Глава 1. ДНОУГЛУБИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

1.1. Общие сведения о дноуглубительных работах
и землечерпательных снарядах

На внутренних водных путях дноуглубительные работы выполняются для поддержания и увеличения габаритов водного пути на существующих и вновь открываемых судовых ходах и обеспечения безопасных условий плавания. К дноуглубительным также относятся работы, выполняемые за пределами судовых ходов: работа по углублению подходов к портам, пристаням и причалам; разработка затонов и пунктов отстоя судов; устройство котлованов гидротехнических сооружений и траншей под подводные переходы; намыв территорий и сооружений и т.п.

Дноуглубительные работы, выполняемые для обеспечения судоходных условий, подразделяют на два вида: эксплуатационные – для поддержания заданных габаритов водного пути и обеспечения безопасных условий плавания; капитальные – выполняют на водных путях для коренного улучшения судоходных условий путем создания нового судового хода, более удобного и безопасного для движения судов и менее подверженного заносимости.

Типы землечерпательных снарядов (земснарядов)

Земснаряды по принципу действия делят на три основных типа: землесосные, черпаковые и скалодробильные.

На землесосных снарядах (землесосах) применяется гидравлический принцип действия оборудования. Они отделяют грунт от дна и перемещают его вместе с водой к месту отвала грунта с помощью грунтонасосной установки. По способу отделения грунта от дна землесосы могут быть без рыхлителя, с гидравлическим и механическим рыхлителем.

Перемещение извлеченного со дна грунта в отвал у землесосов в основном осуществляется по плавучему напорному грунтопроводу (рефулеру), иногда по подвесному (консольному) трубопроводу, или в собственном трюме (самоотвозные свободнодвижущиеся землесосы). У свободнодвижущихся землесосов, используемых на барах судоходных рек, применяется удаление грунта в собственном трюме.

Черпаковые снаряды извлекают грунт механическим способом с помощью ковша, грейфера или черпаков. Они делятся на многочерпаковые, штанговые и грейферные.

У многочерпаковых снарядов отделение грунта от дна и его подъем осуществляется бесконечной черпаковой цепью, состоящей из соединенных между собой черпаков. У большинства многочерпаковых снарядов, извлеченный грунт транспортируется к месту отвала в грунтоотвозных шаландах. Реже грунт удаляется в отвал по специальному длинному лотку.

Рабочим органом штангового снаряда является ковш, укрепленный на штанге, а у грейферного снаряда – грейфер, подвешенный на тросах на стреле, находящейся на поворотной платформе.

У штангового и грейферного снаряда извлекаемый со дна грунт, как правило, грузится в грунтоотвозную шаланду. Они могут укладывать грунт в отвал также непосредственно своим рабочим органом.

Черпаковые снаряды предназначены для разработки тяжелых и засоренных грунтов, плотных песков, суглинков, глины и дробленой скальной породы.

Скалодробильные снаряды применяют для разрушения скального грунта на дне, чтобы обеспечить возможность последующей уборки обломков породы многочерпаковыми и грейферными земснарядами.

Существуют два типа скалодробильных снарядов: со свободно падающим долотом и с пневматическими молотами. Снаряд с падающим долотом способен эффективно разрыхлять на глубину 0,4–0,6 м скальный грунт с коэффициентом крепости 6–12, снаряд с молотом – на глубину до 0,5–0,7 м наиболее прочные скальные породы.

Все дноуглубительные снаряды по способу рабочих перемещений делятся на якорные, свайно–якорные и движительные (перемещаемые своей гребной установкой).

По способу перемещения с одного участка работ на другой земснаряды делятся на самоходные, имеющие свои гребные установки и несамоходные, которые перемещают к месту работы буксирными судами.

