Технологический процесс гидромеханизации и его особенности

В комплексно-механизированный процесс гидромеханизации земляных работ входят разработка грунта, которую выполняют с применением специальных аппаратов — гидромониторов или плавучих землесосных снарядов; транспортирование смеси грунта с водой самотеком (по канавам и лоткам) или под напором (по трубам) до места укладки грунта в сооружение или отвал; укладка грунта, т. е. отделение минеральных частиц от воды, распределение оседающего грунта в соответствии с конфигурацией и размерами земляного сооружения и отвод воды за его пределы, а также сортировка грунта по фракциям.

При разработке грунта гидромонитором разрушение массива происходит под действием размыва, удара и давления компактной водяной струи. При использовании плавучих землесосных снарядов, предназначенных для разработки грунта в подводных карьерах, разрушение массива происходит под воздействием потока воды, образующегося у входа в грунтозаборное устройство всасывающей трубы, и механически.

Транспортирование гидромассы самотеком по канавам и лоткам до места укладки грунта в сооружение или отвал используют сравнительно редко, так как для этого необходимо иметь большую разность отметок мест расположения забоя и намываемого сооружения или отвала, при которой можно обеспечить транспортирующую скорость потока.

При гидромониторной разработке грунта самотечное транспортирование гидромассы по канавам применяют только до работающей в комплекте с гидромонитором забойной землесосной установки, а к месту укладки гидромасса поступает по трубам под напором. При использовании плавучих землесосных снарядов гидромасса транспортируется по трубам под напором, развиваемым тем же землесосом, которым производится всасывание.

Для укладки грунта сооружение разбивают на карты-участки намыва длиной 150...300 м. Во избежание растекания гидромассы за пределы намываемого сооружения по периметру карты бульдозером или многоковшовым экскаватором возводят дамбы первичного обвалования высотой 1... 1,5 м. Если дамбы устраивают из песчаных грунтов, то их размещают внутри контура насыпи с внешним откосом, соответствующим проектному откосу насыпи.

При использовании для дамб первичного обвалования супесчаных, суглинистых или илистых грунтов, лежащих у основания насыпи, дамбы отсыпают вне контура насыпи, а по окончании намыва срезают. В процессе намыва насыпи бульдозером из намываемого грунта возводят дамбы последующих обвалований с внешними откосами, соответствующими проектным откосам насыпи.

В тех случаях, когда это не противоречит условиям охраны окружающей среды и насыпь намывают в районе, не занятом хозяйственными угодьями, допустимо устраивать обвалование только с одной стороны. Крутизна другого свободного откоса будет изменяться в пределах от 1:6 для гравелистых песков до 1:50 для пылеватых песков, а при частичном обжатии соответственно от 1:4 до 1:15. Такие откосы обладают высокой общей устойчивостью, но в ветроопасных районах при отсутствии укрепления могут явиться источником пескопереноса.

При выпуске гидромассы из пульповода, по которому ее подводят на карту намыва, вследствие снижения скорости потока происходит выпадание частиц грунта, а мелкие фракции вместе с отработанной водой стекают к прудку-отстойнику, образуемому вокруг водосбросного колодца квадратного, круглого или прямоугольного сечения, размеры которого зависят от пропускаемого расхода отработанной воды.

К стойкам водосбросного колодца по мере намыва прикрепляют щиты или доски, регулируя при их помощи унос мелких частиц грунта. Из водосбросного колодца отработанную воду отводят через коллектор (штольню) из стальных труб, закладываемых в основании насыпи, по которым вода поступает в водоотводную канаву, устраиваемую на расстоянии 2,5... 3 м от подошвы насыпи.

В транспортном строительстве гидромеханизацию применяют при разработке выемок, намыва насыпей, станционных и прочих площадок, регуляционных сооружений у мостов, уширении земляного полотна под второй путь, возведении насыпей на болотах, добыче дренирующего грунта, путевого балласта, песка, гравия.

Возможность и целесообразность применения гидромеханизации определяются наличием грунтов, пригодных для возведения земляного полотна и поддающихся разработке, транспортированию и укладке средствами гидромеханизации; источника воды с дебитом, достаточным для удовлетворения потребностей производства работ при прямом или оборотном водоснабжении; надлежащих энергоресурсов, по возможности более дешевых электроэнергии или дизельного топлива.

На техникоэкономическую эффективность применения гидромеханизации влияют также местные условия: дальность транспортирования пульпы и воды, соотношение вскрыши и полезной толщи в карьере, требования охраны окружающей среды. В значительной мере эффективность гидромеханизированных работ зависит от грунтовых условий.

Увеличение содержания в разрабатываемом грунте крупных фракций приводит к существенному снижению эффективности работы плавучих землесосных снарядов. При гидромониторно-землесосной разработке тяжелых грунтов для снижения потребного напора струи и расхода воды, а следовательно, и затрат энергии целесообразно осуществлять предварительное рыхление грунта или обрушение грунтовых массивов.

Рыхление можно производить механическими способами с применением бульдозеров или экскаваторов, а предварительное обрушение — вводом в массив низконапорной воды через вставляемые в тыловой части забоя трубы или взрыванием. Естественно, что эти дополнительные мероприятия приводят к увеличению стоимости и трудоемкости гидромеханизации. Землесосные снаряды, имеющие высокую производительность, целесообразно использовать на объектах с большими сосредоточенными объемами работ, в частности, при намыве насыпей на подходах к мостам.

Для сооружения выемок и возведения насыпей из притрассовых карьеров, т. е. рассредоточенных объектов линейного строительства с относительно малыми объемами работ, целесообразны передвижные комплекты машин, в состав которых входят смонтированные на тракторах насосные и гидромониторно-землесосные установки, а также бульдозеры-трубоукладчики. Заболоченность местности у трассы и на подходах к карьерам не вызывает значительных осложнений при производстве работ, поскольку обводненные карьеры разрабатываются легко, а для транспортирования грунта нужны только трубы.

Это придает гидромеханизации существенное преимущество в сравнении с сухоройными способами в районах с неблагоприятными инженерно-геологическими и природноклиматическими условиями.

Еще одна положительная особенность гидромеханизации состоит в возможности получения при намыве хороших дренирующих грунтов путем отделения и сброса с отработанной водой глинистых частиц и ила, что позволяет сооружать насыпи из притрассовых карьеров, сложенных мелкими пылеватыми песками. В процессе намыва происходит самоуплотнение грунтов и поэтому не требуется применять грунтоуплотняющие машины.

Положительные особенности гидромеханизации земляных работ также заключаются в снижении трудоемкости, меньшей металлоемкости оборудования, более низкой стоимости и высоком качестве возводимых сооружений по сравнению с такими же показателями при сухоройных способах. К недостаткам следует отнести значительную энергоемкость и существенные затраты времени на подготовительные работы — монтаж трубопровода и устройство обвалования.