книги / Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях севера

кая схема рыхления исключает затраты времени на заглубление рабочего органа. При использовании схемы с двумя опережаю­ щими щелями (рис. 7.1, и) расстояние между ними назначают наименьшим, но при сохранении их несоединения в процессе рыхления. Применение технологий с опережающим очертанием контура котлована одной или двумя щелями увеличивает произ­ водительность рыхления на 15...30% несмотря на то, что тратит­ ся время на рыхление методом “след в след” каждой контурной щели для ее углубления.

Общими правилами выбора схем рыхления вечномерзлых грунтов и назначения режимов их выполнения для дальнейшей уборки грунта бульдозерами являются:

рыхление осуществляют на наибольшую возможную глу­ бину для данного типа вечномерзлого грунта;

расстояние между соседними щелями назначают с учетом условий скола целика грунта в межпрофильном пространстве в процессе рыхления и среза оставшихся «гребешков» при уборке грунта отвалом бульдозера;

предпочтение отдается схеме перемещений рыхлителя с меньшим временем холостого хода или разворотов;

операции рыхления и холостого хода осуществляют с наи­ большей возможной скоростью;

использование рельефа местности благодаря рыхлению под

где t3 - время, необходимое для заглубления наконечника

стойки рыхлителя в грунт; tp - время рабочего хода; tx - время

холостого хода; tn - время поворотов рыхлителя.

Эксплуатационная производительность операции рыхления (м7ч)

1-д Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях Севера

где.Лэ^ = (0,7—0,8) h - эффективная глубина рыхления, рав-

ная^частн средней глубины рыхления h и учитывающая высоту межпрофйльного целика грунта, неровности поверхности пло­

щадки, неточности управления рыхлителем и т. п.; S p = vptp -

длина пути рыхления, равная произведению скорости рыхления

(обычно Vp =0,4...0,6 м/с) и продолжительности рыхления.

Средняя ширина полосы разрыхленного грунта между дву­ мя параллельными проходами рыхлителя

&я =0,6—0,8 для грунтов VII...VIII категории и &я =0,5...0,7 для

вечномерзлых грунтов IX...X категории трудности; 0 - осредненный угол скалывания грунта от массива, принимаемый рав­ ным 37—45° при рыхлении вечномерзлых грунтов V...VH кате­ горий и 45—50° для грунтов VIII—X категорий трудности разра­ ботки; b - ширина наконечника рыхлителя.

Следует заметить, что перемещение разрыхленного грунта отвалом необходимо производить только в направлении рыхле­ ния грунта и желательно под уклон. При этом холостой ход при удалении грунта бульдозером по челночным технологическим схемам необходимо осуществлять по пути следующего за ним рабочего хода для измельчения крупных глыб разрыхленного грунта гусеницами базового тягача. Применение этих техноло­ гических мероприятий позволяет увеличить производительность земляных работ в вечномерзлых грунтах.

7.2. Устройство траншей неглубокого заложения од* ноковшовыми экскаваторами

Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием об­ ратная лопата применяют для уборки разрыхленного вечно­

мерзлого грунта при строительстве протяженных линейных со­ оружений, например, траншей неглубокого заложения. При применении экскаваторов основным вопросом является качест­ венное предварительное рыхление грунта в полный профиль траншеи.

Работы по рыхлению вечномерзлого грунта на Таймыре осуществляют в следующей последовательности. Сначала про­ изводят попеременное рыхление грунта методом след в след двух (реже трех) прорезей, параллельных друг относительно друга, на требуемую глубину. Затем подрезают грунт рыхлите­ лем в межпрофильном пространстве прорезей за один - три про­ хода. Последняя технологическая операция - выемка разрых­ ленного грунта одноковшовым экскаватором. Наибольшая глу­ бина прорезей соответствует паспортной глубине заглубления наконечника стойки рыхлителя.

Одиночная прорезь образуется при повторных проходах рыхлителя (рис. 7.2). На грунтах VII категории трудности разра­ ботки глубина прорези /г=70 см достигается за пять - шесть про­ ходов рыхлителя. Дальнейшее рыхление в прорези незначитель­ но увеличивает ее глубину, так как энергия рыхлителя расходу­ ется на измельчение уже разрыхленного грунта. Ширина проре­ зи в верхней части через пять-шесть проходов рыхлителя

/г=180...200 см, а глубина нижней части прорези hA=30 см. Точ­

ное повторение каждого прохода рыхлителя след в след невоз­ можно. Отмечено некоторое расширение нижней части прорези ДгК!,5...2,0) В по сравнению с шириной наконечника рыхлителя В. В вечномерзлых грунтах V...VI категорий формирование оди­ ночной прорези осуществляется более производительно и на большую глубину.

