Рыхление мерзлых грунтов взрыванием

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

Для прокладки трубопроводов, коммунальных и транспортных тоннелей и т.п. обычно роют траншею. Но иногда отрыть траншею невозможно, например, при пересечении трассой трубопровода транспортной магистрали с интенсивным движением, которое невозможно прервать даже на относительно .

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ГРУНТА

Гидромеханический метод разработки грунта основан на использовании кинетической энергии потока воды. С ее помощью происходят разработка, транспортировка и укладка грунта. Применение этого метода целесообразно при больших объемах работ, устройстве насыпей с минимальной осадкой и, конечно.

БУРЕНИЕ

К бурению прибегают в следующих случаях: при исследовании свойств и качеств грунтов, определении уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопонижения грунтовых вод, выполнении земляных работ с применением взрывчатых веществ, разработке и дроблении твердых пород.

РАЗРАБОТКА ГРУНТА ВЗРЫВОМ

К взрывам строители прибегают для рыхления скальных пород с последующей их разработкой землеройными и скалоуборочными механизмами. С помощью взрывов возводят насыпи и перемычки, устраивают выемки для котлованов, дорог и т.п. Взрывным способом дробят мерзлые грунты.

В условиях современного круглогодичного строительства примерно 20% объема земляных работ разрабатывают в зимнее время. В связи повышенной прочностью мерзлых грунтов зимой в несколько раз увеличивается трудоемкость и стоимость их разработки. Без предварительной подготовки может разрабатываться грунт, промерзший на глубину до: 0,1 м 3 - скреперами и бульдозерами; 0,15 м 3 - экскаваторами-драглайнами; 0,25 м 3 - экскаваторами, оборудованными прямой лопатой, с ковшами вместимостью 0,5. 0,65 м; 0,4 м - то же, но более мощными экскаваторами. В остальных случаях грунт до разработки должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов: предохранением от промерзания; оттаиванием; рыхлением.

Предохранение от промерзания заключается в предварительной обработке или утеплении грунта до замерзания теплоизоляционными материалами. Для этого грунт после отвода поверхностных вод можно разрыхлять или вспахивать с боронованием на глубину до 0,35 м 3 , закрывать местными теплоизоляционными материалами (листва, хвоя, опилки и т.п.), а также устраивать снегозадержание.

Оттаивание грунта может осуществляться сверху вниз, снизу вверх и по горизонтальному направлению - радиально от нагревателя.

Наиболее простым (но дорогостоящим) является огневой способ (рис.1), при котором мерзлый грунт оттаивает сверху вниз благодаря сжиганию на поверхности замерзшего грунта под колпаком твердого или жидкого топлива. Для оттаивания 1 м мерзлого грунта расходуется примерно 130 кг торфа, 50 кг угля, 0,15 м 3 дров, 5 кг дизельного топлива.

а - огневым способом; б - паровыми иглами; в, г - горизонтальными и вертикальными электродами; 1 - камера сгорания; 2 - вытяжная труба; 3 - слой грунта (опилок); 4 - паропровод; 5 - колпак; 6 - скважина; 7 - паровая игла; 8 - электрод; 9 - трехфазная электросеть.

Также по направлению сверху вниз мерзлый грунт можно отогревать горизонтальными электродами. Для создания токопроводящих условий поверхность грунта покрывают опилками, смоченными в солевом растворе. Затем отогретый грунт становится проводником тока, а опилки способствуют сохранению тепла. Прогревание мерзлого грунта электротоком снизу вверх можно осуществить, если имеется возможность погрузить вертикальные электроды ниже уровня промерзания грунта.

Примером отогревания грунта в радиальном направлении может служить оттаивание паровыми иглами или электронагревателями. В первом случае пар, проходя между двумя трубами отдает тепло грунту через наружную трубу; во втором - внутри трубы располагают нагревательный элемент, который нагревает поверхность трубы.

Рыхление мерзлого грунта может осуществляться взрывным или механическим способом. Взрывание грунта производят только специально подготовленные рабочие-подрывники. Для этого в грунте пробуривают отверстия - шпуры или нарезают щели, в которые закладываются заряды взрывчатого вещества (ВВ).

Механическое рыхление мерзлого грунта может осуществляться статическим или динамическим воздействием. Пример статического воздействия - рыхление грунта бульдозерно-рыхлительными агрегатами. В качестве механизмов для динамического воздействия используют дизель-молоты, клин-молоты, машины ударного действия, а также навесное оборудование экскаватора (клин и шар-молоты) или гидравлические молоты (рис.2).

