Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях
Разработка грунта земснарядами
Сущность — разработка грунта из-под воды за счет создания на забое скоростей, размывающих грунт, и засасывания частиц грунта, перешедших во взвешенное состояние, во всасывающую трубу землесосного насоса. Обычно землесосный насос (землесос) устанавливается на плавучую баржу, в целом такая установка называется земснарядом. Схема земснаряда дана на рис. 12.5.
В зависимости от свойств грунта размывающие скорости обычно превышают 1,5-2,0 м/с. Такие скорости возникают только вблизи входа воды во всасывающую трубу. На расстоянии около 1 диаметра от входа скорости значительно снижаются (до 0,6-1,0 м/с), что влечет за собой снижение эффективности размыва, а при дальнейшем удалении размыв полностью прекращается и во всасывающую трубу будет поступать только вода.
Производительность земснарядов зависит от многих факторов.
Для повышения эффективности разработки плотных связных грунтов применяют рыхлители различных конструкций (гидравлические, фрезерные, роторные, ковшовые и др.). Обычно земснаряды оборудуют фрезерными рыхлителями.
Для непосредственной разработки грунтов из-под воды применяются плавучие землеснаряды. Их применяют для разработки котлованов крупных гидротехнических сооружений, различных каналов, пойменных и русловых карьеров, расчисток русел рек и т.д. Размеры выемок и забоев зависят от габаритных размеров корпуса и всасывающих устройств земснаряда, которые, в свою очередь, зависят от основного параметра земснаряда — производительности. Производительность земснарядов — величина весьма неопределенная, так как зависит не только от множества факторов, отмеченных выше (свойства грунта, консистенция, размеры забоя), но и от режима работы землесоса. Поэтому производительность характеризуют условно при средней консистенции 1:10.
Исследования работы земснарядов в производственных условиях показывают, что консистенция пульпы никогда не бывает постоянной, вызывая в ряде случаев опасные переходные процессы. Существует методика расчетов переходных процессов, позволяющая выявлять возможности опасных ситуаций в различных условиях.
Существуют классификации земснарядов по виду приводов, рабочих помещений, грунтозаборных устройств и т.д.
По виду привода в гидроэнергетическом строительстве России до конца 20 века преобладали электрические землесосные снаряды с подачей электроэнергии с берега кабелем под напряжением чаще 6000 вольт по понтонам плавучего трубопровода. В других отраслях строительства (мелиоративного, транспортного) было больше дизельных земснарядов. С переходом к рыночной экономике и в начале 21 века еще не определилась тенденция, дизельные или электрические земснаряды будут преобладать в дальнейшем.
Применяется разработка грунта без разрыхлителей (свободным всасыванием) и с разрыхлителями, расположенными в зоне всасывания. Эта зона размывающих скоростей всасываемой воды невелика и составляет около одного диаметра входа во всасывающий трубопровод. Поэтому строительные земснаряды, предназначенные для разработки широкого диапазона грунтов, чаще оборудуются механическими рыхлителями, которые кроме рыхления способствуют также подаче грунта к всасывающему патрубку. Среди многих десятков конструкций рыхлителей чаще используются фрезерные, с ножами, срезающими стружку грунта.
Рабочие перемещения земснарядов осуществляются системой тросов или комбинацией тросов и свай. Применяются различные схемы (способы) перемещения: траншейный и параллельный, веерный, крестовый, в зависимости от ширины выемки, свойств грунта, глубины воды.
В гидротехническом строительстве наиболее распространено свайно-тросовое перемещение, обеспечивающее более точные размеры профильных выемок. Для этого в кормовой части земснаряда, в специальных обоймах подвешены две сваи, которые с помощью лебедок могут попеременно подниматься и опускаться. Поворачиваясь попеременно вокруг этих свай, с помощью тросов обеспечивается веерная разработка забоя и продвижение земснаряда вперед (папильонаж).
Для перекачки пульпы из забоев земснарядов применяют передвижные землесосные установки, смонтированные на полозьях (санях), на металлических листах, на понтонах и на специальном шасси. Все они работают позиционно и не могут быть использованы для разработки грунта самостоятельно. На новую рабочую позицию их перемещают отдельными транспортными средствами (например, тракторами).
