Розробка ґрунту в скельних ґрунтах. Розробка ґрунту вручну у траншеях: земляні роботи без участі техніки. Способи розробки ґрунтів

У ході будівельних та гірничих робіт розробка ґрунту традиційно здійснюється одним із трьох способів: різання, гідромеханічний розрив, вибуховим методом.

Інженер робить вибір на користь конкретного методу виходячи з майбутніх обсягів робіт, характеру ґрунтових ґрунтів, що є у розпорядженні технічних засобів розробки тощо.

Якщо з риттям котловану під будівництво заміського будинку легко може впоратися невеликий екскаватор, то при видобутку корисних копалин необхідно задіяти цілий комплекс машин і механізмів. Причому більшість із цих засобів виробництва не будуть безпосередньо задіяні у розробці ґрунту. Їх призначення - обслуговування процесу видобутку та забезпечення безперебійності робіт.

Характеристика ґрунтів

Грунт - це верхній шар земної кори, утворений гірськими породами, що вивітрюються. Залежно від щільності та за походженням, грунти можна класифікувати на:

• Скельні (такий ґрунт стійкий до дії вологи, межа міцності понад 5 МПа). До цієї категорії відносять граніт, вапняк, піщаник.
• Напівскальні (межа міцності до 5 МПа). Наприклад: глина, гіпс, мергель.
• Крупноуламкові - несцементовані уламки напівскельних та скельних порід.
• Піщані (є дисперсні (до 2 мм в діаметрі) частинки гірських порід).
• Глинисті (дрібнодисперсні (0,005 мм в діаметрі) частинки породи).

Розробка грунту вручну в траншеях - досить трудомісткий процес. Він у принципі неспроможна здійснюватися розробки скельних порід.

До складу ґрунтів включені тверді частини, вода, а також різні гази (накопичуються в порах). Вологість ґрунту - величина, що характеризує відношення маси рідини до маси твердих тіл в одиниці об'єму. Вона може варіюватися в широкому діапазоні і може набувати значення від одного (пісок) до двохсот відсотків (мул на дні водойм).

Грунт у процесі розробки збільшується обсягом. Це відбувається за рахунок утворення пор та порожнин. Величина зміни обсягу характеризується коефіцієнтом розпушення (ставлення обсягу, займаного ґрунтом до проведення робіт, до обсягу, який ґрунт займає після розробки). З часом щільність розпушеного ґрунту зменшується (природне ущільнення). Можливе також здійснення примусового ущільнення ґрунту з використанням важкої будівельної техніки. Щільність такого ґрунту наближається до первісної, хоч і дещо меншої. Цією різницею можна знехтувати, тим більше що з часом вона зникне, а сам грунт повністю відновить свої властивості (постаріє).

Механічні властивості ґрунтів (насамперед, це міцність та здатність деформуватися) залежать від складу та характеру зв'язку між частинками. У процесі розробки зв'язку руйнуються, у ході ущільнення відновлюються.

Розробка різанням

Для розробки ґрунту даним способом використовуються землерийно-транспортувальні та землерийні машини.

У процесі роботи різальний інструмент відчуває дуже значні фрикційні та механічні навантаження. У таких умовах звичайна конструкційна таль довго не вистоє. Тому ріжуча кромка робочого органу посилюється елементами металокераміки або спеціальними сталями. Композиційні металокерамічні пластинки найефективніші у роботі. Але й вартість їхня досить висока. Тому найчастіше ковші посилюються напайними електродами із зносостійких сплавів. Крім іншого, такий ківш має ефект самозагострення в ході роботи за рахунок більш прискореного зносу частини ковша зі звичайної сталі.

Такі машини зрізають певний шар ґрунту. Зрізана маса по спеціальному транспортеру надходить на відвал або відразу висипається в кузов самоскида для вивезення в кар'єр або на інші будівництва. Під цю категорію підпадає розробка ґрунту екскаватором.

Типи екскаваторів

Залежно від конструкції та параметрів ковша, екскаватори поділяються на такі типи:

• одноковшові;
• роторні та ланцюгові (багатоковшові);
• фрезерні.

Найпоширенішим є одноковшовий тип екскаватора. Даний тип машини є широкоуніверсальним, має дуже хорошу маневреність. Оптимальний корисний об'єм ковша – від 0,15 до 2 метрів кубічних. Розробка грунту екскаватором (одноковшовим) з більш масивним та містким ковшем економічно недоцільна, тому що гідравліка та механічна частина обладнання часто виходять з ладу через велике навантаження.

Також, залежно від механізму приводу, землерийні машини поділяються на гусеничні та автомобільні. Існують і так звані екскаватори, а також пневмоколісні екскаватори. Однак на практиці такі машини зустрічаються дуже рідко, якщо взагалі трапляються на очі. Навіть досвідчені будівельники, і то не всі можуть похвалитися, що працювали на будь-якому об'єкті з даним типом машин.

Робота одноківшового екскаватора

Даний тип екскаватора може вести розробку ґрунту як бічний, так і прямий прохідний. У першому випадку екскаватор здійснює роботи вздовж осі переміщення. Грунт при цьому звалюється в кузов вантажівки, що під'їжджає з іншого боку.

У другому випадку роботи ведуться попереду екскаватора, а транспортні засоби для завантаження подаються ззаду.

Якщо необхідно отримати значне вилучення грунту на велику глибину, то альтернативи механізованої розробки грунту немає. Усі роботи здійснюються шляхом розробки у кілька етапів (ярусів). Ярус не перевищує технологічних можливостей конкретної моделі екскаватора за глибиною виїмки.

Робота багатоківшового екскаватора

Цей тип машин є яскравим прикладом механізму безперервної дії. Тому, зрозуміло, продуктивність такого екскаватора значно вище продуктивності звичайних одноковшовых машин. Але слід сказати, що подібне обладнання застосовується лише за умови будівництва масштабних об'єктів. Для розробки ґрунту в траншеї малих розмірів цей тип техніки абсолютно непридатний: дуже дороге обслуговування, дуже велика витрата палива.

Робочі ковші можуть фіксуватися на ланцюзі чи роторі. Звідси і походить назва екскаваторів: ланцюгові та роторні.

Даний тип екскаватора може застосовуватися для розробки грунту 2 групи. Хоча практично відомі випадки, коли такі машини легко справлялися з грунтами 1…3 груп. Грунт повинен бути порівняно чистим, без великих каменів і потужних пнів.

Розробка землерийно-транспортними машинами

Одна машина за робочий цикл здійснює вилучення породи, її переміщення на невеликі відстані. До таких машин відносяться скрепери, грейдери, а також бульдозери.

Для здійснення масштабних робіт використовуються скрепери. Дані машини дуже продуктивні, можуть застосовуватися в умовах ґрунтів 1-4 типу. Однак, незважаючи на неймовірну потужність, скрепер не під силу щільні грунти. Тому такі ґрунти попередньо необхідно розпушити. За один прохід ця машина може зняти шар ґрунту завтовшки до 320 міліметрів. Конкретна величина залежить від потужності, форми ковша та моделі скрепера.

Нижня частина ковша скрепера оснащена ножем. Це не той ніж, яким більшість людей ріже продукти на кухні. В даному випадку приварена смуга зі стійкою до стирання та самозміцнюваною

Бульдозери використовуються для проведення робіт на невеликих глибинах і великій протяжності. Також даний тип машин використовується для зачистки та розрівнювання дна ґрунту яких велася великогабаритними екскаваторами.

На глибину бульдозер переміщається ярусами. Глибина ярусу дорівнює величині шару, який може зняти машину за один прохід. Дуже важливо, щоб робочий рух бульдозера здійснювався під ухилом. Це дозволить дещо розвантажити силові агрегати та мінімізувати можливість виходу з ладу техніки.

Грейдери мають малу потужність та потенційні можливості. Використовуються переважно для проведення декоративних робіт: влаштування насипів та укосів, здійснення планувальних робіт.

Опис та сфера застосування гідромеханічної розробки

У разі про створення грунтів вручну може бути мови. Втім, як і із використанням землерийних машин. Область застосування дуже велика: від створення штучних водосховищ до будівництва доріг. Технологія дозволяє також намивати території під житлову та промислову забудову в заболочених та прибережних районах, схильних до паводків. Усі процеси механізовані. Даний спосіб розробки ґрунту вимагає створення особливої ​​інфраструктури, що робить доцільним його використання лише при великих майбутніх обсягах робіт.

Гідромеханічна розробка із застосуванням гідромоніторів

Суть даного способу розробки полягає в наступному: ґрунт вимивається струменем води під великим тиском (близько 15 МПа). Отримувана грязьова маса (на сленгу професіоналів - пульпа), спочатку накопичується в проміжних резервуарах, а звідти помпами подається трубопроводом в потрібне місце.

Згодом волога повністю випаровується, і утворюється щільний шар ґрунту. Якщо його ущільнити катком, то такий ґрунт стає цілком придатним для будівництва шляхів сполучення (автомобільних та залізниць).

Великою технологічною перевагою такого способу є можливість вести розробку ґрунтів практично будь-якої категорії складності.

Гідромеханічна розробка із застосуванням землесосних снарядів

При здійсненні робіт на дні водойм розробка ґрунту вручну, як і з використанням традиційних землерийних машин, виключається. Необхідні спеціальні судна.

Землесосним снарядом називається плавальний засіб, оснащений спеціальним обладнанням. Потужна помпа качає розмитий ґрунт з дна водойми і транспортує його трубопроводом або в трюм судна, або на допоміжне транспортне судно, або потужним струменем викидає далеко від місця виїмки ґрунту.

Подібні землесосні снаряди знайшли застосування під час поглиблення та розчищення фарватерів суден в умовах мілководдя, поглиблення річок з метою забезпечення безперебійного судноплавства, а також при видобуванні алмазів із шельфу світового океану.

Ґрунтова маса всмоктується через трубу. Для всмоктування мулу та м'якого ґрунту труба не оснащується додатковим розпушувачем. Наявність останнього необхідне розробки щільних грунтів. За складом розробки цей спосіб лідирує. Експлуатація та обслуговування спеціального транспорту, його стоянка у портових водах обходиться дуже дорого. Висуваються високі вимоги до кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Розробка мерзлих ґрунтів

Для розробки в умовах вічної мерзлоти, а також для вироблення скелястих порід застосовуються потужні спрямовані вибухи. Як вибухівка може використовуватися тротил, амоніт і толл.