Формирование траншеи в вечномерзлом грунте при рыхле­ нии способом след в след осуществляется благодаря образова­ нию двух параллельных прорезей, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (рис. 7.3). Рыхление осуществляют поочередно по одному проходу на каждую прорезь. Установле­ но, что через четыре-пять проходов профиль траншеи сформи­ рован, а ее глубина А=70 см.

При дальнейших проходах рыхлителя происходит некото­ рое углубление прорезей, но межпрофильный целик в основном сохраняет свою форму. При глубине рыхления /г—100 см, что

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -1 4 4 - объектов в условиях Севера_____________________________________

соответствует восьмому двойному проходу, расстояние от поверхности грунта до межпрофильного целика составляет 55 см; Поэтому далее осуществляют рыхление межпрофильного цели­ ка за один-два, прохода рыхлителя, что обеспечивает формиро­ вание траншеи шириной в нижней части 1,3 м и глубиной 70...80 см.: Таким образом, за 15 - 20 проходов рыхлителя способом след в след обеспечено формирование траншеи в грунтах VII категории трудности рыхлителем на базовом тракторе с тяговым усилием 400 кН.

Наибольший размер куска разрыхленного грунта в траншее не превышает 30 см, так как при холостых и рабочих проходах грунт в прорези измельчается гусеницами и стойкой рыхлителя. Поэтому выемка грунта обратными лопатами одноковшовых экскаваторов трудностей не представляет.

Способ рыхления след в след в вечномерзлых грунтах при­ меняют также при послойной разработке котлованов мощными гусеничными рыхлителями, так как он более экономичен, чем буровзрывной способ разработки вечномерзлых грунтов. В этом случае удаление разрыхленного грунта со строительной пло­ щадки осуществляют бульдозером.

Рис. 7.2. Изменение формы одиночной прорези (а) и ее параметров {&) при рыхлении вечномерзлого супесчаного грунта VII категории

(Ch=158, С0=182, и>=20%, /0=^12ЛС, vp=0,4 м/с) рыхлителем на базовой машине с тяговым усилием 400 кН.

Рис. 7.3. Схема формирования траншее шириной в нижней части 1£ м (а) и ее параметров (б) при рыхлении суглинистого вечномерзлого

грунта VII категории (Ch=169, С0=191, /0=-12°С, vp=0,45 м/с) рыхлителем тягов на базовой машине с тяговым усилием 400 кН.

Погрузка разрыхленного грунта с помощью мощных фрон­ тальных погрузчиков более производительна и экономична, чем одноковшовыми экскаваторами.

7.3. Удаление разрыхленного грунта скреперами

Применение самоходных скреперов в вечномерзлых грун­ тах ограничено вследствие сложной загрузки ковша крупными кусками разрыхленного грунта. Для устранения этого недостат­ ка применяют рациональную технологию рыхления грунтов различной категории трудности и повторное раздавливание раз­ рыхленного грунта гусеницами*рыхлителя в прорезанных ще­ лях.

Рекомендуется применение толкачей, позволяющих про­ толкнуть крупные неразрыхленные глыбы грунта в ковш скре­ пера.

Выбор технологии рыхления вечномерзлого грунта осуще­ ствляют с учетом рекомендаций по рыхлению для удаления грунта бульдозерами.

Рассмотрим влияние на наибольший размер куска разрых­

один проход и расстояния между бороздами. С увеличением глубины рыхления за один проход наибольший размер куска

d

Рнс. 7.5. Влияние категории трудности разработки вечномерзлого грунта на наибольший размер куска разрыхленного грунта (а) и изменение коэффициента измельчения грунта в прорези за один проход (б).

Степень дробления разрыхленного грунта увеличивают раздавливанием гусеницами базового тягача. Коэффициент по­ вторного измельчения разрыхленного грунта

где к наибольший размер куска грунта срезу после

рыхления, см; к'тгх - наибольший размер куска грунта после

одного прохода гусеничного рыхлителя при измельчении, см.

За один холостой проход рыхлителя в грунтах V и больших категорий трудности коэффициент измельчения грунта

К изм=2...5 (рис. 7.5, б), что создает предпосылки для удаления

разрыхленного грунта скреперами. Установлено, что раздавли­ вание грунта в прорези гусеницами рыхлителя необходимо при разработке грунтов V...VHI категорий трудности. В грунтах IX...X категории трудности наибольший размер разрыхленного куска грунта менее 30 см, поэтому отпадает необходимость в специальном раздавливании гусеницами рыхлителя.

