Розділ 5 Організація технологічних процесів у гідротехнічному будівництві

Земляні та скельні роботи

Відкриті земельні роботи включають в себе виймання та транспортування, насипи та планування поверхні. В гідротехнічному будівництві вони мають певні особливості, пов'язані:

- зі значними обсягами та високою інтенсивністью таких робіт;

- з обмеженістю фронту робіт, як правило, на відносно невеликих ділянках з обмеженою кількістю під’їздів до котловану;

- зі складністью геологічних та гідрологічних умов будівництва, які вимагають різних технологій, машин та додаткових робіт щодо оргаізації водовідливу та водозниження;

- з високими вимогами щодо якості та надійності напірних земляних споруд;

- з необхідністью комплексної механізації робіт внаслідок значних обсягів робіт та обмеженних строків виконання.

- із забезпеченням балансу замляних мас, їх поділом на якісні та неякісні грунти, встановленням порядку розміщення, співвідношенням вийманння та насипу в межах будівельного комплексу: обсяг виймання за джерелами (котлован, вскриша та видобуток кар’єрів, інші джерела) повинен дорівнювати обсягу насипу (гребля, споруди, відвали).

Під час проведення відкритої розробки грунтів проектний природний обєм поділяоть на горизонтальні шари, які в процесі виймання набувають ступінчатої форми.

Уступом називають шар грунту певної висоти, що разробляеється окремими засобами виймання та транспортування гірничої маси. Забій уступу – це його поверхня, що є об'єктом виймання і залежно від його розташування відносно транспортних засобів може бути тупиковим або фронтальним.

 

 

Виймання

У гідротехнічному будівництві найбільш поширена організаційна схема виймання – екскаватор у тупиковому або фронтальному забої уступу з навантаженням та транспортуванням гірничої маси автосамоскидами у відвал або в споруди на відстань до 3 км. Для цієї схеми провідними є розрахунок змінної продуктивності (норми виробітку) екскаватора за формулою:

 

,

де Пе -змінна продуктивність екскаватора, куб.м гірничої маси в цілому;

Тзм – тривалість зміни, хвилин;

Тпз - час на виконання підготовчо-заключної роботи, хв.;

Тос –час на особисті справи, хвилин (Тос =10 хв.);

Вк – об’єм гірничої маси в цілому в одному ковші, куб.м;

Чк – число ковшів в одному самоскиді;

Тна – час навантаження одного автосамоскида, хв.;

Туп – час установлення автосамоскиду під навантаження, хв.

Час навантаження одного автосамоскиду (Тна) можна визначити за формулою:

 

 

,

 

де Е – місткість ковша екскаватора, куб.м;

Чек – число циклів екскавації за хвилину, якщо тривалість екскаваторного циклу складає Тц, Чек=60/Тц;

Кек – коефіцієнт екскавації, що залежить від категорії грунтів за важкістю екскавації.

Наприклад, якщо при роботі екскаватор ЕКГ-4.6 працює в тупиковому забої котловану висотою 10м, то під час при виймання грунту 2 категорії важкості екскавації і навантаження в автосамоскиди БЕЛАЗ- 540 вантажопідіймальнісю 27 т нормативні показники складають: Тзм=480хв., Тпз-35 хв., Тос=10 хв., Вк= 3,87 куб.м, Чк=4, Тна=1,93 хв.,Туп=0,5хв..

 

.

Місячну інтенсивність виймання грунту можна розрахувати за формулою:

,

де Іек – місячна інтенсивність виймання грунту в споруді, куб.м;

Пе_і – змінна продуктивність і-го екскаватора,куб.м;

Нзм_і – число змін роботи на добу;

Нд_і – число днів роботи і-го екскаватора за місяць:

к - кількість єкскаваторів, що працюють протягом місяця.

Із наведеного прикладу відомо, що Нзм=2, Нд=20 при к=1

Іек=2771·2·20 =110840 куб.м.

Для забезпечення місячної інтенсивності виймання грунту необхідно обгрунтувати кількість автосамоскидів, які повинні обслуговувати екскаватор, виходячи зі змінної продуктивності автосамоскиду:

де Пав – змінна продуктивність автосасмоскиду по гірничій масі в цілому, куб.м;

Чав - число автосамоскидів, зайнятих в роботі на 1 екскаватор;

Тоб – час обороту(рейсу) автосамоскиду, залежно від відстані транспортування, умов навантаження та розвантаження, хвилин.

Із наведеного прикладу бачимо, що під час виконання транспортування на відстань 3 км., Тоб=21.08 хв:

 

 

Насипи

 

У випадку використання гірничої маси для насипу греблі, перемички, банкету, дамби, зворотного засипання пазух бетоних споруд, відвалів, полотна доріг розрахунки слід починати з визначення пропускої можливості точки розвантажнння та їх кількості залежно від способу насипу насухо або в воду.