Вибухові снаряди можуть розміщуватися як на поверхні, так і закладатися вглиб у заздалегідь пробурені отвори або природні порожнини.

Так звані заряди свердловин застосовують при розробці великого за площею басейну, а також для скидання грунтів. Розривні снаряди встановлюються в наперед пробурені свердловини. Мінімальний діаметр свердловини дорівнює 200 мм. Для збільшення руйнівної сили зарядів отвори зовні засипаються піском або дрібнодисперсною гірською породою (утворюється при бурінні свердловин).

Шпурові заряди застосовуються у разі, коли необхідно провести виїмку невеликого обсягу грунту. Можливо здійснювати як при відкритій розробці, так і під час розробки під землею. Шпури є свого роду гільзи. Мають діаметр від 25 до 75 мм. Вони заповнюються вибухівкою максимум на дві третини. Простір, що залишився, заповнюється гірською породою (щоб отримає спрямовану вибухову хвилю і досягти найбільшого корисного ефекту).

Камерні заряди. Даний тип заряду застосовується за необхідності проводити виїмку значних обсягів ґрунту шляхом здійснення спрямованого викиду. Суть методу ось у чому. У зоні виробітку облаштовуються вертикальні колодязі або горизонтальні тунелі, у стінах яких буряться глухі отвори для закладання зарядів. Після закладки вибухівки штольні та колодязі засипаються ґрунтом (це дозволяє збільшити потужність вибуху). Напрямок викиду забезпечується нерівномірною закладкою вибухової речовини. Так, з однієї зі сторін може бути в кілька разів більше бурових отворів під заряди. Також із цією метою може застосовуватися неузгодженість вибухів.

Так званий щілинний заряд застосовується, переважно, розробки грунту за умов вічної мерзлоти. Здійснити спрямований викид такої породи навряд чи вдасться. А от розпушити її, щоб надалі її можна було прибрати бульдозером чи екскаватором, цілком реально. Для цього використовується інструмент, що за принципом дії і на вигляд нагадує дискову фрезу по металу. Тільки, зрозуміло, такий інструмент має великі розміри. Така фреза вирізує своєрідні пази у ґрунті на відстані до 2,5 метрів один від одного. Вибухова речовина закладається не в кожен паз, а через один - порожнистий незаповнений простір виступає в ролі компенсатора. Вибухова хвиля дробить ґрунт, і він зміщується у бік порожнини. Такі роботи вимагають ретельної підготовки та детального опрацювання проекту.

Загальні відомості про ґрунти

Грунт- гірські породи, грунти, техногенні освіти, що є багатокомпонентну і різноманітну геологічну систему і є об'єктом інженерно-господарську діяльність людини .

Ґрунти можуть бути:

• 1) матеріалом основ будівель та споруд;
• 2) середовищем для розміщення в них споруд;
• 3) матеріалом самої споруди.

Грунт скельний- ґрунт, що складається з кристалітів одного або декількох мінералів, що мають жорсткі структурні зв'язки кристалізаційного типу.

Ґрунт напівскельний- ґрунт, що складається з одного або декількох мінералів, що мають жорсткі структурні зв'язки цементаційного типу.

Умовна межа між скельними та напівскельними ґрунтами приймається за міцністю на одновісне стиснення ( Rз 5 МПа - скельні ґрунти, R c 5 МПа - напівскельні ґрунти).

Ґрунт дисперсний- ґрунт, що складається з окремих мінеральних частинок (зерен) різного розміру, слабко пов'язаних один з одним; утворюється в результаті вивітрювання скельних ґрунтів з подальшим транспортуванням продуктів вивітрювання водним або еоловим шляхом та їх відкладення.

Ґрунтаминазивають породи, що залягають у верхніх шарах земної кори.

Розрізняють ґрунти:

• · Піщані (пісок, супісь);
• · глинисті (глини, суглинки);
• · скельні (вивержені, метаморфічні та осадові);
• · рослинні;
• · Лесові.

Властивості ґрунтівзалежить від умов освіти, структури та складу порід.

Для порівняльної оцінки гірських порід за міцністю нашій країні широко використовується шкала М.М. Протодияконова (табл. 1), відповідно до якої міцність породи оцінюється коефіцієнтом фортеці f - безрозмірною величиною, що дорівнює одній десятій тимчасового опору породи стиску, виміряного в МПа.

Таблиця 1

Характеристика гірських порід

У вітчизняній практиці для оцінки проблеми розробки ґрунтів використовується один із наступних показників: опір зразків ґрунту стиску; питомий опір ґрунту копання; питома робота застосування грунту плоского штампа (табл. 2).

Таблиця 2

Класифікація ґрунтів за складністю розробки

При плануванні земляних робіт найчастіше вдаються до поняття «категорії ґрунту», для земляних споруд використовують ґрунти І-ІV категорій, що відрізняються один від одного опором стиску. Будівельні норми та правила містять докладні рекомендації, якими машинами слід розробляти ґрунти кожної з категорій.

Найбільш універсальний показник роботи, який залежить від типу землерийного органу та інших особливостей машин для земляних робіт. В якості одиниці виміру міцності грунту приймається енергія удару вантажу масою 2,5 кг, що падає з висоти 0,4 м, яка дорівнює 9,81 Дж. 10 см, пропорційна міцності останнього. Для експрес-оцінки міцності ґрунту цим методом застосовується густомір ДорНДІ (рис. 1), названий на ім'я інституту, в якому був розроблений.

Набули поширення такі способи руйнування ґрунтів:

• · механічний, При якому відділення ґрунту від масиву здійснюється ножовим або ковшовим робочим органом машини;
• · гідравлічний, при якому ґрунт руйнується та видаляється струменем води; при роботі водою застосовується всмоктування розмитого ґрунту та його видалення із зони вибою по пульпопроводу;
• · вибуховий, при якому ґрунт руйнується тиском газів, що виділяються під час вибуху;
• · термічний,заснований на розтріскуванні поверхні ґрунту в результаті швидкого та нерівномірного нагріву, наприклад швидкісним струменем високотемпературних газів.

Застосовуються комбіновані методи розробки грунтів. Наприклад, гідравлічний спосіб може поєднуватися з механічним, механічним з термічним і т.д.

Основним об'єктом розробки у будівництві є піщані та глинисті, а також великоуламкові та напівскельні ґрунти, що покривають більшу частину земної поверхні.

Землерійні машини розраховані на розробку головним чином цих ґрунтів. грунт гірський порода розпушування

Мерзлими називають всі види ґрунтів, якщо вони мають негативну температуру та містять лід. До багаторічномерзлих відносяться ґрунти, що знаходяться в безперервно мерзлому стані протягом більше 3 років. За існуючою класифікацією мерзлі ґрунти діляться на твердомерзлі (що мають найбільшу механічну міцність), пластично-мерзлі, які стискаються під навантаженням сипучемерзлі. Розробка розглянутих мерзлих ґрунтів потребує певних витрат енергії. У цьому застосовуються групи способів розробки; захист від замерзання, відтавання та механічне руйнування.

Розробка розглянутих мерзлих ґрунтів потребує певних витрат енергії. У цьому застосовуються групи способів розробки; захист від замерзання, відтавання та механічне руйнування.

Основними показниками мерзлихгрунтів є підвищена механічна міцність, пластичні деформації, пучинистість та підвищений електроопір, величина яких залежить від температури, вологості та виду ґрунту. Зі зниженням температури глибина промерзання збільшується, що викликає зростання механічної міцності грунту, опору різання та копання, а значить зменшення продуктивності землерийних машин.

Ґрунти характеризуються багатокомпонентним складом та мінерально-дисперсною будовою, а також безперервною зміною фізико-механічних властивостей. Ґрунт складається із сукупності твердих мінеральних частинок (зерен), що знаходяться у взаємному контакті. Цементуючий матеріал між частинками відсутній, оскільки ґрунт має порову будову. Пори заповнені рідкою (вода) та газоподібною (повітря, водні пари, вуглекислий газ) фазами, що знаходяться у вільному та пов'язаному стані. Вода може бути і в твердому стані (лід), що різко змінює властивості ґрунту. У повністю водонасиченому ґрунті не міститься газу, такий ґрунт є двокомпонентною системою. Неводонасичений грунт є трикомпонентною системою. У природі найбільш поширені трикомпонентні неоднорідні ґрунти, представлені твердими частинками та заповнювачами пор між ними, що ускладнює їх розробку. Сукупність твердих частинок та зв'язаної води становить скелет ґрунту, що визначає властивості всієї системи. Істотний вплив на властивості ґрунту має мінералогічний склад твердих частинок, їх форма, розміри та ступінь окатанності. Ґрунти складаються з частинок однієї чи кількох фракцій. Кількісне співвідношення мінеральних частинок різної форми характеризує гранулометричний склад ґрунтів (таблиця 3)

Таблиця 3

Класифікація порід з гранулометричних елементів (за В.В. Охотін)

Прохід траншей для прокладання трубопроводів здійснюється в гірських породах різноманітного складу та властивостей. Основний обсяг проходки траншей виконується в пухких гірських породах, які називаються ґрунтами, значно менше проходить у міцних скельних породах Скельні породи відрізняються високою міцністю, великою опірністю до деформацій, що мають в основному пружний характер.

Основні фізико-механічні властивості ґрунтів, що впливають на технологію виробництва земляних робіт, трудомісткість та вартість такі:

• · У масиві (природному стані) - гранулометричний склад, густина, вологість;
• · У розпушеному стані - гранулометричний склад, щільність, міцність, розпушування.

Гранулометричний склад є одним із основних показників фізичного стану ґрунтів.

Ґрунтові частки крупністю менше 0,005 мм називають глинистими;

• 0,005…0,05 мм - пилуватими;
• 0,05...2 мм - піщаними; зерна м шматки ґрунту крупністю 0,2...20 мм - гравієм;
• 20...200 мм - галькою або щебенем і більше 200 мм валунами або камінням.

Гранулометричний склад визначає метод та спосіб розробки ґрунту, а також застосування його при зведенні земляних споруд та об'єктів.

Міцність ґрунтівхарактеризується їхньою здатністю чинити опір зовнішнім впливам при розробці.

