Основные землеройно-транспортные машины — скреперы и бульдозеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.
Скреперы — наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины. Эксплуатационные возможности позволяют использовать их при отрывке котлованов и планировке поверхностей. В настоящее время применяют прицепные, полуприцепные и самоходные скреперы. Применение прицепных и полуприцепных скреперов наиболее эффективно при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходных — до 3000 м.
Скреперами ведут разработку, транспортировку и укладку грунтов I и II групп по трудности разработки. Более плотные грунты необходимо предварительно рыхлить.
Полный цикл работы скрепера состоит из набора грунта, движения нагруженного скрепера, разгрузки;ковша и движения порожнего скрепера. Скрепер снимает ковшом стружку грунта толщиной 0,12... 0,35 и шириной 1,65... 2,75 м (для скреперов с объемом ковша 3... 8 м3). Толщина отсыпаемого слоя 0,35... 0,5 м. Для обеспечения равномерной толщины отсыпаемого грунта ковш разгружают только при движении скрепера.
Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера. Для увеличения толщины стружки, сокращения времени и пути наполнения ковша применяют тракторы-толкачи, число которых зависит от типа скреперов, вместимости ковша и дальности транспортировки (1 толкач на 2... 16 скреперов). Длина пути наполнения ковша при совместной работе скрепера и толкача в
супесчаных и суглинистых грунтах сокращается до 10..... 12 м, в глинистых — до 15... 18 м при нормальной длине пути наполнения 22... 26 м; при этом толщина стружки увеличивается на 20... 25%. Трактор-толкач необходим при разработке плотных и тяжелых грунтов, когда не
хватает усилия тягача скрепера при наборе грунта.
Скреперы набирают грунт (в зависимости от его вида) различными способами. Способ набора грунта постоянной толщины тонкой прямой стружкой применяют на любых связных грунтах при работе под уклон; клиновой, т. е. с переменной толщиной стружки — при разработке любых связных грунтов.
Схемы разработки грунта скреперами:
а) срезание грунта постоянной толщины, б)гребенчатый способ, в)клиновой, г) клевковый способ
д)движение скрепера по схеме эллипс, е) движение по схеме спираль, ж) по схеме восьмерка,
з) зигзаг, и) челночно поперечная схема, к) челночно продольная схема
Бульдозеры применяют при планировке участка, засыпке пазух, устройстве насыпей и разработке неглубоких котлованов.
Бульдозеры предназначены для разработки и перемещения грунта на небольшие (не более 100 метров) расстояния.
Бульдозер представляет собой навесное оборудование в видеотвала с ножом, устанавливаемое на гусеничном тракторе. Цикл работы бульдозера слагается из операции рабочего хода, при которой производится резание и транспортировка грунта к месту отвала. И операции холостого хода при возвращении холостого хода в забой.
Разработка грунта может выполняться:
1) при рабочем ходе в одном направлении (при расстоянии перемещения грунта до 50 метров),
2) при рабочем ходе в двух направлениях (при расстоянии перемещения грунта до 100 метров),
3) траншейный способ применяется при разработке котлованов глубиной до двух метров. При этом способе увеличивается производительность бульдозера.
Разработка ведется траншеями шириной равной ширине ножа бульдозера. Между траншеями остается полоса неразработанного грунта шириной 80см., которая разрабатывается в последнюю очередь.
7. Закрытые способы разработки грунта.
В обычных условиях для прокладки трубопроводов отрывают траншею, по дну которой укладывают трубу, после чего траншею засыпают.
Иногда такой способ разработки неприемлем - например, при пересечении трассой трубопровода транспортной магистрали с интенсивным движением, которое невозможно прервать даже на относительно короткий срок. В таких случаях применяют закрытые способы разработки грунта.
1.) щитовая проходка. В грунт с помощью домкратов врезают щит, представляющий собой кольцевую конструкцию, открытую с двух сторон. Грунт в головной части щита обрамленной ее режущим краем разрабатывается вручную или с помощью отбойных молотков. Разработанный грунт удаляют на вагонетках или ленточным конвейером.