Рис.2. Рыхление мерзлого грунта

а - молотом свободного падения; б, в - то же дизель-молотом и гидромолотом; г, д- при глубине промерзания до и более 1,5 м; 1 - молот; 2 - экскаватор; 3 - мерзлый слой грунта; 4 - направляющая штанга; 5 - дизель-молот; 6 - гидромолот.

Кроме рыхления иногда мерзлые грунты режут на блоки с последующим их удалением тракторами или разработкой экскаваторами. Такой метод особо эффективен в тех случаях, когда недопустимо сотрясение грунта. В настоящее время многие компании предлагают свои услуги по аренде экскаваторов. Для нарезания блоков рекомендуются баровые машины с цепным рабочим органом, смонтированном на базе трактора.

При подрывании грунтов (пород) на рыхление наиболее распространены следующие методы производства работ:

— метод шпуровых зарядов и его разновидность — метод котловых зарядов;

— метод зарядов в рукавах;

— метод скважинных зарядов;

— метод камерных зарядов.

180. При шпуровом методе производства подрывных работ применяются цилиндрические заряды, которые закладываются в шпуры, выбуриваемые в разрыхляемом массиве. Шпуровой метод применяется как на открытых, так и на подземных разработках.

Рис. 108. Схема расположения шпуровых зарядов в массиве разрабатываемой породы:

а — вертикальный разрез; б — план; 1 — шпуры; 2 — заряды; 3 — забивка

При подземных разработкахпород шпуровой метод является основным. Он используется при проходке подготовительных. и капитальных подземных выработок в скальных породах.

181.Разработка горных пород в карьерахведется уступами; шпуры располагаются параллельно забою (открытой поверхности разрабатываемой породы) в один или несколько рядов; в последнем случае заряды в рядах располагаются в шахматном порядке (рис. 108).

Расстояние между осью шпура и забоем для зарядов первого ряда является расчетной линией наименьшего сопротивления h. Для уступов, высота которых H≤3 м, она вычисляется по формуле

h = (1,125 — 0,225H) H, (52)

а для уступов высотой 3,0 м ≤ Н ≤ 5,0 м принимается равной 0,45H.

При расположении шпуров в несколько рядов расстояния между рядами принимаются равными h.

Расстояния а между шпурами в рядах (вдоль уступа) принимаются от 1,4h до 2,0h; меньшее значение принимается при прочных породах и в тех случаях, когда требуется обеспечить мелкое дробление их; когда требуется обеспечивать особо мелкое дробление породы, расстояния между шпурами уменьшают до 0,8h.

Вес шпуровых зарядов определяется по ст. 164; в случаях, когда требуется только отколоть породу, вес зарядов может быть уменьшен в полтора раза.

182. Бурение шпуровв твердых породах производится пневматическими и электрическими перфораторами или ручными сверлами и молотками. В мягких породах бурение шпуров может производиться пневмо-сверлами и электросверлами или ручными земляными бурами (приложение 12).

183. Перед заряжанием шпуров проверяют их длину и диаметр и при помощи ложки (приложение 12) очищают их от буровой муки и посторонних предметов. Сырые и мокрые шпуры заряжают патронами порошкообразного ВВ или буровыми шашками; сухие шпуры можно заряжать и порошкообразным ВВ путем насыпки.

При заряжании шпуров насыпкойпорции ВВ по 150—200 г засыпаются при помощи совка через воронку из оцинкованной стали. После засыпки каждой порции ВВ заряд слегка уплотняют прибойником.

При заряжании шпуров патронамипоследние досылаются при помощи прибойников. Если шпур сухой и его диаметр значительно больше диаметра патронов, то оболочки их разрезают вдоль или по спирали; после досылки разрезанного патрона на место его раздавливают ударами прибойника так, чтобы ВВ заполнило все сечение шпура.

Сырые и мокрые шпуры наиболее целесообразно заряжать буровыми тротиловыми шашками. При применении для заряжания таких шпуров патронов из гигроскопичных ВВ они изолируются путем обмазки битумом, озокеритом и т.п.

Заряд ВВ в шпуре должен занимать не более двух третей его длины; верхняя часть заполняется забивкой. Перед забивкой шпура в него осторожно опускают боевик. При заряде шпура порошкообразным ВВ боевик вводится после засыпки 80—85% заряда.