Розпушування- це здатність ґрунту збільшуватися в обсязі розробки. Збільшення обсягу грунту характеризується коефіцієнтами початкового К р і залишкового К р розпушення.

Коефіцієнт первинного розпушуванняК р є відношення обсягу розпушеного ґрунту до його обсягу в природному стані і становить: для піщаних ґрунтів – 1,08…1,17, глинистих – 1,24…1,3.

Коефіцієнт залишкового розпушення К р.о характеризує залишкове збільшення обсягу ґрунту після його ущільнення. під впливом маси вищележачих шарів, дощу, руху транспорту, механічного ущільнення.

Щільність ґрунту впливає на вибір механізмів для розробки його транспортування. Так, розробка піщаних і глинистих ґрунтів може проводитись скреперами, бульдозерами, грейдерами напівскельних та скельних – екскаватором після попереднього розпушення.

Вологість ґрунту визначається ставленням маси води в ґрунті до маси твердих частинок ґрунту (у відсотках). При вологості до 5% ґрунти вважаються сухими, при вологості більше 30% - мокрими, як правило, вологі ґрунти розробляються екскаваторами зі змінним обладнанням драглайном або зворотною лопатою.

За складом розробки грунти поділяються на групи. При цьому розподіл на групи враховує розробку ґрунтів із застосуванням засобів механізації та вручну у немерзлом та мерзлом станах.

Так, при розробці немерзлих ґрунтів механізованим способом залежно від труднощі їхньої розробки вони поділені на шість груп:

• 1 - гравійно-галькові ґрунти з частинками розміром до 80 мм (p=1,75 т/м 2 ), ґрунти рослинного шару, пісок, суглинок;
• 2 - гравійно-галькові ґрунти з частинками розміром понад 80 мм (p = 1,95 т/м 2 ), жирна глина, пісок бархани, будівельне сміття, торф з корінням;
• 3 - глина м'яка (p=1,96 т/м 2), супесок, суглинок, черепашник, зціментоване будівельне сміття;
• 4 - суміш гальки, важка глина (p=1,95…2.15 т/м 2), пісок із вмістом валунів масою понад 50 кг – 10…15%;
• 5 – суглинок важкий з валунами масою понад 50 кг – до 15% вапняк;
• 6 - супісок і суглинок із вмістом валунів масою понад 50 кг - 15...30% за обсягом.

Розробка мерзлих ґрунтів у розпушеному вигляді одноковшовими екскаваторами передбачає розподіл їх на три групи

При розробці вручну мерзлі ґрунти поділені на сім груп, мерзлі – на чотири.

Залежно від групи встановлені норми часу та розцінки на розробку ґрунту у вимірниках, вказаних у ЕНіРі.

Ефективність роботи землерийних та землерийно-транспортних машин та механізмів при розробці ґрунтів з масиву визначається їх міцнісними властивостями, щільністю, вологістю та абразивністю. На розпушених ґрунтах робота машин та механізмів залежитьв основному від розмірів шматків, коефіцієнта розпушення, маси, міцності, щільності абразивностіґрунтів.

Література

Основна:

• 1. Ґрунти. Класифікація. p align="justify"> Міждержавний стандарт РФ. Дата запровадження 1996-07-01.
• 2. Крец В.Г. Машини та обладнання для будівництва та екс-плуатації газонафтопроводів та сховищ: навчальний посібник / В.Г. Крец, А.В. Рудаченко, В.О. Шмуригін. - Томськ: Вид-во Томського політехнічного університету, 2011 (2013). – 329 с.
• 3. В.І. Мінаїв. Машини для зведення магістральних трубопроводів. Підручник - М: Надра, 1985. - 440 с.
• 4. Будівництво магістральних трубопроводів. Довідник/В.Г. Чирсков, В.Л. Березін, Л.Г. Телегін та ін. – М: Надра, 1991. – 475 с.
• 5. С.А. Горєлів Машини та обладнання для спорудження газонафтопроводів. Уч. посібник.- М.: РГУ нафти та газу ім. І.М. Губкіна, 2000. – 122 с.
• 6. Лук'янов В.Г. Технологія проведення гірничо-розвідувальних виробок: підручник/В.Г. Лук'янов, А.В. Панкратов, В.А. Шмуригін; Томський політехнічний університет. – Томськ: Вид-во Томського політехнічного ун-ту, 2011. – 550 с.

Додаткова:

• 1. Каталог машин для будівництва трубопроводів. Вид. СКБ «Газ-будмашина», 1992.
• 2. Александров М.П. Вантажопідйомні машини. - М: Вища школа.
• 3. Домбровський Н.Г., Гальперін М.І. Будівельні машини. Частина І-ІІІ. - М: Вища школа, 1986.
• 4. Гірничопрохідні машини та комплекси: Навч. Для вузів/Л.Г. Грабчак, В.І. Незважаючи, В.І. Шендерів, Б.М. Кузовльов. - М: Надра, 1990. - 336 с.
• 5. Машини для земляних робіт/Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Є. Тотолін та ін. - М: Машинобудування, 1992. - 448 с.
• 6. Машини для земляних робіт/Н.Г. Гарказі, В.І. Аріпченко, В.В. Карпов та ін - М.: Вища школа, 1992. - 335 с.
• 7. Шмуригін В.А. Проведення гірничорозвідувальних виробок: навчальний посібник/В.А. Шмуригін; Томський політехнічний університет. – Томськ: Вид-во Томського політехнічного ун-ту, 2012. – 207 с.
• 8. Інтернет ресурси.

Сторінка 2 з 16

Однією з найбільш трудомістких операцій при проходженні виробок є розробка ґрунту, що виконується у різний спосіб.

Вибір найбільш раціонального способу проходки та призначення необхідних механізмів та обладнання багато в чому залежать від властивостей ґрунту та інженерно-геологічних умов будівництва. При проходженні підземних виробок на ступінь розроблюваності грунту найбільший вплив мають наступні його властивості: твердість, тобто опір проникненню руйнівного інструменту, в'язкість - опір відриванню шматків від загальної маси грунту, пружність - здатність грунту швидко повертатися в початкове положення після деформ впливами. Крім того, треба враховувати і такі характеристики, як вивітрюваність ґрунтів внаслідок впливу різних атмосферних агентів (води, газів, морозу тощо) та тріщинуватість, яка залежить від дії геологічних факторів.

В даний час розроблено ряд класифікацій, що підрозділяють ґрунти за різними ознаками та властивостями (фортеці, буримості тощо).

Розробка ґрунту може проводитися ручним способом, за допомогою ручних механізованих інструментів, вибуховим способом, спеціальними машинами (прохідницькі агрегати, комбайни), механізованими щитовими комплексами та спеціальними методами (термічний, гідравлічний, ультразвуковий та ін.).

Розробка ґрунту ручним способом

Ручна розробка ґрунту за допомогою лопат, кайла та ломів через велику трудомісткість і малу продуктивність в даний час застосовується тільки у виняткових випадках, коли необхідно провести роботи в невеликому обсязі у слабких нестійких ґрунтах, а також при виконанні допоміжних робіт з підчищення підошви вироблення.

Розробка слабких м'яких ґрунтів та ґрунтів середньої фортеці (f = 0,6÷1,5) проводиться зазвичай відбійними молотками, які є пневматичні ручні машини ударної дії. За масою пневматичні відбійні молотки поділяються на легкі (8 кг), середні (9-10 кг) та важкі (12,4 кг). Змінним робочим інструментом, що безпосередньо руйнує грунт, є пік відбійного молотка, довжина і форма якої залежать від фізико-механічних властивостей грунту. У міцних ґрунтах приймають короткі піки з великим кутом загострення (60-80 °). У в'язких м'яких ґрунтах типу глин замість піки застосовують лопатку з клиноподібним загостренням.

Переваги відбійних молотків: простота конструкції та безпека в роботі, невелика вартість, відпрацьоване стиснене повітря дозволяють виробляти часткову вентиляцію виробітку. Недоліки: необхідність створення компресорного господарства, малий коефіцієнт корисної дії (менше 0,15), використання дорогої енергії стисненого повітря, шум при роботі, пилоутворення та вібрація.

Крім пневматичних відбійних молотків, знаходять застосування і електричні, які виключають недоліки пневматичних, але мають велику масу (до 12 кг), схильні до нагрівання, менш надійні в експлуатації і не рекомендуються до застосування в обводнених грунтах через можливість ураження людей електричним струмом. У зв'язку з цим у практиці підземного будівництва пневматичні відбійні молотки набули найбільшого поширення.

Розробка ґрунту буропідривним способом

Найбільш універсальним та ефективним способом руйнування скельних та напівскельних ґрунтів є підривання. Застосування цього способу охоплює ґрунти з широким діапазоном фортеці та через економічність, набуло широкого поширення. Вибуховий метод проходки передбачає буріння шпурів, службовців розміщувати зарядів вибухових речовин (ВВ). Зазвичай, говорячи про вибуховий спосіб, вживають термін «буропідривні роботи». На будівництві тунелів та метрополітенів до 65% загального обсягу гірничопрохідницьких робіт виконуються буропідривним способом. Сутність буровибухового способу полягає в тому, що в вибої вироблення за допомогою спеціальних механізмів пробурюється на деяку глибину (глибину заходки) певну кількість шпурів ( шпур- Циліндричний вироблення, що служить для розміщення зарядів). Цикл буровибухових робіт складається з окремих послідовних у часі операцій, що виробляються для руйнування вибою на глибину заходки.

При спорудженні тунелів правильне ведення буропідривних робіт дуже важливо. Ефективним називається такий вибух, який забезпечує розрахункове просування вибою при максимальному використанні довжини шпурів та оконтурювання вироблення, що наближається до проектного контуру. Крім цього, вибух повинен забезпечити рівномірне та достатнє (для зручності навантаження) дроблення скелі та можливо менший розліт уламків породи під час вибуху (купність вибуху). Оптимальні параметри буропідривних робіт забезпечуються в основному за рахунок раціонального розташування шпурів, правильного вибору типу та кількості ВР, конструкції зарядів та способу підривання.

Типи шпурів. При проходженні тунелів способом суцільного вибою грунт, що вибухає, має тільки одну вільну площину оголення (чоло вибою). Для більш ефективного використання енергії вибуху, зменшення витрати ВР та зниження шкідливого сейсмічного впливу на навколишній ґрунтовий масив необхідно утворювати додаткові площини оголення.

