Иванов В.А., Кузьмин С.В. и др. Сооружение подводных переходов магистральных трубопроводов Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

110

Рис. 3.10. Схема разработки траншеи при большой скорости течения

1 – буй, указывающий места укладки становых якорей; 2 – вспомогательные знаки;

3 – карта; 4 – буй, ограничивающий движение земснаряда при данном положении ста-

нового якоря; 5 – створные знаки; 6 – дополнительные створные знаки

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 сле-

дующие работы:

− инструментальная разработка бровочных линий;

− установка створных знаков на разбивочных линиях со световыми

излучателями для ориентирования по ним в темное время суток;

в условиях плохой видимости должны быть установлены, на рас-

стоянии друг от друга не более 50 м, плавучие вехи или буи, ос-

вещаемые в темное время суток;

− удаление обнаруженных водолазами подводных препятствии;

− устройство анкеров, используемых в качестве якорей;

111

− установка сигналов в соответствии с действующими правилами

судоходства.

В состав работ, выполняемых непосредственно при разработке под-

водного грунта, входят:

− установка земснаряда в створе траншеи с выкладкой якорей для

рабочих тросов;

− разработка подводного грунта в прорези с поддержанием опти-

мального режима работы;

− перекладка якорей;

− контроль глубины разработки траншеи;

− обеспечение нормальной эксплуатации оборудования и механиз-

мов путем проведения технических обслуживаний и ремонтов.

В процессе разработки подводного грунта особое внимание обраща-

ют на увеличение коэффициента использования земснаряда во времени,

равного отношению времени работы по извлечению грунта к общему вре-

мени работы. Эта цель достигается сокращением времени на:

− установку средств механизации на месте работ;

− закладку и перекладку якорей в процессе работы;

− передвижение по прорези в процессе разработки грунта;

− запуск и остановку двигателей;

− заправку двигателей горюче-смазочными материалами;

− техническое обслуживание и ремонт механизмов;

− удаление препятствий, обнаруженных в процессе работы;

− пропуск судов и плотов;

− выполнение промерных работ с целью контроля разрабатываемой

траншеи.

Сокращение времени на перечисленные выше работы достигается

привлечением к ним вспомогательных плавсредств, водолазной станции,

полным обеспечением инструментом, производственным инвентарем, го-

рюче-смазочными материалами и быстроизнашивающимися запасными

частями.

При разработке параллельных траншей для укладки нескольких ни-

ток трубопровода работы обычно начинаются на нижней по течению тран-

шее, что позволяет использовать часть грунта, извлекаемого при разработ-

ке верхней по течению траншеи, для засыпки уже уложенной нитки.

Наибольшую производительность землесосные снаряды с грунтовы-

ми и водоструйными насосами дают при разработке несвязных грунтов не-

большой крупности, таких как песок и мелкий гравий. Землесосными сна-

рядами разрабатывают также береговые участки подводных траншей, на

долю которых приходятся наибольшие объемы грунта на каждый погон-

ный метр прорези [12].

112

Большим преимуществом землесосных снарядов является возмож-

ность транспортирования разрабатываемого грунта на небольшое расстоя-

ние от траншеи, что в ряде случаев необходимо из-за недопустимости пе-

рекрытия русла реки или судового хода грунтом. При необходимости отво-

да пульпы от разрабатываемой траншеи плавучий грунтопровод заводится,

как правило, вниз по течению. Если грунтопровод заводится вверх по тече-

нию, то для удержания грунтопровода в положении, обеспечивающем ма-

невренность земснаряда в процессе работы, закладывают один или не-

сколько 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 устрой-

ства. 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 необхо-

димости многократной проходки земснаряда вдоль прорези приходится

значительно углублять траншею из-за большого запаса на неровности вы-

работок, обусловливаемого образованием гребней между траншеями.

Землесосные снаряды с грунтовыми насосами, как правило, оснаща-

ются механическими, а с водоструйными насосами – гидравлическими

рыхлителями грунта. Применение рыхлителей грунта значительно повы-

шает возможности землесосных снарядов. Использование землесосных

снарядов может быть значительно расширено использованием эжектирую-

щих устройств на их всасывающих линиях. Такие устройства позволяют

вести глубинную разработку грунтов, что из-за недостаточной способно-

сти землесосов обычным оборудованием осуществлять невозможно.

Режим работы земснаряда назначается из условия достижения мак-

симальной 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, пода-

чемеры и скоростомеры оперативных тросов, тахометры главных двигате-

лей 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,

113

удаления обнаруженных препятствий привлекается водолазная станция,

для отдыха команды и рабочих при необходимости – брандвахта.

Широкое применение при сооружении подводных переходов полу-

чили земснаряды типа ТЗР-151, УПГЭУ, ДГС-150. При помощи земснаря-

да ТЗР-151 разрабатывают и в последующем засыпают траншеи магист-

ральных трубопроводов на дне водоемов и в береговых урезах. В грунтах I

– IV групп на глубине до 15 м работы выполняются при помощи электро-

погружного электроприводного механического рыхлителя с фрезой, а на

глубине до 18м – при помощи гидравлического. Землесосный снаряд пред-

ставляет собой несамоходное однопалубное судно полукатамаранного ти-

па с автономной энергетической установкой, перемещающееся при помо-

щи четырех папильонажных и двух становых лебедок, имеющих тяговое

усилие по 50 кН каждая. Управление работой землесосного снаряда осуще-

ствляется централизованно из рубки, а при необходимости – с местных по-

стов управления. Экипаж землесосного снаряда – 9 человек.

Универсальная плавучая гидроэжекторная установка (УПГЭУ) пред-

назначена для разработки подводных траншей в грунтах I – IV групп на

глубине до 20 м. Принцип работы УПГЭУ основан на рыхлении грунта

гидравлической струёй и отсосе разрыхленного грунта через кольцевой

эжектор. На эжектор работает насос 8НДВ, на размыв – АЯП-150 или

6М6С, приводимые двигателем ЗД12. Транспортирование грунта осущест-

вляется по плавучему пульпопроводу на расстояние до 80 м.

Месячная производительность П

(в м

) земснарядов типа УПГЭУ

ДГС определяется по табл. 3.11.

Табл. 3.11.

Группа грунта I II III IV

Тип земснаряда:

ДГС-150

УПГЭУ

5100

17300

3470

14900

3350

13500

1900

9200

Производительность земснарядов Министерства Речного флота опре-

деляют с использованием формулы 3.11.

где П

– техническая производительность земснаряда; k

– коэффици-

ент использования во времени; k

– коэффициент снижения технической

производительности.

Суточная эксплуатационная производительность земснарядов, при-

меняемых для разработки подводных траншей в условиях интенсивной за-

свТР

kkПП =

(3.12)

114

висимости, должна быть не менее чем в два раза больше объема донных

наносов, откладывающихся в траншею по всему ее фронту.

3.2.2. Разработка гидромониторными снарядами

Разработка подводного грунта гидромониторным снарядом произво-

дится путем разрушения грунта гидродинамической силой струи, форми-

руемой гидромониторным насадком, и последующего выноса грунта стру-

ёй и течением за бровки траншеи. Способ разработки подводного грунта

гидромониторными снарядами наиболее прост. При его использовании от-

сутствуют затраты на подъем грунта и его последующее транспортирова-

ние. Разработка грунта этим способом более эффективна при большой ско-

рости течения, способствующей интенсивному выносу размытого грунта.

К недостаткам гидромониторных снарядов, снижающим их производи-

тельность и ограничивающим применение, относятся:

− быстрое затухание гидродинамической струи по мере увеличения

расстояния от среза гидромониторного насадка до разрабатывае-

мого грунта;

− оседание на дно траншеи части грунта, взвешенного струей, при

отсутствии течения;

− необходимость неоднократных промывов одних и тех же масс

грунта при большой ширине и глубине траншеи;

− отсутствие постоянных и непрерывно действующих средств кон-

троля за эффективным использованием гидромониторного снаря-

да в процессе работы, если они выполняются без участия водола-

зов;

− значительное удорожание работ при разработке траншей гидро-

мониторами малой мощности с использованием труда водолазов.

Производительность и эффективность использования гидромонитор-

ных снарядов зависит от конструкции применяемых насадков. Во всех слу-

чаях целесообразно применение насадка с повышенной пропускной спо-

собностью воды и малыми потерями напора, имеющего коэффициент про-

пуска расхода, близкий к единице, что позволяет сохранить энергию струи,

подводимой по шлангам или трубопроводам от насоса к насадку. Наиболь-

шая величина коэффициента расхода имеется у коноидальных насадков,

внутренняя поверхность которых очерчена по форме струйного потока,

примыкающего к отверстию, но из-за сложности их изготовления чаще

применяют конические сходящиеся насадки.

Для повышения производительности гидромониторных снарядов и

уменьшения удельного расхода воды:

− выполняют предварительное рыхление плотных связных грунтов;

115

− добиваются соответствия между производительностью насосов и

параметрами применяемых насадков;

− используют для размыва наиболее работоспособную часть струи;

− ведут разработку грунта послойно, уступами высотой, обеспечи-

вающей максимальную производительность гидромонитора;

− не допускают резкого перебрасывания струи по забою, так как

при такой переброске ослабляется установившийся процесс раз-

мыва грунта и увеличивается оседание грунта в забое.

При работе гидромониторных земснарядов на размыв они укомплек-

товываются сменными гидравлическими насадками, четырехсопловым на-

садком, а также гидропневматическим насадком. При этом весь расход во-

ды подается на гидромониторный насадок. Разработка подводного грунта

гидромониторами выполняется при относительно нешироких траншеях на

засоренных грунтах и грунтах V и VI групп.

Гидромониторные снаряды могут перемещаться по прорези тран-

шейным или папильонажным способом. На тяжелых связных грунтах при-

меняется траншейный способ. Параллельный папильонаж применяется при

значительных скоростях течения, когда грунт, взвешенный струёй гидро-

монитора, относится за пределы траншеи течением.

Разработка подводного грунта гидромонитором включает две основ-

ные операции: устройство забоя и вынос грунта из прорези гидромоторной

струей. Для устройства забоя телескопическая напорная труба снаряда ус-

танавливается на поверхность грунта так, чтобы при работе ось насадка со-

ставляла угол 5 – 10º с поверхностью дна, после чего подается рабочая во-

да. При достаточной разрыхленности грунта телескопическая труба с на-

садком под собственной тяжестью опускается до проектной отметки. По-

сле устройства забоя телескопическая труба поднимается в надводное по-

ложение и насадок устанавливается таким образом, чтобы при работе сна-

ряда ось насадка составляла угол 5 – 10º с поверхностью дна траншеи. Та-

кая величина наклона достигается путем изменения числа патрубков в ко-

лене и длины телескопической трубы.

При разработке широких траншей, свыше 3 м по дну, в тяжелых

связных грунтах применяют поэтапный размыв. Последовательность раз-

работки траншеи в этом случае следующая:

− разрабатывается пионерная траншея, при этом гидромониторный

насадок располагается таким образом, чтобы ось струи была на-

правлена перпендикулярно дну траншеи;

− насадок устанавливается в обычное положение и грунт смывается

сначала в одну сторону от оси траншеи, а затем в другую.

116

Для разработки траншей небольших размеров в тяжелых связных

грунтах применяют четырехсопловый гидромониторный насадок специ-

альной конструкции.

При перемещении гидромониторных снарядов траншейным спосо-

бом они подаются вперед циклично, проходя за каждый цикл расстояние,

равное 0,5 – 1 м. В случае обвала породы гидромониторный снаряд отво-

дится назад, пока струя не пробьет обвалившийся грунт и не освободит

участок траншеи для дальнейшего продвижения снаряда вперед.

Для транспортирования грунта вниз по течению, при скорости свы-

ше 1 м/с, ось насадка должна располагаться перпендикулярно направле-

нию течения и под углом до 15º к поверхности дна траншеи.

При обнаружении подводных препятствий, мешающих производству

работ, в целях обеспечения непрерывности разработки траншеи они, как

правило, обходятся. Осмотр препятствий и их удаление производятся при

помощи водолазов, направляемых на место работ.

Конструкция земснарядов УПГМ и ГТЗ позволяет быстро перехо-

дить от разработки подводного грунта отсосом к размыву его гидромони-

торными насадками. Это в значительной мере облегчает разработку под-

водных траншей в породах, сложенных из несвязных и связных грунтов, не

прибегая к специальным мерам по предварительному разрыхлению связ-

ных грунтов [15].

3.2.3. Разработка подводных траншей скреперным

и ковшовым оборудованием

Канатно-скреперные установки, применяемые для устройства под-

водных траншей, состоят из скреперного ковша, лебедки, приводной сило-

вой станции и комплекта тросов и блоков (рис. 3.11, б, в). Для обеспечения

работы канатно-скреперных установок в створе траншеи устанавливаются

головная или хвостовая опоры и, если по условиям местности выгрузка

ковша на берег невозможна, эстакада с бункером или без него.

Разработка подводных траншей канатно-скреперными установками

возможна на судоходных и несудоходных реках как летом, так и зимой на

различных глубинах и грунтах, включая скальные, предварительно разрых-

ленные. Простота конструкции установок и сравнительная дешевизна обо-

рудования в сочетании с широкими возможностями применения придают

канатно-скреперным установкам известную универсальность. В практике

подводно-технических работ канатно-скреперные установки применяются

преимущественно при малом объеме работ, когда другие земснаряды ис-

пользовать не представляется возможным или целесообразным.

117

Использование канатно-скреперных установок при разработке плот-

ных глинистых грунтов малоэффективно, так как скреперный ковш сколь-

зит по дну траншеи, и производительность его резко снижается. Нецелесо-

образным является также использование канатно-скреперной установки на

плавунах и илистых грунтах, особенно при отсутствии течения. Наиболь-

шая производительность канатно-скреперных установок достигается на

траншеях небольшой протяженности. Максимальная длина разрабатывае-

мой траншеи определяется канатоемкостью рабочего барабана. Следует

иметь в виду, что большая ширина траншей по дну, значительно превы-

шающая ширину скреперного ковша, сильно усложняет производство ра-

бот.

Если дно водоема сложено из различных грунтов, то при разработке

траншеи канатно-скреперной установкой возможны большие переборы

грунта. При наличии в грунте дна включений большого числа крупных

камней и валунов использование канатно-скреперной установки без пред-

варительного их удаления или дробления взрывным способом невозможно.

При разработке траншеи в сложных условиях для проведения осмотров и

удаления препятствий используют водолазную станцию.

Для разработки подводных траншей может применяться различное

скреперное оборудование:

- канатно-скреперное оборудование КСО-232 и КСО-1221 с ков-

шом вместимостью 3 и 3,5 м

со скреперной лебедкой ЛС-301;

- канатно-скреперная установка с двумя скреперными лебедками и

спаренными ковшами вместимостью 1 – 1,5 м

;

- канатно-скреперная установка с ковшом вместимостью 0,75 м

двухбарабанной скреперной лебедкой.

Скреперное оборудование КСО-232 и КСО-1221 с двухбарабанной

лебедкой ЛС-301 предназначено для разработки подводных траншей ши-

риной по дну 1,6 и 2 м и длиной до 300 м (табл. 3.12.). В комплект скре-

перного оборудования входят ковш, направляющая, блоки с якорями.

Канатно-скреперная установка с двумя скреперными лебедками типа

ТЛ-11 и спаренными ковшами вместимостью 1 – 1,5 м

применяется при

разработке подводных траншей шириной по дну 1,5 и длиной 150 м. Скре-

перные лебедки устанавливаются на противоположных берегах и в этом

случае оба хода ковша являются рабочими.

Канатно-скреперная установка с одной двухбарабанной скреперной

лебедкой типа ЛС-43 и ковшом вместимостью 0,75 м

применяется при

разработке подводных траншей шириной по дну 1,5 м и длиной 150 м.

118

Рис. 3.11. Схемы разработки подводных траншей при одновременной

работе двух экскаваторов (а) или скреперной установкой (б, в)

1 – экскаватор; 2 – разрабатываемый участок траншеи; 3 – проектный профиль дна

траншеи; 4 – спаренные ковши; 5 – разработанный участок; 6 – отвал грунта;

7 – трактор с двухбарабанной лебедкой; 8 – скреперный ковш; 9 – мертвяковая опора с

хвостовым блоком; 10 – головная опора; 11 – тяговый трос; 12 – бульдозер

119

Таблица 3.12

Техническая характеристика КСО-232

Производительность при длине скреперирования 200 м и 100% опорож-

нении, м

/ч

Ковш с опрокидывающимся днищем объемом, м

Направляющая А-образ-

ная ста-

ционарная

Максимальное тяговое усилие лебедки ЛС-301, Н 4000

Канатоемкость каждого барабана, м 500

Габариты лебедки, м 3,9х2,2х2,6

Масса лебедки с канатом, т 13,8

На реках шириной до 150 м при разработке траншей хвостовая опора

устанавливается на противоположном берегу, а на более широких реках

опора делается плавучей – на понтоне или плавплощадке, удерживаемой

на месте с якорями или свайными опорами. Хвостовая опора устанавлива-

ется от берега на таком расстоянии, чтобы ковш не отрывался от земли.

При использовании в качестве хвостовой опоры плавучей площадки или

якоря их держащую силу рассчитывают на двойное рабочее усилие.

Разработка подводных траншей канатно-скреперными установками

выполняется при плавном рельефе русловой части перехода. До начала ра-

бот по разработке подводных траншей выполняют срезку берегов и плани-

ровку поверхности перед монтажом блоков опор и скреперной лебедки,

размещают и подготавливают в зоне работ необходимое приспособление,

инвентарь и средства для безопасного ведения работ, устанавливают скре-

перную лебедку, монтируют опоры, направляющие блоки, закрепляют яко-

ря, рабочий и холостой канаты.

Направляющие блоки размещаются в зависимости от ширины зерка-

ла на расстоянии согласно табл. 3.13.

Табл. 3.13.

Ширина зеркала воды, м 50 100 150 200 250 300

Расстояние между блоками,

3,6 6,2 9 11,5 15 20

Такое размещение на берегу горизонтальных блоков с якорями пре-

дотвращает попадание холостого каната в траншею при возвратно-посту-

пательном движении ковша.