Шпуровые заряды из порошкообразных аммонитов можно взрывать при помощи детонирующего шнура без капсюлей-детонаторов. Для этой цели по оси каждого заряда на всю его длину пропускается отрезок детонирующего шнура с двумя-тремя узлами на конце.

Забивку шпуров производят сначала пластичной песчано-глинистой смесью, а затем песком или буровой мукой. Влажные шпуры, заряженные негигроскопичным ВВ, вместо забивки можно заливать водой.

184. Взрывание каждого ряда шпуровых зарядов производится одновременно электрическим способом или при помощи детонирующего шнура; сначала взрывается ближайший к забою ряд, потом следующий за ним и т.д. При наличии электродетонаторов замедленного действия указанная последовательность взрывания рядов обеспечивается различным замедлением в разных рядах.

При отсутствии электродетонаторов замедленного действия в случае необходимости взорвать одновременно два ряда шпуровых зарядов расстояние между рядами шпуров уменьшается в полтора — два раза по сравнению с расчетным.

В первом случае взрывами первых зарядов устраивают вертикальный забой протяженностью, равной ширине траншеи; последующее рыхление производят взрыванием зарядов, размещаемых рядами параллельно забою. После взрывания каждого ряда шпуров отбитый грунт убирают от забоя.

В скальных породах длина шпуров принимается равной глубине отрываемой траншеи; в мерзлых грунтах длину шпуров принимают равной трем четвертям толщины мерзлого слоя. Расстояния между шпурами в рядах и между рядами шпуров, а также вес шпуровых зарядов определяют по ст. 181.

Бурение шпуров производится, как указано в ст. 182; в мерзлых грунтах, кроме того, шпуры можно выделывать шлямбурами и раскаленными ломами.

Рис. 109.Схема расположения шпуровых зарядов при дроблении крупного камня:

1 — заряды; 2 — забивка

Во втором случае (без устройства вертикального забоя) заряды в шпурах размещаются в один или несколько рядов параллельно оси будущей траншеи и взрываются все одновременно. Длина шпуров при диаметре их 40—60 мм должна соответствовать заданной глубине рыхления грунта. Расстояния между рядами шпуров и расстояния между шпурами в ряду, а также вес зарядов принимаются, как в предыдущем случае.

Пример расчета зарядов и организации работ при отрывке траншей в мерзлом грунте приведен в приложении 8.

186. Для дробления отдельных камней (рис. 109) целесообразно применять шпуры небольшого диаметра (25—35 мм), которые бурят на длину l, равную 0,5—0,75 высоты камня. Расстояния между шпурами принимают равными 1—2 длинам шпура.

Общий вес заряда, необходимого для раздробления камня, определяется по формуле

где С — вес заряда в килограммах;

V — объем камня в кубических метрах;

q — удельный расход ВВ в килограммах на кубический метр, принимаемый равным от 0,06 К до 0,3 K* (табл. 23).

Рассчитанный по формуле (53) заряд распределяют равномерно между всеми шпурами, Заряд в каждом шпуре должен занимать не более половины его длины. Взрыв всех зарядов в шпурах производится одновременно.

Рис. 110.Схема расположения шпуров при проходке галерей:

а — врубовые шпуры; б — отбойные шпуры

187.Проходка колодцев, галерей и выделка камервтвердых породах производятся при помощи врубовых и отбойных шпуров (рис. 110). Длина отбойных шпуров при диаметре их 35—40 мм обычно принимается равной 2,0 м, длина врубовых шпуров на 15—20 см больше длины отбойных.

Заряд в шпуре должен занимать не более двух третей, а забивка не менее одной трети его длины. Шпуры располагаются на расстоянии 0,4—0,8 м один от другого. Вес каждого заряда вычисляется по заполненному ВВ объему шпура. В первую очередь взрывают заряды во врубовых шпурах, затем в отбойных.

188. Метод котловых зарядов отличается от метода шпуровых зарядов тем, что при нем вместо удлиненных применяют сосредоточенные заряды, помещаемые в котлах, образованных путем прострела шпуров малыми зарядами (ст. 175).

Котловые шпуры в крепких породах забиваются полностью (до устья). В породах средней крепости и в более слабых забивка может быть неполной. Для забивки котловых шпуров применяются те же материалы, что и для забивки шпуров обычного типа.