Якість вибуху значною мірою залежить від розташування шпурів у вибої. Вироблення, що розташовуються в вибої, шпури поділяють (рис. 1.12) на врубові (1), відбійні(допоміжні) (2) та контурні(3). Вибір схеми розташування шпурів в основному зводиться до розміщення врубових та контурних шпурів.

Рис. 1.12 - Розташування шпурів у вибої

Тип вруба вибирають залежно від фізико-механічних властивостей ґрунту, площі поперечного перерізу вироблення, а також засобів буріння.

Призначення врубових шпурів - утворення додаткової площини оголення шляхом їхнього першочергового підривання зарядами підвищеної потужності. Це створює найсприятливіші умови для роботи інших шпурів.

У практиці широко застосовують клинові та прямі вруби. Клинові врубизастосовують у ґрунтах будь-якої фортеці, але найчастіше у міцних ґрунтах. Рекомендується застосовувати їх у виробках шириною до 4 м при глибині шпуру до 2,5 м. З клинових врубів найбільш поширені вертикальний та горизонтальний (рис. 1.13). Перевага цих врубів - можливість використання структури ґрунтового масиву: напластувань, тріщинуватості і т. д. Крім цього, у зв'язку з похилим розташуванням зарядів полегшується відрив грунту під час вибуху. Недоліки врубів з похилими шпурами: обмежена глибина шпурів, великий розкид грунту з вироблення, складність буріння похилих шпурів.

Рис. 1.13 – Клинові вруби з похилими шпурами: а – вертикальний; б - горизонтальний

Застосовують при бурінні шпурів важкими бурильними машинами, змонтованими на самохідних бурильних установках та бурових агрегатах. Розрізняють такі основні типи прямих врубів: щілинний (рис. 1.14, а), із центральною свердловиною (рис. 1.14, б), призматичний ярусний (рис. 1.14, в), призматичний спіральний (рис. 1.14, г), прямий (рис. 1.14, д).

Рис. 1.14 - Прямі вруби

Переваги цих врубів - простота обурення вибою, помірне сейсмічне вплив на масив, яка залежить від ширини вироблення величина заходки, можливість повної механізації робіт.

Прямі врубові шпури набули переважного поширення. Число врубових шпурів і площа січення вибою, що вибухає ними, визначають за схемою прийнятого вруба. Зазвичай кількість врубових шпурів становить від 4 до 8.

Відбійні (допоміжні) шпури, що розташовуються між врубовими та контурними (периферійними) шпурами, призначені для руйнування основної маси ґрунту у вибої. Розташовують їх під прямим кутом до вибою, рідше з нахилом 75-80 ° до центру вибою і підривають після врубових, тобто працюють вони при двох оголених поверхнях. Розташовують відбійні шпури в один, два або три ряди в залежності від площі вибою таким чином, щоб на кожен шпур припадав приблизно однаковий обсяг ґрунту, що вибухає.

Контурні шпури призначені для руйнування грунту по контуру вироблення і тому їх розташовують рівномірно по периметру виробітку на відстані приблизно 15 см від проектного контуру. Кінці шпурів у слабких і середньої міцності ґрунтах розташовують на проектному контурі виробітку; у ґрунтах, схильних до обвалення, кінці шпурів не доводять до проектного контуру, а в дуже міцних породах вони повинні заходити за проектний контур виробітку на 5-10 см.

За відсутності відбійних шпурів у виробках малого поперечного перерізу контурні шпури руйнують основну масу ґрунту у вибої.

Внаслідок вибуху шпур руйнується, але не на всю довжину. Відношення зруйнованої частини шпуру l p до його повної довжини l ш називають коефіцієнтом використання шпуру (КІШ):

Коефіцієнт η у горизонтальних виробленнях дорівнює 0,8-0,9. Проекцію відбійних і контурних шпурів на поздовжню вісь виробітку називають глибиною комплекту шпурів l к. Глибина заходки l з = l к η. Орієнтовні значення глибини заходки, що допускається, за умовою стійкості оголеного вироблення наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1

Довжина врубових шпурів приблизно на 10% повинна перевищувати довжину відбійних для того, щоб врубова вирва, що виходить, була досить великою для збільшення КИШ.

Буріння шпурів. Найбільш трудомістким процесом є буріння шпурів, яке займає від 40 до 75% часу прохідницького циклу. Для буріння шпурів і свердловин застосовуються механічні машини обертальної, ударно-поворотної та обертально-ударної дії. Вибір типу бурильних машин визначається насамперед механічними характеристиками ґрунту.

Обертальне бурінняза допомогою електросвердла забезпечує високі швидкості буріння в м'яких та середній міцності неабразивних ґрунтах (f = 1÷7). Електросвердла поділяються за масою на ручні масою до 20 кг (для буріння у м'яких ґрунтах з f = 1÷2), ручні масою 20-24 кг з примусовою подачею (для буріння у ґрунтах м'яких та середньої міцності з f = 1÷4) та колонкові масою 110 кг з механізмом подачі (для буріння з колонки або маніпулятора у міцних ґрунтах з f = 4÷7). У практиці підземного будівництва застосовують електросвердла марок ЕР-14Д-2М, ЕР-18Д-2М, СЕР-19М та УРП-2. Буріння машинами обертальної дії, заснованими на принципі різання, у порівнянні з ударними значно зменшує пилоутворення та підвищує швидкість буріння. При цьому різко скорочується витрата енергії та її вартість за рахунок застосування щодо дешевої електричної енергії (замість пневматичної). Однак такі машини мають обмежений діапазон застосування (малоабразивні ґрунти порівняно невеликої фортеці).

У тунелебудуванні набуло найбільшого поширення ударно-поворотне буріння, що здійснюється пневматичними бурильними молотками (перфораторами), які використовуються для буріння шпурів та неглибоких свердловин малого діаметра у ґрунтах різної фортеці (f = 2÷20).

Пневматичні бурильні молотки поділяються на ручні, призначені для буріння горизонтальних та похилих шпурів; телескопнідля буріння шпурів та свердловин у напрямку знизу вгору; колонковідля буріння горизонтальних та похилих шпурів та свердловин.

Ручні перфоратори під час буріння встановлюються на пневматичні підтримки (рис. 1.15). Поступальний рух уперед забезпечується зусиллям робітника чи тиском стисненого повітря.

Рис. 1.15 – Бурильний молоток на пневматичній підтримці (пневмоколонці): 1 – канал надходження стисненого повітря; 2 – корпус молотка; 3 – бурова штанга; 4 – пневматична підтримка

Телескопні перфоратори з'єднані в одне ціле з пневматичною циліндричною розсувною стійкою, яка забезпечує подачу бура вперед.

Осьова подача найбільш важких колонкових перфораторів (3) (рис. 1.16) проводиться на спеціальних санках (автоподатчиках) (1), що закріплюються на колонках розпірних (2). Автоподатчики можуть встановлюватися також на маніпуляторах вантажних машин та бурових кареток.

Рис. 1.16 - Автоподатчик із розпірною колонкою

Продуктивність бурильних молотків залежить від їхньої маси та тиску стисненого повітря і зростає з їх збільшенням. Бурильні молотки, що застосовуються в тунелебудуванні, забезпечені пристроями для промивання шпурів водою, що зменшує пилоутворення, збільшує швидкість буріння на 15-20% і підвищує термін служби бурового інструменту.

Коли подача води при бурінні з різних причин неможлива (буріння в мерзлих ґрунтах, у породах, схильних до витріщання, і т. д.), застосовується відсмоктування пилу. У цьому випадку буровий пил разом з повітрям засмоктується в канал бура і через осьову трубку діаметром 10 мм подається в пиловловлювач, який періодично очищається.

Безпосереднім інструментом, за допомогою якого проводиться руйнація ґрунту, є бур. Бури можуть бути суцільні з незнімною коронкою (1) (рис. 1.17) і складові, що складаються зі штанги (6), знімних армованих коронок (7) та хвостовика (5). Для ручних та телескопних молотків застосовують штанги шестигранного перерізу, а для колонкових – круглого. Знімні коронки армуються пластинками твердих сплавів (ВК-6В, ВК-8В, ВК-ПВ, ВК-15) і формою розрізняються на долотчасті (2), хрестові (3) і зірчасті (4). Армування коронок значно підвищує їхню стійкість (порівняно з неармованими) і дозволяє збільшити середню швидкість буріння приблизно в 1,5 рази. Долотчасті коронки застосовують для буріння ґрунтів різної фортеці, хрестові та зірчасті - для буріння тріщинуватих ґрунтів. Зовнішній розмір (діаметр) бурових коронок може становити 28, 32, 36, 40, 43, 52, 60, 75 та 85 мм.

Рис. 1.17 - Конструкція бура із буровими коронками

Механізоване буріння шпурів здійснюється різними буровими установками (каретками), буровими рамами та агрегатами, а також за допомогою навісного обладнання, змонтованого на вантажних машинах.

Бурові установки (платформи на колісному або гусеничному ходу) мають маніпулятори, на яких закріплюються кілька (до 6) бурильних молотків з автоподатчиками.

Бурові установки дозволяють збільшити швидкість проходки на 20-25% та продуктивність праці на 20-23% при зниженні трудомісткості робіт у 2-3 рази.

Найбільш широке поширення при будівництві автодорожніх та залізничних тунелів у стійких ґрунтах отримали бурові підмостки та бурові рами, що є пересувними металевими конструкціями портального типу (2) (рис. 1.18), що дозволяють пропускати під собою транспорт. У передній частині риштовання і рам розміщується ряд вертикальних колонок з пересувними кронштейнами (3), на яких креняться автоподатчики з перфораторами (1) ручного, телескопного (бурові риштовання) і колонкового (бурові рами) типів.

Рис. 1.18 – Бурова рама

У виробках великого перерізу при безрейковому транспорті ґрунту бурові рами або риштовання розміщуються на автомашині і послідовно обурюють обидві половини вибою. Крім буріння шпурів, з бурових рам і риштовання проводиться також установка тимчасового кріплення (анкерів, арок і т. д.).

Параметри шпурів. На підставі практичних даних залежно від прийнятого бурового обладнання та міцності ґрунтів діаметри шпурів у тунельних виробках призначають 34-38 мм при використанні ручних перфораторів, 42-46 мм при застосуванні важких колонкових перфораторів та бурильних машин обертально-ударної дії.

