IV. 8. Виконання земляних робіт у зимових умовах

До основних властивостей сезонно мерзлих ґрунтів належать підвищена механічна міцність, пластичні деформації, випинання та підвищений електричний опір. Проявлення цих властивостей та глибина промерзання h залежать від терміну промерзання, температури, вологості та виду ґрунту.

Зі зниженням температури механічна міцність ґрунту, а також питомий опір різанню та копанню різко зростають (у 5...8 разів). У зв'язку з тим що температура мерзлого ґрунту змінюється по глибині мерзлого шару h змінюються відповідно і характеристики міцності ґрунту: найбільші значення питомого опору копанню перебувають у верхній частині (зовнішній) мерзлого шару, найменші — на межі мерзлого та немерзлого (талого) ґрунту.

Глибина промерзання ґрунтів h залежить від температури повітря та тривалості її впливу, сили вітру, товщини снігового покриву, характеру природного покриву (трава, орна земля, торф, каміння, шляхові покриття тощо), а також теплопровідності, вологості та рівня ґрунтових вод.

Промерзання екскаваторного забою відбувається від покрівлі, укосу та його лобової частини. У зв'язку з цим розроблення мерзлого ґрунту одноківшевими екскаваторами здійснюють за чотирма схемами (напрямком руху ковша): / — уздовж мерзлого шару (якщо різна глибина заглиблення ковша від відкритої поверхні); // — упоперек мерзлого шару в його межах; ПІ — упоперек мерзлого шару, починаючи від немерзлого ґрунту, тобто з підбоєм; IV — під кутом до мерзлого шару в укосі забою (рис. IV. 18, а, б).

Для одноківшевих екскаваторів різних моделей глибину мерзлого шару, допустиму для розроблення, можна орієнтовно визначити з емпіричного виразу

hl=a_xE/k_cx, (IV. 19)

де а_х — коефіцієнт, який залежить від групи ґрунту в немерзлому стані (для ґрунтів І...III груп значення а_] змінюється для прямих та зворотних лопат від 0,5 до 0,3); Е — місткість ковша, м³; k_cx — коефіцієнт, який залежить від схеми копання мерзлого шару в забої: у разі переходу від І до IV схеми змінюється від 1,0 до 0,5.

Рис. IV. 18. Ступінь промерзання екскаваторного забою:

а — схема промерзання екскаваторного забою; 6 — зміна питомого опору копанню за глибиною мерзлого шару; / — сніговий покрив; 2 — мерзлий грунт; 3 — талий Грунт; І...IV — напрямок копання грунту; К"-, К^Р, K_F — питомий опір копанню відповідно у верхній, середній частині мерзлого шару і талого грунту; /і_п> — глибина промерзання

Розроблення мерзлого шару драглайнами може здійснюватися тільки по II...IV схемах, тобто впоперек чи під кутом до мерзлого шару. Величина Лд визначається за формулою (IV.19), де значення коефіцієнта д₁слід брати у 2 рази меншим порівняно з прямими та зворотними лопатами.

Для траншейних роторних та ланцюгових екскаваторів допустиму глибину промерзання ґрунту Іі^ визначають за величиною питомого опору копанню Кр, моделлю екскаватора та конструкцією робочого органа. Роторні екскаватори при значеннях Кр ^ 1,0... 1,4 МПа можна ефективно використовувати при розробленні мерзлих ґрунтів з глибиною промерзання до 1,5...2,0 м. Трохи менші можливості мають ланцюгові багатоківшеві екскаватори.

Можливу глибину розпушування мерзлого ґрунту h навісними статичними розпушувачами визначають насамперед потужністю тракторного двигуна, а також конструктивним виконанням розпушувача. У разі використання тракторів з потужністю двигунів 150...200 кВт величина h становить від 0,45 до 1 м. Застосування надпотужних тракторів (більш як 400...600 кВт) дає змогу збільшити глибину розпушування мерзлих ґрунтів до 1,2... 1,5 м.

Можливості розпушування мерзлих ґрунтів скреперами та бульдозерами без попереднього розпушування вкрай обмежені, глибина розпушування — звичайно не більш як 0,05...0,15 м.

Можлива глибина розпушування мерзлих ґрунтів динамічними розпушувачами (клин- та шар-молот, дизель-молот тощо) звичайно 0,4...0,6 м, а навісними гідромолотами — до 1,5...2 м. Розроблення виконують пошарово.

Для успішного розроблення ґрунтів взимку та підготування мерзлого шару до екскавації можливе застосування таких основних способів: запобігання промерзанню грунтів, розморожування (вогневе, електричне), механічне руйнування (статичними та динамічними розпушувачами), блоковий спосіб, вибухові способи розпушування.

Запобігання промерзанню грунтів, які підлягають розробленню взимку, здійснюється: зорюванням (з наступним боронуванням та снігозатриманням); глибоким розпушуванням; утепленням теплоізоляційними матеріалами.

Ці заходи здійснюють пізно восени, до початку заморозків, а щодо траншей та котлованів — негайно після видалення з них ґрунту.

Зорювання та снігозатримання як запобігання промерзанню ґрунтів застосовують для утеплення ділянок ґрунту, що підлягають розробленню у першій третині зими. Для зорювання верхнього шару землі використовують плуги та статичні розпушувачі.

Попереднє глибоке (до 1,3... 1,5 м) розпушування виконують екскаваторами типу пряма лопата. Гребінчаста поверхня, що утворюється в процесі розпушування, затримує сніг, який, у свою чергу, сприяє збереженню ґрунту від промерзання.

