Разработка грунта взрывом
Взрывным способом в основном рыхлят скальные породы с последующей их разработкой землеройными машинами и скалоуборочными механизмами. С помощью взрывов возводят земляные насыпи и перемычки, устраивают (на выброс) выемки для котлованов, дорог и т. п. Взрывным способом дробят мерзлые фунты, валуны, валят деревья, корчуют пни, уплотняют грунты и др.
Применение взрыва для созидательных целей основано на использовании энергии избыточного давления газов, образующихся практически мгновенно при химических превращениях взрывчатых веществ.
По характеру воздействия на среду В В бывают метательные и бризантные. Метательные ВВ характеризуются незначительной скоростью взрывчатого разложения (400...2000 м/с) и дают при взрыве медленное образование газов с постоянным нарастанием давления, которое раскалывает окружающую породу на куски и отбрасывает их; применяют для выброса грунта и образования выемок. Бризантные ВВ характеризуются высокой скоростью взрывчатого разложения (2000...8500 м/с) и вследствие этого способностью дробить породу без ее разброса; применяют для дробления скальных пород.
Для осуществления взрыва В В формируют в заряды (определенное расчетное количество ВВ), которые характеризуют по следующим ниже признакам.
По месту расположения заряды могут быть наружными (накладными), располагаемыми на поверхности разрушаемого объекта, и внутренними, располагаемыми внутри разрушаемого объекта (в шпурах, скважинах, рукавах, камерах и др.).
По действию, оказываемому на окружающую среду (на взрываемую породу), различают заряды выброса, рыхления и камуфлеты. При взрыве на выброс в фунте образуется конусообразное углубление - воронка. Грунт, выброшенный взрывом, под действием силы тяжести падает частично в воронку и частично вокруг нее.
По своей форме заряды ВВ бывают сосредоточенными (в форме куба, шара или цилиндра), плоскими и удлиненными. Удлиненные заряды располагают по отношению к свободной поверхности подрываемого массива породы параллельно или под углом. Выбор формы заряда (или зарядов) ВВ определяют назначением взрыва и методами выполнения взрывных работ.
В зависимости от формы, величины и способа размещения заряда по отношению к подлежащему разрушению объекту различают методы шпуровых, скважинных, котловых, камерных и щелевых зарядов.
Метод шпуровых зарядов состоит в том, что в породе выбуривают шпуры, в которые помещают заряды ВВ. По глубине шпуров различают мелкошпуровой метод и метод глубоких шпуров. Мелкошпуровое взрывание используют при вторичном взрывании больших камней, корчевке пней, рыхлении смерзшегося грунта и др. Глубина шпура при этом превышает 2 м. Метод глубоких шпуров применяют при взрывных работах с высотой уступа до 10 м для сброса и обрушения фунта, а также на открытых работах при небольшой мощности пластов или при послойной разработке фунтов.
Метод скважинных зарядов отличается от шпурового только тем, что заряды размещают в скважинах диаметром до 300 мм и глубиной до 30 м. Скважины бурят ниже подошвы забоя (перебур) на глубину 1...2 м, что повышает эффект действия взрыва. Заряды обычно применяют удлиненные - сплошные или прерывистые.
Скважинные заряды взрывают электрическим способом; сеть обязательно дублируют. При применении метода скважинных зарядов благодаря большому объему взрываемой породы, приходящемуся на 1 м скважины, значительно снижают расходы на бурение.
Производство взрывных работ связано с определенной опасностью, требует правильных расчетов зарядов, а также специально обученного персонала, имеющего право на руководство взрывными работами (инженерно-технические работники) и выполнение их (рабочие). Поэтому в строительстве взрывными работами занимаются, как правило, специализированные организации.
34. 35. 36.
Производство земляных работ скреперами.
Скреперами возводят насыпи из резервов, разрабатывают выемки с перемещением грунта в насыпь. Они могут копать грунты до III группы включительно, перемещать их на 300—7000 м и отсы
пать там слоями заданной толщины, при этом скрепер частично уплотняет грунт. Когда дальность перемещения меньше 100 м, рентабельны бульдозеры, если она больше 5000 м, выгоднее автомобили-самосвалы, землевозы с погрузкой экскаваторами или в зависимости от местных условий, одноковшовыми погрузчиками.
Основным рабочим органом скрепера является ковш, передняя нижняя кромка которого оснащена ножами для резания грунта. В тяжелых грунтах скреперу помогает трактор-толкач или колесный тягач, оборудованный толкающим щитом или отвалом бульдозера. Скрепер иногда оснащают буфером с пружинным или гидравлическим амортизатором, что смягчает удары при толкании. По способу наполнения различают две разновидности скреперов: с загрузкой тяговым усилием трактора или колесного толкача и с принудительной (элеваторной) загрузкой. Скреперы относятся к машинам цикличного действия, рабочий цикл которых включает порожний ход, загрузку, груженый ход и разгрузку.