Для краткой характеристики типа земснаряда применяют условные буквенные обозначения. Первая буква характеризует земснаряд по способу извлечения грунта: 3 – землесосный, М – многочерпаковый, Ш – штанговый, Г – грейферный, Д – скалодробильный. Вторая буква обозначает способ удаления грунта: Ш – шаландовый, Р – рефулерный, Л – лотковый, К – с подвесным (консольным) трубопроводом. Третья буква указывает тип привода рабочего органа: Д – дизельный, Э – электродвигатель с питанием от береговой сети. Четвертая буква С указывает на то, что земснаряд самоходный. После буквенных обозначений указывают техническую производительность земснаряда.

Основные положения
по организации работы земснарядов

Руководит дноуглубительными работами и природоохранными мероприятиями на закрепленном участке реки производитель путевых работ.

Ответственность за бесперебойную эффективную работу земснаряда в целом и за нормальную работу его механизмов лежит на командире земснаряда.

Для обеспечения непрерывного функционирования земснарядов им придаются специальные вспомогательные суда: брандвахты для размещения команд земснаряда и вспомогательных судов; грунтоотвозные шаланды; теплоходы–шаландировщики; моторизованная завозня для завозки, перекладки и сбора оперативных якорей и перевода концевого понтона; рабочие моторные лодки; вспомогательные понтоны грузоподъемностью 3–5 т для поддержания станового каната.

Состав землечерпательного каравана устанавливается приказом по администрации бассейна внутренних водных путей. Входящие в состав каравана суда находятся в распоряжении командира земснаряда. Ответственность за техническое состояние и эксплуатацию несамоходных шаланд возлагается на командиров земснарядов, а самоходных шаланд – на капитанов шаланд. Технический надзор за эксплуатацией механизмов и устройств земснаряда осуществляют линейные и групповые механики, командиры и механики–наставники.

Членов команды земснаряда распределяют по вахтам приказом командира. Возглавляет вахту вахтенный начальник–помошник командира (в дальнейшем – начальник вахты). Прием и сдачу вахт оформляют записями в вахтенных журналах.

1.2. Производительность земснарядов
и показатели их работы. Классификация грунтов
по трудности разработки

Производительность земснаряда

Производительность снаряда (м³/ч) характеризуется объемом грунта в состоянии естественной плотности, извлеченного за час непрерывной работы земснаряда. Различают производительность техническую, расчетную и фактическую.

Основной производственной характеристикой земснаряда является его техническая производительность, т.е. производительность, достигаемая при оптимальных условиях работы. Она является базой нормирования и планирования работы дноуглубительного флота. Техническую производительность утверждает Федеральное агентство морского и речного транспорта по представлению администрации бассейна внутренних водных путей для групп типовых земснарядов на основании обобщения показателей их работы. Для головных и модернизированных земснарядов техническую производительность устанавливают на основании результатов специальных производственных испытаний.

Для землесосных снарядов техническую производительность устанавливают на основании работы на мелком песчаном грунте, с паспортными дальностью и высотой транспортирования при глубине извлечения грунта до 10 м.

Многочерпаковым земснарядам техническая производительность устанавливается по показателям работы на связных грунтах, для которых они предназначены по своим техническим характеристикам, при 100% заполнении черпаков и наибольшей допустимой скорости их движения.

Расчетная производительность (м³/ч) снаряда определяется исходя из технической производительности с учетом конкретных условий работы – свойств разрабатываемого грунта, глубины его извлечения, дальности и высоты рефулирования, толщины снимаемого слоя и др.

Расчетная производительность является исходной при выдаче наряда–задания на выполнение земснарядом дноуглубительной работы.

Производительность, достигнутая земснарядом в конкретных производственных условиях, называется фактической.

Отношение расчетной производительности к технической представляет собой коэффициент использования технической производительности (коэффициент производительности).

Назначение расчетной производительности земснаряда

Расчетная производительность Q_р (м³/ч)определяется выражением:

. (2.1)

где: К – расчетный коэффициент использования технической производительности (коэффициент производительности), зависящий от условий выполнения работ;

Q_T – техническая производительность земснаряда, м³/ч.

Коэффициент производительности учитывает изменение технической производительности снаряда в зависимости от свойств и засоренности грунта, глубины его извлечения, толщины снимаемого слоя грунта, от дальности и высоты рефулирования, а также от способа работы земснаряда и его технического оборудования.