Пропускну можливість фронту розвантаження можна визначити за формулою

 

,

де Ппр- пропускна можливість фронту розвантаження, куб.м/зміну;

Чроз – число точок на фронті розвантаження;

Тр – час розвантаження автосамоскиду, хвилин (Тр=0,85-1,0);

Тм – час на установлення під розвантаження,хвилин (Тм=0,6-1,0).

Із наведеного прикладу відомо, що під час будівництва банкету або греблі, виконуючи насип насухо Чроз=3, Тр=1,0, Тм=1,0:

 

,

Для забезпечення такої пропускної можливості в роботі повинно бути не менше, ніж 4 екскаватори(11145.6/2771) та 36 автосамоскидів(9*4), що за ритмічної роботи забезпечить надходження на фронт розвантаження 11000 куб.м гірничої маси за зміну.

Насип греблі насухо передбачає:

- підготовку основи – грунт виймаєтся на глибину до 1 м й розпушується для кращого контакту з насипом на ширину споруди;

- грунт доставляють скреперами або автосамоскидами на фронт розвантаження (дільницю–карту, на якій вони розвантажуються в шахматному порядку по усій площі карти);

- у межах карти грунт розрівнюється бульдозером та провадиться зволожування усієї карти поливом водою.

- завершальним процесом є ущільнення грунту спеціальними катками до проектної товщини шару, що залежить від типу машин з урахуванням властивостей грунту, і може складати від 0,1м до2,0м.

У роботі доцільно мати три ділянки-карти і виконувати роботи поточним методом з ритмом – 1 зміна: на першій карті – розвантаження, другій - розрівнювання та зволоження, на третій –ущільнення. Площа кожної з карт визначається, виходячи зі змінної продуктивності провідної машини та товщини шару відсипу. Довжина карти обмежена найменшою довжиною дільниці, що ущільнюється і, яка залежить від типу провідної ущільнюючої машини та схеми руху і призначається від 10м (моторні катки), до 200 м (причепні катки). Необхідна кількість проходок катка встановлюється дослідним шляхом.

Змінну продуктивність провідної ущільнюючої машини (Пум, куб.м) можна визначити за формулою

,

 

де Шп – ширина полоси машини,м;

Нш –товщина шару ущільнення,м;

ШВ- середня швидкість переміщення катка,км /годину;

Кк – коефіцієнт використання ширини катка, Кк=0,8-0,9;.

Чкт - число проходок катка по одному місцю, шт.

Площу ділянки- карти (Мк,кв м) при цьому можно визничити наступним чином:

 

Мк=Пум/Нш.

Наприклад, під час при роботи кулачкового причепного катка з параметрами: Шп=3,0м, Нш=0,5м,ШВ= 6 км/год., Кк=0,9, Чкм=5

 

 

Мк= 1174,5/0,5=2349 м².

 

Якщо ширина споруди на рівні ущільнення складає 50 м, то довжина карти повинна складати 2349/50= 47 м. Далі слід обрати бульдозер та автополивалку з відповідною продуктивністью та визначити кількість робочих автосамоскидів для постачання грунту на 1 карту 1174,5/317 = 3,7≈ 4.

Під час відсипу грунту в воду карту заповнюють водою на глибину нижчу за верхню бровку (0,3-0,75м), створюють умови для безпечного розвантаження автосамоскидів, визначають число точок розвантаження, які й визначають пропускну спроможність фронту розвантаження й заповнення карти з ущільненням за рахунок власної ваги грунту.

Серед гідротехнічних споруд особливе місце займають перемички - тимчасові напорні споруди, призначені для огорожі котлованів, у яких будуються основні споруди гідровузла. Вони повинні забезпечити черговість зведення постійних споруд, відповідати контурам котлованів, бути надійними та економічними за рахунок використання місцевих матеріалів.

Залежно від матеріалу вони можуть бути земляні, камененакидні, ряжеві, шпунтові та змішані і повинні будуватися в період найменших витрат води з виключенням пошкождження паводком.

 

 

Перекриття русла річки

 

Перекриття русла річки під час будівництва гідровузла це один із складних комплексів робіт, що передбачає переключення витрат води в річці на заздалегідь підготовлений водовідвідний тракт (отвори греблі, тунелі, канали) поступовим або митьєвим завалом русла різними матеріалами (пісчано-гравійною сумішшю, гірничою масою, камінням різних розмірів,

спеціальними кубами, тощо).