В любом случае технологическая схема рыхления вечно­ мерзлого грунта для его удаления самоходными скреперами должна включать мероприятия по снижению размеров крупных

негабаритных кусков разрыхленного грунта, размер которых более 30 см:

ВОПРОСЫ

1.Как осуществляются рыхление и перемещение грунта бульдозерами?

2.Какие существуют способы удаления разрыхленного грунта скреперами?

3.От чего зависит эксплуатационная производительность операции рыхления бульдозерами?

4.Какие существуют способы формирования траншеи в

вечномерзлом грунте?

3. Какой максимальный размер крупных негабаритных кусков разрыхленного грунта допустим при его удалении само­ ходными скреперами?

РАЗРАБОТКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОТТЕПЛЕННОГО ГРУНТА ПО ПРИНЦИПУ П

811. Способы оттаивания грунта

Известны следующие способы оттаивания вечномерзлых грунтов: радиационный, электрический посредством игл, элек­ тродов и электропечей, паровой, гидравлический, сжигания жидкого, твердого или газообразного топлива, а также комби­ нированные способы.

Стоимость и трудоемкость работ по подготовке вечномерз­ лых грунтов к оттаиванию в 2...3 раза больше по сравнению с сезонно-мерзлыми грунтами.

Проанализируем реально используемые в практике строи­ тельства способы оттаивания вечномерзлого грунта, приведя их технико-экономические показатели к типовой площадке строи­ тельства площадью 10...30 тыс.м2 т. е. для котлованов площа­ дью от 100x100 до 170x170м. ,

Радиационное оттаивание - наиболее экономичный, но ма­ лопроизводительный способ даже при послойном снятии грун­ та. Способ применим только при положительных температурах воздуха и рекомендуется к использованию при отсутствии мощ­ ной землеройной техники или невозможности выполнения бу­ ровзрывных работ. Глубина оттаивания за сезон достигает 10... 15 м при производительности до 40... 60 м3/ч.

Игловое гидрооттаивание требует предварительного буре­ ния сети скважин, наличия насосных установок и источника во­ доснабжения подогретой водой. Глубина оттаивания за летний сезон составляет 8...10 м. Способ применим только при положи­ тельных температурах воздуха. Коэффициент фильтрации грун­ та не менее 5... 10 м/сут, температура воды более 30° С. Достиг-

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 1 5 0 - объектов в условиях Севера

нутая производительность оттаивания 1 0 0 . . . 2 0 0 м3/ч, трудоем­ кость 15...30 чеп.ч/1000 м3 энергоемкость 20...40 кВт-ч/м3 удельные затраты на оттаивание 0.35...0.5 руб/м3. Продолжи­ тельность одного цикла составляет в среднем 30 сут., поэтому за теплое время года можно выполнить не более двух-трех циклов оттаивания.

Фильтрационно-дренажное и дождевальные способы оттаи­ вания применимы только в теплое время года для вечномерзлых грунтов, имеющих в оттаявшем состоянии коэффициент фильт­ рации не менее 50 м/сут. При использовании этого способа не­ обходима землеройная техника для выполнения дренажных и каналов, а также дождевальные установки с насадками. Достиг­ нутая производительность 40...80м3/ч трудоемкость 10.. .30 чел.ч/1000 м3 энергоемкость 20...40 кВт-ч/м3. Затраты на фильтрационно-дренажное оттаивание составляют 0,15...0,25 руб/мЗ, на дождевальное - 0,08...0,15 руб/м3. С учетом затрат на устройство дренажных и оросительных каналов затраты увели­ чиваются в среднем в 2 раза и составляют 0,2...0,4 руб/м3 для фильтрационно-дренажного оттаивания и 0,15...0,3 руб/м3 для дождевального оттаивания.

Электрооттаивание и пароотгаивание можно осуществлять в течение года практически для любых вечномерзлых грунтов. Электрооттаивание имеет следующие осредненные показатели: удельная энергоемкость 10...50кВтч/м3 производительность 10.. .40 м3/ч, трудоемкость 30...80 чел.дней/1000 м3 удельные затраты 0,8..Л, 8 руб/м3. Пароотгаивание целесообразно приме­ нять только для устройства свай опускным способом. Для зем­ ляных работ этот способ не рекомендуется использовать, так как значительны материальные затраты, трудоемкость и удельная энергоемкость на 1 м3 разработанного грунта и не гарантируется качественное оттаивание площадки строительства.

При парооттаивании можно установить 5... 15 свай в смену, но продолжительность их вмерзания достигает полугода и бо­ лее.

Таким образом, все способы оттаивания вечномерзлого грунта, кроме парового и электрооттаивания, применимы только в летнее время года при положительной температуре окружаю­ щего воздуха и, кроме того, для них характерны ограничения значений коэффициента фильтрации оттаявшего слоя грунта.