Глибоке розпушування рекомендується для малозв'язних (супісків) та гравелистпх ґрунтів на ділянках, призначених для розроблення в останню третину зими.

Попереднє розпушування (пізно восени) здійснюють екскаватором, оснащеним прямою лопатою, через розкидання зачерпнутого ґрунту (рис. IV. 19, а). Спочатку лобовою проходкою під час роботи на відвал створюється траншея 1,3... 1,5 м завглибшки. Надалі цю траншею боковою проходкою засипають ґрунтом із заново створюваної траншеї і т. д. Зверху майбутнього котловану утворюють шар розпушеного ґрунту 0,3...0,4 м завтовшки, який затримує на поверхні сніг, що запобігає промерзанню ґрунту. Взимку мерзла кірка розпушеного ґрунту легко розбивається екскаватором з ковшами місткістю 0,5 м³ і більше.

Уберегти грунт можна підгортанням (рис. IV. 19, б), якщо ширина майбутньої виїмки не більш як 10... 12 м.

Невеликі поверхні ґрунту уберігають від промерзання утепленням теплоізоляційними матеріалами (тирсою, соломою, сіном, комишитом, шлаком, листям, піною з полімерних матеріалів тощо), а також хімічною обробкою ґрунту (покривають хлористими солями). Площа утепленого ґрунту, що підлягає розробленню у різні місяці зими, повинна мати різну товщину шару утеплювальних матеріалів, яка визначається розрахунками за відповідними формулами.

Розморожування мерзлих ґрунтів застосовують при незначних обсягах робіт: копанні невеликих котлованів, ділянок траншей, вводів, поблизу підземних споруд, трубопроводів та кабелів, у важкодоступних місцях та стиснених умовах, необхідності розморожування шару ґрунту під час виконання аварійних ремонтних робіт.

Рис. IV. 19. Захист грунту від промерзання та.розморожування мерзлого грунту: а — методом перелопачування; б — методом підгортання (/, // — проходки); в — установка для розморожування грунту рідким паливом; г — схема розміщення парових голок; д — водяна голка; є — електрична голка; є — горизонтальні електроди; ж — вертикальні електроди для прогрівання грунту способом знизу вверх; / — початкова проходка; 2 — осі проходки: 3 — додаткова проходка; 4 — паливний бак; 5 — секції короба; в — шланг для подавання палива; 7 — форсунка; 8 — головна секція короба; 9 — утеплювач; 10, 11 — зовнішня та внутрішня сталеві труби; 12 — електронагрівальна ніхромова спіраль; 13 — електроди; 14 — верхній шар утеплювача; 15 — шар тирси; 16 — мерзлий грунт; 17 — сніговий покрив; 18 — немерзлий грунт; В, б_в — ширина котловану та виїмки

Для розморожування мерзлих грунтів використовують в основному рідке та тверде паливо, пару, гарячу воду та електроенергію. Одержана від будь-якого джерела теплота може поширюватися: 1) зверху вниз від нагрівача, розміщеного на поверхні грунту (поверхневе розморожування); 2) по радіусу від нагрівача, розміщеного в шпурі у мерзлому шарі грунту (радіальне розморожування); 3) до поверхні грунту від нагрівача, розміщеного нижче шару мерзлого грунту (глибинне розморожування).

Розморожування ґрунту твердим та рідким паливом найбільш простий, але малоефективний спосіб, який полягає у підігріванні грунту спалюванням під металевими коробами торфу, кам'яного вугілля, трісок і т. ін.

Режим процесу розморожування грунту складається із впливу теплоти на грунт протягом 7...8 год та періоду акумуляції теплоти протягом 16... 18 год. На 1 м³ розмороженого ґрунту витрати торфу становлять приблизно 120...140 кг, вугілля — ЗО...60 кг, дров — 0,15 м³.

Найбільш економічним під час улаштування траншей є розморожування ґрунту рідким паливом за допомогою відповідних установок (рис. IV. 19, в). Паливо (солярове мастило) надходить по шлангу самопливом із бака до форсунки, встановленої спереду головного короба. Біля сопла форсунки паливо розпилюється та спалюється факелом. Якщо до установки приладнати вентилятор, то утворюється факел 7...8 м завдовжки. Тоді продуктивність такої установки досягає 40 м розмороженого ґрунту за зміну при витратах палива 17 кг/год.

Розморожування ґрунту паровими, водними та електричними голками (рис. IV. 19, г, д, є) прогресивніше. Джерело теплоти — стаціонарні чи пересувні установки. У заздалегідь пробурені шпури (свердловини) на глибину, яка не досягає талого ґрунту на 10... 12 см, встановлюють електричні голки: при розробленні невеликих котлованів — у центрі кожного котловану, при розробленні вузьких траншей — по осі на відстані 1 м одна від одної, широких траншей — у шаховому порядку на відстані, що дорівнює глибині промерзання, при розробленні великих котлованів — у шаховому порядку на відстані 1,0... 1,5 м. Електричні голки вмикають у мережу змінного струму напругою 220 В послідовно групами.

Розморожування мерзлих ґрунтів можна здійснювати за допомогою глибинних електродів (рис. IV. 19, ж), виготовлених з круглої арматурної сталі діаметром 16...20 мм чи труб діаметром 25...50 мм із загостреним одним кінцем. Електроди вставляють у пробурені свердловини або забивають відбійними пневматичними чи електричними молотками на глибину 5... 10 см нижче мерзлого шару. Електричний струм, пройшовши по талому ґрунту під мерзлим шаром, виділяє теплоту, яка акумулюється і розморожує шари мерзлого ґрунту, що лежать вище.