Скреперы бывают: со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ковша вперед или назад; с принудительной разгрузкой прямолинейным движением задней стенки ковша или заслонки назад; с принудительной разгрузкой опрокидыванием задней стенки и днища ковша — опрокидыванием вокруг шарнира подножевой плиты и вокруг; шарниров боковых стенок.
Рис. 8.9. Схема устройства насыпи из грунта, разрабатываемого в карьере с транспортировкой в насыпь: 1 — автомобиль-самосвал; 2 — бульдозер; 3 — каток на пневматических шинах прицепной; 4 — экскаватор; 5 — грунтовый карьер
По виду тягачей различают скреперы прицепные, полуприцепные, самоходные, скреперные поезда. Полуприцепные скреперы с одноосными тягачами большой мощности и скреперные поезда имеют большую перспективу. Самоходные скреперы со всеми ведущими колесами быстрее передвигаются по холмистой местности, по дорогам с большим сопротивлением качению. Стремление увеличить единичную мощность скрепера приводит к созданию скреперных поездов, которым не нужны толкачи. В поезде бывает два скрепера и более, загрузка их происходит поочередно [8.11]. Наиболее маневренны и быстроходны полуприцепные скреперы с одноосными тягачами. Однако их недостаток состоит в том, что на ведущую ось тягача передается только 50—55%! массы груженой машины. Это значительно снижает их тяговые возможности и при заполнении ковша заставляет прибегать к помощи одного или нескольких тягачей или толкачей. Нужны толкачи и для загрузки самоходных скреперов с моторами-колесами. Применение толкачей усложняет организацию работ. Нередко из-за изменившейся дальности возки приходится уменьшать или увеличивать количество толкачей. Скреперы с элеваторной загрузкой находят эффективное применение на разработке несвязных грунтов, песка, загрузка которых в ковш обычного скрепера затруднительна. Такие скреперы лучше планируют грунт, так как они загружаются равномерно, без рывков. Загрузка элеваторного скрепера без помощи толкача значительно снижает стоимость разработки грунта. Они не применимы в грунтах с каменистыми включениями и во влажных глинистых грунтах.
На выработку скрепера влияет степень заполнения ковша, которая характеризуется коэффициентом наполнения — отношением объема рыхлого грунта, фактически содержавшегося в ковше, к геометрической емкости ковша. Лучше всего ковш заполняется в плотных грунтах влажностью 8—12%.
Скреперы с загрузкой тяговым, усилием трактора плохо заполняются песком, так как он не имеет плотности, необходимой для проталкивания срезаемой стружки в ковш.
Для нормальной работы осенью и зимой в переувлажненных грунтах, особенно в выемках, необходимы хороший водоотвод, подъезды к забою и выезды из него. На чрезмерно влажных грунтах также затрудняется разгрузка вследствие налипания грунта на стенках и заслонке ковша, в результате сокращается его полезная емкость. При влажности грунта выше 20—25% работа скрепера невозможна. Плохо работают скреперы на плртных сухих и тяжелых грунтах. Толщина стружки сокращается до 3—5 см, из-за чего удлиняется путь наполнения ковша, снижается выработка. В данном случае приходится прибегать к предварительному рыхлению грунта, использовать при наборе толкач.
Рис. 8.10. Зависимость выработки скреперов от дальности транспортировки грунта, мощности двигателя тягача (кВт) и скорости движения (км/ч)
Затяжные дожди в летне-осенний период могут привести грунт в состояние, исключающее (кроме песчаного) работу скрепера из- за буксования гусениц и колес. В случае дождя лучше приостановить работы, даже если езда скреперов возможна. На промерзших грунтах скреперы, как правило, не работают.
Рис. 8.11. Границы рационального применения скреперов
Рис. 8.12. Способы резания грунта скреперами: а — гребенчатая; б — шахматно-ребрнстая; в — резание под уклон. Цифрами показана очередность проходов
Выработку скреперов можно повысить, если использовать толкачи для прицепных и полуприцепных скреперов, сократить время на цикл.
Энергоемкой операцией является загрузка ковша грунтом, в процессе которой сопротивление движению скрепера, сопротивление призмы волочения и сопротивление продвижению грунта в ковш увеличивается по мере его заполнения при практически неизменном усилии, развиваемом тягачом и толкачом. Увеличение сопротивления, которое может вызвать буксование тягача, компенсируется уменьшением толщины стружки (глубины резания). Машинист визуально регулирует величину заглубления ковша, что влияет на колебания времени наполнения и коэффициента наполнения ковша грунтом. Точно уловить момент, когда надо выглублять ковш, машинист не всегда может. Эт<?<зависит от его опыта и приводит к тому, что за ножами скрепера почти всегда остается несрезанная полоса земли.
