Гидравлический транспорт грунта

Специальные технологии возведения земляных сооружений

 

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Гидравлическая технология - разработка, транспорт и укладка грунта осуществляются с помощью воды.

Вид продукции. Котлованы больших размеров; искусственные водоемы; углубление судоходного хода в русле реки; траншеи больших размеров (каналы); насыпи больших объемов (плотины, полотно дорог, набережные, стенки портов, трибуны стадионов); технологические подсыпки – искусственные основания (замыв больших оврагов, намыв промплощадок, городских территорий для строительства на слабых грунтах); разработки песка и гравия в горных и русловых карьерах с транспортом материала на место складирования.

Состав процесса. Подготовительные процессы:

– обеспечение электрической мощности 1000…5000 кВт для прокладки электролинии с устройством электроподстанции;

– доставка и проверка техники;

– установка техники, отладка на месте, пробная работа.

Основные процессы:

– размыв грунта струей воды. При смешанном способе разработки рыхление плотных грунтов ведется механическим резанием или взрывом;

– транспорт полученной селевой массы (пульпы) по трубопроводу до заданного места;

– укладка (намыв) грунта в заданном месте с образованием проектного земсооружения или отвала.

Вход в процесс. Общий.

Ресурсы. Материалы:несвязные грунты – пески, супеси.

При дополнительном рыхлении возможен размыв связных грунтов: суглинков и глин, даже с включением некрупных камней.

Техника:гидромонитор, землесос (грязевый насос), пульпопровод, система понтонов, система дренажа, бульдозер.

Энергоносители:вода (500…3000 м³/ч); электроэнергия 1000…5000 кВт/ч, то есть в очень большом количестве.

Технология процесса по операциям зависит от принятой организационно-технологической структуры и наличия техники.

Разработка грунта гидромониторами

Гидромониторы (рис. 1.1) служат для формирования компактной струи воды и направления ее в необходимую точку забоя.

Для размыва грунта струей воды применяют гидромониторы с ручным и дистанционным управлением, несамоходные и самоходные, (рис. 1.2) с различной величиной рабочего напора: низкого давления – до 15 кгс/см², среднего – до 50 кгс/см², высокого – более 50 кгс/см

 

Интенсивность размыва грунта струей воды из гидромонитора зависит от многих факторов. С увеличением расхода воды черезнасадок, рабочего напора, диаметра насадка и высоты забоя интенсивность размыва грунта возрастает. С увеличением связности грунта (содержания глинистых частиц) и расстояния до забоя интенсивность размыва снижается. Для лучшего использования энергии струи угол ее встречи с размываемым грунтом должен быть близким к 90°.

Размыв грунта происходит под действием давления со стороны струи, взвешивающего и расклинивающего действия частиц воды и размывающего действия потока воды.

Наибольшее размывающее действие гидромониторной струи наблюдается при следующих скоростях (м/с): для песков – 10...12, супесей и лессов – 12…20, суглинков – 18…25, глин – 25...35.

Гидромониторами можно разрабатывать грунт двумя способами: встречным забоем и попутным забоем (рис. 1.3).

При первом способе гидромонитор размещают на дне забоя и вначале, направляя струю к основанию откоса, образуют вруб (рис. 1.3, а).

С образованием вруба нарушается устойчивость откоса, происходят обрушение грунта и его разрыхление. Для размыва разрыхленного грунта требуются меньшие расходы и напоры воды. Этот способ является основным для разработки связных и малосвязных грунтов, когда хорошо используется сила давления струи при угле встречи ее с грунтом, близком к 90°.

К недостаткам такого способа относят значительное удаление гидромонитора от откоса забоя, быстрое увеличение этого расстояния и расположение гидромонитора в зоне оттока пульпы.

При разработке грунта попутным забоем используется только размывающее действие струи, направленной под острым углом к поверхности забоя (рис. 1.3, б).

При этом почти отсутствуют явления механического разрушения грунта силой удара струи и от гидродинамического давления воды, проникающей в грунт.

Отсутствует и явление разрыхления грунта в результате обрушения его (рис. 1.3, в).

Схема перемещения гидромонитора показана на рис. 1.3, г.

 

 

К положительным сторонам этого приема разработки следует отнести следующие:

– используется участок компактной струи, ближайший к насадке;

– гидромонитор располагается на сухом месте, вне зоны оттока пульпы;

– поток пульпы имеет то же направление, что и струя, поэтому возможен подгон пульпы у подошвы забоя струей воды.

Существуют комбинированные приемы разработки, смягчающие или исключающие недостатки приема разработки с положением гидромониторов на дне забоя, а именно:

– обрушение грунта в уступе специальными низконапорными установками (метод Карцева) на уровне поверхности разработки;

– обрушение грунта в уступе взрывным способом со сбросом грунта к подошве уступа;

– разработка землеройными механизмами с отвалом разрыхленного грунта к подошве забоя, где он смывается гидромониторами.

Сущность обрушения по методу Карцева заключается в предварительном насыщении грунта по линии сброса водой, вследствие чего грунт теряет связность.

После обрушения разрыхленный грунт смывают гидромониторами.

Для обрушения этим методом на 1 м³ грунта расходуется
0,25…0,5 м³ воды, то есть значительно меньше, чем при обрушении с образованием вруба у подошвы забоя.

Недостаток метода состоит в необходимости иметь две линии водоводов (с высоким и низким напором) и две насосные установки.

Гидравлический транспорт грунта

Гидравлический транспорт грунта нашел более широкое применение, чем гидравлическая разработка, в разных отраслях народного хозяйства: горном деле, обрабатывающей промышленности, строительстве.

Схема гидравлического транспорта и намыва разработанного под водой грунта представлена на рис. 1.10.

При напорном транспортировании пульпы в настоящее время применяют металлические трубы. Соединение звеньев может быть сварным, фланцевым, быстроразъемным.

Для соединения звеньев магистральных пульповодов длительного действия (полгода и больше) применяют преимущественно сварку.

Для разводящих пульповодов в пределах карт намыва, часто разбираемых и собираемых, применяют фланцевые и быстроразъемные соединения.

Конструкции быстроразъемных соединений позволяют сокращать время на монтаж трубопроводов.

Истирание пульповодов значительно сокращает срок их службы. Так как интенсивному истиранию подвержены нижние части стенок трубы, где выше консистенция пульпы, необходимо в процессе эксплуатации труб обеспечить равномерный износ труб по всему периметру, что достигается периодическим поворачиванием их примерно на одну треть окружности.

Для подачи пульпы от плавучих земснарядов служат плавучие пульповоды, состоящие из звеньев труб, смонтированных на металлических понтонах.

Между собой звенья соединяются шарнирными шаровыми соединениями, позволяющими земснаряду перемещаться в зоне разработки грунта.

Наибольший возможный угол между осями соседних звеньев пульповода до ±18…22°.

Срок службы пульповодов зависит от толщины стенок и диаметра труб, скорости пульпы, абразивных свойств транспортируемого грунта и составляет 3…9 лет.