Загальна кількість шпурів визначається виразом

де Р к - периметр виробітку по лінії розташування контурних шпурів, м; ак - відстань між контурними шпурами, м, яке в залежності від міцності ґрунтів та ступеня їх тріщинуватості приймається за даними таблиці 1.3; Р п - ширина виробітку по підошві, м; ап - відстань між підошовними шпурами, м; d – діаметр патрона ВР, см; К з - коефіцієнт заповнення шпуру (при f = l÷l,5 K з = 0,3÷0,5; при f = 2÷3 K з = 0,5÷0,6; при f = 4÷6 К з = 0,55÷0,65, при f = 7÷9 K з = 0,65÷0,70, при f = 10÷14 К з = 0,70÷0,75, при f = 15÷20 К з = 0,754÷0,80); Δ - щільність патронування або заряджання ВР, г/см (залежно від виду ВР Δ = 1,0÷1,45); К Δ - коефіцієнт ущільнення заряду порошкоподібних та пластичних ВР у процесі заряджання (К Δ = 1,05÷1,15); Sʹ = S-S конт - площа ядра перерізу тунелю (площа перерізу тунелю S за вирахуванням площі виробітку S конт, що вибухає контурними зарядами), м 2 .

Таблиця 1.3

В свою чергу

де N k = P k / ak - число контурних шпурів; W k = a k /m - лінія найменшого опору (ЛНС) контурних зарядів (найкоротша відстань між контурними зарядами), тут m - коефіцієнт зближення зарядів, що приймається для міцних ґрунтів рівним 1,1-1,3; для тріщинуватих – 0,8-0,9.

Глибина шпурів є одним із вирішальних факторів, що визначає трудомісткість та швидкість проведення вироблення. При виборі глибини шпурів враховують поперечні розміри вироблення, властивості грунтів, що перетинаються, тип бурового обладнання і схему організації робіт.

Практика показала, що при бурінні шпурів ручними перфораторами їх глибину слід приймати 2-2,5 м. При бурінні шпурів бурильними установками глибина шпурів обмежується технічним паспортом установки і приймається від 2,7 до 4 м, а в тунелях великого поперечного перерізу - 5- 6м.

Вибухові речовини. Вибираючи ВР, слід керуватися умовами їх розміщення, міцністю вибухових ґрунтів, вартістю ВР, а також безпекою при поводженні з ними. За ступенем небезпеки при зберіганні та перевезенні всі ВР розділені на п'ять груп.

При будівництві тунелів для ведення буропідривних робіт використовують ВР другої групи - для відкритих та підземних робіт, безпечних щодо газу та пилу. Найбільш широко використовують суміші аміачної селітри з тротилом у порошкоподібному (амоніти) або гранульованому (грануліти, грамоніти) вигляді. Гранульовані ВР мають підвищену водостійкість, що дозволяє їх застосовувати в обводнених виробках.

Класифікація найбільш поширених ВР, що застосовуються в тунелебудуванні, наведена у таблиці 1.4.

Таблиця 1.4

Загальна витрата ВР на цикл, кг/м 3 для руйнування грунту у виробленні з площею поперечного перерізу S на глибину заходки l з визначається за формулою:

де q c - Середня витрата ВР, кг/м 3 .

Середня питома витрата ВР є визначальним параметром ефективності вибухових робіт і змінюється в широких межах залежно від тріщинуватості та міцності грунтів, перерізу вироблення, працездатності ВР, щільності заряджання тощо.

Для виробок перетином понад 20 м 2 з однією площиною оголення вибою та коефіцієнтом міцності ґрунту f = 16÷18 середня питома витрата ВР:

де е - коефіцієнт працездатності ВР (залежно від виду ВР е = 0,65÷1,1); φ - коефіцієнт впливу щільності заряджання, що змінюється в межах від 1 (при пневмозарядженні) до 1,1 (при зарядженні патронованими ВР); ω - коефіцієнт структури грунту (рекомендується приймати для грунтів в'язких, пружних і пористих ω = 2,0; дислокованих з неправильним заляганням і дрібною тріщинуватістю ω = 1,4; з напластуванням, перпендикулярним до напряму шуру, ω = 1,3; масивних і щільних ω = 1;

При підриванні ґрунту в вибоях з двома площинами оголення величину середнього питомого заряду, визначену за наведеною формулою, множать на коефіцієнт, що приймається в межах 0,60-0,75. Отримана теоретично питома витрата ВР уточнюється у процесі проведення дослідних вибухів.

Засоби та способи підривання. Вибух зарядів може бути електричне, вогневе, електровогневе і безкапсюльне - детонуючим шнуром.

Засоби підривання (СВ) забезпечують детонацію (збудження вибуху) промислових зарядів ВР. Із засобів підривання використовуються капсули-детонатори (КД), вогнепровідні шнури (ЗШ), електродетонатори (ЕД) миттєвої діїтипу ЕД-8-Е (водостійкий, незапобіжний) та ЕД-8ПМ (запобіжний, водостійкий, підвищеної потужності); короткоуповільненої діїтипу ЕДКЗ-ПМ-15 зі ступенями уповільнення 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120 мс; ЕДКЗ-ПМ-25 з уповільненням 25, 50, 75, 100 та 125 мс; електродетонатори уповільненої діїЕДЗД із ступенями уповільнення 0,5; 0,75; 1,2; 4,6; 8 та 10 с.

Вогнепровідні шнури служать для порушення вибуху ініціюючого ВР у капсулі-детонаторі.

Детальний шнур (ДШ) призначений для передачі та збудження детонації. ВР, КД, ЕД та ДШ відносяться до первинних способів підривання, а ЗШ - до допоміжних засобів підривання.

Заряд складається з декількох набоїв ВР, один з яких є патроном-бойовиком, що містить електродетонатор або капсуль-детонатор з вогнепровідним шнуром (запальна трубка). Для передачі детонації від капсуля-детонатора або електродетонатора до заряду ВР іноді застосовують детонуючі шнури ДША та ДШБ. Від вибухової хвилі, спричиненої детонацією патрона-бойовика, вибухає весь заряд. При вогневому підриванні вогнепровідні шнури запалюються у встановленій черговості одним підривником, причому за один прийом дозволяється запалювати не більше 16 шнурів. Коли потрібно підірвати велику кількість зарядів, переходять до одночасного групового запалювання 6-30 шт. вогнепровідних шнурів за допомогою запальних набоїв типу ЗП-Б. Запальні патрони ЗП-Б призначені для групового запалення вогнепровідних шнурів, кількість яких призначається від 7 до -37.

При електричному підриванні у вибої проводиться монтаж електровибухового ланцюга, що складається з електродетонаторів та проводів. Як джерело струму використовуються вибухові машини типів КПМ-ТА, КПМ-1А, силова або освітлювальна електричні мережі. З'єднання електровибухового ланцюга може бути послідовним, паралельним або змішаним. Перед вибухом змонтований електровибуховий ланцюг обов'язково повинен перевірятися на опір (воно має бути рівно розрахунковому з відхиленням ±10%) та на струмопровідність.

Контурне (гладке) підриваннянабуло широкого поширення. Особливість цього способу підривання полягає в конструкції контурних зарядів, їх взаємному розташуванні (відстань між ними становить 0,30-0,60 м), застосуванні ВР невеликої потужності та короткосповільненому підриванні.

Конструкція контурного заряду наступна (рис. 1.19): у донній частині шпуру розміщують патрон-бойовик (1), потім встановлюють дерев'яну прокладку (2), ставлять наступний патрон ВР (3) і т. д. Довжина дерев'яних прокладок зазвичай складає у міцних ґрунтах 3-5 див, у слаботрещиноватых - 20-30 див. Гирло шпуру ущільнюється забойним матеріалом (набійкою) (4). Вибух проводять від електричної мережі або детонуючим шнуром (5).

Рис. 1.19 – Конструкція контурного заряду

Набійку застосовують для підвищення ефекту вибуху і запобігання викиду ВР зі шпурів. Зазвичай набійку виготовляють із суміші піску та глини (3:1) у вигляді пижів діаметром на 5-6 мм меншим діаметра шпуру. Останнім часом використовують і водяну набійку (гідрозабійку) із пластикових ампул, заповнених водою.

Відстань між віссю контурного шпуру та контуром вироблення має бути не більше 10 см.

Контурне підривання дозволяє значно знизити розміри переборів (до 5 см), у зв'язку з чим зменшується перевитрата бетону в 1,5-2,0 рази та скорочуються витрати на навантаження та транспортування ґрунту на 5-7%. Усе це забезпечує загальне зниження вартості спорудження тунелю на 20-40% проти звичайними способами підривання. Крім цього, контурне підривання знижує сейсмічну дію вибуху на ґрунтовий масив.

Техніка безпеки під час вибухових робіт. Послідовність проведення вибухових робіт визначено правилами безпеки, які встановлюють безпечні відстані для людей, машин, споруд та підземних складів ВР для запобігання їх пошкодженню під час вибуху.

Вибух в безпосередній близькості від свіжоукладеного бетону має проводитися не раніше 7 діб після його укладання.

У підземних виробках перед заряджанням шпурів виставляються пости охорони у місцях підступів до забою.

Виробництво підривних робіт має супроводжуватися звуковими, а у темний час доби – звуковими та світловими сигналами. За першим звуковим сигналом (один тривалий) робітники йдуть з робочої зони в укриття, а підривники оглядають, заряджають вибій та монтують електромережу. По другому сигналу (два тривалих) підривник запалює шнури (при вогневому способі) або включає струм. Вхід підривника до забій для огляду допускається після провітрювання, але не раніше 15 хв після вибуху. По третьому сигналу (три короткі - відбій) робітники допускаються до роботи у вибої.

Заряди, що відмовили, повинні бути ліквідовані майстром-підривником негайно шляхом підривання додаткових зарядів, що розташовуються в паралельно пробурених шпурах на відстані не ближче 30 см від шпуру, що відмовив.

Після підривання і провітрювання забій приводять у безпечний стан шляхом обстукування покрівлі і боків тунелю і оборки шматків ґрунту, що відшаровуються. Оборка проводиться металевими штангами або відбійними молотками з робочих риштовання або майданчиків гідропідйомників типів МШТС-2Т, МШТС-2ТП та ін, що переміщуються на гусеничному ходу.

