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.

Рис.5. Схема работы земснаряда
а - разработка подводного забоя; б - схема передвижки землесосного снаряда папильонированием.

Рис.6. Схемы возведения Насыпи методом намыва
а - в - способами соответственно эстакадным, безэстакадным и комплексным; 1 - водовыпускная труба, 2 - грунтовые валы; 3 - дренажный колодец: 4 - магистральный пульпопровод; 5 - выпускной патрубок; 6 - бульдозер.

Для снижения стоимости разработки и обеспечения заданного ритма работы машин производительность земснаряда по откачке пульпы из зумпфа должна 'соответствовать производительности гидромониторов, работающих в забое. Для регулирования режима работы земснарядов разработаны автоматические системы с применением радиоактивных плотномеров, контролирующих плотность пульпы, идущей по трубопроводу, и регулирующих скорость размыва грунта в забое.

В подводных забоях грунт разрабатывают плавучими земснарядами, представляющими собой баржу со смонтированным на ней земснарядом. Территорию, подлежащую разработке, разбивают в натуре с помощью плавучих буйков или бакенов, имеющих источники света в ночное время. Грунт со дна водоема всасывается трубой земснаряда, подвешенной к специальной стреле, соединенной с мачтой, установленной на барже. При разработке плотных грунтов трубу земснаряда снабжают специальной вращающейся рыхлительной головкой (рис.5,а). Земснаряд может быть соединен с магистральным пульпопроводом, проложенным по берегу, с помощью плавучего пульпопровода, смонтированного на плашкоутах, что позволяет ему передвигаться по забою вслед за движением земснаряда. Земснаряд для перестановки подтягивают лебедками, находящимися на барже, к заранее установленным якорям или сваям. Расположение четырех якорей по углам разрабатываемого участка позволяет перемещать земснаряд по всей его площади (рис.5,б). Разработку начинают с заглубления всасывающей трубы с наконечником (или рыхлителем) на глубину снимаемого за одну проходку слоя. Затем начальную воронку расширяют путем периодического отвода земснаряда назад и в стороны, не допуская при этом прекращения контакта всасывающей части с разрабатываемым грунтом.

Насыпи из пульпы намывают слоями по 20…25 см. Возводимую насыпь разбивают в плане на карты-захватки, на которых поочередно выполняют намыв грунта и подготовительные работы к намыву следующего слоя. По контуру очередной карты бульдозером возводят земляной вал на высоту намываемого слоя пульпы и наращивают установленный ранее в пределах карты водосборный (дренажный) колодец с выпускаемой трубой.

При эстакадном способе подачи пульпы (рис.6,а) магистральный пульпопровод на участке намыва размещают на эстакаде, превышающей по высоте возводимую насыпь, и выдают из него пульпу поочередно на карты намыва. При безэстакадном способе (рис.6,б) магистральный пульпопровод укладывают вдоль основания возводимой насыпи (с одной или двух сторон в зависимости от ее размеров и местных условий рельефа). Через каждые 20...30 м на трубопроводе устанавливают специальные выпускные патрубки, через которые пульпа поступает на карту намыва. При первом способе возведение эстакады - относительно дорогая и трудоемкая работа, но в дальнейшем дополнительные работы сводятся к минимуму, а сам процесс намыва значительно ускоряется. При втором способе стоимость и трудоемкость начальной прокладки трубопровода незначительны, но в дальнейшем приходится периодически наращивать и перемонтировать выпускные патрубки, что сдерживает процесс намыва.

При намыве насыпей из хорошо дренирующих грунтов применяют комплексный способ, в котором сочетаются гидромеханический способ и работа бульдозеров (рис.6,в). На очередной карте пульпу выпускают из патрубков, расположенных на невысоких коротких эстакадах. В результате образуются песчаные кучи, между которыми должен быть обеспечен свободный сток осветленной воды. В это время на другой карте перемещают грунт и послойно укладывают его бульдозером в насыпь.

Возведение насыпей методом намыва обеспечивает значительную плотность грунта, в связи с чем к искусственному уплотнению грунта в этих случаях не прибегают, а придают насыпи небольшой (1,5% при суглинистых и супесчаных и 0,75% при песчаных грунтах) запас высоты на последующую усадку.