Трубчасті нагрівачі (ТЕНи) та коаксіальні нагрівачі звичайно використовують під час радіального розморожування. ТЕНи виготов-

ляють зі сталевих безшовних трубок, усередині яких міститься спіраль із ніхромового дроту діаметром 0,6 мм та довжиною 20 м. Простір між трубкою та спіраллю заповнюють пресованим периклазом, який має високу теплопровідність. ТЕНи відрізняються простотою конструкції та швидкістю розморожування грунту, але під час їхнього використання треба закривати поверхню.

Коаксіальні нагрівані складаються з двох труб, розташованих співвісно одна в одній та заварених з одного кінця. Проміжок між трубами заповнюють кварцевим або річним просушеним піском та заливають рідким склом. Напруга до труб підводиться через контактні пластини. Коаксіальні нагрівачі конструктивно прості, безпечні та прості в експлуатації, але швидкість та радіус розморожування ґрунту менші, ніж у ТЕНів.

Розморожування слід чергувати з термосним витримуванням. Зокрема, термін першого періоду прогрівання становить 6... 12 год, час термосного витримування — 3...6 год. Такий цикл (прогрівання та термос) залежно від глибини промерзання та фізико-механічних властивостей грунту повторюють два-три рази.

Для розпушування мерзлого ґрунту механічним способом використовують: при розробленні котлованів — машини ударної дії (динамічні розпушувачі), навісні (статичні) розпушувачі та землерийно-фрезерні машини (пошарове розроблення), барові машини для нарізання мерзлих ґрунтів на блоки; при розробленні траншей — машини ударної дії, дискові екскаватори та фрезерні машини, барові машини, роторні та ланцюгові екскаватори зі спеціальним робочим обладнанням, а при незначних обсягах — змінне робоче обладнання на гідравлічних екскаваторах (пневмомолоти); при вертикальному плануванні майданчиків — навісні (статичні) розпушувачі, машини ударної дії, а при незначних обсягах робіт — змінне робоче обладнання на гідравлічних екскаваторах (пневмо- та гідромолоти).

Розроблення мерзлих ґрунтів машинами ударної дії. Ґрунт розпушують дизель-молотом із клином, закріпленим на екскаваторі, з подальшим розробленням ґрунту екскаватором, оснащеним прямою чи зворотною лопатою (рис. IV.20, а).

Ґрунт для порівняно невеликих котлованів та траншей розпушують за допомогою навісного обладнання одноківшевого екскаватора — молотів вільного падіння. Молот може мати форму шара, діючого за принципом дроблення, чи клина, діючого за принципом сколу ґрунту.

Продуктивність екскаватора, який працює з клин-молотом, не перевищує 50...60 м³ мерзлого ґрунту за зміну. Недоліком розпушування ґрунтів цим способом є надмірні витрати сталевих канатів та небажані підвищені динамічні навантаження на вузли екскаватора.

Нині динамічні розпушувачі витісняються гідравлічними, що навішуються як змінне робоче обладнання на гідравлічні екскаватори. Гід-ромолотами можна розпушувати не тільки мерзлі, а й скельні ґрунти,

Б-5

асфальтобетонні покриття тощо. Розроблення мерзлого ґрунту здійснюють шарами 40...60 см завтовшки, якщо продуктивність від 5...6 до 20...25 м³/год (залежно від типу гідромолота).

Розроблення мерзлих ґрунтів статичними розпушувачами. В останні роки почали широко застосовувати змінне навісне обладнання (екскаваторні розпушувачі мерзлого ґрунту однобічної та двобічної дії). Ці гідравлічні механізми захоплювально-кліщового типу статичної дії, які вперше в практиці виконання земляних робіт дали змогу сумістити операції розпушування мерзлого ґрунту зі звичайною екскавацією.

Відсутність ударно-динамічного впливу на ґрунт дало можливість використати екскаватори з навісним обладнанням у різних умовах, у тому числі стиснених (поблизу діючих підземних комунікацій і т. ін.). Крім того, це навісне обладнання можна застосовувати для руйнування бетонних конструкцій та асфальтових шляхових покриттів, виконання вантажно-розвантажувальних робіт тощо.

На будівництві об'єктів використовують потужні навісні тракторні розпушувачі на базі трактора ДЗТ-250М та Т-500, а також фірм «Катер-піллер» (США), «Камацу» (Японія) тощо (рис. IV.20, в, г).

Відстань між рядами (проходами) статичного розпушування бажано визначати так, щоб отримати мерзлі грудки розміром не більш як /

Блокові способи розроблення мерзлих ґрунтів полягають у тому, що монолітність мерзлого ґрунту порушується за допомогою нарізання його на блоки (смуги) землерийними машинами чи тракторами, оснащеними дисковими пилками чи барами (рис. IV.20, д...з).

Звичайно використовують два види блокового розроблення мерзлих ґрунтів: дрібно- та великоблоковий.

