Для разработки грунта в опускных колодцах и кессонах предлагались устройства, состоящие из поворотной вокруг вертикальной оси скребковой рамы. В подобных устройствах предусматривается транспортер для удаления грунта, например, гидроэлеватор, труба которого располагается в средине и служит осью вращения скребковой рамы, прикрепленной к трубе шарнирно.
К существенным недостаткам этих устройств относится, прежде всего, то, что срезание грунта каждым скребком должно производиться тангенциальным движением последнего. Это обстоятельство обусловливает возникновение больших изгибающих моментов в основных элементах рамы, а, следовательно, и утяжеление устройства. Кроме того условия сгребания срезанного грунта к центральному транспортеру весьма затруднены.
Изобретение, относящееся к устройствам вышеуказанного типа, имеет целью исключить отмеченные недостатки. Основной отличительной особенностью предложенного устройства является то, что скребки установлены на раме с возможностью радиального перемещения их к центральной трубе и обратно при помощи предназначенных для этого механизмов.
На чертеже фиг. 1 изображает примерную конструкцию устройства в вертикальном разрезе; фиг. 2 - нижнюю часть устройства в плане; фиг. 3 - разрез по АБ на фиг. 1; фиг. 4 и 5 - отрезки трубопроводов с блоками для пропуска поддерживающей тяги (в двух проекциях); фиг. 6 - разрез по ВГ на фиг. 1; фиг. 7 - вид по ДЕ на фиг. 1; фиг. 8 - разрез по ИК на фиг. 1; фиг. 9 - стык звеньев труб в вертикальном разрезе; фиг. 10 - продольный разрез части скребковой рамы при крайнем левом положении скребка (момент начала движения направо); фиг. 11 - то же при крайнем правом положении скребка (момент, предшествующий переключению клапанов); фиг. 12 - то же (момент начала движения справа налево); фиг. 13 - разрез по ЛМ на фиг. 10; фиг. 14 - схему движения воздуха или воды через распределительные клапаны; фиг. 15 и 16 - механизм вращения устройства (вид сбоку и в плане); фиг. 17 - общий вид устройства во время работы (вертикальный разрез колодца); фиг. 18 - вид устройства во время подъема его из камеры колодца; фиг 19 - схему расположения устройств в прямоугольном колодце в плане; фиг. 20 - вертикальный разрез колодца при переделке его в кессон.
В самой нижней части колодца имеется камера, подобная камере кессона, но с наклонным потолком и более крутым наклоном внутренних граней консолей (предельно допустимым по соображениям армирования верхнего сечения консоли). Придание наклона нижней грани потолка обусловливается необходимостью извлечения устройства из камеры после окончания работ и стремлением к достижению возможно более плотного примыкания бетонного заполнения камеры к телу колодца. Возможно более крутой наклон внутренних граней консолей желателен с точки зрения возможно большего приближения скребкового устройства к контуру фундамента. Сверху к камере примыкают открытые шахты, число которых равно числу устанавливаемых устройств. Шахты имеют прямоугольное очертание в плане. Размеры сторон прямоугольника принимаются минимальными, допускающими свободное извлечение устройства после окончания работ. Малые размеры шахт позволяют достигнуть максимального веса колодца в процессе его погружения и избежать, тем самым, преждевременного его заклинивания при трении грунта о боковые грани.
Сверху шахты закрываются съемными металлическими крышками 1 (фиг. 1), положение которых фиксируется четырьмя анкерными болтами (по углам крышки) и нижними окаймляющими уголками, приваренными к крышке и входящими в проем шахты. В центре крышки имеется отверстие, по контуру которого приварено направляющее кольцо 2. На крышке смонтирован механизм вращения снаряда.
В нижней части шахты устанавливается направляющая клеть, опирающаяся на заделанные в кладку пальцы 3. Клеть состоит из направляющей трубы 4 (фиг. 1 и 3), к которой приварены четыре распорки 5, расположенные по направлениям диагоналей в прямоугольных сечениях шахты. Длина распорок допускает свободное извлечение клети одновременно с извлечением устройства после окончания работ; для этой цели в верхней части направляющей трубы 4 предусмотрены выступающие внутрь трубы короткие пальцы 6. Направляющая труба 4 и направляющее кольцо 2 обеспечивают неизменное положение вертикальной оси устройства в процессе производства работ (предотвращают возможность отклонения нижнего конца устройства в сторону).
