г. Москва

Сретенский бульвар, д. 6

стр. 1, офис 4

8-905-014-0095

sapropel-nn@mail.ru

2.2. Подводная разработка грунтов свободным всасыванием

Подводная разработка грунтов осуществляется грунтозаборным устройством (ГЗУ). Рациональная конструкция ГЗУ и способы выполнения работ определяют эффективность работы землесосного снаряда.

Существующие ГЗУ могут быть разбиты на две основные группы:

  1. ГЗУ со сводным всасыванием без предварительного разрыхления.
  2. ГЗУ, в которых для повышения интенсивности грунтозабора применяют различные разрыхляющие устройства.

При свободном всасывании отделение частиц грунта от массива и перенос их к всасывающему наконечнику осуществляется потоком воды, перемещающим по поверхности забоя. По всей физической природе свободное всасывание представляет собой процесс эрозионного размыва и переноса грунта к всасывающему наконечнику в подводных условиях. При свободном всасывании область, прилегающую к всасывающему наконечнику, принято называть зоной всасывания, в ней происходит отрыв частиц грунта от забоя за счет размывающих скоростей vp и при этом образуется воронка (рис. 2.2).

Размывающие скорости vp (м/с) при свободном всасывании в подводных условиях для различных грунтов должны быть следующими:

Песок мелкий……………………………………………………… 0,5–1
Песок крупный несцементированный……………… 1,5–2
Супесь и мелкие суглинки………………………………… 1,2–2
Гравий и мелкая галька (до 25 мм)………………….. 2–2,5
Крупный гравий (60–80 мм)…………………………….. 2,5–5

 

Практически зона всасывания не распространяется более чем на 1 м, и глубина зоны всасывания при разработке легких песчаных грунтов намного больше, чем при разработке тяжелых и глинистых грунтов.

С целью сохранения оптимального расстояния между наконечником всасывающей трубы и грунтом и соответственно сохранения размывающих скоростей необходимо непрерывное папильонирование (перемещение) земснаряда. Предельная скорость папильонировнаия земснаряда при разработке песка и гравия свободным всасыванием составляет 12–15 см/с (7–9 м/мин).

Диаметр приемного отверстия наконечника входа, рассчитывают следующим образом:

Диаметр приемного отверстия наконечника входа

где Qp — расчетная производительность земснаряда на пульпе, м3n = = vвс/vp — показатель относительной скорости всасывания (для песчаных и гравийных грунтов n = 2); vвс — скорость всасывания, м/с.Р

Воронка предельного размыва грунта при свободном всасывании

Рис. 2.2. Воронка предельного размыва грунта при свободном всасывании:
1 — наконечник всасывающей трубы; ГВ — горизонт воды в забое; р — размывающая скорость; — скорость всасывания

 

По мере разработки грунта в зоне забора грунта скорость всасывания и соответственно производительность земснаряда резко снижаются. Для обеспечения непрерывности грунтозабора расстояние от наконечника до забоя должно быть таким, чтобы размывающая скорость была не меньше минимальной скорости всасывания, при которой начинают отрываться частицы грунта.

При глубине зоны всасывания h (рис. 2.2), равной радиусу примерного отверстия наконечника, скорость всасывания уменьшается в 3 раза, а при расстоянии, равном диаметру всасывания, — в 7–8 раз.

При выборе форм и размеров всасывающих наконечников необходимо прежде всего ориентироваться на существующие конструкции, положительно зарекомендовавшие себя на практике. По своей форме всасывающие наконечники подразделяются на цилиндрические, конические (раструбные) круглого и эллиптического сечения, щелевые, а также грушевидные (рис. 2.3).

Длина конического всасывающего наконечника такова:

Длина конического всасывающего наконечника формула

где ddc — диаметр всасывающей трубы, м; α — угол конусности (сужения) наконечника (обычно α = 10–15º).

Рис. 2.3. Формы всасывающих наконечников грунтозаборных устройств землесосных снарядов: a — круглая; б — грушевидная; в — эллиптическая; г — щелевидная

 

На строительных земснарядах чаще всего применяют круглые, реже — эллиптические наконечники. Щелевидные — на дноуглубительных траншейных земснарядах.

Для облегчения заглубления в грунт наконечники устанавливают под углом 15–20º к оси всасывающей трубы.