*Меньшие значения принимаются для крупных камней, большие — для мелких (объемом меньше 0,5 м 3 ).

189.Метод зарядов в рукавах(метод малокамерных зарядов) состоит в том, что заряды, предназначенные для рыхления грунта (породы), закладываются в горизонтальные или слегка наклонные выработки (рукава) сечением до 0,5X0,5 м. Длина рукавов принимается равной от 0,5 до 0,8 высоты подрываемого уступа, но не более 5 м; за высоту уступа в данном случае принимается расстояние (по вертикали) от центра заряда до поверхности земли. Расстояния между рукавами вдоль уступа в зависимости от требуемой степени дробления породы принимаются в пределах 0,8—1,4 длины рукава.

Вес зарядов в рукавах определяется по формуле (31) 5 при этом линия наименьшего сопротивления h принимается равной длине рукава, а показатель действия взрыва п — в пределах 0,75—1,0.

Рукава заряжают рассыпными ВВ (при помощи совков с длинными ручками) или ВВ, упакованными в пакеты. В сырых местах заряды из неводостойких ВВ должны иметь водонепроницаемые оболочки. Вся свободная от заряда часть рукава заполняется забивкой с обязательной утрамбовкой ее.

190.Метод скважинных зарядовсостоит в том, что удлиненные заряды рыхления закладываются в цилиндрические углубления (скважины) диаметром более 75 мм.

Обычно применяются вертикальные скважины диаметром 75—300 мм (чаще всего 200 мм) и длиной от 10 до 30 м. В случаях когда откос уступа пологий и, следовательно, сопротивление на подошве для вертикальных скважин получается очень большим, применяют наклонные скважины, которые бурят под некоторым углом к откосу уступа или параллельно ему (рис. 111). Скважины бурят с перебуром, величина которого определяется по табл. 29.

Рис. 111.Типы зарядных скважин:

а — вертикальная скважина; б — скважина под углом к откосу уступа; в — скважина, параллельная откосу уступа; к — перебур

Длина перебура скважин (в метрах)

Высота уступа H, м	Категория крепости пород по шкале Н и Р 1955 г.
V-VI	VIII-IX	X-XI	XII-XVI
7,0 10,0 15,0 20,0 25,0	0,60 0,70 0,85 1,00 1,25	0,70 0,85 1,00 1,25 1,50	0,85 1,00 1,25 1,50 1,75	1,00 1,25 1,50, 1,75 2,00

191. Вес скважинных зарядов (в килограммах) определяется по формуле

С = 0,3КNh 2 H (54)

где К — удельный расход ВВ, определяемый по табл. 23;

Н — высота уступа в метрах;

h — линия сопротивления по подошве в метрах;

N — относительное расстояние, равное отношению расстояния между скважинами а к линии сопротивления по подошве.

Относительное расстояние между скважинами N = обычно принимают в пределах 0,9—1,4; при этом нижний предел принимается для крепких пород, а верхний — для слабых. При расположении одновременно взрываемых скважин в несколько рядов расстояния между скважинами во втором и последующих рядах принимаются равными расстоянию между ними в первом ряду.

Расстояния между рядами скважин bпринимаются равными 0,85h, где h – линия сопротивления по подошве первого ряда. Вес зарядов для скважин второго и последующих рядов принимается равным весу зарядов первого ряда.

192.Заряд по длине скважины может размещаться:

— в виде сплошного удлиненного заряда; при этом длина забивки должна быть не менее трех четвертей линии сопротивления по подошве;

— в виде рассредоточенного заряда (заряда, разделенного на несколько отдельных частей); если подрываемая порода имеет ярко выраженное напластование, то части рассредоточенного заряда целесообразно размещать в наиболее крепких пластах.

Сплошной удлиненный заряд должен иметь не более двух запальных шашек (боевиков); каждая отдельная часть рассредоточенного заряда должна иметь свой боевик. Взрыв всех частей рассредоточенного заряда должен производиться одновременно.

Сухие скважины заряжаются порошкообразным ВВ, сырые и наполненные водой — патронированным ВВ в водонепроницаемых оболочках. Диаметр патронов ВВ должен быть на 3—4 см меньше диаметра скважины.