Общая технологическая схема разработки грунтов земснарядами дана на рис 12.6.
Около 20 марок отечественных землесосных снарядов общего назначения с условной производительностью по грунту от 50 до 1000 куб. м/час перестали изготавливать в конце 20 века. Однако, серийное их производство в конце 20 века практически прекратилось. Во второй половине 20 века крупные зарубежные фирмы тоже начали изготавливать серии земснарядов, например, фирма IHC Holland.
Зарубежные строительные землесосные снаряды практически повторяют ряд типоразмеров табл.12.2, за исключением отдельных машин высокой производительности, изготавливаемых по специальным заказам для строительства крупных объектов или работы в особых условиях. В 70-х годах прошлого века в Персидском заливе потребовалось создать канал длиной 117 км в условиях волнений и трудно разрабатываемых грунтов. В Японии был создан земснаряд производительностью 1000 куб. м/час с платформой на 8 сваях, опирающихся на дно, для работ при волне до 4,5 м и глубине разработки до 20 м. В тихую погоду машина работала в полупогруженном состоянии при осадке 4,6 м. Аналогичный земснаряд позднее был построен в Нидерландах.
Новой тенденцией развития конструкций землесосных снарядов является создание машин с погружными грунтовыми насосами, расположенными на раме рыхлителя и всасывающего трубопровода, как можно ближе к входу во всасывающий трубопровод. Несмотря на возникающие при этом конструктивные усложнения, такие земснаряды уже существуют, как отечественные, так и зарубежные. Кроме снятия ограничений по вакууму, опыт эксплуатации таких машин показал существенное, в 1,5-2 раза увеличение средней консистенции пульпы, что означает приблизительно такое же увеличение производительности по грунту и снижение энергозатрат на кубометр грунта.
Отечественные земснаряды с погружными грунтовыми насосами начали создавать с 70-х годов прошлого века для разработки грунтов на глубине до 45 м. Их успешная эксплуатация подтвердила преимущества погружных грунтонасосов и позволила совершенствовать конструкции приводов погружного насоса. Несмотря на явные преимущества земснарядов с погружными грунтонасосами, ряд конструктивных трудностей обуславливает их специальное изготовление преимущественно только для объектов с большими глубинами разработки грунта.
Источник
ПОДВОДНЫЕ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДЫ
|
Способы разработки грунта
Любой способ разработки подводного грунта предусматривает рабочее перемещение земснарядов по прорези траншейным или папильонажным способом. При использовании траншейного способа земснаряд двигается вдоль разрабатываемой прорези; после продвижения на определенное расстояние вперед он возвращается назад в исходное положение, перемещается в сторону и разрабатывает следующую параллельную выемку. Этот способ применяют при наличии достаточных для перемещения земснаряда глубин. Траншейный способ применяют на несвязных, легко осыпающихся песчаных грунтах, при ширине траншеи по дну более 5 м и глубинах, достаточных для перемещения не только земснаряда, но и обслуживающих его судов. Папильонажные способы применяют для разработки траншеи в песчаных грунтах, если ширина траншеи по дну превышает 5 м, а также в связных и малоосыпающихся грунтах. При папильонажном способе земснаряд перемещается поперек траншеи с постепенными подачами вперед. В зависимости от конкретных условий работы применяются следующие виды папильонирования: Параллельный папильонаж заключается в том, что снаряд перемещается от бровки к бровке траншеи параллельно ее оси. Этот способ применяется в тех случаях, когда глубина на кромках траншеи и за ее бровками на расстоянии полуширины корпусов снаряда больше осадки земснаряда. При небольшой осадке земснаряда этот способ наиболее целесообразен. Для работы способом параллельного папильонажа выставляют осевой и два боковых створа, ограничивающих крайние положения перемещений земснаряда в пределах ширины разрабатываемой карты грунта. В процессе перемещений земснаряда контролируют азимут по направлению продольной оси судна, который должен совпадать с азимутом по линии створа и крайними положениями земснаряда.