Наибольшее влияние на производительность земснарядов оказывают свойства разрабатываемого грунта.

Влияние свойств грунта на трудность их разработки и транспортирования учитывают коэффициентом К_г использования технической производительности в зависимости от рода грунта. Величина К_г принимается во внимание при назначении расчетного коэффициента К.

Коэффициент производительности в зависимости от рода грунта для типовых земснарядов устанавливается на основании анализа отчетных данных о работе однотипных земснарядов за прошлые годы.

Ориентировочные значения коэффициента К_г приведены в табл. 2.1.

Администрации бассейнов внутренних водных путей утверждают пообъектные перечни коэффициентов производительности в зависимости от рода грунта для различных земснарядов. В перечне по каждому объекту должна быть приведена характеристика свойств грунта с указанием разновидности (в соответствии с данными табл. 2.1), а также плотности и прилипаемости.

Таблица 2.1

Коэффициент производительности в зависимости от рода грунта

Примечание:

При разработке песчаных грунтов грейферными снарядами коэффициент К_г уменьшается на 15–20% по отношению к значениям, указанным в таблице. В случае песчаных грунтов средней плотности допускается снижать коэффициент на 10%.

Меньшие из приведенных значений принимают при разработке гравия землесосами с паспортными высотой и дальностью рефулирования, большие значения принимают в случае работы с плавучим грунтопроводом, укороченным на одну треть по сравнению с паспортной длиной.

Пообъектные перечни коэффициентов использования технической производительности в зависимости от рода грунта подлежат периодическому уточнению и корректировке. Кроме того, для каждого объекта оценивают влияние засоренности грунта на коэффициент производительности.

Для объектов, работа на которых выполняется впервые, при выдаче наряда–задания вид грунта определяют по аналогии с объектами, имеющими похожие грунтовые условия. В дальнейшем допускается уточнение заданного коэффициента по фактическим данным за первые трое суток работы земснаряда на новом объекте.

Производительность землесосов снижается при глубине извлечения грунта более 10 м вследствие ограничений по всасывающей способности грунтонасосной установки.

В случае извлечения грунта землесосами с глубины более 10 м вводится коэффициент К₀ производительности, учитывающий глубину разработки. Коэффициент устанавливают для каждого типа землесосных снарядов с учетом кавитационной характеристики грунтового насоса и рода грунта. Полученный расчетом коэффициент подлежит последующей проверке.

Для земснарядов, техническая производительность которых назначена при работе в интенсивном режиме (с консистенцией гидросмеси 35–40%), коэффициент К₀ вводят при извлечении грунта с глубины более 7 м.

Для землесосов, транспортирующих грунт по плавучему грунтопроводу, в случаях их работы с измененной длиной рефулера или высотой геодезического подъема гидросмеси для которых установлена техническая производительность, должна учитываться дальность и высота рефулирования. Коэффициент К_реф, учитывающий изменение дальности и высоты рефулирования определяется по формуле

(2.2)

где: L – фактическая длина плавучего грунтопровода, м;

L₀ – паспортная длина плавучего грунтопровода, м;

z – возвышение выходного отверстия трубопровода над его положением при рефулировании в воду, м;

H – полный напор грунтового насоса при работе на воде с номинальной частотой вращения двигателя и паспортной длиной грунтопровода, м.

Формула (2.2) действительна при L/L₀ = 0,5÷3 и z/H = 0,6.

Если при работе с укороченным грунтопроводом во избежание перегрузки двигателя требуется уменьшить его частоту вращения (в результате уменьшается напор насоса до Н'), то величину коэффициента К_реф нужно уменьшить пропорционально снижению напора

. (2.3)

Коэффициент, учитывающий высоту и дальность рефулирования, вводится независимо от коэффициента на род грунта.