Завивочный материал для скважин должен быть сыпучим и достаточно мелким. При заполнении скважин забивочным материалом необходимо следить, чтобы провода или детонирующий шнур, идущие от боевиков на поверхность, располагались вдоль стенок скважины и не натягивались.

При необходимости поместить в скважине большой по объему заряд в ней путем прострела устраивают котел Простреливание котловых скважин, расчет зарядов и их закладка, забивка и взрывание производятся согласно ст. 175 и 188.

193. Метод камерныхзарядов заключается в том, что в разрабатываемой породе выделываются вертикальные колодцы (шурфы) или горизонтальные галереи (штольни), из которых в боковых направлениях устраиваются большие зарядные камеры для размещения крупных сосредоточенных зарядов (рис. 112).

Вертикальные колодцы применяются при высоте забоя H от 5 до 12 м, а горизонтальные галереи — при высоте забоя более 12 м. За расчетную линию наименьшего сопротивления Л принимают кратчайшее расстояние от центра заряда до забоя, которое не должно превышать 0,6 его высоты Н. Расстояния между зарядами в рядах и между рядами зарядов принимаются равными от h до 1,5h.

Рис. 112.Схема расположения камерных зарядов:

а — в галерее; б — в колодце; 1 — заряды; 2 — галерея; 3 — колодец

Расчет зарядов производится по ст. 164. Объем зарядной камеры должен превышать расчетный объем заряда (определяется делением веса заряда на плотность ВВ) на 20—40% в зависимости от конструкции одежды стен и потолка.

194.При закладке в камеры крупных зарядовиз порошкообразных ВВ необходимо принимать меры против их слеживаемости от собственного веса. Слеживаемость заряда может быть предотвращена устройством горизонтальных и вертикальных отсеков из деревянных ящиков, наполненных ВВ.,

При закладке зарядов в камеры, выделанные во влажных породах, принимаются меры, не допускающие увлажнения ВВ. Камеры внутри обшиваются тесом, а по тесу — толем или двумя слоями бумаги с промазкой нижнего слоя подогретой смесью каменноугольной смолы и вара или гудроном.

Рис. 113.Устройство забивки в галерее:

a — продольный разрез; б — план;

1 — заряд; 2 — мешки с грунтом; 3 — щиты из досок; 4 — подпорки

Вблизи зарядных камер на дне колодцев или галерей устраиваются водосборные углубления, из которых периодически производится откачка воды. Галереи делаются с уклоном, обеспечивающим сток воды от зарядных камер наружу.

Заряжание камер в колодцах производится засыпкой ВВ через деревянные трубы или опусканием их при помощи ворота в бадьях или в заводской упаковке. Заряжание камер в галереях производится вручную. Забивку камерных зарядов осуществляют посредством деревянных щитов с распорками и мешков с песком, землей или породой (рис. 113). Длина забивки принимается равной длине галереи или глубине колодца.

Взрывание камерныхзарядов производится электрическим способом с обязательным дублированием второй электровзрывной сетью или сетью детонирующего шнура.

Разработка грунта в зимних условиях значительно усложняется. Поэтому в зимних условиях применяют специальные меры для разработки грунта.

Предохранение грунта от промерзания

Применяют два способа: укрытие поверхности грунта термоизоляционными материалами; рыхление грунта.

а) укрытие поверхности грунта термоизоляционными материалами: древесные листья, стружки, опилки, шлак и другие укладывают слоями 20 40 см на грунт. Применяется при выполнении работ на небольших площадях;

б) вспахиванием грунта и боронованием. Сначала производится вспашка тракторными плугами или рыхлителями на глубину до 30 см, а затем боронование на глубину 20 см. После такой обработки верхний слой грунта становится рыхлым с замкнутыми пустотами, приобретая тем самым термоизоляционные свойства.

Предварительное рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой

Механический способ рыхления. Применяют два вида воздействия: статический и динамический:

а) сущность статического воздействия заключается в том, что непрерывное режущее усилие в мерзлом грунте создается специальным рабочим органом – зубом трактора-тягача. Мерзлый грунт рыхлят послойно толщиной 0,3 0,4 м продольными и поперечными проходками с шагом 0,5 м. Производительность рыхлителя 15 20

Для статического рыхления используют гидравлический экскаватор, снабженный зубом-рыхлителем.

б) динамическое воздействие. Мерзлый грунт разламывают молотами свободного падения (раскалывание), молотами направленного действия (скол). Молоты свободного падения – шар-молот. Высота сбрасывания шара весом до 5 т – 6 8 м. Молоты направленного действия – дизель-молоты. Глубина разрушения грунта – до 1,3 м.