Ступенчатое резание применимо только в связных и несыпучих грунтах. На песчаных, особенно сухих, грунтах принята «гребенчатая схема» (рис. 8.12, а}, при которой после прохода скрепера на поверхности остается полоса чередующихся гребней и впадин. При этом способе в начале загрузки переднюю заслонку поднимают до отказа, а ковш опускают до максимального заглубления ножей. Движение продолжается до полного буксовашя тягача (и толкача). Затем заслонку опускают на образовавшуюся призму волочения, а ковш поднимают настолько, чтобы прекратилось буксование трактора. В момент резкого заглубления ножей грунт поступает в ковш лучше, чем при непрерывном движении без изменения глубины резания или с постепенным ступенчатым уменьшением глубины. При шахматно-гребенчатой схеме резания грунта (рис. 8.12, б) достаточно широкий забой разрабатывают параллельными проходками, оставляя между соседними выемками несрезанные полосы шириной, несколько меньшей ширины ковша. При срезке этих полос сопротивление на боковых ножах уменьшается, следовательно, обеспечивается увеличение глубины резания, а также уменьшение потерь грунта в боковые валики. Влияние способа резания примерно можно характеризовать ковша: ступенчатое 0,9; гребенчатое 1; шахматно- гребенчатое 1,1. При загрузке скрепера во всех случаях следует стремиться к тому, чтобы грузовое дви- Рис 8.13. Двусторонние въезды и жение было направлено под уклон съезды на насыпь для скрепера: (рис. 8.12, в). При этом движении 4—начало въезда; Б – конец съезда большая свободная тяга может быть приложена к срезаемому грунту и наполнению ковша. Уклон срезки грунта 3—8°; так как меньшее значение не сокращает длительность загрузки скрепера. На уклоне более 8° песчаные грунты начинают интенсивно осыпаться перед ножами -и плохо поступают в ковш, что снижает выработку скрепера.
Скреперы, начав работу на горизонтальной поверхности, могут при достаточной глубине выемок подготовить забой с полезным для заполнения ковша уклоном. Очень важно соблюдать правила разгрузки скрепера. Вначале заслонку поднимают до отказа. Грунт, находящийся на заслонке в передней части ковша, ссыпается, волочится по поверхности и планируется ножами. После разравнивания высыпавшегося грунта приступают к выгрузке остального. Если грунт липкиц, влажный, движение заслонки повторяют 2—3 раза до полной разгрузки ковша.
Въезды (рис. 8.13) на высокие насыпи располагают на расстояние 50—100 м. Крутизна въездов должна быть не более 200 %‘о при ширине их Вв=вс+2 м. При насыпи высотой 2*—2,5 м расстояние между съездами делается равным 50—100 м, для разворота скреперов достаточно 8—8,5 м.
Наибольшие уклоны землевозных дорог для прицепных скреперов не должны быть более 0,15-4), 17 для рабочего хода и 0,17— 0,3 — для холостого; для полуприцепных и самоходных 0,12—0,2 для рабочего хода и 0,15—0,25 для холостого.
Основными видами землеройно-транспортных машин являются скреперы, бульдозеры и грейдеры; 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. Различают скреперы прицепные, работающие при вместимости ковша 2,25...10 м3 в сцепе с трактором-тягачом, и самоходные, имеющие вместимость ковша 8 м3 и более. Последний тип скрепера более совершенен, так как имеет большую маневренность и скорость
Чтобы быстрее и полнее загрузить ковши прицепных скреперов, работающих группами, а также ковш самоходного скрепера, применяют трактор-толкач, обслуживающий группу скреперов на участке загрузки (набора грунта). Число тракторов-толкачей зависит от вместимости ковшей скреперов и расстояния перемещения грунта-
Скреперами ведут разработку, транспортирование и укладку песчаных, супесчаных лессовых, суглинистых, глинистых и других грунтов, не имеющих валунов, примесь гальки и щебня в объеме не должна быть более 10%.
Скрепер снимает ковшом стружку грунта толщиной 0,12...0,32 и шириной 1,85...2,75 м (для скреперев с вместимостью ковша 2,25...9 м3). Толщина отсыпаемого слоя 0,22..: 0,55 м. Разрабатываемые скреперами суглинистые и глинистые грунты необходимо предварительно рыхлить.
Прицепные скреперы наиболее эффективно применять при перевозке грунта на расстояние до 1000, а самоходные — на расстояние до 3000 м.