Перекриття русла здійснюється наступними способами:

- Фронтальним – рівномірним насипом матеріалу банкету в водну течію по всьому фронту прорану з тимчасового мосту.

- Піонерним - насипом матеріалу банкету в водну течію з торців дамб, що поступово нарощуються в руслі річки з одного або з двох берегів і звужують проран.

- Вибуховим – миттєвим завалом русла річки гірничою масою за допомогою спрямованого вибуху.

- Іншими спеціальними способами, які застосовуються рідко за особливих умов будівництва.

Найбільш поширеними в гідротехнічному будівництві є фронтальний та

піонерний способи перекриття, за яких роботи можна поділити на стадії: підготовчу, попереднього стиснення русла, перекриття прорану та заключну.

Основою для ПВР, пов'язаних з перекриттям є відповідний розділ проекту гідровузла, в якому обгрунтовані гідрогеологічні умови на момент перекриття, розміри відповідних споруд та матеріали, потреба в цих матеріалах та розташування складів, спосіб перекриття, потреба в машинних та трудових ресурсах за стадіями реалізації проекту, очікувана тривалість цих стадій.

Строки перекриття русла, як правило, встановлюють в механізований період, коли рівень води в річці найнижчий.

Календарний графік організації преркриття, як складова календарного графіка будівництва гідровузла, повинен включати всі стадії перекриття, а саме:

· підготовку водовідвідного тракту;

· підготовчу стадію - організацію складів матеріалів, доріг та мостів, підготовку засобів навантаження та транспортування, створення умов для безперебійного прийому автомашин в точках розвантаження на мосту або на дамбах. Такі роботи виконуються на протязі 1-2 місяців.

· попереднє стиснення русла – піонерний відсип кам'яного банкету з берегів, що проводиться до розрахункових швидкостей, які забезпечують цілісність банкету і розрахункову величину прорану. Тривалість цієї стадії розраховується, виходячи з обсягів робіт та виробничих можливостей технічних засобів.

· перекриття прорану русла (виконання розрахунку швидкостей в прорані, діаметра і маси та відсипних гірських негативів). Тривалість перекриття прорану за одну - дві зміни.

· Заключна стадія - досипання банкету та греблі до настання паводка на висоту, що відповідає пропуску розрахункових будівельних витрат.

У випадку використання гірничої маси для будівництва банкету, дамби, перекриття русла розрахунки слід починати з визначення пропускої можливості точки розвантаження та їх кількості залежно від піонерного або фронтального способів перекриття.

Число точок розвантаження автосамоскидів визначається проектом перекриття при фронтальному - довжиною мосту та кількістью навантажених автосамоскидів, які одночасно можуть на ньому знаходитися, а також організацією руху, який може бути організований за кільцевою або тупиковою схемами з подачею автосамоскидів під розвантаження поштучно або пакетом. При цьому фронт розвантаження на 1 автосамоскид (Фав) визначаєтся за формулою:

,

де Шк. - ширина кузова автосамоскида,м;

Аав – безпечна середня відстань між крайнім автосамоскидом і бровкою дамби, між автосамоскидами в момент одночасного розвантаження,м.

Для автосамоскида БЕЛАЗ-540 Фав= 3+1=4м.

Ширина мосту (Шм) визначається за умови торцевого розвантаження автосамоскиду за формулою:

 

,

де Ра –мінімальний радіус повороту автосамоскида, м, (10-12м);

Ам – безпечна мінімальна відстань від краю мосту з обох сторін з урахуванням дороги,м;

Да – довжина автосамоскида від передніх коліс до краю кузова,м.

Для БЕЛАЗ-540 Шм = 12+2+6 = 20 м.

Тривалість розвантаження 1 автосамоскида (Троз. хвилин) визначається, як сума:

,

де Тус – час на установку під розвантаження, хвилин;

Трав - час розвантаження гірничої маси у воду, хвилин;

Тм – час виїзду на основну дорогу, хвилин.

Пропускну можливість фронту розвантаження можна визначити за формулою

 

,

 

де Ппр- пропускна можливість фронту розвантаження, куб.м/зміну;

Чроз – число точок розвантаження;

Т1роз – час розвантаження автосамоскида залежно від числа точок розвантаження та організаціії руху, хвилин

(Троз=1.25 - 2.0).