Будівництво тунелю із застосуванням комбайнів

Останнім часом у практиці тунелебудування все більше застосування знаходить спосіб будівництва підземних виробок за допомогою комбайнів. Комбайновий спосіб має порівняно з буропідривними наступними перевагами: забезпечується безперервна механізована робота в вибої при суміщенні за часом основних процесів руйнування та навантаження ґрунту; збільшується продуктивність праці робітників (на 20-40%) та забезпечуються високі швидкості проходки; досягається рівний контур виробітку, що максимально наближається до проектного, що практично ліквідує перебори грунту та забезпечує економію бетону; усувається шкідливий вплив вибухів на навколишній виробіток ґрунтовий масив. Недоліки комбайнового способу полягають у високій вартості комбайнів з комплектом різців та у великій витраті електроенергії. Комбайновий спосіб економічно доцільно застосовувати лише при довжині тунелю понад 1,6 км та діаметрі до 11 м.

За конструктивними особливостями прохідницькі комбайни поділяються на комбайни бурової (роторної) та виборчої дії. Особливістю комбайнів роторної діїє руйнування ґрунту одночасно по всій площі вибою. До комбайнів такого типу відносяться «Роббінс» (США), «Вірт» (ФРН), «Демаг» (ФРН) та інші, ріжучий орган яких є потужною круговою платформою, що обертається з частотою до 14,5 об/хв, на якій розміщені різці різної конструкції.

До прохідницьких комбайнів виборчої діївідносяться машини з переміщенням та керуванням по вибою ріжучого органу, який розміщений на кінці рухомої рукоятки. Комбайни виборчої дії використовуються при будівництві тунелів тільки в ґрунтах середньої фортеці (f ≤ 8), що обмежує сферу їх застосування та є основним недоліком таких комплексів. У той же час комбайни виборчої дії досить маневрені і дозволяють розробляти вироблення будь-якої форми. Найбільшого поширення набули комбайни виборчої дії зі стрілоподібним виконавчим органом (рис. 1.20).

Рис. 1.20 - Загальний вигляд комбайна виборчої дії зі стрілоподібним виконавчим органом

Робоче обладнання комбайна складається з рукоятки (3) (рис. 1.21), що переміщає по вибою виконавчий орган з фрезою (1) за допомогою двох симетрично розташованих домкратів (4) і платформи (5), що обертається, а також напірного домкрата (2), що дозволяє розвивати значні зусилля на забій при впровадженні ріжучого органу в скельний ґрунт. Платформа (5) розташована на ходовій частині (6) машини, де також знаходиться кабіна машиніста з пультом управління (9). Пересування таких комбайнів здійснюється найчастіше на гусеничному ходу. Прибирання грунту проводиться в більшості випадків за допомогою пристрою, що загрібає (8) з транспортером (7), який дозволяє вантажити грунт не тільки в великовантажні вагонетки, але і в самоскиди.

Рис. 1.21 - Схема комбайна зі стрілоподібним виконавчим органом

Залежно від своїх технічних можливостей такі комбайни виробляють розробку ґрунту або відразу по всій площі вибою, або спочатку розробляється ґрунт у верхній частині вибою на максимально допустиму висоту для цього типу комбайна, а потім проводиться доробка нижньої частини виробітку. Так, за допомогою комбайна 4ПП-2 можна розробляти ґрунт у вибої заввишки до 4,5 м, комбайном 4ПП-5 – заввишки до 5 м, а комбайна ДПК-2 – до 5,5 м. У разі потреби будівництва тунелів заввишки понад 5 м потрібно використовувати комбайнові комплекси ТК-2 та TK-lc.

Комплекс ТК-2 (рис. 1.22) дозволяє споруджувати тунелі шириною та висотою від 5 до 8 м із продуктивністю від 30 до 80 м 3 /год. Комплексом ТК-lc можна проходити тунелі перетином від 18,0 до 37 м 2 з продуктивністю до 70 м 3 /год породах з f ≤ 6.

Розробка ґрунту при проходженні тунелів механізованим способом є перспективним напрямком.

Рис. 1.22 – Тунельний комплекс ТК-2: 1 – комбайн типу 4ПП-2; 2 – пересувна платформа; 3 – верхній перевантажувач; 4 - нижній перевантажувач

Вибір способу виробництва земляних робіт залежить від властивостей ґрунту, обсягів робіт, виду земляних споруд, гідрогеологічних умов та інших факторів. Технологічний процес виконання земляних робіт складається з розробки ґрунту, транспортування, укладання у відвал або насип, ущільнення та планування. Для механізації земляних робіт застосовують одноковшеві будівельні екскаватори з гнучкою та жорсткою підвіскою робочого обладнання у вигляді прямої та зворотної лопати, драглайну, грейфера, землерийно-планувального, планувального та вантажного пристроїв; екскаватори безперервної дії, до яких відносяться ланцюгові багатоковшові, ланцюгові скребкові, роторні багатоковшеві та роторні безковшові (фрезерні); бульдозери, скрепери, грейдери (причіпні та самохідні), грейдери-елеватори, розпушувачі, бурильні машини. У комплект машин для механізованої розробки ґрунту крім провідної землерийної машини включаються також допоміжні машини для транспортування ґрунту, підчищення виїмки дна, ущільнення ґрунту, обробки укосів, попереднього розпушування ґрунту тощо залежно від виду робіт.

Розробка ґрунту одноковшовими екскаваторами

У промисловому та цивільному будівництві застосовують екскаватори з ковшем місткістю від 0,15 до 4 м3. При виконанні великих обсягів земляних робіт на гідротехнічному будівництві застосовуються потужніші екскаватори з місткістю ковша до 16 м3 і більше.

Екскаватори на колісному ходу рекомендується застосовувати при роботах на грунтах з високою здатністю, що несе, при розосереджених обсягах робіт, при роботах у міських умовах з частими перебазуваннями; екскаватори на гусеничному ходу застосовують при зосереджених обсягах робіт при рідкісних перебазуваннях, при роботах на слабких ґрунтах та розробці скельних порід; навісні екскаватори на пневмоколісних тракторах - при розосереджених обсягах робіт та при роботі в умовах бездоріжжя.

Розробка ґрунту одноковшовими екскаваторами ведеться проходками. Число проходок, вибоїв та їх параметри передбачаються у проектах та технологічних картах виконання земляних робіт для кожного конкретного об'єкта відповідно до параметрів земляних споруд (за робочими кресленнями) з оптимальними робочими розмірами обладнання екскаваторів.

Одноковшові екскаватори відносяться до машин циклічної дії. Час робочого циклу визначається сумою окремих операцій: тривалість заповнення ковша, поворот на розвантаження, розвантаження та поворот у вибій. Найменші витрати часу виконання робочого циклу забезпечуються за таких умов:

• ширина проходок (вибоїв) приймається з таким розрахунком, щоб забезпечити роботу екскаватора із середнім поворотом не більше 70 градусів;
• глибина (висота) вибоїв повинна бути не меншою за довжину стружки грунту, необхідної для заповнення ковша з шапкою за один прийом копання;
• довжина проходок приймається з урахуванням можливо меншого числа вводів та висновків екскаватора у вибій та із вибою.

Вибоєм називається робоча зона екскаватора. До цієї зони відноситься майданчик, де розміщується екскаватор, частина поверхні масиву, що розробляється, і місце установки транспортних засобів або майданчик для укладання грунту, що розробляється. Геометричні розміри та форма вибою залежать від обладнання екскаватора та його параметрів, розмірів виїмки, видів транспорту та прийнятої схеми розробки ґрунту. У технічних характеристиках екскаваторів будь-якої марки наведено, як правило, максимальні їх показники: радіуси різання, вивантаження, висота вивантаження та ін. Оптимальна висота (глибина) вибою повинна бути достатньою для заповнення ковша екскаватора за одне черпання, вона повинна дорівнювати вертикальній відстані від горизонту стоянки екскаватора до рівня напірного валу, помноженому на коефіцієнт 1,2. Якщо висота вибою відносно мала (наприклад, при розробці планувальної виїмки), доцільно використовувати екскаватор разом з бульдозером: бульдозер розробляє ґрунт і переміщує його до робочого місця екскаватора, потім підгортає ґрунт, забезпечуючи достатню висоту вибою. Екскаватор та транспортні засоби повинні бути розташовані так, щоб середній кут повороту екскаватора від місця заповнення ковша до місця його вивантаження був мінімальним, тому що на поворот стріли витрачається до 70% робочого часу циклу екскаватора.

У міру розробки ґрунту у вибої екскаватор переміщається, відпрацьовані ділянки називаються проходками. У напрямку руху екскаватора щодо поздовжньої осі виїмки розрізняють поздовжній (з лобовим або торцевим вибоєм) та поперечний (бічний) способи розробки. Поздовжній спосіб полягає в розробці виїмки проходками, напрямок яких вибирається з найбільшої сторони виїмки. Лобовий вибій застосовується при розробці з'їзду в котлован і при копанні початку виїмки на крутих косогорах. При лобовому вибої ґрунт розробляється на всю ширину проходки. Торцевий вибій застосовується при розробці виїмок нижче за рівень стоянки екскаватора, при цьому екскаватор, пересуваючись заднім ходом по поверхні землі або на рівні, розташованому вище дна виїмки, розробляє торець виїмки. Бічні вибої застосовуються розробки виїмки прямої лопатою, у своїй шляху транспортних засобів влаштовуються паралельно осі переміщення екскаватора чи вище підошви забою. При бічному способі повна ширина проходки може бути отримана шляхом послідовної розробки ряду проходок. Поперечним (боковим) способом розробляють виїмки з відсипанням ґрунту в напрямку, перпендикулярному до осі виїмки. Поперечний спосіб застосовується при розробці протяжних нешироких виїмок з відсипанням кавальєрів або влаштування насипів з бічних резервів.