Крестовый папильонаж заключается в перемещении земснаряда таким образом, чтобы передняя часть земснаряда перемещалась у одной кромки траншеи, а задняя – у противоположной. Крестовый папильонаж применяется в том случае, когда глубина на бровке траншеи меньше осадки земснаряда. Использование крестового папильонажа требует специальных приспособлений для правильной ориентации корпуса снаряда и рамы с рабочим органом относительно оси траншеи. При разработке траншеи этим способом необходимо, чтобы центр вращения снаряда не смещался со створа. Это условие усложняет применение крестового папильонажа, и поэтому он используется в исключительных случаях. Минимальная ширина траншеи, которая может разрабатываться крестовым папильонажем, равна:
Веерный папильонаж основан на том, что корма снаряда во время папильонирования удерживается на месте, а нос его перемещается от бровки к бровке. Веерный папильонаж применяется в случае, когда глубина на кромках прорези меньше осадки снаряда. Ширина прорези по дну при этом обычно должна быть более 2 м. Для работы способом веерного папильонажа выставляется осевой створ. В процессе перемещений земснаряда для обеспечения разработки траншеи необходимой ширины контролируют положение в створе фиксированной точки на корме судна и угол между продольной осью судна и створом, максимальное значение которого не должно превышать расчетного значения, определяемого по формуле:
Для повышения точности установки земснаряда по осевому створу становые якоря перекладывают при хорошей видимости створных знаков. При определении глубины грунтозабора в месте забоя необходимо знать точное местоположение грунторазрабатывающего органа, которое не совпадает с местоположением фиксированной точки земснаряда, относительно которой производят и измерения, и привязку расстояний к проектному профилю. Отклонения фактических координат грунтозаборного устройства относительно точки измерения на палубе земснаряда могут быть учтены введением поправок Δх, Δу, определяемых по формулам:
Координату х точки наблюдения определяют с помощью дальномера и указателя троса становой лебедки, глубину Z измеряют с помощью индикатора глубины или эхолота. На некоторых земснарядах имеется система контроля заданного угла папильонирования α.
Багермейстерский папильонаж состоит в том, что снаряд перемещается от бровки к бровке прорези так, что его продольная ось составляет некоторый угол с осью прорези. Он может применяться только при условии, что глубины на кромках прорези не ограничивают движение снаряда. Технология разработки траншейТраншейный и папильонажный способы перемещения земснарядов осуществляются при помощи рабочих тросов, один конец которых удерживается якорями-анкерами, а другой – закрепляется на папильонажных лебедках земснарядов. Число и расположение якорей должны обеспечивать возможность легкого перемещения земснаряда по всей площади прорези с минимальными затратами времени на перекладку якорей. Для перемещения земснаряда вдоль прорези и для восприятия продольных сил, действующих на снаряд в процессе разработки грунта, укладывается передний рабочий трос, конец которого крепится к якорю или анкеру. Длина рабочего троса должна быть такой, чтобы он не создавал усилий, вырывающих якорь из грунта, и обеспечивал минимальное число перекладок в процессе разработки грунта. Обычно длина вытравливаемого троса должна быть не менее расстояния, равного утроенной ширине траншеи, а конец троса, примыкающий к якорю, должен лежать на грунте. Для перемещения земснаряда поперек прорези и предотвращения его сноса со створа течением и ветром с носа и кормы земснаряда закладываются боковые тросы с якорями. Расстояния, на которые закладываются боковые якоря, зависят от условий работы и, в первую очередь, от забровочного рельефа дна. При нормальных условиях эти расстояния должны быть достаточно большими. Угол опережения и отставания передних тросов зависит от условий производства работ и колеблется в пределах 15 – 30° , а для задних (кормовых) тросов – 15 – 45°. Для обеспечения нормальных условий работы земснарядов имеет значение правильный выбор типа и размера якоря. Якоря с недостаточной удерживающей силой будут «ползти» и не обеспечат нормальных рабочих перемещений; излишне тяжелые якоря увеличивают затраты на их извлечение и перекладку.