Вертикальный ствол устройства состоит из центральной трубы 7 - пульпопровода и двух труб меньшего диаметра 8 и 9, расположенных по бокам основной трубы. Труба 8 предназначается для подачи напорной воды или сжатого воздуха в гидроэлеватор (эрлифт) 10, а труба 9 - для подачи напорной воды или сжатого воздуха в скрепер.
Такое расположение предохраняет трубы 8 и 9 от износа и уменьшает турбулентность движения пульпы, неизбежную при осевом расположении, вследствие необходимости вывода малых труб из основной трубы в верхней части снаряда.
Стремление к уменьшению турбулентности движения пульп на всем протяжении пульпопровода обусловило применение гидроэлеватора с кольцевым подводом напорной воды. Подобная конструкция гидроэлеватора позволяет вместе с тем использовать его и в качестве смесительной камеры эрлифта, если по местным условиям окажется более целесообразным приводить весь снаряд в действие не энергией напорной воды, а энергией сжатого воздуха.
На фиг. 6 видно, что труба 8, питающая гидроэлеватор (эрлифт), при подходе к последнему разветвляется и примыкает к кольцевой насадке в двух диаметрально-противоположных точках. Для удобства монтажа главная труба 7 и питающие трубы 8 и 9 соединены друг с другом в пределах отдельных звеньев; это достигается путем пропуска малых труб через отверстия, имеющиеся во фланцах главной трубы, и приварки их к этим фланцам (фиг. 9).
Боковое опирание ствола на направляющую трубу 4 обеспечивается кольцевой прокладкой 11, зажатой между фланцами трубы 7; внешний диаметр прокладки 11 несколько превосходит наружный диаметр фланцев. Для опирания ствола на верхнее направляющее кольцо 2 используется барабан 12, основное назначение которого состоит в передаче стволу вращающего момента, создаваемого смонтированным на крышке 1 механизмом. Выше барабана 12 размещается двойное сальниковое соединение (коробка) 13, позволяющее при вращении всей нижней части устройства (вместе с барабаном 12) сохранять неподвижное положение верхнего отводящего колена 14 и магистральной питающей трубы (шланга) 15. Последняя при подходе к снаряду разветвляется на две линии. Одна линия 16 подводит напорную воду или сжатый воздух к сальниковой коробке 13, откуда вода или воздух поступают через регулирующие краны в трубы 8 и 9; вторая линия 17 подводит напорную воду или сжатый воздух к цилиндрам механизма вращения, описанного ниже. Пульпа, по выходе из отводного колена 14, поступает в лоток и отводится в место, предназначенное для отвала грунта.
В нижней части центральной трубы (ниже гидроэлеватора - эрлифта 10) располагается всасывающее колено 18, обращенное всасывающим отверстием к скреперу.
Центральная труба заканчивается снизу трехлучевым разрыхлителем 19 (фиг. 2) и винтовым наконечником 20. Назначение разрыхлителя 19 (также как и наконечника, жестко соединенного со стояком) заключается в разрыхлении грунта на среднем круговом участке, находящемся вне зоны действия скрепера. Наличие наконечника обеспечивает перемещение всего снаряда в направлении вертикальной оси ствола при его вращении и передачу на грунт реакции, равной тяговому усилию скрепера (закрепление нижнего конца стояка против перемещения в горизонтальном направлении).
Скребковая рама состоит из трубчатого штока 21 с поршнем 22 и цилиндра 23, снабженного по концам и по середине скребками 24, 25 и 26. Шток 21 одним концом шарнирно присоединен к стволу, а с другого конца поддерживается тягой 27, состоящей из двух тросов, огибающих блоки 28 и закрепленных в уровне верха барабана 12 (при помощи надетых на тросы муфт-сжимов). Через фланцы трубы 7 тросы проходят в специально предусмотренных для этой цели отверстиях. Изменяя положение муфт-сжимов и удлиняя или укорачивая тем самым длину тяг 27, можно поворачивать скрепер вокруг блоков 28, изменяя угол наклона его к горизонту. Установка муфт производится перед началом опускания и после каждой очередной наростки ствола в процессе работы.