Деякі види виїмок (наприклад, планувальні) можна розробляти бічним вибоєм з рухом транспорту одному рівні з екскаватором. Іноді для початку розробки з боковим вибоєм необхідно спочатку відривати так звану піонерну траншею, яку екскаватор починає розробляти, спустившись на дно вибою по пандусу. Якщо висота вивантаження екскаватора більша або дорівнює сумі глибини виїмки, висоти борту самоскида і «шапки» над бортом (0,5 м), піонерну траншею розробляють боковим вибоєм під час руху транспорту по денній поверхні на відстані не менше 1 м від краю виїмки. При значних у плані розмірах виїмки її розробляють поперечними проходками вздовж меншої сторони, при цьому забезпечується мінімальна довжина траншеї піонерної, що дозволяє організувати найбільш продуктивний кільцевий рух транспорту. Виїмки, глибина яких перевищує максимальну глибину вибою для цього типу екскаватора, розробляють у кілька ярусів. При цьому нижній ярус розробляють аналогічно до верхнього, а автомобілі подають до екскаватора так, щоб ківш знаходився на кузові ззаду. Траса руху автомобіля в цьому випадку має бути паралельна осі проходки екскаватора, але спрямована у протилежний бік.

Екскаватор, обладнаний зворотною лопатою, застосовується при розробці ґрунту нижче рівня стоянки і найчастіше використовується при копанні траншей для укладання підземних комунікацій та невеликих котлованів під фундаменти та інші споруди. При роботі зі зворотною лопатою також застосовують торцевий або бічний вибій. Найбільш доцільно застосовувати екскаватор зі зворотною лопатою для розробки котлованів глибиною не більше 5,5 м і траншей до 7 м. Жорстке кріплення ковша зворотної лопати дає можливість рити вузькі траншеї з вертикальними стінками. Глибина вузьких траншей, що розробляються, більша, ніж глибина котлованів, так як екскаватор може опускати стрілу з рукояттю в нижнє положення, зберігаючи стійкість.

Екскаватор з робочим обладнанням драглайн застосовується при розробці великих та глибоких котлованів, при зведенні насипу з резервів тощо. Перевагами драглайну є великий радіус дії та глибина копання до 16-20 м, можливість розробляти вибої з великою притокою ґрунтових вод. Драглайн розробляє виїмки торцевими чи бічними проходками. Для торцевої та бічної проходок організація робіт драглайна аналогічна роботі зворотної лопати. При цьому зберігається таке саме співвідношення максимальної глибини різання. Драглайн зазвичай пересувається між стоянками на 1/5 довжини стріли. Розробка грунту драглайном найчастіше проводиться у відвал (односторонній чи двосторонній), рідше – на транспорт.

Екскаватори відривають котловани та траншеї на глибину, дещо меншу за проектну, залишаючи так званий недобір. Недобір залишають, щоб уникнути пошкодження основи і не допускати переборів ґрунту, він зазвичай становить 5-10 см. Для підвищення ефективності роботи екскаватора застосовують скребковий ніж, насаджений на ківш. Цей пристрій дозволяє механізувати операції з зачистки дна котлованів і траншей і вести їх з похибкою не більше плюс-мінус 2 см, що виключає необхідність ручних доробок.

Розробка ґрунту екскаваторами безперервної дії здійснюється за відсутності в ґрунтах каміння, коріння тощо. До початку роботи вздовж траси траншеї бульдозером планується смуга землі шириною не менше ширини гусеничного ходу, потім розбивається та закріплюється вісь траншеї, після чого починається уривка її з боку низьких. позначок (для стоку води). Багатоківшові екскаватори розробляють траншеї обмежених розмірів і, як правило, з вертикальними стінками.

Розробка ґрунту землерийно-транспортними машинами

Основними видами землерийно-транспортних машин є бульдозери, скрепери та грейдери, які за один цикл розробляють ґрунт, переміщують його, розвантажують у насип та повертаються у забій порожняком.

Виробництво земляних робіт бульдозерами

Бульдозери застосовуються в будівництві для розробки ґрунту в неглибоких та протяжних виїмках та резервах для переміщення його в насипу на відстань до 100 м (при застосуванні більш потужних машин відстань переміщення ґрунту може бути збільшена), а також на розчищення території та планувальних роботах, на зачистці основ під насипи та фундаменти будівель та споруд, при влаштуванні під'їзних шляхів, розробці ґрунту на косогорах тощо.

Рис. 7. :
а - звичайне різання; б - гребінчасте різання

У практиці земляних робіт є кілька способів різання ґрунту бульдозером (рис. 7):

• звичайне різання - ніж спочатку заглиблюється на граничну для даного ґрунту глибину й у міру завантаження поступово піднімається, оскільки зростає опір призми волочіння, яке витрачається тягове зусилля трактора;
• гребінчасте різання - відвал заповнюється кількома заглибленнями, що чергуються, і підняттями.

Гребінчаста схема дозволяє зменшити довжину різання за рахунок збільшення середньої глибини стружки. Крім того, при кожному заглибленні ножа сколюється ґрунт під призмою волочіння та на відвалі ущільнюється вже зрізаний ґрунт. Завдяки цьому скорочується час різання та збільшується обсяг ґрунту на відвалі.

При виконанні земляних робіт бульдозерами успішно застосовується спосіб різання під ухил, що ґрунтується на раціональному використанні тягового зусилля трактора. Суть його в тому, що під час руху трактора під ухил вивільняється частина тягового зусилля, необхідного для переміщення самої машини, за рахунок чого ґрунт можна руйнувати більш товстим шаром. При роботі бульдозера під ухил полегшується сколювання грунту, знижується опір призми волочіння, що рухається частково під дією власної ваги. За відсутності природного ухилу його можна робити першими проходками бульдозера. Працюючи під ухил 10-15 градусів продуктивність зростає приблизно 1,5-1,7 разу.

Рис. 8. :
а – одношаровим зарізанням; б – траншейним зарізанням. Цифрами вказано черговість різання

Бульдозер працює за схемами, наведеними на рис. 8. Одношаровим різанням із перекриттям смуг на 0,3-0,5 м знімають рослинний шар. Потім бульдозер переміщує ґрунт у відвал або проміжний вал і повертається до місця нового різання без розвороту, заднім ходом (човникова схема), або з двома поворотами. Траншейна технологія проводиться з залишенням перемичок шириною 0,4 м у зв'язних ґрунтах та 0,6 м у малозв'язних. Глибина траншей приймається 04-06 м. Перемички розробляються після проходу кожної траншеї.

Виробництво земляних робіт скреперами

Експлуатаційні можливості скрепера дозволяють використовувати їх при уривку котлованів і плануванні поверхонь, при влаштуванні різних виїмок і насипів. Скрепери класифікуються:

• за геометричним обсягом ковша - малий (до 3 м3), середній (від 3 до 10 м3) та великий (понад 10 м3);
• за родом агрегатування з тягачом - причіпні та самохідні (у тому числі напівпричіпні та сідельні);
• за способом завантаження ковша - завантажувані за рахунок сили тяги тягача та з механічним (елеваторним) завантаженням;
• за способом розвантаження ковша - з вільним, напівпримусовим та примусовим розвантаженням;
• за способом приводу робочих органів - гідравлічні та канатні.

Скреперами ведуть розробку, транспортування (дальність транспортування ґрунту коливається від 50 м до 3 км) та укладання піщаних, супіщаних, лесових, суглинистих, глинистих та інших ґрунтів, що не мають валунів, а домішка гальки та щебеню не повинна перевищувати 10%. Залежно від категорії ґрунтів різати їх найефективніше на прямолінійній ділянці шляху під час руху під ухил 3-7 градусів. Товщина шару, що розробляється, залежно від потужності скрепера коливається від 0,15 до 0,3 м. Розвантажують скрепер на прямолінійній ділянці, при цьому поверхню грунту розрівнюють дном скрепера.

Рис. 9. :
а – з наповненням ковша стружкою постійної товщини; б - з наповненням ковша стружкою змінного перерізу; в - гребінчастий спосіб наповнення ковша стружкою; г - наповнення ковша способом клювання

Розрізняють кілька способів зрізання стружки під час роботи скрепера (рис. 9):

• стружкою постійної товщини. Спосіб застосовують при планувальних роботах;
• стружкою змінного перерізу. При цьому ґрунт зрізається з поступовим зменшенням товщини стружки в міру наповнення ковша, тобто з поступовим виглибленням скрепера ножа до кінця набору;
• гребінчастим способом. При цьому ґрунт зрізається з поперемінним заглибленням та поступовим підйомом ковша скрепера: на різних стадіях товщина стружки змінюється від 0,2-0,3 м до 0,08-0,12 м;
• клювання. Наповнення ковша здійснюється шляхом багаторазового заглиблення ножів скрепера на велику глибину. Спосіб застосовують при роботі в пухких сипучих ґрунтах.

Залежно від розмірів земляної споруди, взаємного розташування виїмок та насипів застосовують різні схеми роботи скреперів. Найбільш поширеною є схема роботи з еліпсу. При цьому скрепер щоразу повертається в один бік.

Рис. 10. :
а - траншейно-гребінчастий; б - ребристо-шаховий

При роботі в широких та довгих вибоях наповнення ковша скрепера здійснюється траншейно-гребінчастим та ребристо-шаховим способами. При траншейно-гребінчастому способі (рис. 10) розробка вибою ведеться від краю резерву або виїмки паралельними смугами постійної глибини 0,1-0,2 м, однаковими по довжині. Між смугами першого ряду залишають смуги незрізаного ґрунту – гребені, по ширині рівні половині ширини ковша. У другому ряді проходів забирають ґрунт на повну ширину ковша, зрізаючи гребінь та утворюючи під ним траншею. Товщина стружки в цьому випадку в середині ковша 02-04 м, а по краях 01-02 м.

При ребристо-шаховому способі (рис. 10) розробка вибою проводиться від краю виїмки або резерву паралельними смугами так, щоб між проходками скрепера залишалися смуги не зрізаного ґрунту, рівні по ширині половині ширини ковша.

Другий ряд проходок розробляють відступаючи від початку першого ряду на половину довжини проходки першого ряду. Роботу скрепера слід поєднувати з роботою бульдозера, використовуючи їх для розробки підвищених ділянок та переміщення ґрунту на невеликі відстані до знижених місць.

Виробництво земляних робіт грейдерами

Грейдери використовують при плануванні території, укосів земляних споруд, зачистці дна котлованів та уривку канав глибиною до 0,7 м, при зведенні протяжних насипів заввишки до 1 м і нижнього шару більш високих насипів із резерву. Автогрейдерами профільують дорожнє полотно, проїзди та дороги. Найбільш ефективно використовувати автогрейдер при довжині проходки 400-500 м. Щільні грунти до розробки грейдером попередньо розпушуються. При зведенні насипу з резерву, що розробляється, похилий ніж зсуває зрізаний грунт у бік насипу. При наступній проходці грейдера цей ґрунт переміщається ще далі у тому напрямку, тому доцільно організовувати роботу двома грейдерами, один з яких зрізає, а інший переміщає зрізаний ґрунт.