Со второй стороны щит упирается в край обделки туннеля. Обделку собирают из отдельных сегментных блоков – тюбингов. При продвижении щита вперед снаружи тюбинговой обделки образуется полость (за счет обоймы щита), которая заполняется цементно-песчаным раствором (упрочняется окружающий грунт).
2.) способ продавливания (для труб диаметром до 1400мм). Основан на последовательном вдавливании в грунт звеньев труб со сваркой, разработкой грунта внутри трубы и удалении его через трубу с помощью шнековой (винтовой) установки.
3.) способ прокола (для труб диаметром до 500мм.). Основан на образовании отверстий за счет уплотнения грунта при вдавливании в него трубы с коническим наконечником. Для вдавливания используется гидравлический домкрат.
В котловане вдавливают в грунт трубу на величину хода штока, затем после возвращения штока в начальное положение вводят на их место нажимной патрубок (шомпол), а процесс повторяют. После окончания вдавливания первого звена трубы на полную длину шомпол убирают, а в котлован опускают следующее звено, соединяют его с предыдущим и сваривают их.
4.) горизонтальное бурение с применением трубы с режущей коронкой увеличенного диаметра. Грунт из трубы удаляется как при способе продавливания.
5.) гидромеханический способ – путем подмыва грунта внутри трубы струей воды и последующей откачки пульпы насосом.
Трубы чаще всего выполняют роль футляра.
8. Производство земляных работ в зимнее время.
При замерзании грунта, его механическая прочность возрастает, и затраты на его разработку увеличиваются. В то же время грунт можно разрабатывать без откосов, нет необходимости в водоотливе.
Разрабатываемый мерзлый грунт состоит из отдельных комьев, образует много пустот и плохо поддается уплотнению, поэтому не рекомендуется его применять для устройства насыпей.
Земляные работы зимой осуществляются тремя методами:
1) предварительная подготовка с последующей разработкой обычными методами,
2) мерзлые грунты нарезают предварительно на блоки
3) разработка без предварительной подготовки.
Предварительная подготовка:
1) предохранение грунта от промерзания (глубокая вспашка с последующим боронованием).
2) Утепление грунтов с помощью листьев, опилок, соломы. Толщина слоя 20..40см (предохраняет до середины февраля).
Снегозадержание
4) Засоление грунтов – песчаный грунт закрепляется на территории подземных коммуникаций.
5) Оттаивание (прогрев)
Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характеризуется значительной трудоемкостью и, энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стесненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.
Способы оттаивания классифицируются по направлениюраспространения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю(сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество). По направлению оттаивания все способы делятся на три группы.
Оттаивание грунта сверху вниз. Теплота распространяется в вертикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Способ наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономного расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значительные потери энергии в окружающее пространство.
Оттаивание грунта снизу вверх. Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наиболее экономичный, так как оттаивание происходит под защитой мерзлой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Потребная тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует больших затрат энергии на оттаивание. Но этот тонкий слой грунта в 10... 15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимости выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.
Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревных элементов, но для того, чтобы их установить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы. Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех способов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и недопустимо переувлажнять грунт.
В зависимости от применяемого теплоносителя существует несколько методов оттаивания.
Оттаивание непосредственным сжиганием топлива. Если в зимнее время необходимо выкопать 1...2 ямы, самое простое решение - обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены приведет к оттаиванию грунта под ним на 30...40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, оттаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за смену может достигнуть общей глубины до 1 м. При необходимости можно снова расжечь костер или разработать талый грунт и на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.
Огневой способ применим для отрывки небольших траншей, используется звеньевая конструкция (рис. 3.1) из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твердого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное топливо с сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.
Электропрогрев. Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает положительную температуру. Используют горизонтальные и вертикальные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первоначального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды
 Рис. 3.1. Установка для оттаивания грунта жидким топливом:
а - общий вид; б - схема утепления короба; 1 - камера сгорания; 2 - вытяжная труба; 3 - утеплитель (обсыпка талым грунтом)
| забить в грунт до талого грунта, или на поверхности грунта, очищенного от снега, насыпать слой опилок толщиной 15...20 см, смоченных солевым раствором с кон-центрацией 0,2...0,5%. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим эле-ментом. Под воздействием теплоты, гене-рируемой в слое опилок, верхний слой грунта нагревается, оттаивает и сам стано-вится проводником тока от одного элект- |
рода к другому. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распространение тепловой энергии осуществляется в основном в
толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок целесообразно накрыть рулонными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется в пределах 150...300 кВт.ч, температура нагретых опилок не превышает 80...90°С.
Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемыми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возможности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15...20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см, смоченных раствором хлористого натрия или кальция консистенции 0,2...0,5%. Так как грунт в промороженном состоянии не является проводником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки начинают выполнять роль теплозащиты отогреваемого участка от теплопотерь в атмосферу. Опилки сверху обычно покрывают толем, пергамином, щитами, другими защитными материалами. Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются. К тому же они достаточно пропитаны с осени водой, которая требует больше энергии для перехода в талое состояние. Расход энергии колеблется в пределах 50...85 кВт.ч на 1 м3 грунта.
Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис. 3.2). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбинированным способами. При оттаивании грунта вертикальными электродами стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом забиваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4x4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между электродами оказывается в пределах 0,5...0,8 м.
| Рис. 3.2. Оттаивание грунта глубинными электродами: а - снизу вверх; б - сверху вниз; 1 -талый грунт; 2 - мерзлый грунт; 3 – элек-трический провод; 4 - электрод- 5 - слой гидро-изоляционного материа-ла; 6 - слой опилок; I-IY— слои оттачивания |
При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и наледи поверхность, стержни забивают в грунт на 20...25 см, укладывают слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной.будет глубина прогрева в пределах 0,7...1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5...2,0 сут, после этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1...2 сут. Расстояние между электродами 40...80 см, расход энергии по сравнению с полосовыми электродами сокращается на 15...20% и составляет 40...75 кВт • ч на 1 м3 грунта.
При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют электроды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, которые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15...40 кВт • ч на 1 м3 грунта.
Третий, комбинированный способ, будет иметь место при заглублении электродов в подстилающий талый грунт и устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замкнется наверху и внизу, оттаивание грунта будет происходить сверху вниз и снизу вверх одновременно. Так как трудоемкость подготовительных работ при этом способе самая высокая, то его применение может быть оправдано лишь в исключительных случаях, когда требуется ускоренное оттаивание грунта.
Оттаивание токами высокой частоты. Этот метод позволяет резко сократить подготовительные работы, так как промерзший грунт сохраняет проводимость к токам высокой частоты, поэтому отпадает надобность в большом заглублении электродов в грунт и в устройстве опилочной засыпки. Расстояние между электродами может быть увеличено до 1,2 м, т. е. сокращено их количество почти в два раза. Процесс оттаивания грунта протекает относительно быстро. Ограниченное использование способа связано с недостаточным выпуском генераторов токов высокой частоты.
Одним из методов, которые в настоящее время утратили свою эффективность и вытеснены более современными, является оттаивание грунта паровыми или водяными иглами. Для этого необходимо наличие источников горячей воды и пара, при малой, до 0,8 м глубине промерзания грунта. Паровые иглы представляют собой металлическую трубу длиной до 2 м и диаметром 25...50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2...3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами при наличии на них кранов. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, приблизительно равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06...0,07 МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизоляционного материала, чаще всего опилок. Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1...1,5 м. Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50..100 кг. За счет выделения паром в грунте скрытой теплоты парообразования прогрев грунта проходит особенно интенсивно. Этот метод требует расхода тепловой энергии примерно в 2 раза больше, чем метод вертикальных электродов.
Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями. Данный метод основан на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяются электроматы, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала, через который пропускают электрический ток. Прямоугольные маты, размеры которых могут закрывать поверхность от 4...8 м2, укладываются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электричества напряжением 220 В. При этом образующееся тепло эффективно распространяется сверху вниз в толщу мерзлого грунта, что приводит к его оттаиванию. Время, необходимое для оттаивания, зависит от температуры окружающего воздуха и от глубины промерзания грунта и в среднем составляет 15-20 ч.