У випадку фронтального перекриття скельною гірничою масою і подачі автосамоскидів пакетом при Чроз=3, Т1роз= 1,33хв., Вк=2,58,Чк=3:

 

У разі, якщо перекриття виконане піонерним способом, може бути застосовано три схеми розвантаження автосамоскидів у воду:

1 Якщо схема подачі автосамоскидів під розвантаження є кільцевою, то їх рух організується в межах дамби з подачею заднім ходом під розвантаження до бровки і виїздом після розвантаження на дорогу з двома смугами руху. Така схема вимагає мінімальної ширини дамби (Шд):

 

,

 

де Ра – мінімальний радіус повороту автосамоскида, м, (10 – 12м);

Шк – ширина кузова автосамоскида,м;

Аав- мінімальний зазор між автосамоскидом та бровкою розвантаження, м.

При автосамоскидах БЕЛАЗ -540 Шд =2*(12+0.5*3+1)= 29м.

2 При тупиковому розвороті - автосамоскид робить поворот до бровки, а потім заднім ходом подається в точку розвантаження. Така схема вимагає мінімальної ширини дамби (Шд):

 

.

 

Для автосамоскидів БЕЛАЗ -540 Шд =12+7+1)= 20м.

3 При тупиковому розвороті - автосамоскид виконує поворот до спеціального майданчика (ніші) на дамбі, а потім заднім ходом подається до точки розвантаження. Така схема вимагає мінімальної ширини дамби (до 6м), якщо дорога має одну смугу, або 10м, якщо дві. При створенні майданчика за рахунок розширення дамби з мінімальною площею Sn=(Да+Ра-Шд+Аав)*(Шк+2*Аав), для автосамоскида БЕЛАЗ -540: Sn =(7+12-10+1)*(3+2*1)= 50 кв.м.. Майданчики (ніші) доцільно будувати на певній відстані від бровки розвантаження, що забезпечує безпечну подачу автосамоскида заднім ходом до точки розвантаження.

Схема 2 забезпечує розвантаження в трьох точках з суміщенням часу розвантаження одного автосамоскида з установкою другого або виїздом третього при подачі поштучно, що забезпечує Т1роз=1,33хв. /авто, а при двох смугах дороги на дамбі четвертий автосамоскид може бути поданий до першої точки відразу після виїзду автосамоскида з точки 2, що забезпечує Т1роз=1,25 хвилин/ авто. При подачі поштучно а розвантаженні пакетом Т1роз=1,3 хвилини / авто.

Пропускна спроможність однієї точки розвантаження фронту розвантаження дамби при трьох точках визначається таким чином Ппр1=60/Чроз*Т1роз:

а) при одноразовій подачі або пакетному розвантаженні:

Ппр1= 60/3*1,33= 15 авто/годину;

б) при 2 смугах дороги і пріоритетній подачі:

Ппр1=60/3*1,25= 16 авто/годину.

При фронтальному і піонерному способах перекриття на початку відсипу використовують гірничу масу, а на завершенні – негабарити й бетонні елементи (куби, тетраедри, їжаки).

Під час видобутку скельної гірничої маси за допомогою буро-вибухових робіт, навантаженні екскаваторами, транспортуванні автосамоскидами

і використанні для піонерного перекриття можна визначити оптимістичні параметри перекриття за нормативами, прийнятими в розділі 5.1.1.

Нормативи: 5 категорія гірничої маси, Вк=2,58 м³, Чк= 3, Ва= 7,74м³, Тна = 1,74хв, ТУП = 0,5, відстань 3км, Тоб = 21хв., Тзм = 480хв., Тпз = 35хв, Тос=10хв, Т1роз = 1,25 хв:

· Ппр= 480•2,58•3/1,25= 2972 куб.м/зміну;

· Пе= ((480-35-10)•2,58•3)/(1.74+0,5) =1503 куб.м/зміну,

Че=2972/1503= 1,98≈2 екскаватора;

· Па=((480-35-10)•7,74)/21= 160 куб.м/зміну;

Ча= 2972/160= 18,675≈ 19 автосамоскидів.

Таким чином, при піонерному перекритті оптимістична пропускна спроможність фронту розвантаження при трьох точках складає 2972 м³/зміну при роботі двох екскаваторах і дев'ятнадцяти автосамоскидах. Однак часові нормативи, закладені в розрахунок, в реальності мають коливання з певною імовірністью від оптимістичних до песиместичних, що вимагає врахування цих обставин застосуванням під час проектування певних коефіцієнтів нерівномірності або моделюванням роботи системи за допомогою математичних методів дослідження операції та ПЕОМ.

Перекриття русла річки можна представити як систему масового обслуговування, в якій точки розвантаження (канали) обслуговують автосамоскиди (клієнтів), що надходять з певною інтенсивністю, тому постає завдання забезпечення максимальної пропускної спроможності фронту розвантаження і, як наслідок, строків перекриття при імовірній кількості автосамоскидів в системі проран-транспорт – екскаватори. Вирішення такого завдання буде розглянуто в наступних розділах.