СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ДРЕНОУКЛАДЧИКА К ПРОДОЛЖЕНИЮ СТРОИТЕЛЬСТВА ДРЕНАЖА ЗИМОЙ Российский патент 1999 года по МПК E02B11/02 

Изобретение относится к мелиоративному строительству и может быть применено при строительстве коллекторной либо дренажной сети траншейными, узкотраншейными коллекторно- и дреноукладочными машинами в зимних условиях.

Известен способ подготовки мерзлого грунта к разработке посредством оттаивания последнего холодной водой, подаваемой в него через иглофильтры - путем попеременной подачи воды и растворов хлористых солей (см. а. с. N 214415).

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает возможности продолжения процесса строительства дренажа путем оттайки рабочего оборудования в траншее после технологической остановки дреноукладчика. При реализации этого способа применяются
- во-первых, холодная вода, подаваемая через иглофильтры-рассол, обеспечивая подвод жидкости к местам контакта рабочих поверхностей с грунтом, а распределяют ее по всей грунтовой среде, а во-вторых, засоляют грунты по периферии от мест внедрения иглофильтров и подачи через них рассолообразной воды, проникающей по порам грунтовой среды, что недопустимо также по экологическим соображениям для грунтов (накачивать грунты рассолами - хлористыми солями, причем в больших объемах на массиве);
- сложная, громоздкая и дорогостоящая система оттайки, включающая нагнетательные насосы, емкости водозаборные, иглофильтры со шлангами и рукавами, кранами, установку для поднятия и удержания иглофильтров при их заглублении, пакет (8-10 штук) иглофильтров и 3-4 рабочих для обслуживания. Скорость же оттайки этим способом медленная, от 1-2 до 3-5 суток, т.к. холодная вода в виде раствора хлористых солей проникает по порам-каналам, сложившимся в грунтовой среде при их длительном естественном залегании и засоляет их с образованием осадков в виде кристаллов.

Наиболее близким техническим решением является способ подготовки двигателей машин методом подогрева при подсоединении их к централизованной в стационарных условиях системе воздухопроводов от воздухоподогревателя ПСВ-1 в моменты остановок с ночевками при отрицательных температурах наружного воздуха (см. в кн.: Технология строительного производства в зимних условиях. Учебное пособие для вузов. /Л.Д. Акимова и др. - Л.: Стройиздат, 1984, с. 34-35).

Недостатком этого способа является невозможность его применения для дреноукладочных машин, в частности рабочего оборудования в траншее, в производственных условиях (в полевых условиях), особенно при наличии водонасыщенных грунтов, и глубоких (3-3,5 м) траншеях, так как он применим лишь в стационарных (на стане) условиях с централизованной сетью и раздаточными воздуховодами. Кроме того, если и удалось бы применять этот способ в полевых условиях, то естественно, что горячий воздух уходит всегда не вниз - к оборудованию и местам смерзания рабочих поверхностей, которые надо оттаять, а поднимается и уходит вверх, выполняя процесс неэффективно, длительно и с большими затратами во времени и энергозатратами, так как для такой жесткой среды, как грунт, горячий воздух как теплоноситель слишком слаб.

Цель изобретения - обеспечение возможности продолжения процесса строительства дренажа зимой путем оттайки рабочего оборудования дреноукладчика в траншее.

Поставленная цель достигается тем, что перед началом работ производят поверхностный разогрев оборудования попеременно-последовательным обходом сжатой струей горячей жидкости в верхней и его средней части, первоначально с боков, а затем опускают струю между стенками вглубь до дна траншеи по плоскостям оборудования до момента отделения его поверхностей от мерзлого грунта и приобретения возможности взаимного скольжения при их перемещении, причем момент разрыва смерзшихся с грунтом поверхностей перед началом перемещения оборудования контролируют по наличию степеней свободы и одному из главных векторов в колебательных движениях оборудования: рабочего органа V_ск ^п и бункера с лыжей V_л, например, путем постоянного визуального наблюдения, а лыжу бункера дреноукладчика в процессе оттайки обрабатывают многократным, например 4-6 раз, обходом с боков сжатой струей горячей жидкости, доводя при этом струю до ее нижней кромки и осуществляя петлеобразный разворот струи перед носовой частью лыжи, дойдя же до ее задней части осуществляют обратный разворот, оставляя траекторию движения струи жидкости за лыжей по ее ширине незамкнутой. В качестве жидкости, отделяющей поверхности рабочего оборудования от мерзлого грунта, применяют, например, горячую воду, подогретую до температуры 65-80^oC, с добавлением в нее после разогрева бишофита.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что при оттайке применяют вместо холодной воды с раствором хлористых солей, нагнетаемых через систему иглофильтров в грунты, перед началом производства дренажных работ выполняют оттайку рабочего оборудования дреноукладчика в траншее с водонасыщенными грунтами постепенно углубляющимся, попеременно-последовательным обходом сверху вниз струей сжатой жидкости до момента полного отделения режущих рабочих поверхностей и лыжи бункера от мерзлого грунта и приобретения возможности копания грунтов и перемещения бункера в траншее, а в качестве отделяющей поверхности рабочего оборудования жидкости применяют горячую воду, подогретую до температуры 65-60^oC, с добавлением в нее после разогрева небольшого количества (3-5%) бишофита.

Предлагаемый способ подготовки дреноукладчика к продолжению строительства дренажа зимой после технологической либо технической остановки в водонасыщенных грунтах показан на фиг. 1, 2, 3, 4, где на фиг. 1 показана последовательность процесса разогрева и оттайки рабочего оборудования дреноукладчика в траншее: землеройного рабочего органа (I) и бункера (II) сжатой струей горячей жидкости; на фиг. 2 - то же, вид сзади; на фиг. 3 показана раскладка векторов направлений при возникновении колебательных движений после оттайки землеройного рабочего органа и появления возможности копания минеральных грунтов в плоскости забоя, на фиг. 4 - то же после оттайки лыжи бункера дреноукладчика и траектория направления движения струи горячей жидкости у донной части траншеи.

Предлагаемый способ подготовки дреноукладчика к продолжению строительства дренажа зимой в водонасыщенных грунтах включает выполнение следующих операций:
- разогрев, оттайку и отделение поверхностей рабочего оборудования дреноукладчика от мерзлого грунта;
- проверку возможности работы землеройного рабочего органа и бункера после оттайки;
- включение в работу рабочего органа дреноукладчика - копание грунтов при отрывке траншеи с перемещением бункера по донной части траншеи после длительной технологической либо технической остановки (переоборудования, пересмены, ночевки в забое, а также вынужденных остановках на дренах большой протяженности, например свыше 500-800 м и иногда до 1,2-1,5 км, а на коллекторах до 2,2 км).

Следовательно, для приведения в рабочее состояние заглубленных в траншее рабочего органа и бункера дреноукладчика зимой необходимо произвести их быстрый разогрев и оттайку с малыми трудозатратами, обеспечивающими возможность продолжения процесса строительства дренажа без разрыва и нарушения соосности и линейности дренажной линии-дрены.

После длительной технологической остановки дреноукладчика с заглубленными в траншею 1 землеройным рабочим органом 2 и бункером 3 с опорной лыжей 4 перед разработкой-копанием грунтов и укладкой труб 5 с фильтрующим материалом 6 производят разогрев и оттайку сжатой горячей струей жидкости 7 поверхностей рабочего оборудования: рабочего органа 2 и бункера 3, смерзшихся с контактируемым грунтом.

При многократной, например четыре-шесть раз, обработке сжатой струей горячей жидкости 7 элементов рабочего органа 2 с обеих сторон переходят от верхней к средней части бункера и, опускаясь струей вниз, между стенками траншеи 1 осуществляют углубляющийся попеременно-последовательный обход ею от рабочего органа 2 к бункеру 3, и наоборот. Наблюдают за ходом процесса оттайки рабочего оборудования: в плоскости забоя 8 за появлением и развитием колебательных движений от дна траншеи к поверхности земли до приобретения полноты направления главным вектором V_ск ^п, по которому и оценивается возможность свободной работы рабочего органа 2 (см. фиг. 1,3). В зазор (от 30-50 мм до 100-120 мм) между стенками бункера 3 и стенками траншеи 1 пропускают, а затем углубляют струю горячей жидкости 7, попеременно с каждой из сторон - с боков. Ввиду гибкости тяговой цепи, неоднородности грунтов по механическому составу возникают одновременно и боковые колебания +V_х и -V_х. Однако вверху рабочий орган 2 имеет с бункером 3 жесткую сцепку, поэтому сразу же с оттайкой рабочего органа 2 одновременно производят оттайку бункера 3 с опорной лыжей 4, причем попеременно: рабочий орган-бункер, повторяя этот процесс многократно, 4-6 раз. Между тыльной частью рабочего органа 2 и лыжей 3 имеется зазор, расстояние 18-25 см (в зависимости от типа дреноукладчика), в котором и совершают петлеобразный разворот струей горячей жидкости 7 (см. фиг. 4).

Обрабатывая бункер 3 с боков и дойдя до его задней кромки, совершают обратный разворот струи, оставляя за лыжей - сзади бункера (на ее ширину B_л) участок необработанным, а траекторию движения незамкнутой по периметру. Это необходимо для избежания размыва фильтрующего материала 6 и нарушения соосности уложенной дренажной трубы 5.

Оттайку землеройного рабочего органа и бункера производят сверху вниз многократно при постоянном визуальном наблюдении за процессом их отделения-оттайки смерзшихся поверхностей и появлением возможности колебательных движений и перемещения: у землеройного рабочего органа скребков (ковшей), а у бункера боковых стенок в траншее и лыжи по донной ее части. Только после этого осуществляют работу и продолжают процесс строительства дренажа. Подвоз горячей жидкости на трассу строительства дренажа, непосредственно к дреноукладчику, осуществляют с применением автомобильных цистерн, например, типа АЦ-4,2-53А. Забор горячей жидкости-воды осуществляют от стационарной водогрейки (серийные КВ-300, АГВ-80 или ВЭТ-400 либо АТО-1500, где за 30-35 минут нагревают 600 л воды до температуры 90^oC), либо производят забор воды из котелен по предварительной договоренности или заказу, при этом добавляя в воду и размешивая в ней 3-5% бишофита, уже непосредственно в емкости автоцистерны.

Убедившись в надежности проведенной оттайки рабочего оборудования, возможности работы, посредством наблюдения полноты движений: у рабочего органа -V_ск ^п и у бункера с лыжей по V_л ≃ V_д приступают к технически возможному, резкому ее увеличению. На фиг. 1 показан векторный треугольник, где V_д - вектор скорости перемещения дреноукладчика (V_д ≈ V_л); V_ск ^п - вектор переносной скорости рабочего органа-скребки (ковша), а V - вектор абсолютной, результирующей скорости. Здесь же δ - толщина струйки грунта, срезаемой каждым элементом (скребком) в забое; β_o - геометрический угол наклона забоя, β_п - кинематический (фактический) угол наклона забоя, а Δβ - разность между геометрическим и кинематическим углами - трансформация углов в процессе копания грунтов при разработке траншеи.

По трассам дрен заранее разрабатывают слой мерзлого растительного грунта (h_м), например, роторными экскаваторами типа ЭТР-162, ЭТР-224 или другими и укладывают его слева, либо справа в отвал (см. фиг. 2). Ширина разрабатываемой выемки 0,8 м, глубина - в зависимости от мощности залегаемых черноземов (плодородного, растительного слоя), обычно от 0,2 до 0,8 метров.

Качество укладки в процессе строительства труб 5 и фильтра 6 контролируют с применением на дреноукладчиках лазерной аппаратуры УКЛ- 1, УКЛ-3, либо "Горизонт", выдерживая уклон, заданный по проекту.

Надежность процесса разогрева и оттайки поверхностей рабочего органа, стенок и лыжи бункера обеспечивается путем
- многократного, например 4-6 раз, поверхностного попеременно-последовательного обхода с боков и сверху вниз, опускаясь по забою вглубь траншеи, сжатой струей горячей жидкости элементов землеройного рабочего органа (скребков), лежащих по плоскости забоя в ряд после остановки. Струя производит разогрев, оттайку и отделение скребков (ковшей) от частиц примерзшего к ним грунта, имея в своем содержании бишофит, который препятствует повторному схватыванию на краткое время, 0,8-1,0 час, т.е. на время оттайки и обеспечения возможности работы-подготовки к работе. В процессе оттайки машинист дреноукладчика постоянно наблюдает за этим процессом и, убедившись, проверяет наличие, возможность и полноту совершаемых колебаний скребков в забое, повторяя процесс их обработки струей горячей жидкости. Когда образуется возможность совершать полные колебания и их движение по направлению V_ск ^п, приступают к непрерывной работе, осуществляя процесс копания грунтов;
- двухсторонней, многократной обработкой скребков рабочего органа, если последний имеет двухрядную тяговую цепь, причем по всей длине в плоскости забоя до дна траншеи, обрабатывают сверху вниз, справа-слева;
- постоянного контроля при визуальном наблюдении за колебаниями скребков в период подготовки их к работе до приобретения полноты их движений по направлению V_ск ^п;
- оценки и сравнения значимости технически возможных и фактически наблюдаемых величин векторов движения скребков, например от 0,8 до 5,0 м/сек (технически возможные), хотя в мерзлых грунтах при вмерзании скребков не рекомендуется увеличивать скорость более 1,0-1,2 м/сек, включая соответствующую им передачу (через КПП).

Надежность процесса отделения боковых стенок и лыжи бункера дреноукладчика обеспечивается путем
- многократного обхода, разогрева и оттайки стенок бункера в нижней части до водонасыщенного грунта и ниже - до дна траншеи. Струю жидкости опускают между стенками бункера и стенками траншеи, в зазор между ними (см. фиг. 1, 2, 4) с обеих сторон попеременно: справа-слева и сверху вниз. Дойдя до нижней кромки лыжи в одном месте, струю перемещают, например, вперед по направлению движения V_л, а дойдя до носовой части, совершают петлеобразный разворот струи, который удваивает процесс разогрева передней части, подпитывает лыжу снизу жидкостью и отделяет ее от мерзлого грунта;
- выполнения петлеобразного разворота струи перед носовой частью лыжи, создания удвоенного тока горячей жидкости при турбулентном его завихрении в момент пересечения и усиленной подпитки лыжи снизу по ложе, для приобретения возможности скольжения опирающейся части лыжи;
- двухсторонней обработки бункера сжатой струей горячей жидкости с боков, а дойдя до задней части бункера, осуществляют разворот и движение струи назад, сохраняя уложенную часть дрены за бункером в целостности, не размывая и не разрушая ее по ширине B_л, т.е. оставляя траекторию движения за бункером сзади незамкнутой;
- использования сжатой, эллипсообразной струи горячей жидкости, получаемой при нагнетании по гибкому шлангу и истекающей из него под напором через плоский, расширяющийся книзу металлический насадок (см. фиг. 1, 2, 3, 4). В качестве горячей жидкости используют экологически сохраняющую грунтовую среду чистой горячую воду, подогретую до температуры 65-80^oC, с добавкой в нее после разогрева воды и смешивания 3-5% бишофита непосредственно в емкости автоцистерны.

Научно-исследовательские работы ЮжНИИГиМ в 1989 году (декабрь м-ц) на строящихся объектах дренажа (Веселовская ПМК) и в ПО "Воронежводмелиорация" (Таловская ПМК-5, Павловская ПМК-18) показывают, что зимой преимущественно строится глубокая (до 3,5-4,0 м) коллекторно-дренажная сеть протяженностью 1,5-2,2 км с применением дреноукладчиков ЭТЦ-406А, УДМ-350 или 6027 "Хайконс". Поэтому закончить дрену или коллектор при протяженности в 1,5-2,2 км возможно лишь за несколько (за 6-8 до 10) дней. В летних условиях дреноукладчики ЭТЦ-406 в смену укладывают 250-320 м, УДМ-350 до 500-600 м, 6027 "Хайконс" (р/п Палласовка, трест "Заволжскводстрой") до 400-500 м, а в зимних условиях эти же дреноукладчики укладывают в 2-3 раза меньше. Тогда и появляется потребность в ежедневной оттайке дреноукладчика, т.е. на длине коллекторно-дренажной сети 1 км примерно пять раз потребуется произвести оттайку, на длине 2 км до десяти раз надо оттаять дреноукладчик, а сейчас их обкапывают с боков одноковшовым экскаватором при вмерзании рабочего оборудования дреноукладчика в траншее. Опыт работы показывает, что при положении грунтовых вод от дна траншеи УГВ₁ = 0,2-0,3 м массовый расход горячей жидкости требуется М₁ = 250-300 кг, при УГВ₂ = 0,4 - 0,5 м необходимый массовый расход жидкости составляет М₂ = 450 - 500 кг, а при УГВ₃ = 0,7 - 0,8 м от дна траншеи он уже требуется M₃ = 750 - 800 кг. Время подготовки к оттайке (организационные потери времени) составляет 20-30 минут, забор и подвоз горячей жидкости, время на оттайку рабочего оборудования 18-23 минуты, в зависимости от ветренности погоды и температуры наружного воздуха. В холодную ветренную погоду время оттайки увеличивается до 30 - 35 минут.

Таким образом, предлагаемый способ в сравнении с прототипом обеспечивает
- оперативную (до 0,5 часа) оттайку поверхности рабочего оборудования дреноукладчика при подготовке его к работе, оставленного и заглубленного в траншее, при технологических остановках и отрицательных температурах наружного воздуха - зимой, за счет применения и проведения обработки землеройного рабочего органа и бункера струей горячей жидкости с боков;
- отделение частиц мерзлого грунта от рабочего органа и бункера, с их поверхностей, производя подпитку горячей жидкостью донной части лыжи бункера;
- после отделения от мерзлого грунта приобретение возможности продолжения процесса разработки минерального грунта-копания, образования траншеи в заданном направлении и с заданным уклоном, перемещение бункера с лыжей по дну траншеи посредством скольжения и продолжения процесса укладки дренажных труб и фильтрующего материала (песчано-гравийной смеси, песка или золошлаков и т. п. ), выполняя работу без длительных и дорогостоящих раскопок рабочего оборудования дреноукладчика, смерзшегося в траншее с грунтом;
- простоту, малые трудоемкость и количество обслуживающего персонала (водитель автомашины АЦ-4,2-53А-1 чел.) при реализации предлагаемого способа подготовки дреноукладчика к работе непосредственно в траншее.

Материалы описания предлагаемого изобретения могут быть использованы производственными мелиоративно-строительными, водохозяйственными и научно-исследовательскими организациями.

Изобретение относится к мелиоративному строительству и может быть использовано при строительстве коллекторной либо дренажной сети траншейными или узкотраншейными коллекторо- и дреноукладочными машинами в зимних условиях. Изобретение позволяет осуществлять разогрев, оттаивание и отделение частиц мерзлого грунта от поверхностей рабочего оборудования дрено-укладчика при его технологических остановках и продолжить процесс строительства дренажа без подъема оборудования из траншеи, т.е. путем поверхностной обработки последнего непосредственно в траншее попеременно-последовательным обходом его с боков сжатой, эллипсообразной струей горячей жидкости, опуская ее при этом сверху вниз по поверхности рабочего органа и бункера с опорной лыжей. Момент и надежность выполнения процесса отделения поверхностей при обработке их горячей жидкостью контролируют постоянно при визуальном наблюдении по появлению и полноте колебательных движений. Обработку рабочего оборудования в траншее производят многократно, осуществляя перед носовой частью лыжи петлеобразный разворот струи горячей жидкости, сзади же за бункером и лыжей пространство не обрабатывают, обеспечивая сохранность уложенных труб и фильтрующего материала. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ подготовки дреноукладчика к продолжению строительства дренажа зимой, включающий разогрев механизмов машины перед началом работ после технологической остановки при отрицательных температурах наружного воздуха, отличающийся тем, что для оттаивания рабочего оборудования дреноукладчика в траншее перед началом работ производят поверхностный разогрев оборудования попеременно-последовательным обходом сжатой струей горячей жидкости в его верхней и средней частях, первоначально с боков, а затем опускают струю между стенками вглубь до дна траншеи, по плоскостям оборудования до момента отделения его поверхностей от мерзлого грунта и приобретения возможности взаимного скольжения при их перемещении, причем момент разрыва смерзшихся с грунтом поверхностей перед началом перемещения контролируют по наличию степеней свободы и одному из главных векторов в колебательных движениях оборудования: рабочего органа V_ск ^п и бункера с лыжей V_л, например, путем постоянного визуального наблюдения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лыжу бункера дреноукладчика в процессе оттаивания обрабатывают многократным, например 4 - 6 раз, обходом с боков сжатой струей горячей жидкости, доводя при этом струю до ее нижней кромки и осуществляя петлеобразный разворот струи перед носовой частью лыжи, а дойдя до ее задней части, осуществляют обратный разворот и оставляют траекторию движения струи жидкости за лыжей по ее ширине незамкнутой. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве отделяющей рабочее оборудование от мерзлого грунта жидкости применяют, например, горячую воду, подогретую до 65 - 80^oC, с добавлением в нее после разогрева бишофита.