Производительность земснаряда в значительной степени зависит от способа выполнения работ и схемы обрушения грунта в подводном забое. При работе земснаряда грунтозаборное устройство опускают под уровень воды на глубину Н, превышающую глубину разработки Нр на величину просора грунта hпр (называемую багермейстерским запасом), и разработку несвязанных грунтов ведут на всю глубину рамы всасывания так называемым подбойным способом (рис. 2.4). При этом в начальный момент разработки забоя происходит его «подработка», т.е. всасывание нижних объемов грунта, после чего некоторая масса грунта над выработанной зоной обрушается под действием собственного веса. После этого осуществляется всасывание обрушившегося грунта, при этом часть грунта может попасть в просор, так как может находиться за пределами активной зоны всасывания. Далее, перемещаясь, например слева направо, разрабатывают полосу I. После разработки полосы I подают грунтозаборное устройство вперед на ширину полосы II, которую разрабатывают по аналогичной технологической схеме при проходе справа налево и т.д.

При такой схеме работы чем больше высота разрабатываемого забоя, тем больший объем грунта может уйти в просор и тем опаснее, что может произойти завал грунтозаборного устройства обрушившимся грунтом, при котором возможно нарушение устойчивого режима всасывания и механические поломки рамы грунтозаборного устройства.

За счет хорошего подтекания грунта в зону всасывания возрастает консистенция пульпы, а при завале всасывающего наконечника может наступить кавитационный режим работы со срывом вакуума.

Поэтому существенное значение имеет предотвращение срыва вакуума и завала грунтом всасывающего наконечника. В связи с этим существуют вытекающие из практических наблюдений рекомендации по оптимальной высоте обрушающего забоя (табл. 2.8).

 

Рис. 2.4. Землесосная разработка грунтов подбойным способом

 

Если высота забоя больше оптимальной, то необходимо организовать его разработку в несколько ярусов послойно. Согласно опыту работа земснаряда считается достаточно эффективной, если грунтозаборное устройство обеспечивает грунтозабор с просором не более 15%.

При очень малой высоте разрабатываемого забоя возможно снижение производительности земснаряда из-за малого объема обрушающегося грунта.

 

Таблица 2.8

Рекомендации по оптимальной высоте обрушающего забоя

Производительность земснаряда по воде Qв, м3 Оптимальная высота обрушающего забоя, м
подводного Нn надводного Hn, менее

менее 500

500–1000

1000–2000

2000–4000

более 4000

4–6

6–8

8–12

12–15

12–18

4

6

8

12

12

 

В процессе разработки грунтов сводным всасыванием происходит постоянное изменение условий контактирования всасывающего наконечника с забоем и имеется явная нестабильность процесса размыва грунта, особенно из-за его обрушения, при котором наблюдается постоянное изменение концентрации гидросмеси и соответственно режима работы.

Очевидно, что для сохранения непрерывности процесса эрозионного всасывания необходимо постоянное перемещение всасывающего наконечника в забое. Другими словами, для обеспечения земснаряду заданной производительности по грунту необходимо согласовывать скорость перемещения (подачи) всасывающего наконечника в забое со скоростью образования активной зоны всасывания в потребных объемах. Это условие эрозионного всасывания грунта при подводной разработке земснарядами можно в общем виде записать так:

Qгр = Коб·Sаз·vn ,

где Qгр — заданная производительность земснаряда по грунту; Коб — коэффициент обрушения, оценивающий влияние обрушения грунта на процесс грунтозабора и производительность земснаряда; значения этого коэффициента могут быть получены только опытным путем; Sаз — площадь активной части зоны всасывания; vn — скорость подачи всасывающего наконечника в забое.

При назначении скорости подачи vn следует иметь в виду, что существует предельное значение этой скорости, сверх которого ее увеличение нецелесообразно, так как режим всасывания становится неустойчивым, повышения консистенции гидросмеси не происходит.

По материалам опытных наблюдений, предельная скорость подачи (папильонирования) земснаряда для эрозионной разработки песков оценивается величиной vnэmax = 12–15 cм/c  = 7–9 м/мин.

Следует отметить, что свободное всасывание грунтов из-под воды дает достаточный эффект только при разработке чистых не слежавшихся песков.

При разработке же песков, слежавшихся или содержащих даже незначительные примеси глины или ила, производительность всасывания без предварительного рыхления значительно падает, поэтому большинство землесосных снарядов оборудованы каким-либо разрыхляющим устройством.

  • Разделы

  • Введение
  • Раздел 1. Основные свойства грунтов в технологии намывных работ
  • Раздел 2. Землесосные снаряды для разработки подводных грунтов
  • Раздел 3. Гидравлическая транспортировка разрабатываемого грунта
  • Раздел 4. Намыв строительных площадок и территорий
  • Раздел 5. Намыв земляных сооружений
  • Раздел 6. Намыв пляжей
  • Раздел 7. Охрана окружающей среды при выполнении гидромеханизированных работ
  • Раздел 8. Техника безопасности в гидромеханизации
  • Список литературы