В зависимости от категории грунтов резать их наиболее эффективно на прямолинейном участке пути при движении под уклон 3...7°. Сухие песчаные грунты разрабатывают гребенчатым способом, попеременно заглубляя ковш и постепенно уменьшая толщину стружки, что позволяет более полно и быстро загружать ковш ().
|
Глубина резания зависит от мощности машины и вида грунта и может составлять 12...32 см. Разгружают скрепер на прямолинейном участке, при этом поверхность грунта разравнивают днищем скрепера.
В зависимости от размеров земляного сооружения, взаимного расположения выемок и насыпей применяют различные схемы работы скреперов. Простейшей является схема работы по эллипсу (). В этом случае машина каждый раз поворачивается в одну сторону. Поэтому для устранения неравномерного износа ходовой части необходимо периодически менять направление движения скрепера. При работе по «восьмерке» в два раза уменьшается число полных разворотов скрепера, что повышает его производительность и обеспечивает равномерный износ деталей, но при этом необходимо иметь значительный по протяженности фронт работ.
Порядок скреперных проходок может быть весьма разнообразен, но в практике чаще всего используют схемы разработки грунта последовательными проходками (полоса рядом с полосой), проходками через полосу и шахматными проходками ().
Разработка по схеме «полоса рядом с полосой» не рациональна из-за потерь грунта в виде боковых валиков. Разработка грунта проходками через полосу и по ребристо-шахматной схеме уменьшает рассыпание грунта при резании и способствует улучшению наполнения ковша.
Скреперы целесообразно использовать в комплекте с бульдозерами, которые срезают и разравнивают грунт в стесненных местах (углы площадки, отдельные впадины и т. д.), планируют откосы и др.
Бульдозерами разрабатывают грунт в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м (при применении более мощных тракторов можно перемещать грунты на большие расстояния). Бульдозерами также окучивают грунты, выполняют обратную засыпку траншей и пазух котлованов, зачищают дно котлованов после экскаваторных работ, разравнивают и планируют грунт. Разработку выемок бульдозером ведут ярусами, соответствующими толщине сружки, с мой за одну проходку. Разработку ведут от начал! дине (), при этом должна быть обеспечена эффективная работа бульдозера под уклон. В цикл работь/бульдозера входят следующие операции: резание и набор грунта>путем снятия стружки под уклон, перемещение грунта с надвижкой его отвалом, разгрузка грунта и возвратный холостой ход. На участке перемещения грунта могут быть его потери от осыпания в сторону с отвала. Для уменьшения потерь отвалы оборудуют по бокам открылками ящичного типа. Бульдозерами планируют площадки преимущественно траншейным и послойным способами.
В первом случае () выемку разбивают на ярусы глубиной 0,4...0,5 м. Каждый ярус разрабатывают траншеями на ширину отвала, оставляя между ними полосу нетронутого грунта шириной 0,4...0,6 м. Эти валы срезают бульдозером в последнюю очередь. Траншейный способ исключает значительные потери грунта при его транспортировании и поэтому более производителен.
При послойном способе выемку разрабатывают слоями на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозера последовательно по всей ширине выемки или отдельным ее частям (). Этим способом пользуются при сложном очертании площадок и при небольшой глубине срезки.
При перемещениях грунта на расстояние свыше 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров. Отсыпку грунта ведут послойно, начиная с более удаленной точки от места забора, путем постепенного подъема отвала. Возвращается бульдозер в забой для повторения цикла при дальности перемещения до 70 м задним ходом без разворота. Плотные грунты перед разработкой их бульдозером рыхлят.
Грейдеры используют при планировке территории, откосов земляных сооружений, зачистке дна котлованов и отрывке канав глубиной до 0,7 м, при возведении протяженных насыпей высотой до 1 м и нижнего слоя более высоких насыпей из резервов. Автогрейдерами профилируют дорожное полотно, проезды и дороги.
При возведении насыпи из разрабатываемого резерва наклонный нож сдвигает срезанный грунт в сторону насыпи. При следующей проходке грейдера этот грунт перемещается еще дальше в том же направлении. Поэтому целесообразно работать одновременно двумя грейдерами, из которых один срезает, а другой перемещает срезанный грунт. Наиболее эффективно использовать автогрейдеры при длине проходки 400...500 м. Плотные грунты до разработки грейдером следует разрыхлять тракторным рыхлителем или плугом. Помимо разработки грунта и его перемещения на небольшие расстояния грейдером можно разравнивать и начисто планировать грунт. При выполнении различных операций углы наклонов ножа грейдера изменяются в следующих пределах: угол захвата 30...700, угол резания 35...600, наклона —2... 10°.
Для обеспечения оптимального режима работы землеройно-транспортных машин созданы системы автоматического регулирования скорости их движения в зависимости от сопротивления резанию и плотности разрабатываемого грунта. Для автогрейдеров, используемых преимущественно на планировочных работах, применяют устройства, автоматически контролирующие заглубление в грунт.