Завозка, подъем и перекладка якорей производятся на специально оборудованных завознях или приспособленных для этих целей других плавсредствах. При значительных скоростях течения, когда установить земснаряд поперек течения невозможно, так как снаряд сильно кренится и его не удерживают якоря, разработку подводных траншей производят картами. При разработке грунта картами границы карты на воде обозначаются буями, устанавливаемыми с земснаряда. Для установки верхней и нижней грани карты на берегах выставляются дополнительные створы. Расстояния от оси до дополнительного створа определяются для каждой карты отдельно. Ширина карты а в плане зависит от длины станового тpoca L и проектной ширины траншеи по дну b. Разработка подводной траншеи производится в следующем порядке:
При выходе земснаряда за линию верхнего дополнительного створа разработка карты заканчивается. Становой якорь заводится в следующую точку на створе укладки становых якорей, а земснаряд занимает исходное положение для разработки следующей карты. Перед началом разработки подводной траншеи выполняются следующие работы:
В состав работ, выполняемых непосредственно при разработке подводного грунта, входят:
Повышение эффективности разработки траншейВ процессе разработки подводного грунта особое внимание обращают на увеличение коэффициента использования земснаряда во времени, равного отношению времени работы по извлечению грунта к общему времени работы. Эта цель достигается сокращением времени на:
Сокращение времени на перечисленные выше работы достигается привлечением к ним вспомогательных плавсредств, водолазной станции, полным обеспечением инструментом, производственным инвентарем, горюче-смазочными материалами и быстроизнашивающимися запасными частями. При разработке параллельных траншей для укладки нескольких ниток трубопровода работы обычно начинаются на нижней по течению траншее, что позволяет использовать часть грунта, извлекаемого при разработке верхней по течению траншеи, для засыпки уже уложенной нитки. Наибольшую производительность землесосные снаряды с грунтовыми и водоструйными насосами дают при разработке несвязных грунтов небольшой крупности, таких как песок и мелкий гравий. Землесосными снарядами разрабатывают также береговые участки подводных траншей, на долю которых приходятся наибольшие объемы грунта на каждый погонный метр прорези. Большим преимуществом землесосных снарядов является возможность транспортирования разрабатываемого грунта на небольшое расстояние от траншеи, что в ряде случаев необходимо из-за недопустимости перекрытия русла реки или судового хода грунтом. При необходимости отвода пульпы от разрабатываемой траншеи плавучий грунтопровод заводится, как правило, вниз по течению. Если грунтопровод заводится вверх по течению, то для удержания грунтопровода в положении, обеспечивающем маневренность земснаряда в процессе работы, закладывают один или несколько якорей. При наличии достаточных для перемещения землесосного снаряда глубин разработку несвязных песчаных, легко осыпающихся в процессе образования траншеи грунтов осуществляют траншейным способом, при котором обеспечивается наиболее полная загрузка всасывающего устройства. Для обеспечения равномерности глубины разработки следят за тем, чтобы оси траншеи разных проходов отстояли друг от друга на требуемом расстоянии. Образующиеся при этом гребни должны иметь одинаковую высоту. Следует учитывать, что при разработке широких траншей и необходимости многократной проходки земснаряда вдоль прорези приходится значительно углублять траншею из-за большого запаса на неровности выработок, обусловливаемого образованием гребней между траншеями. Землесосные снаряды с грунтовыми насосами, как правило, оснащаются механическими, а с водоструйными насосами – гидравлическими рыхлителями грунта. Применение рыхлителей грунта значительно повышает возможности землесосных снарядов. Использование землесосных снарядов может быть значительно расширено использованием эжектирующих устройств на их всасывающих линиях. Такие устройства позволяют вести глубинную разработку грунтов, что из-за недостаточной способности землесосов обычным оборудованием осуществлять невозможно. Режим работы земснаряда назначается из условия достижения максимальной производительности, которая зависит от ряда факторов и может изменяться в процессе разработки грунта. Контроль за ходом разработки осуществляется непрерывно по установленным на земснаряде приборам, таким как вакуумметры, манометры насосных установок, консистомеры, тягомеры становых тросов, глубиномеры опускания рабочего органа, подачемеры и скоростомеры оперативных тросов, тахометры главных двигателей и т.д. Для буксировки, закладки и перекладки якорей земснарядам могут придаваться буксирный катер, моторная или немоторная завозня. Кроме того, для периодических осмотров и контроля разрабатываемой прорези, удаления обнаруженных препятствий привлекается водолазная станция, для отдыха команды и рабочих при необходимости – брандвахта. Источник | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