Толщина снимаемого слоя оказывает влияние на производительность многочерпаковых снарядов, отражаясь на наполнении черпаков грунтом. Значения коэффициента производительности К_с многочерпаковых снарядов на толщину снимаемого слоя грунта приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Значения коэффициента производительности
многочерпаковых снарядов на толщину снимаемого слоя грунта

При назначении расчетной производительности коэффициент К_с для многочерпаковых земснарядов вводят лишь при отсутствии на снаряде специального грунтозаборного экрана. При разработке грунта толщиной более 1 м земснарядом К_с = 1.

На производительность землесосов, работающих траншейным способом, толщина снимаемого слоя влияет незначительно. Коэффициент производительности на толщину снимаемого слоя не вводится.

За расчетный коэффициент снижения производительности К для многочерпакового снаряда принимается наименьший из коэффициентов на род грунта К_г и на толщину снимаемого слоя грунта К_с.

Для землесосов в качестве расчетного коэффициента использования технической производительности К принимается меньший из коэффициентов К_г и К₀ или произведение К_г К_реф.

Использование земснаряда по времени.

Время пребывания земснаряда в пределах участка водного пути, закрепленного за филиалом администрации бассейна внутренних водных путей, исчисляется с момента выхода из затона до постановки на отстой. Оно слагается из времени, затрачиваемого на работу снаряда по извлечению и удалению грунта, переходы на другое место работы, вспомогательные операции, требующие прекращения работы, навигационный ремонт, пропуск судов и плотов, непроизводительные случайные остановки.

Отношение времени работы снаряда по извлечению и удалению грунта ко времени пребывания его на данном объекте работ или в целом на участке водного пути, обслуживаемого филиалам администрации бассейна внутренних водных путей, называется коэффициентом использования снаряда по времени.

При определении навигационного коэффициента использования по времени из времени пребывания снаряда на участке водного пути исключают время, затраченное на буксировку снаряда из одного бассейна в другой по распоряжению Федерального агентства морского и речного транспорта.

Обобщенной характеристикой использования земснаряда является коэффициент эксплуатации, равный произведению коэффициента использования по времени на коэффициент производительности.

К вспомогательным работам, связанным с остановкой снаряда, относятся: установка на месте работ; сборка по окончании работ; перестановка снаряда с одного места работы на другое; перекладка рабочих якорей; перевод плавучего или берегового грунтопровода; переход с одной траншеи на другую; смена и ожидание шаланд; переход с одной серии папильонажных земснарядов на другую при работе сериями сверху вниз (по течению); увеличение или уменьшение длины плавучего грунтопровода или грунтового лотка; очистка грунтовых путей; смена грунтозаборных устройств; осмотр и смазка механизмов; смена деталей и профилактический ремонт; прием топлива, сдача подсланевых и хозяйственных вод на специальные суда.

Время на выполнение этих работ, а также на пропуск судов и плотов планируют в наряде–задании.

Время на непредвиденные простои в наряде–задании не планируют. Простои по метеорологическим условиям и из–за оказания помощи судам, терпящим аварию, как независящие от команды земснаряда, учитываются по фактическим затратам времени.

Продолжительность выполнения вспомогательных операций зависит от типа снаряда, скорости течения и глубины в месте работы, типа вспомогательного буксирного теплохода или моторизованной завозни и пр. На выполнение этих операций нормы утверждают администрации бассейнов внутренних водных путей.

При расположении мест отвала грунта далеко от места работы у шаландового снаряда могут быть остановки в ожидании шаланд из–за отсутствия надлежащего числа шаланд и теплоходов–шаландеров.

В том случае, если число составов шаланд равно числу шаландеров или на один состав больше, общее время ожидания шаланд на данном объекте работы определяется по формуле

(2.4)

где: К – коэффициент, зависящий от числа рейсов п и числа работающих шаландеров т (при четном числе рейсов К = п/т, при нечетном К = (п – 1)/т + 1);

t_p = L/v_cp – время, необходимое на один рейс (туда и обратно), ч, здесь L – путь, проходимый шаландером до места отвала грунта и обратно, км; v_cp – средняя скорость шаландера с шаландами (с учетом маневрирования), км/ч;

t_оч – время очистки шаланд от липких и сильно засоренных грунтов, ч;

р – число составов из одной или нескольких шаланд;

t_H – время наполнения одного состава, ч;

а – число однотипных планируемых вспомогательных операций (за исключением установки на месте работ);

t_во – норма времени на вспомогательную операцию (не более времени ожидания t_ож в течение одного цикла), ч.

Число рейсов

(2.5)

где: V – плановый объем грунта из прорези, м;

К_р – коэффициент рыхления извлекаемого грунта;

w_ш – суммарная вместимость шаланд в составе, м³.

Время наполнения одного состава

(2.6)

где: Q_p – расчетная производительность земснаряда, м³/ч.

Время ожидания

(2.7)

Время на прием топлива и сдачу подсланевых и сточно–фекальных вод, если для этого из–за большой скорости течения требуется остановка земснаряда, определяют исходя из норм приема топлива с учетом степени механизации.

Нормы времени на пропуск судов и плотов устанавливают администрации бассейнов внутренних водных путей применительно к типовым плотам и судовым составам, а также к характерным условиям пропуска на соответствующих участках водного пути. При отклонении фактического количества пропуска судов и плотов от учтенных в наряде–задании производится его корректировка.

Классификация грунтов по трудности разработки

Наибольшее влияние на производительность снаряда оказывают свойства разрабатываемого грунта. Грунты различают по гранулометрическому составу, плотности залегания несвязных грунтов – песков и супесей, консистенции связных грунтов – глин, суглинков.

По гранулометрическому составу грунты делят на семь групп (табл. 2.3): I – булыжник и галька (щебень, если фракции неокатанные), II – гравий, III – песок (крупный, средний, мелкий и пылеватый), IV – супесь (непылеватая и пылеватая), V – суглинок (непылеватый и пылеватый), VI – глина легкая и тяжелая, VII – скальный грунт.

Гранулометрический состав грунта (за исключением скального) определяют по результатам лабораторного анализа. Отнесение грунта к той или иной группе по результатам анализа производится сопоставлением последних с граничными характеристиками, приведенными в табл. 2.3.

В случае, когда невозможно выполнить лабораторный анализ, группу грунта можно ориентировочно оценить визуально по признакам, приведенным в табл. 2.4.

Таблица 2.3 Классификация грунтов по гранулометрическому составу

Таблица 2.4

Перечень признаков для приблизительной оценки грунта

Уплотнение несвязных грунтов характеризуется относительной плотностью. По значению относительной плотности различают: рыхлое состояние грунта, состояние средней плотности и плотное.

Плотность сложения грунта допускается определять косвенно по его сопротивлению при внедрении наметки: в рыхлые песчаные грунты наметка входит под нажимом на 30 см и более, в рыхлые галечные и гравелистые грунты – на 10 см; в песчаные грунты средней плотности наметка входит при сильном нажиме с поворачиванием (втирается) на 20–30 см; в плотные грунты наметка не втирается и при ударах отскакивает от грунта.

Консистенция связных грунтов устанавливается на основании лабораторных исследований. Различают следующие консистенции грунтов: текучая, пластичная, полутвердая, твердая. Пластичная консистенция подразделяется на мягкопластичную и жесткопластичную.

Визуально консистенцию связных грунтов определяют по следующим признакам: грунты пластичной консистенции растекаются; грунты пластичной консистенции поддаются формированию и сохраняют приданную им форму (мягкопластичная – грунт легко формируется, тугопластичная – формируется с трудом); грунт полутвердой консистенции при формировании крошится; грунт твердой консистенции при ударе разбивается на куски.

Прилипание связных грунтов к поверхности черпаков, грунтовым лоткам и стенкам трюмов грунтоотвозных шаланд уменьшает производительность земснарядов. По прилипаемости грунты подразделяются на неприлипаемые (гравий, пески, рыхлые илы и супеси, текучие суглинки); среднеприлипаемые (тугопластичные суглинки и мягкопластичные глины); сильноприлипаемые (тугопластичные глины).

По сопротивлению грунта резанию черпаком грунты подразделяются на очень легкие, легкие, средние, тяжелые и очень тяжелые.