На ближайшей к гидроэлеватору половине штока внутри основной трубы 21 заключена вторая труба 34 меньшего диаметра. Сжатый воздух или напорная вода, поступающие по трубе 9, проходят по гибкому соединительному шлангу 29 и средней трубе штока в поршень 22 и при помощи заключенного в последнем распределительного клапанного устройства подаются попеременно в правую и левую полость цилиндра 23, в результате чего последний совершает возвратно-поступательные движения по штоку. Переключение клапанов, устройство которых более подробно описано ниже, происходит автоматически нажимом соответствующей крышки цилиндра. Отработанный воздух выжимается из цилиндра и поступает по промежутку между внутренней 34 и основной трубой штока 21 и по соединительному гибкому шлангу 30 - в смесительную камеру эрлифта; отработанная вода выжимается также по штоку 21 в камеру колодца (шланг в этом случае отъединяется от гидроэлеватора). Длина шлангов 29 и 30 назначается с таким расчетом, чтобы при извлечении устройства после окончания работ шток 21 мог занять вертикальное положение (фиг. 18).
При движении цилиндра 23 по штоку скребки 24, 25 и 26 разрабатывают находящийся под скрепером грунт и подгребают его к всасывающему отверстию центральной трубы. В дальнейшем разрыхленный грунт увлекается током воды, засасываемой гидроэлеватором (эрлифтом), и в смеси с водой выдается по трубе 7 наружу. Для осуществления подгребания грунта скребками, последним придана коническая форма, препятствующая захвату грунта при движении скрепера по направлению от центра.
Задний скребок 24 отличается по своему очертанию от переднего 26 и среднего 25. Этот скребок имеет в основном форму конуса, обращенного своей вершиной к центру устройства, и при перемещении от центра будет подгребать некоторое количество грунта к стенкам колодца. Таким образам имеется в виду предупредить опирание свободного конца скребковой рамы на грунт. Сгребание некоторого количества грунта к стенкам колодца не влечет за собой вредных последствий, так как подгребаемый грунт, по мере его накопления у стен, будет обваливаться и попадать в зону выработки скребка.
При равномерном вращении устройства вокруг вертикальной оси скрепер разрабатывает грунт в пределах кольцевой площадки, очерченной радиусами, равными максимальному удалению режущей кромки заднего совка и минимальному удалению режущей кромки переднего совка. В пределах центральной круговой площадки грунт разрабатывается рыхлителем 19 (принятое расположение лучей рыхлителя в плане позволяет извлечь снаряд после окончания работы при минимальной ширине поперечного сечения шахты). При одном полном повороте устройства снимается слой грунта, имеющий толщину, равную шагу винтовой нарезки наконечника 20. Захват грунта скребками обеспечивается собственным весом скрепера. Вес скрепера должен быть возможно большим, в особенности, при работе не на напорной воде, а на сжатом воздухе, так как в этом случае имеет место уменьшение веса скрепера.
При рабочем проектировании должно быть обращено внимание на достаточную сопротивляемость штока изгибу в горизонтальной плоскости под действием вращающего момента, прикладываемого к барабану 12. Изгибающий момент, однако, будет сравнительно невелик благодаря тому, что усилие резания направлено радиально.
При рабочем ходе скрепера шток работает в благоприятных условиях, так как он растянут. Сжимающее усилие возникает в штоке лишь при холостом ходе скрепера и не может достигать большой величины.
Распределительное клапанное устройство скрепера (фиг. 10-14) заключается в следующем.
Как уже отмечалось выше, сжатый воздух или вода подводятся к поршню 22 по трубе 34, заключенной внутри штока 21. В поршне имеются три канала, направленные параллельно оси штока. В эти каналы вставлены три трубчатых клапана (фиг. 11-14). Первый клапан 31 обслуживает впуск воздуха (воды) попеременно в правую и левую полость цилиндра. Второй клапан 32 выпускает отработанный воздух (воду) из левой полости цилиндра при движении скрепера слева направо. Третий клапан 33 выпускает отработанный воздух (воду) из правой полости цилиндра при движении скрепера справа налево. Помимо трех каналов, в которых движутся клапаны, в теле поршня имеются три радиальных канала. По одному из этих каналов сжатый воздух (вода) подводится к клапану 31. Два других предназначены для отвода отработанного воздуха (воды) от клапанов 32 и 33 в пространство между трубами 21 и 34. Все три клапана соединены по концам при помощи дисков 35, к которым приварены защелки 36 и прикреплены конические пружины 37.