в) рыхление взрывом – рекомендуется при глубине промерзания до 1,5 м и более. Используют шпуровой или щелевой метод; при больших глубинах – скважинный или щелевой метод. Щели с шагом 0,9 1,2 м нарезают баровыми машинами, машинами фрезерного типа. Из каждых трех соседних щелей зарядами ВВ заряжается средняя, а крайние служат для компенсации сдвига мерзлого грунта и снижения сейсмического воздействия. В щели укладывают заряды удлиненные или сосредоточенные и заполняют песком.

Разработка мерзлого грунта

Используют два способа: блочный и механический.

а) блочный. Сущность состоит в том, что мерзлый грунт разрезают на блоки как правило по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Глубина прорезаемых щелей – 0,8 глубины промерзания; расстояние между щелями должно быть на 10 15 % меньше ширины зева ковша экскаватора. Используют экскаваторы с обратной лопатой емкостью ковша ? 0,5 м3.

б) механический. Механическое или комбинированное (сочетание с ударным, вибрационным) воздействие. Из за избыточного режущего усилия экскаваторы большой мощности емкостью ковша более 1 м3 разрабатывают мерзлый грунт.

Оттаивание мерзлого грунта

Применяемые способы подразделяют по направлению распространения и по виду теплоносителя.

По виду теплоносителя:

а) огневой способ, применяется для рытья небольших траншей. Используют звеньевой агрегат, который состоит из ряда металлических коробов, разрезанных по продольной оси усеченных конусов (рис. 5.3). В первом коробе находится камера сгорания твердого или жидкого топлива, а в последнем – вытяжная труба: последняя обеспечивает тягу и продукты сгорания, проходя вдоль цепочки коробов (галереи), прогревают находящийся под ней грунт. После прогрева, грунт засыпают опилками. Дальнейшее оттаивание происходит за счет аккумулированной в грунте теплоты.

Рис. 1. Звеньевой агрегат: 1 – камера сгорания; 2 – вытяжная труба; 3 – обсыпка талым грунтом

б) электропрогрев – пропуск электрического тока через мерзлый грунт электродами. Схема прогрева: горизонтальная и вертикальная.

Горизонтальная схема. Электроды стержневые и полосовые укладывают на поверхность грунта; концы отгибают на 15 20 см для подключения к проводам. Поверхность грунта накрывают опилками толщиной 15 20 см, смачивают солевым раствором. Слой опилок, первоначально являясь токопроводящим элементом, нагревается, и происходит отогрев верхнего слоя грунта. Этот способ применяется при глубине промерзания до 0,7 м. Расход электроэнергии на 1 м3 отогреваемого грунта – 150–300 МДж.

Вертикальная схема. Используются стержневые электроды. Используется при глубине промерзания до 2 м. Используют два направления прогрева: сверху вниз и снизу вверх.

При оттаивании сверху вниз электроды забивают на 20 30 см в мерзлый грунт; по мере оттаивания верхних слоев электроды погружают на большую глубину. При прогреве снизу вверх в начале бурят скважины в шахматном порядке (в плане) на глубину ниже глубины промерзания грунта на 10 20 см, а затем погружают электроды. Прогрев снизу вверх более эффективен, чем сверху вниз; при этом расход электроэнергии на 1 м3 грунта снижается в 2 3 раза.

в) паропрогрев, осуществляют с помощью паровых игл: металлическая труба диаметром 25 50 мм и длиной 2 м. Иглы соединены с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы опускают в скважины на глубину 0,7 глубины оттаивания. Этот метод более дорогой, т. к. требует тепла на 1 м3 грунта в два раза больше, чем метод глубинных электродов.

г) оттаивание электронагревателями. Электронагреватели – это электроиглы: стальные трубы диаметром 50 мм и длиной 1 м, погружаемые в мерзлый грунт. Внутри иглы находится нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагреваясь, элемент передает тепло через стальной корпус мерзлому грунту.

Разработка мерзлых грунтов землеройными машинами

Физико-механические свойства мерзлых грунтов и, в частности, их прочность существенно зависят от количества содержания в них незамерз-шей воды, т. е. от температуры.