При зведенні насипів та профільованого дорожнього полотна зарізання ґрунту починають від внутрішньої брівки резерву і ведуть пошарово: спочатку вирізують стружку трикутної форми, потім до кінця шару стружка виходить прямокутною. При розробці широких резервів у ґрунтах, що не вимагають попереднього розпушення, зарізання починають від зовнішньої брівки резерву і ведуть пошарово, при всіх проходах стружка трикутної форми; можливий інший спосіб: стружка при цьому виходить трикутної та чотирикутної форми.

При виконанні різних операцій кути нахилів грейдера змінюються у межах: кут захоплення - 30-70 градусів, кут різання - 35-60 градусів, кут нахилу - 2-18 градусів. У практиці будівництва застосовується кілька способів укладання ґрунту:

• грунт укладають шарами, відсипаючи його від брівки до осі дороги (профілювальні роботи в нульових відмітках при висоті насипу, що не перевищує 0,1-0,15 м);
• валики розміщують один біля іншого з дотиком їх тільки основами (відсипання насипів заввишки 0,15-0,25 м);
• кожен наступний валик частково притискають до покладеного раніше, перекриваючи його основою на 20-25%; гребені цих двох валиків розташовуються на відстані 0,3-0,4 м один від одного (відсипання насипів заввишки до 0,3-0,4 м);
• кожен наступний валик притискається до раніше укладеного без жодного зазору; новий валик переміщають відвалом впритул до раніше укладеного із захопленням його на 5-10 см; утворюється один широкий щільний вал вище за перший валик на 10-15 см (відсипання насипів висотою до 0,5-0,6 м).

Розробка мерзлих ґрунтів

Мерзлі грунти мають такі основні властивості: підвищену механічну міцність, пластичні деформації, пучинистість і підвищений електроопір. Прояв цих властивостей залежить від виду ґрунту, його вологості та температури. Піщані, крупнозернисті і гравійні ґрунти, що залягають потужним шаром, зазвичай містять мало води і при негативних температурах майже не змерзають, тому їх зимова розробка майже не відрізняється від літньої. При розробці взимку котлованів і траншів у сухих сипучих грунтах вони не утворюють вертикальних укосів, не вируються і не дають просадок навесні. Пилуваті, глинисті та вологі ґрунти при замерзанні значно змінюють свої властивості. Глибина та швидкість промерзання залежить від ступеня вологості ґрунту. Земляні роботи взимку здійснюються такими методами:

• методом попередньої підготовки ґрунтів з подальшою розробкою звичайними способами;
• методом попередньої нарізки мерзлих ґрунтів на блоки;
• методом розробки ґрунтів без попередньої підготовки.

Попередня підготовка ґрунту для розробки взимку полягає в запобіганні його від промерзання, відтаванню мерзлого ґрунту та попередньому розпушуванні мерзлого ґрунту. Найбільш простий спосіб захисту поверхні ґрунту від промерзання полягає у утепленні його термоізоляційними матеріалами; для цього використовуються торф'яна дрібниця, стружки та тирса, шлак, солом'яні мати і т. п., які укладаються шаром 20-40 см безпосередньо по ґрунту. Поверхневе утеплення застосовують переважно для невеликих за площею виїмок.

Для утеплення значних за площею ділянок застосовується механічне розпушування, при якому грунт оряється тракторними плугами або розпушувачами на глибину 20-35 см з подальшим боронуванням на глибину 15-20 см.

Механічне розпушування мерзлого ґрунту при глибині промерзання до 0,25 м проводиться важкими розпушувачами. При промерзанні до 0,6-0,7 м при уривку невеликих котлованів та траншей застосовують так зване розпушування розколюванням. Ударні мерзлоторихлювачі добре працюють при низьких температурах ґрунту, коли для нього характерні тендітні деформації, що сприяють його розколюванню під дією удару. Для розпушування ґрунту при великій глибині промерзання (до 1,3 м) використовується дизель-молот із клином. Розробка мерзлого ґрунту різанням полягає у нарізанні взаємно перпендикулярних борозен глибиною, що становить 0,8 глибини промерзання. Розмір блоку повинен бути на 10-15% менше розміру ковша екскаватора.

Відтавання мерзлого ґрунту здійснюється за допомогою гарячої води, пари, електричного струму або вогневим способом. Відтавання є найбільш складним, трудомістким та дорогим способом, тому до нього вдаються у виняткових випадках, наприклад, під час проведення аварійних робіт.

© 2000 - 2009 Oleg V. сайт™

Часто порівнюється із фундаментом будівельної компанії. Від якості її виконання багато в чому залежить успіх будівництва, його темпи, а також міцність та надійність збудованих будівель та споруд.

Дійсно, основою будь-якої будови, що приймає на себе його вагу, є фундамент, який у свою чергу передає навантаження на площину основи, роль якої грає несучий ґрунт.

Його підготовка, що включає розрахунок основи з урахуванням якості ґрунту, провадиться на самому початку будівельних робіт.

Перед початком робіт обов'язково проводиться вивчення ґрунтів, що становлять ділянку. З отриманих даних визначається глибина розробки фундаменту, обсяг майбутніх земляних робіт, і навіть потреба у спеціальній техніці.

Найбільш поширеними є такі види ґрунтів:

• сипкий ґрунт, що складається переважно з піску або гравію;
• ґрунт із високою зв'язністю, що складається з глини або суглинків;
• скельні ґрунти;
• ґрунти з низькою несучою здатністю, що складаються з лесів, торфу тощо.

Залежно від обсягу земляних робіт та місця розташування будівельного майданчика (враховується наявність під'їзних шляхів та місця для маневрів техніки), розробка ґрунту може вестись ручнимабо механізованимспособом.

Розробка ґрунту механізованим способом, ціна якої залежить від використовуваної техніки та якості ґрунту, завжди ефективніша та економічно вигідніша порівняно з ручною працею.

У той же час ручна розробка ґрунту може бути єдиним прийнятним способом проведення земляних робіт.

Способи розробки ґрунту

Ручна розробка ґрунту

Земляні роботи вважаються одними з найважчих видів робіт, що вимагають спеціальної фізичної підготовки. Їх проведення практикується лише у особливих випадках.

Ручна розробка ґрунту ведеться в тих випадках, коли використання землерийної техніки неможливе через обмежені умови або малий обсяг робіт, наприклад, при підчистці котлованів і вузьких траншей, де бульдозер просто не може поміститися. При ручній розробці ґрунтів використовуються лопати, заступи, візки чи вагонетки.

Застосовувати ручну працю розробки скельних грунтів допускається лише у разі аварійної ситуації.

Механізована розробка ґрунту

Механізована розробка ґрунту вважається основним способом ведення земляних робіт. При цьому використовується землерийна та землерийно-транспортна техніка:екскаватори та скрепери.

В свою чергу екскаваториможуть бути циклічної дії, наприклад, одноковшові, що виробляють виїмку і навантаження ґрунту, а також безперервної дії, наприклад, ланцюгові або роторні, що застосовуються для розробки ґрунтів лінійної виїмки. Прикладом лінійної виїмки є копання канав, глибина яких при використанні роторних екскаваторів може становити 1,5 м, а при застосуванні ланцюгових екскаваторів складати 3,5 м.

При розробці грунтів екскаваторами необхідно використовувати транспортні засоби для його переміщення за межі будівельного майданчика. Практикується також розробка ґрунту із завантаженням бульдозерами у відвал.

В той же час скріпервиконує одночасно дві функції: транспортного засобу з переміщення ґрунту та землерийної машини. Його робочий орган ківш обладнаний спеціальним ножем, що забезпечує пошарове різання ґрунту, що супроводжується одночасною його навантаженням. При заповненні ковша він піднімається, переходячи в транспортне положення, а потім відвозить ґрунт до місця його складування. Залежно від обсягу земляних робіт можна використовувати скрепери з різним обсягом ковша від 1,5 тонн до 25 тонн.

Особливості розробки ґрунту взимку

При необхідності земляні роботи можуть вестись і у зимову пору року.При цьому слід враховувати, що трудомісткість робіт, а також їхня вартість взимку збільшується. Приміром, вартість розробки мерзлого грунту екскаватором може збільшитися вдвічі.

Вибір техніки розробки грунтів взимку проводиться залежно від глибини промерзання. При незначному промерзанні, що становить 10% від обсягу 1м3 ґрунту, для роботи використовуються скрепери або бульдозери. Якщо обсяг замерзлого ґрунту в одному кубічному метрі становить 0,15%, використовують екскаватори-драглайни, а при промерзанні 25% застосовують екскаватори з прямою лопатою.

При сильнішому промерзанні ґрунти перед розробкою розпушують або скоюють спеціальною технікою.

Для підвищення ефективності робіт вживаються заходи захисту ґрунтів від промерзання.Для цього їх попередньо розпушують, утеплюють місцевими доступними теплоізоляційними матеріалами, наприклад сухою травою, листям або хвоєю. Хороший ефект захисту грунту від промерзання можна отримати при використанні снігозатримання.

Особливості розробки ґрунту у важкодоступних місцях

Виїмка ґрунту у важкодоступних місцях, там, де використання звичайної землерийної техніки не є можливим, проводиться вручну або за допомогою спеціального екскаватора з телескопічним обладнанням,отримав назву «планувальник». Його конструкція передбачає висування та зворотне втягування стріли, і кілька додаткових ступенів рухливості ковша, що дозволяє використовувати «планувальник» для роботи в обмежених умовах, під мостами та на схилах.

Особливості розробки ґрунту на хистких та пучинистих ґрунтах.

Земляні роботи зі звичайними ґрунтами краще вести в теплу пору року. При негативній температурі ґрунт замерзає і його міцність зростає з кілька разів, що потребує витрат великих зусиль для його розробки та виїмки.

Однак у деяких випадках, наприклад, при роботі у заболоченій місцевостіабо за відсутності під'їзних шляхів, земляні роботи ведуться взимку. Розрахунок робиться саме на замерзання ґрунту та підвищення його міцності, що дозволяє створити під'їзні шляхи та організувати роботу техніки.