Дрібноблоковим способом доцільно розробляти невеликі котловани та траншеї; його використовують у стиснених умовах із завантаженням ґрунту в автотранспорт чи укладанням у відвал. Завантажують

Рис. IV.20. Схеми розпушування та розроблення мерзлого ґрунту: а — розроблення екскаватором із попереднім розпушуванням мерзлого шару ґрунту дизель-молотом; б — те саме, із розрізанням грунту на смугу багатоківшевим екскаватором, оснащеним різальними барами; в — підготовка мерзлого грунту до розроблення навісним тракторним розпушувачем; г — схема механічного розпушування Грунтів навісним розпушувачем; д — дрібноблоковий спосіб розроблення прямою лопатою; є — те саме, зворотною лопатою для траншей; є — те саме, для котловану; ж — великоблоковий спосіб розроблення з використанням кранів; з — те саме, за допомогою тракторів; / — екскаватор; 2 — дизель-молот; З — мерзлий грунт; 4 — недібраний грунт; 5 — кроки пересування; 6 — місця стоянок екскаватора; 7 — багатоківшевий екскаватор; 8 — талий грунт; 9 — ділянка, підготовлена до екскавації; 10 — підготовлювана ділянка (нарізування щілин); // — ненарізані щілини в мерзлому грунті; 12 — початок розпушування грунту; 13 — навісний тракторний розпушувач; 14 — діагональні проходки; 15 — поздовжні проходки; 16 - незруйнований грунт після першої проходки розпушувача (Л — ефективна, h — максимальна глибина розпушування); 17 — будівельний кран; 18 — кліщовий (фрикційний) захоплювач; 19 — бульдозер; 20 — барова машина; 21 — стоянка крана; 22 — автосамоскид; 23 — трактор

мерзлі блоки та розробляють талий грунт екскаваторами з прямими лопатами із ковшем місткістю 0,65 м³ і більше (рис. IV.20, д).

Якщо глибина промерзання до 1,3 м, траншеї та котловани можна розробляти зворотними лопатами з ковшем місткістю 0,65 м^а і більше, нарізаючи прорізи через 0,4...0,5 м баровою машиною. Якщо ширина траншеї до 2 м, досить зробити поздовжні прорізи в траншеї; якщо ширина більша, роблять ще й поперечні прорізи під кутом 30°, нарізуючи блоки у вигляді ромбів. Під час риття котлованів повну площу розробляють кількома торцевими проходками (рис. IV.20, є, є).

Великоблоковий спосіб розроблення мерзлих грунтів рекомендується для влаштування невеликих котлованів, а також поблизу споруд, коли недопустиме двигтіння ґрунту, що неминуче в процесі ударного та віброударного розпушування мерзлого ґрунту (рис. IV.20, ж).

Блоки масою 4... 10 т бульдозерами відриваються та зсовуються від талої основи. Потім вони завантажуються кранами в автосамоскиди із знятим заднім бортом (рис. IV.20, з). Стропування здійснюють кліщовими захоплювачами позацентрово, що полегшує відривання блоків від талого ґрунту. Від основи блоки можна відривати через кілька змін після нарізання щілин, доки не відбулося змерзання розриву між блоками. Видаляти блоки можна краном за допомогою фрикційного (кліщового) захоплювача. Виїмки поділяють на дві захватки. На першій нарізають щілини однобаровою машиною, на другій — видаляють краном блоки та підчищають бульдозером основу.

Розпушування мерзлих Грунтів вибухом здійснюють методами шпурових і щілинних зарядів (див. розд. V).

БУРОВІ ТА ВИБУХОВІ РОБОТИ

V.1. БУРОВІ РОБОТИ

Буріння здійснюють під час вибухових робіт, зведення пальових фундаментів (буронабивних і буроін'єкційних), закріплення основ (цементація, заморожування), водозниження, дослідження нашарування грунтів, розвідування покладів корисних копалин тощо.

Буріння — це утворення спеціальних порожнин циліндричної форми за допомогою бурильного інструмента. Циліндричні порожнини — бурові виробки — діаметром до 75 мм і до 6 м завглибшки називають шпуром, діаметром більше ніж 75 мм, понад б м завглибшки — свердловиною. Шпури та свердловини бувають вертикальні, похилі та горизонтальні. Місце у поверхні землі, де починаються шпури чи свердловини, називають устем, дно шпурів чи свердловин — забоєм, бокові поверхні — стінками.

Комплекс заготівельно-транспортних та основних процесів і операцій з улаштування циліндричних порожнин (свердловин і шпурів) називають буровими роботами.

Процес буріння складається з двох операцій: руйнування (відділення) породи на дні (у забої) бурової виробки та видалення зруйнованої породи з неї.

Залежно від характеру руйнування порід та глибини виробок застосовують такі способи буріння:

1) механічні — ударний, обертовий, вібраційний, ударно-обертовий, коли породи руйнуються під впливом на них породоруйнівних інструментів;

2) фізико-хімічні — термічний, вибуховий, гідравлічний, електрогідравлічний, ультразвуковий та плазмовий.

Найчастіше буріння виконують механічними способами, з другої групи практично застосовують термічний (вогневий) спосіб.

Зруйнований ґрунт (буровий дріб'язок, шлам) видаляють з виробки за допомогою глинистого розчину чи води, струминою стисненого повітря, шнековими пристроями, желонками та іншими пристроями, які вибирають залежно від способу буріння, глибини виробки та виду грунту.

Стінки свердловин у слабких, пухких та насичених водою грунтах закріплюють сталевими обсадними трубами. Колони обсадних труб зби-

рають з ланок 1,5...4,5 м завдовжки, з'єднаних муфтами, ніпелями або вгвинчуванням (трубу в трубу).

Для буріння шпурів застосовують перфоратори (бурильні молотки) та електросвердла.

Робочою частиною перфораторів (рис. V.1, а, в) є долотчастий буровий інструмент, хрестоподібні та зірчасті бури та коронки.