В песках и супесях вся вода практически замерзает при температуре до —3° С. В суглинках и особенно в глинах, даже при весьма низких отрицательных температурах (—30ч-50° С), может содержаться еще определенное количество незамерзшей воды.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 69. Зависимость предела прочности грунта при одноосном сжатии от отрицательной температуры:
1 — песок; 2 — суглинок

При замерзании грунта происходит резкое увеличение его прочности и особенно при температурах в пределах от О до —7” С, когда замерзает значительная часть содержащейся в грунте воды (рис. 69). В мерзлом состоянии песок при большей прочности обладает более высокой хрупкостью, чем мерзлые суглинки и глины. Последние, особенно при небольших отрицательных температурах, обнаруживают большую вязкость, что значительно затрудняет их разработку машинами ударного действия.

Трудоемкость земляных работ в зимнее время повышается ввиду более высокой прочности грунта, что вызывает необходимость его рыхления перед разработкой; существующего ограничения как в содержании, так и в размерах мерзлых комьев; тяжелых погодных условий (отрицательные температуры, снегопады и т. п.).

Подготовка мерзлого грунта к разработке осуществляется оттаиванием грунта (термическое оттаивание, оттаивание паром, электрооттаивание, засоление и т. п.) или его рыхлением.

Рыхление грунта может производиться машинами ударного действия; машинами, разрушающими мерзлый грунт резанием; взрывным способом; гидродинамическим способом (при сверхскоростных истечениях жидкости) или тепловым резанием мерзлого грунта.

Машины ударного действия производят разрушение грунта путем последовательных ударов рабочего органа о грунт. По характеру действия различают машины ударного действия со свободным падением рабочего органа (клин-молот, шар-молот) и машины с принудительным внедрением рабочего органа в мерзлый грунт. Принудительное внедрение клина производится ударами по нему свободнопадающего груза (ударный клин), а также многочастотными ударными органами дизельмолотов (клин с дизель-молотом) или вибраторов (виброклин).

К машинам, рыхлящим мерзлый грунт резанием, относятся: ба-ровые машины, имеющие рабочие органы в виде бесконечной цепи с установленными на ней резцами; дисковые или фрезерные машины с рабочим органом в виде диска с резцами, а также цепные и роторные траншейные экскаваторы, приспособленные для разработки мерзлых грунтов.

Наименее энергоемким из существующих в настоящее время способов разрушения мерзлых грунтов является взрывной способ. Так, энергоемкость разрушения мерзлых грунтов взрывом в 10—13 раз меньше, чем при резании. Однако по условиям работ в большинстве случаев он не
может быть применен.

Одними из наиболее перспективных являются машины, производящие рыхление мерзлых грунтов методом крупного ударного скола. Рабочим органом здесь является клин, забиваемый в грунт специальным механическим копром. Средняя энергоемкость подобных машин при разрушении мерзлого грунта составляет 0,4—0,8 квт-ч1м3. Производительность этих машин обычно составляет 45—120 мя в смену. К этой группе машин относятся также и навесные рыхлители (например, навесной рыхлитель на тракторе ДЭТ-250 типа РМГ-2), являющиеся эффективными машинами для рыхления мерзлого грунта толщиной до 60—100 см. Производительность составляет 40:—200 м3 в смену.

Эффективными машинами являются также роторные траншейные экскаваторы, приспособленные для разработки мерзлых грунтов. Однако энергоемкость последних выше, чем машин ударного действия, и составляет 5—8 квт-ч!л13. Преимущество роторных траншейных экскаваторов заключается в том, что при помощи этих машин грунт одновременно отделяется от массива и транспортируется в отвал или в транспортные средства, в то время как при разработке грунта сколом необходимы машины для уборки грунта в отвал. То же имеет место при разработке мерзлого грунта баровыми и фрезерными машинами. Уборка отдельных блоков мерзлого грунта, нарезанных баровыми машинами, должна осуществляться другими средствами. Блоки мерзлого грунта практически не могут быть использованы при устройстве большинства земляных сооружений и вывозятся в отвалы.

Степень разрушения грунта ударными нагрузками определяется его физико-механическими свойствами, геометрией рабочего органа и накопленной к моменту удара кинетической энергией. Кинетическая энергия в свою очередь зависит от массы рабочего органа и его скорости. Для обеспечения нормальной работы экскаватора с емкостью ковша 0,65—1,0 м3 темп работы по рыхлению верхнего мерзлого слоя должен быть не менее 15 м3/ч. Для достижения такой производительности необходимая работа Ударов должна быть не менее 7500—8000 кГ-м.

