Гидромеханизацией называют способ механизации земляных и горных работ,при котором все или основная часть технологических процессов проводятсяэнергией движущегося потока воды. В строительном оборудовании, реализующемэтот способ, используются устройства для разрушения грунтов, как струей воды,так и механическим путем с последующим их транспортированием в потоке воды и укладкойв земляные сооружения. При гидравлическом способе разработки грунта требуемоедавление потока воды создается водяным насосом, а струн формируется инаправляется гидромонитором. В случае механической, обычно подводной, разработкиприменяют фрезерные рыхлители.
Гидромонитор(рис. 4.45) состоит из нижнего неподвижного .7, соединенного с напорным трубопроводом/, и верхнего 5 поворотного в плане колен, поворотного в вертикальной плоскостиствола 7 и сменной насадки 6. Струя формируется ребрами внутри ствола ипропускным сечением насадки. Размывающая способность струи характеризуется еедавлением на забой, которое обычно составляет 0,7...2 МПа (при разработкепрочных грунтов до 11 МПа). Направление струи регулируют вручную рычагом 4 илидистанционно гидроцилиндрами 2 и 8.
Еслиуровень земляного сооружения находится ниже уровня разработки грунта, то образовавшаясяв результате размыва грунта водой смесь, называемая пульпой, может перемещатьсяк месту укладки самотеком по естественной поверхности или по искусственнымканалам, желобам и трубам. Для перемещения пульпы выше уровня разработки грунтасначала ее самотеком собирают в специальном земляном углублении (зумпфе), изкоторого по трубам подают к месту укладки грунтовыми центробежными насосами(землесосами). Последние отличаются от водяных центробежных насосов тем, чтоих пропускные сечения и вращающиеся лопасти рассчитаны на пропуск пульпы скаменистыми включениями и изготовлены из износостойких материалов. При разработкеподводных грунтов пульпу отбирают из зоны разработки, а при разработкебереговых урезов — из водоема вблизи этой зоны. При этом используют как землесосы,так и гидроэлеваторы, реализующие эжекторный способ поступления пульпы втранспортный трубопровод.
Всмесительную камеру / гидроэлеватора (рис. 4.46) по трубопроводу под напоромпоступает вода. Проходя через насадку с большой скоростью, она создает врасширяющейся зоне разрежение, благодаря которому в смесительную камеруподсасывается пульпа и, разжижаясь в воде, подается в транспортный трубопровод(пульповод) 2. Гидроэлеваторы имеют низкий коэффициент полезного действия из-замалой доли грунта в составе пульпы (не более 2 %), но по сравнению сгрунтовыми насосами они более долговечны в связи с тем, что подвижные частивходящего в состав гидроэлеватора насоса для подачи воды в смесительную камерунепосредственно не контактируют с абразивными частицами пульпы.
Режедля подъема пульпы со дна водоема используют эрлифты, которыми в зонуразработки грунта подают воздух, направляя его в приемный грунтозаборниквсасывающего трубопровода.
. Аэрирована смесь, обладаяменьшей плотностью по отношению к окружающей среде, поднимается потрубопроводу, увлекая за собой твердые продукты разрушения грунта.
Чистогидравлический (гидромониторный) способ может оказаться малоэффективным дляразработки прочных грунтов. В некоторых случаях выгодно сочетание механического разрушения с транспортированием грунта в потоке воды. Так, подводной разработке грунтов для их разрушения применяют различного рода фрез споследующим транспортированием пульпы землесосами или гидроэлеваторам. Этот способразработки грунтов, называемый гидромеханическим, широко применяют вгидротехническом, мелиоративном других видах строительства, в системе водногохозяйства, в горной промышленности. Этим способом сооружают и углубляют водоемы и водохранилища, намывают дамбы и плотины, добывают строительный песоки гравий, разрабатывают полезные ископаемые и т. п. Гидромеханический способразработки грунтов отличается простотой оборудования, невысокой энергоемкостью(2...5 кВт·ч/м'1) и материалоемкостью.
/>
Рис. 4.16. Принципиальная схема устройства работыгидроэлеватора
/>
1.47.Принципиальная схема земснаряда (а) и схема папильонажа (б)
4.47 Принципиальная схема земснаряда (а) и схема папильонажа (б)
(науровне экскаваторной разработки по массе машинного оборудования — самым низкимуровнем после буро-рывой разработки), высоким качеством укладки грунта. Для егореализации требуется большое количество воды, в связи с этим способомразрабатывают грунты вблизи водоемов, с береговых урезов
до дна водоемов.
Сухопутныесредства гидромеханизации представляют собой комплекты описанного выше гидромониторного и землесосного оборудования, смонтированного на салазках 9(см. рис. 4.45) или самоходных, гусеничных, шасси. В первом случае его применяют на объектах с большими объемами работ, а для перемещения с однойстоянки на другую используют внешние транспортные средства. Самоходныеустановки используют в случае сосредоточенных работ в условиях частой сменыстроительных объектов. Для водной разработки грунтов описанное вышеоборудование монтируют на специальных плавучих средствах, называемых снарядами.На мелиоративных и дноуглубительных работах применяют земснарядыпроизводительностью до 100 м3/ч, оборудованные собственной силовойдизельной или дизель-электрической установкой приспособленные для работы присильном течении воды и больших волнах. Намыв плотин и дамб, подводную добычупеска и гравия осуществляют земснарядами с электрическим приводом с питаниемот внешних источников энергии производительностью 100...1000 м'/ч.
Корпусземснаряда представляет собой разделенный на отсеки понтон 6 (рис. 4.47, а). Вего передней части шарнирно укреплена рама 2, несущая на конце фрезу / (нанекоторых земснарядах, кроме того, гидромонитор) и грунтозаборник. Фрезу приводятво вращение через систему карданных валов и механических передач отэлектродвигателя /
Приразработке береговых урезов, которую начинают обычно с наиболее высокогоуступа, после граничного папильонажного перемещения земснаряда в одну сторонураму опускают на нижележащий уступ и разрабатывают его возвратным папильонированием. Так, с одной свайной стоянки разрабатывают все уступы додна водоема, после, чего переставляют сваи (зашагивают). В некоторых случаяхпри разработке слабых грунтов в береговых урезах, особенно при узких полосахпапильонирования, земснаряд устанавливают в новое положение после несколькихпоследовательных шагов. По мере продвижения земснаряда по водоему требуетсяпериодически перекладывать якоря, используя для этого моторную лодку или катер.
Дляразработки траншей на дне водоемов глубиной до 25 м при строительствеподводных переходов магистральных трубопроводов применяют бессвайные земснарядыпроизводительностью до 200 м''/ч, оборудованные четырьмя папильонажными и двумястановыми лебедками. Одну становую лебедку располагают в носовой части понтона,а вторую — на корме. Этими лебедками земснаряд перемещают вдоль отрываемойтраншей.
Техническая производительность земснаряда (м3/ч)
Пт=Qr (4.33)
гдеQ — подачагрунтового насоса по объему пульпы, M3/ч; k — средний коэффициент консистенции грунта в пульпе (r.=0,1 ...0.25 нижний предел соответствует разработкегравийно-галечных, а верхний — песчаных грунтов).