Шпури до 2,5 м завглибшки та діаметром до 45 мм бурять ручними легкими (до 20 кг) та середніми (до 25 кг) перфораторами, більш як 2,5 м завглибшки та діаметром 47...75 мм — важкими (до 35 кг), які встановлюють на спеціальні візки або триноги. Буровий дріб'язок та шлам видаляють промиванням виробки водою під тиском чи продуванням стисненим повітрям.

Електросвердла — легкі з ручною та важкі з автоматичною подачею — застосовують для обертового буріння шпурів діаметром до 75 мм та до 5 м завглибшки в породах різної міцності. У разі застосування ручного електросвердла (рис. V.1, б) осьовий тиск створюється за рахунок мускульної енергії бурильника. Колонкові електросвердла, які закріплені у розпірній колонці, мають автоматичне подавання. Робочим органом будь-якого свердла є змінний різець, закріплений на колонці бурової штанги.

Для буріння шпурів у м'яких ґрунтах до 5 м завглибшки користуються також ручним буром-щупом (рис. V.1, д, 25), оснащеним різними наконечниками.

У мерзлих ґрунтах та дуже міцних породах із вмістом кварцу використовують ручні термобури (рис. V.1, г) переважно для буріння шпурів діаметром 60 мм на глибину до 1,5...2,0 м.

Буріння свердловин звичайно виконують верстатами ударної (ударно-канатної), ударно-обертової, обертової (шнекової, колонкової та роторної) дії.

Верстатами ударно-канатного буріння утворюють свердловини діаметром до 350 мм та до 50 м і більше завглибшки, як правило, у різноміцних породах.

Рис. V. 1. Бурові установки. Обладнання та інструмент для буріння шпурів і свердловин:

а — бурильний молоток; б — ручне електросвердло; в — форми головок бура; г — схема ручного термобура; д — бури ручні; є — самохідна установка колонкового буріння; є - робочі наконечники; / — трубки, зварені у рамку; 2 —- циліндр; З — буротримач; 4 — глушитель шумів; 5 — поворотна рукоятка; б — повітряний шланг; 7 — патрубок; 8 — корпус; 9 - ручка; 10 — електрокабель; // — патрон; 12 — верхня кришка; 13 — сопло; 14 - камера згоряння; 15 — паливна трубка; 16 — щиток; 17 — труба; 18 — повітряний кран; 19 — манометр; 20 — паливний кран; 21 — паливний шланг; 22 — редукторний клапан; 23 — паливний насос; 24 — паливний бак; 25 - ручний бур-щуп; 26 — лопатень-змійовик; 27 — лопатень-желонка; 28 — клапан; 29 — двигун; ЗО — насос; 31 — щогла; 32 — блок; 33 — трос; 34 - вертлюг; 35 — штанга; 36 — ротор; 37 — буровий снаряд; 38 — коронка, армована різцями з твердого сплаву; 39 — те саме, дрібними алмазами; 40 — шротова коронка; 41 - шарошечне долото; 42 — хрестоподібне долото; 43 — уступчасте долото

Ударно-обертове буріння із заглибним пневмоударником (пневмо-ударне буріння) порівняно з ударно-канатним має більш високу швидкість (10..35 м/зміну), при цьому буріння свердловин може бути напрямленим (від 0 до 90° по горизонталі). При бурінні ударна дія та обертання долота здійснюються двома незалежними один від одного механізмами. Станками ударно-обертового буріння бурять свердловини діаметром 100...200 мм, до ЗО м завглибшки тільки у важкобуримих та абразивних скельних породах. Можливе багатошпиндельне буріння. Недолік способу - мала стійкість бурових колонок та велике пилоутворення.

Обертове буріння визначається високою продуктивністю (в 3..5 разів перевищує продуктивність ударного буріння), порівняно низькою вартістю бурових робіт, можливістю буріння вертикальних, похилих та горизонтальних свердловин. При обертовому бурінні порода забою розтирається, її ріжуть та сколюють за допомогою бурового інструмента, жорстко закріпленого на нижньому кінці штанги, що обертається.

Шнекове буріння застосовують для свердловин діаметром 110... 125 мм, до ЗО м завглибшки у м'яких та мерзлих грунтах.

При застосуванні верстатів колонкового буріння (рис. V.1, є) в нижній частині бурового снаряда встановлюють колонкову трубу, яку пєрехід-ником з'єднують з кільцевою коронкою, армованою різцями з твердих сплавів чи алмазами (рис. V.1, є, 38, 39). Якщо свердловини бурять коронкою, то вибурюють кільцевий забій, а незачеплений стовпчик породи (керн), що залишається, входить у колонкову трубу, разом з якою його витягують на поверхню. Інколи замість армованих застосовують шротові коронки (рис. V.1, є, 40). У цьому разі для руйнування породи у свердловини насипають чавунний чи сталевий шрот.

У разі застосування верстатів роторного буріння бурильні труби обертаються спеціальним обертачем-ротором, який установлюють безпосередньо над устям свердловини діаметром 300...400 мм. Для руйнування міцних порід при роторному бурінні найчастіше застосовують шарошечні (рис. V.1, є, 41), хрестоподібні та уступчасті долота (рис. V.1, є, 42, 43), які розробляють грунт по всій площі забою свердловини.

V.2. ВИБУХОВІ РОБОТИ

У будівництві вибухові роботи виконують при розпушуванні ґрунтів, дробленні скельних і мерзлих грунтів та негабаритів, руйнуванні будівельних конструкцій та обрушенні будинків і споруд. За допомогою вибуху утворюють котловани і траншеї, споруджують насипи, дамби, спеціальні грунтові основи і інші земляні споруди, виконують ущільнення ґрунтів, утворюють камуфлетні порожнини у буронабивних палях і ґрунтових анкерах тощо.

Вибухові роботи - це роботи, під час яких для здійснення механічної роботи використовується енергія вибуху.

Вибухом називають надзвичайно швидке хімічне перетворення речовини, що супроводжується виділенням енергії, утворенням стиснених газів та ударної хвилі.

Для здійснення вибуху потрібно мати вибухові речовини, засоби підривання та технічні засоби утворення зарядних камер та облаштування їх зарядом і забивкою.

Вибухові речовини (ВР) - це хімічні або механічні суміші, здатні під впливом зовнішньої дії змінювати свій стан з великою швидкістю.

У будівництві використовують три типи вибухових речовин: ініціювальні, бризантні та метальні.

Ініціювальні ВР легко вибухають під дією відносно невеликих механічних (удар, прокол) або теплових (вогонь, іскра, тертя) впливів. Ці речовини - гримуча ртуть, тринітрорезорцинат свинцю (ТНРС), азид свинцю, тетрил - застосовують для оснащення капсулів-детонаторів та капсулів-запальників.

У бризантних, або дроблячих, речовинах вибухове перетворення здійснюється у формі детонації під впливом хвилі від вибуху ініціювальних речовин. Швидкість детонації (поширення вибухового перетворення) досягає у них 7000...8500 м/с. Найчастіше у будівництві використовують такі бризантні вибухові речовини: аміачно-селітрові (амоніти), нітрогліцеринові (динаміти) та нітропохідні ароматичного ряду (тротили). їм властиві порівняно незначна чутливість до удару і достатня безпека при застосуванні.

Метальні ВР мають відносно низьку швидкість вибухового перетворення (300...400 м/с). До цього класу належить димний та бездимний порох.

У будівництві ВР застосовують у порошкоподібному, гранульованому (грамоніти, гранулотоли тощо), пресованому, литому, пластичному та розчннонаповненому стані. Порошкоподібні ВР фасують у паперову тару у вигляді патронів, пресовані - у вигляді брикетів, а розчинона-повнені - у поліетиленові оболонки.

Засоби підривання - детонатори, запалювальні трубки, вогнепровідний шнур, детонувальний шнур, дріт електровибухової мережі, джерела струму, контрольно-вимірювальні прилади.

Капсулі-детопатори (рис.У.2, а) призначаються для ініціювання зарядів ВР. Вибухає капсуль-детонатор від пучка іскор вогнепровідного шнура, від вибуху детонувального шнура чи від полум'я електро-запальника.

Детонатори бувають миттєвої та уповільненої дії (від тисячних часток секунди до кількох секунд). Наприклад, електродетонатор уповільненої дії (рис.У.2, д) має, крім капсуля-детонатора й електроза-нальника, сповільнювач, розміщений між запальною речовиною та ініціювальним зарядом капсуля-детонатора. Застосування детонаторів з різним уповільненням дає змогу зменшити сейсмічну та метальну дію вибуху незважаючи на значну кількість речовин, що одночасно підриваються.

Рис. V.2. Приладдя для вогневого та електричного способів підривання: а — капсуль-детонатор; б — способи підривання детонувального шнура; в — з'єднання детонувального шнура; г — запалювальна трубка, що виготовляється на місці роботи; д — електродетонатор уповільненої дії; / — гільза; 2 — чашечка; З — сітка; 4 — ТНРС; 5 — азид свинцю; б — гримуча ртуть; 7 — тетрил (або ТЕН, або гексоген); 8 — капсу-лі-детонатори; 9 — гніт; 10 — бурова шашка; // — з'єднання внакладку; 12 — те саме, внакладку із капсулем-детонатором; 13 — те саме, прямим (морським) вузлом; 14 — те саме, подвійною петлею; 15 — ізоляційна стрічка; 16 — тліючі гніти; 17 — дроти; 18 — пластикова пробка; 19 — платиново-іридієвий місток; 20 — запалювальний склад; 21 — мастика; 22 — сповільнювач вибуху

Запалювальні трубки, як правило, виготовляють на місці виконання вибухових робіт (pHc.V.2, г), і вони складаються з капсуля-детона-тора, вогнепровідного шнура (ВШ) та тліючого ґнота (за потреби). Підпалення запалювальних трубок, розміщених у зарядах, здійснюють тліючим гнітом, відрізком ВШ, запалювальним патрончиком. Поодинокий шнур можна запалити запальничкою.

Детонувальний шнур (ДШ) використовують для одночасного підривання кількох зарядів. Шнур має серцевину з бризантної ВР (ТЕНу чи гексогену) із двома напрямленими нитками та низкою внутрішніх і зовнішніх обплетень, покритих вологоізольованою оболонкою. При влаштуванні вибухової мережі детонувальний шнур з'єднують внакладку, внакладку з капсулем-детонатором, прямим вузлом, подвійною петлею (pnc.V.2, в) або, при виході ДШ із зарядів, пучком. Якщо кінців ДШ не більше шести, їх підривають запалювальною трубкою, якщо більше - тротиловою шашкою (pnc.V.2, б).

Джерелами струму можуть бути вибухові машинки, сухі батареї та елементи, лужні й кислотні акумулятори, а також пересувні силові, освітлювальні електростанції та стаціонарні електроосвітлювальні мережі.

Під час підривання використовують ВР у вигляді зарядів. Заряд - це заздалегідь розрахована за масою і формою розміщення вибухова

речовина, вміщена у зарядну камеру та оснащена засобом підривання. За формою розрізняють заряди зосереджені, подовжені та розосереджені. Заряди бувають зовнішні (накладні), розташовані на поверхні об'єкта, та внутрішні, розташовані всередині об'єкта, що підлягає підриванню. Внутрішні заряди розміщують у зарядних камерах (порожнина, достатня для правильного розміщення заряду та засобу підривання), що утворюються за допомогою технічних засобів або вручну у вигляді шпурів, свердловин, котлів, шурфів, штолень тощо.

Для забивки використовують пластичні (глинопіщані) суміші та сипкі (бурове борошно, пісок, дрібний щебінь тощо) матеріали, воду в поліетиленових ампулах, швидкотверднучі матеріали (гіпсові та цементні швидкотверднучі розчини) і тверді матеріали (саморозклинювальні пробки тощо).

Залежно від засобів підривання розрізняють три способи підривання: вогневий, електричний та детонувальним шнуром. Два перших способи підривання можна використовувати самостійно; підривання зарядів детонувальним шнуром виконують сумісно з вогневим або електричним способом.

Вогневий спосіб є основним для підривання поодиноких зарядів ВР (дроблення конструктивних елементів, валунів та негабаритів, улаштування горизонтальних виробок тощо). Підривання зарядів здійснюють за допомогою запалювальних трубок.

Електричний спосіб підривання застосовують, коли треба одночасно підірвати велику кількість зарядів. Для здійснення вибуху потрібні електродетонатори, дріт (з якого монтують електровибухову мережу), джерела струму та контрольно-вимірювальні прилади.

Підривання детонувальним шнуром виконують у разі потреби підірвати одночасно велику групу зарядів, у тому числі розосереджених. Цей спосіб забезпечує надійний захист від блукаючих струмів, істотно зменшує небезпеку під час виконання робіт по заряджанню та особливо під час ліквідування відмов.

За черговістю підривання окремих зарядів (або їхніх груп) розрізняють миттєве, короткоуповільнене та уповільнене підривання.

За спрямованістю енергії вибуху розрізняють підривання на викид, на розпушування (дроблення) та на ущільнення.

Ефект дії вибуху характеризує воронка викиду (pnc.V.3, а, б), що розглядається як простий перевернутий конус. Основні елементи во-ронки викиду: W - відстань від центра заряду до найближчої відкритої поверхні (ЛНО - лінія найменшого опору); R - радіус дії вибуху (радіус руйнування); г - радіус воронки викиду; п - відношення радіуса воронки викиду до лінії найменшого опору (п = r / W) - показник дії вибуху.

Залежно від величини п розрізняють воронку: нормального викиду (п = 1); посиленого викиду (п > 1); послабленого викиду (п < 1); випираючої дії (?г < 0,75; зовнішня дія виявляється лише у подрібненні

Посилений горн ~\*У І

R^DMW

J ⁽

⁽8%ї№' ЇТЖ^Ї™ формальний гор*\

Вказані для подвійного горна)

\ І \ І

Горн, що Випирає ___*/ Y /

Ґрунт, що Впав назад

\^и у-Подріінеиняіглибина залежить дід диду ґрунту)

q ^ ~ной5шиши камуфлет'

Рис. V.3. Схеми розміщення зарядів для вибуху на викид ґрунту. а — ефект викиду грунту від вибуху заряду; 6 — елементи воронки; в — розміщення зарядів для спрямованого викиду грунту при одночасному підриванні; г — те саме, при різночасному; д — шурф для закладання зосередженого заряду в грунт; d — висота гребеня воронки; р - загальна глибина воронки із урахуванням висоти гребеня (валика); С — маса заряду; / — заряди ВР; 2 — напрямок викиду основної маси грунту; 3 — зарядна камера; /, //, /// — послідовність підривання зарядів

та деякому випиранні поверхні); ущільнювальної дії - камуфлетну (п = 0; зовнішня дія на поверхні ґрунту не виявляється).

Вибухами на розпушування підривають тверді й крихкі горні породи, скельні, напівскельні та мерзлі грунти, бетонні, залізобетонні, кам'яні, металеві та інші конструктивні елементи споруд, що не стискаються.

Вибухами на ущільнення утворюють підземні виробітки та порожнини у ґрунтах, що стискаються, ущільнюють незв'язні й осадкові ґрунти, утворюють камуфлетні порожнини для буронабивних паль та ґрунтових анкерів тощо.

Вибухами на викид виконують переміщення ґрунтових мас при утворенні профільних земляних споруд у вигляді виїмок (котлованів, траншей), каналів, насипів, дамб, спеціальних основ, а також у процесі очищення та поглиблення річок тощо. Різновидами вибуху на викид є спрямований викид ґрунту під час зведення земляних валів, перемичок

та гребель (pnc.V.3, в, г) та вибух на скидання, що застосовують для утворення стійких площадок на косогорах, при обрушенні потенційно нестійких масивів та під час улаштування перемичок і гребель у гористій місцевості.

Залежно від форми, розмірів та способу розміщення заряду ВР по відношенню до об'єкта, що підривається, розрізняють такі методи виконання вибухових робіт: шпурових зарядів, якщо заряд розташовано всередині об'єкта підривання у шпурах; свердловинних зарядів - те саме, тільки у свердловинах; котлових зарядів - у шурфі або свердловині, що мають розширення у вигляді котла; камерних зарядів, коли підривають великі зосереджені заряди масою до кількасот тонн у спеціальних виробітках-камерах; щілинних зарядів, коли підривають подовжені за формою (іноді розчленовані на окремі частини) заряди, розміщені у спеціальних вузьких виїмках - щілинах; комбінованих зарядів, що включає різні комбінування розглянутих методів; зовнішніх зарядів (накладних), за яким заряди розташовують на поверхні об'єкта, що підривають.

Метод шпурових зарядів застосовують при: розпушуванні або дробленні скельних, напівскельних та мерзлих грунтів (pnc.V.4, а), дробленні окремих каменів, негабаритів та будівельних конструкцій (рис.У. 4,6), руйнуванні несівних конструкцій у разі обрушення будинків та інженерних споруд, проходці допоміжних виробіток під час підготовки вибухів на викид або, наприклад, для утворення котлів (pnc.V.4, в) тощо. Поодинокі шпурові заряди застосовують при корчуванні.

На площині шпури розміщують у ряд або в шаховому порядку і заряджають тротиловими шашками, патронами з гігроскопічних порошкоподібних і гранульованих ВР. Заряд у шпурі має займати не більш як ²/₃ його довжини; верхню третину шпуру заповнюють забивкою -спочатку пластичною сумішшю у вигляді глинопіщаного пижа, потім сипким матеріалом - піском або буровим борошном. Підривають шпурові заряди електричним способом або за допомогою детонувального шнура. Для зменшення сейсмічної дії вибуху застосовують електроде-тонатори уповільненої дії або по контуру виїмки нарізають щілини, що компенсують ударну хвилю.

Метод свердловинних (колонкових) зарядів застосовують у разі утворення виїмок великого об'єму вибухами на викид або при відбиванні уступів виїмок (рис.У.4, д), розпушуванні ґрунтів, що промерзли на значну глибину (понад 1,5...2 м), руйнуванні великих бетонних фундаментів, ущільненні грунтів тощо. Свердловинні заряди бувають вертикальні, похилі та горизонтальні. Вертикальні та похилі свердловини влаштовують нижче підошви уступу (перебур) на глибину 0,6...2 м. Відстань між крайнім рядом свердловин і боковою поверхнею уступу беруть від 0,5 до 0,25 його висоти. Свердловини у ряду розташовують на відстані а = (0,7...0,9) W, а відстань до свердловин наступного ряду беруть Ь= (0,6...0,8) W.

бульдозер (рис. IV.13, б). Екскаватор при цьому може переміщуватись по осі, зміщеній у бік відвалу.

Послідовність розроблення ґрунту з одного місця стоянки екскаватора, як правило, така: у вертикальній площині розроблення ґрунту ведеться ярусами до 1,5...2 м завглибшки. У горизонтальній площині зв'язні ґрунти розробляють з одного боку траншеї з постійним її поглибленням та улаштуванням відповідного укосу, після чого те саме роблять з іншого боку (рис. IV. 13, в, г). Розроблення легких (сипких) ґрунтів можна починати із осьової лінії траншеї. Якщо розробляють глибокі траншеї, а екскаватор переміщують зигзагом, відвали улаштовують по обидва боки проходки.

Траншеї під фундаменти мілкого закладання влаштовують універсальними одноківшевими екскаваторами з ковшем місткістю 0,15 m^j та відвантаженням ґрунту в автосамоскиди.

Багатоківшевими екскаваторами розробляють траншеї для укладання трубопроводів значної довжини, якщо ґрунти м'які й щільні. Ними, як правило, розробляють траншеї з вертикальними стінками. У такому разі отримують менший недобір ґрунту і більш чітке окреслення траншеї порівняно з іншими землерийними машинами. Потрібне лише незначне зачищення дна.

У слабких ґрунтах для утворення стійких стінок траншей на екскаваторі додатково встановлюють легкознімні ланцюгові укосостворюва-чі, що надають траншеї трапецеїдального профілю. Наприклад, ланцюговим багатоківшевим екскаватором, комбінуючи складові частини робочого органа, можна створити вісім розмірів траншей: чотири прямокутних 2,5 та 3,5 м завглибшки, 0,8 та 1,1 м завширшки та чотири трапецеїдальних 2,5 та 3,5 м завглибшки, траншеї зверху 2,8 м завширшки, а знизу 0,8 та 1,1 м.

Застосовують багатоківшеві екскаватори ланцюгові (рис. IV. 13, д) та роторні поздовжнього копання. Ширина траншеї залежно від типу машини — 0,4...1,8 м, а глибина — до 3,5 м.

Експлуатаційна змінна продуктивність багатоківшевого екскаватора, м³/зміну,

П_с = 60 Cqnk_xk₄, (IV. 18)

де п — кількість розвантажуваних ковшів за хвилину, яка залежить від швидкості руху ковшів та відстані між ними.

Поодинокі виїмки під фундаменти колон чи опор копають екскаваторами, оснащеними зворотною лопатою, вивантажуючи ґрунт у транс-

Рис. IV. 13. Розроблення траншей екскаваторами:

а — оснащених зворотною лопатою чи драглайном (грунт укладається у відвал при торцевій проходці); б — те саме, при боковій проходці; в - послідовність розроблення зворотними лопатами поздовжніх широких траншей; г — те саме, вузьких траншей; д — багатоківшевим ланцюговим екскаватором; є — схема розроблення зворотною лопатою окремих виїмок під фундаменти колон чи опор; / — вісь проходки; 2 — стоянка екскаватора; З — віха; 4 — вісь наступної захватки; І...XII — послідовність виконання робіт

портні засоби (рис. IV.13, є). На м'яких та щільних грунтах використовують екскаватор, оснащений грейфером. Розміщується екскаватор уздовж осі розташування фундаментів або із незначним зміщенням.