Разрушение мерзлого грунта при внедрении клина носит скачкообразный характер. Вначале происходит упругая деформация грунта, а по достижении определенного напряжения развивается пластическая деформация, которая приводит к разрушению грунта на некоторую глубину. Далее процесс повторяется.

Глубину внедрения клина h при свободном падении рабочего органа или в результате ударов свободно падающего груза определяют, исходя из равенства живой силы удара и работы силы, затрачиваемой на разрушение грунта.

Эффективность работы машин ударного разрушения мерзлого грунта определяется правильным выбором основных параметров рабочего оборудования: формы и размеров клина, величины одного удара, отношения массы клина к массе груза. Форма клина определяется высотой клина Н, углом его заострения а и шириной Ь. Высота клина зависит от глубины промерзания. При глубине промерзания до 1,3—1,5 ж клинья существующих машин для ударного разрушения мерзлых грунтов имеют высоту в среднем 0,8—1,2 м.

При этом b не должно превышать 400—500 мм, так как в противном случае сильно возрастает масса клина. Для повышения 1за6 рабочий орган выполняют из двух-трех жестко скрепленных между собой клиньев.

Большое значение для эффективности работы машин с принудительным внедрением рабочего органа ударами свободно падающего груза имеет правильный выбор массы клина и падающего груза. Отношение массы клина к массе ударного груза обычно принимают равным 0,2—0,4, и оно не должно быть более 0,6—0,7.

Общая энергоемкость разрушения зависит как от работы единичного удара, так и от количества ударов. Общая энергоемкость процесса снижается при росте работы единичного удара в большей мере, чем за счет увеличения количества ударов.

Рис. 70. Схема навески

2. Установки с механическим копром. Клинья изготовляются литыми из стали, так как сварные конструкции не выдерживают динамических нагрузок.

3. Установки, в которых ударным механизмом служит дизель-молот. Преимуществом применения дизель-молота является большое количество ударов в единицу времени. Вместе с тем энергия одного удара невелика и, кроме того, дизель-молот трудно запускать’в зимних условиях.

4. Установки с виброклином (рис. 70). Большое количество ударов в единицу времени (730—850 колебаний в минуту) и большая возмущающая сила 12—18 т являются значительным преимуществом машин подобного типа. К недостаткам относится быстрый выход из строя электромотора вибратора и других элементов конструкции, подвергающихся действию вибрации.

Для разрушения мерзлых грунтов резанием применяются фрезы, цепные пилы (бары), шнеки или одиночные резцы, смонтированные на ковшевой цепи траншейных экскаваторов, а также многоковшевые роторы.

Рис. 71. Силы, действующие на резец при резании мерзлого грунта:
а — острый резец; б — профиль изношенной площадки резца совпадает с траекторией резца; в — резец с затупленной режущей кромкой; г — профиль изношенной площадки, который не совпадает с траекторией резца

Для разработки мерзлых грунтов в последнее время стали применять машины с рабочим органом в виде режущих цепей — баров. Бары обычно являются навесным оборудованием к тракторам (рис. 72) или многоковше-вым экскаваторам. Цепи баров приводят в движение через редуктор от вала отбора мощности.

Рис. 72. Схема баровой машины на тракторе;
1— гидроцилиндр подъема и опускания бары; 2 — редуктор; 3 — бара

Для снижения энергоемкости процесса разрушения грунта на цепях устанавливаются не только резцы, но и клинья. Резцы прорезают в грунте канавки, в оставшиеся между канавками объемы грунта скалываются. клиньями. На рис. 73 представлена схема расстановки резцов и клиньев. Скорость движения цепи составляет 0,5—0,8 м/сек.

При увеличении толщины срезаемого слоя грунта снижается энергоемкость процесса резания, но при этом необходимо,, чтобы все элементы рабочих органов обладали высокой прочностью и жесткостью. Этому условию удовлетворяют приспособленные для работы в зимних условиях некоторые типы траншейных роторных экскаваторов. Рабочим органом здесь служит ротор с ковшами, который опирается на сдвоенное пневматическое колесо. Ковши оборудованы резцами (клыками). Внутри ротора Установлен криволинейный роторный транспортер. Производительность такой машины достигает 250 м в смену.

Читайте также: