке
связных глинистых грунтов.
Фрезы крепятся на валу, получающем вращение от
электродвигателя через зубчатый редуктор. Механический разрыхлитель вместе со
всасывающей трубой грунтового насоса монтируется на подъемной раме, которая
одним концом шарнирно закреплена в вырезе носовой части корпуса земснаряда, а
другим при помощи полиспаста подвешена к стреле крана, установленного в
носовой части корпуса снаряда (см. 163). Подъем и опускание рамы
грунтозаборного устройства производится электролебедкой через полиспаст.
Тяговое усилие лебедки подбирается с учетом веса грунтозаборного устройства и
веса грунта при возможном его завале. Всасывающая труба грунтозаборного
устройства соединяется со всасывающим трубопроводом, расположенным на корпусе
земснаряда, посредством шарового шарнира или резинового рукава со специальной
арматурой, обеспечивающих возможность изменения угла наклона рамы
грунтозаборного устройства от 0 до 45 .
Производительность землесосных снарядов в значительной
степени определяется конструкцией и параметрами грунтозаборных устройств и
всасывающей способности грунтового насоса. Исследования в этом направлении
проводятся как в СССР, так и за рубежом.
Для повышения высоты всасывания и исключения возможности
возникновения кавитации насосов перспективным является применение
эжектирующих насадков на всасывающей линии грунтового насоса. Насадки
устанавливают в верхней части всасывающей трубы соосно с насосом или в ее нижней
части в зоне всасывания. Насадки могут быть однострунными и многоструйными
(со сплошной струей или струей, расчлененной на сегменты по контуру
всасывающей трубы).
Рабочие перемещения землесосных снарядов
(папильонирование) производятся для поддержания постоянного контакта между
грунто- заборным устройством и грунтом в процессе его разработки. Существуют
различные способы папильонирования (тросовое, свайное, свайно-безъякорное),
однако на земснарядах, предназначенных для строительных работ, применяют главным
образом папильонирование с помощью аппарата свайного хода (расположенного на
корме корпуса снаряда) и двух передних тросов с якорями.
При свайном патронировании земснаряд поочередно
перемещается по радиусу, описываемому вокруг одной из двух свай, которые
подвешены и перемещаются вертикально в направляющих обоймах в кормовой части
снаряда.
Если свая опущена и под влиянием собственного веса своим
концом вонзилась в грунт, образовав таким образом неподвижную ось вращения, а
свая Б поднята, то, навивая трос на первый барабан папильонажной лебедки 7 с
одновременным сматыванием троса со второго барабана лебедки, можно повернуть
земснаряд вокруг сваи А приблизительно на угол 70°. При этом фреза опишет
дугу и снаряд займет положение, показанное на рисунке штриховой линией. Если
сваю Б, занявшую при этом позицию Бг, опустить, а сваю А поднять и выбирать
трос вторым барабаном лебедки, то снаряд, поворачивась вокруг сваи Би займет
новое положение, свая А займет позицию Ах и фреза снаряда опишет вторую дугу.
При повторении таких операций фреза будет описывать последующие дуги, а сваи
А и Б — последовательно занимать позиции А2, Б2 и т.д. При этом
грунтозаборное устройство сохранит достаточный контакт с грунтом и снаряд,
как бы шагая на сваях, будет передвигаться вперед, разрабатывая прорезь
заданной ширины.
Для получения одинаковых и по возможности концентрических
папильонажных лент применяется более прогрессивная схема па- пильонирования с
напорным свайным аппаратом ( 168).
К важнейшим вспомогательным устройствам земснаряда
относятся пульповоды, силовое оборудование и система управления. Внутренние
трубопроводы земснаряда разделяются на всасывающие , и напорные. Всасывающий
пульповод со всасывающим патрубком грунтового насоса состоит из
горизонтального участка, отвода под углом 45° и переходного патрубка.
Напорный пульповод соединяет напорный патрубок земснаряда
с плавучим пульповодом. Он состоит из участков труб, соединенных
горизонтальными и вертикальными отводами, и имеет обратный клапан. Напорный
пульповод присоединяется к плавучему при помощи поворотного колена с
сальниковым шарниром или с двумя шаровыми шарнирами и цилиндрическим
патрубком между ними, компенсирующим разность высот между поворотным коленом
и плавучим пульповодом.
Плавучий пульповод служит для соединения земснаряда с
береговым магистральным пульповодом, обеспечивает маневренность снаряда в
забое и продвижение в направлении разработки. Пуль* повод состоит из труб,
уложенных на двух цилиндрических или эллиптических понтонах. Трубы
соединяются между собой шлангами или шаровыми шарнирами. Звенья плавучего
пульповода снабжены трапами для прохода на земснаряд; по ним же
прокладывается электрокабель, питающий земснаряд. Плавучий пульповод
присоединяется к береговому специальным устройством, позволяющим компенсировать
колебание уровня воды в водоеме.
Электроснабжение землесосных снарядов, как правило,
осуществляется по высоковольтным воздушным линиям, подводимым к месту работ.
Высоковольтное оборудование снаряда состоит из
электродвигателя грунтового насоса и силового трансформатора, а также из
распределительных устройств для управления ими питающих кабелей. Для привода
землесоса обычно применяют шестикиловольтные электродвигатели с фазовыми
роторами. Силовой трансформатор предназначается для снижения напряжения с 6
кВ до 380—220 В для питания низковольтного оборудования землесосного снаряда.
К низковольтному оборудованию относятся приводы всех
вспомогательных механизмов — разрыхлителя, вспомогательного насоса, лебедок,
напорного хода, а также электроосвещение земснаряда. Для привода
вспомогательных механизмов применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутой
или фазовой обмоткой ротора.
На большинстве землесосных снарядов осуществляется
дистанционное управление низковольтными двигателями с пульта, установленного
в рубке машиниста, при помощи магнитных пускателей, располагаемых в машинном
зале в непосредственной близости от включаемых ими двигателей. Управление
крановыми электродвигателями папильонажных лебедок осуществляется с помощью
контроллеров, установленных в рубке машиниста и изменяющих направление
вращения и величину сопротивления включенного в цепь ротора. Отсюда же
пусковым реостатом производится управление электродвигателем разрыхлителя.
Оптимальный режим работы земснаряда регулируется
управлением в соответствии с показаниями контрольно-измерительной аппаратуры.
Для определения количества грунта в перекачиваемой
гидросмеси применяют различного рода консистометры. Конструкции этих приборов
предусматривают непрерывное измерение удельного веса гидросмеси по осадке
понтонов плавучего пульповода или по степени проникновения потока
гамма-лучами.
На современных крупных электроземснарядах управление всеми
рабочими операциями автоматизировано и сосредоточено на центральном пульте в
рубке багермейстера. Полная автоматизация земснарядов, кроме автоматического
регулирования консистенции гидросмеси и автоматического управления
папильонированием, предусматривает и автоматический пуск грунтового насоса.
Автоматические устройства осуществляют управление
технологическим процессом работы земснаряда по заданной программе.
Применяются также и автоматические самонастраивающиеся системы управления,
которые непрерывно в соответствии с изменяющимися условиями работы выбирают
оптимальные параметры регулирования и задают их исполнительным органам
земснаряда.
Гидромеханизация земляных работ может успешно применяться
круглогодично. На строительстве Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС в
условиях суровой зимы земснарядами было выполнено земляных работ в объеме
более 8 млн. м3, в том числе произведен замыв прорана русловой плотины.
Следует, однако, иметь в виду, что для работы земснарядов в условиях низких
температур все оборудование гидромеханизации должно быть соответствующим
образом подготовлено.
Поскольку на каждом._строительстве имеется своя специфика
применения гидромеханизации для производства работ с ее помощью, должна
составляться подробная инструкция. Это относится и к технике безопасности при
круглогодичном производстве работ средствами гидромеханизации.
|