Переключение клапанов происходит под действием пружин 37 и осуществляется следующим образом.
При подходе скрепера к одному из своих крайних положений соответствующая крышка цилиндра касается пружины 37 и начинает ее сжимать. При этом клапаны сохраняют свое положение, так как перемещению их в направлении движения скрепера препятствуют защелки 36, упирающиеся своими концами в торец муфты 38, соединяющей трубы 21 правой и левой части штока. Движение скрепера и сжатие пружины продолжается до того момента, пока приваренное к крышке цилиндра кольцо 39 не коснется курков защелок 36 и, преодолев сопротивление пружин 40, не разведет защелки в стороны. В этот момент под действием пружины 37 происходит мгновенное переключение клапанов, направление поступления и выпуска воздуха (воды) изменяется и скрепер начинает двигаться в обратном направлении. На фиг. 14 сплошными стрелками показано направление движения воздуха (воды) при перемещении скрепера слева направо и пунктирными стрелками - справа налево.
Механизм вращения снаряда (фиг. 15, 16) смонтирован, как уже отмечалось выше, на верхней крышке, закрывающей отверстие шахты. Ввиду того, что скорость вращения устройства мала (около 1 об/час), для выполнения этой операции применен простейший механизм, позволяющий создать достаточно большой вращающий момент и вместе с тем допускающий вертикальное перемещение устройства относительно крышки 1 при просадках колодца. На крышке 1 укреплены, два цилиндра 41 с поршнями и выступающими наружу штоками 42. К концам штоков прикреплены тросы 43, огибающие неподвижные блоки 44 и снабженные крюками 45. Обичайка барабана 12 имеет отверстия (на фиг. 15 не показаны). Цилиндры 41 соединены между собою трубопроводом 46, который через тройной кран присоединяется к магистральной линии, подающей сжатый воздух или напорную воду от компрессорной или насосной станции.
Заложив крюки 45 в соответствующие отверстия барабана 12 и установив тройной кран в положение, соответствующее впуску воздуха (воды) в цилиндры 41, можно создать на оси центральной трубы вращающий момент без какого-либо бокового нажима трубы на крышку 1. Перезарядка механизма осуществляется путем поворота тройного крана в положение, соответствующее выпуску воздуха (воды) из цилиндров, вытягивания штоков и закладки крюков в другие отверстия. Частота перезарядок определяется отношением длины окружности барабана к полезному ходу поршней в цилиндрах.
Возникающий при работе механизма реактивный момент передается кладке посредством приваренного к крышке окаймляющего уголка 47, имеющего прямоугольное очертание в плане, в соответствии с поперечным сечением шахты колодца.
Описанное устройство может иметь применение в опускных колодцах как круглого очертания в плане, так и прямоугольного. При прямоугольном очертании колодца (фиг. 19) остающиеся по углам невыбранные участки грунта не могут приостановить процесса опускания.
После окончания выработки грунта устройство поднимается из камеры колодца через его шахту (фиг. 18) и нижняя часть камеры заполняется подводным бетоном на высоту, допускающую последующую откачку воды.
Принимая во внимание ограниченный радиус действия бетоноподающих труб при больших размерах фундаментов, следует предусматривать установку в теле кладки дополнительных труб, предназначенных для пропуска через них бетоноподающих труб. При необходимости, эти трубы могут быть использованы также и для разрыхления неподобранных участков грунта.
В промежутках между рабочими шахтами, через которые устанавливаются скреперы, располагаются смотровые шахты 48, предназначающиеся для спуска в нижнюю камеру водолаза, при необходимости осмотра основания или нижней части скрепера.
При переходе на работу под сжатым воздухом смотровые шахты используются для установки над ними шлюзовых аппаратов (фиг. 20). С этой целью по периметру шахтных отверстий, на уровне верха каждой секции кладки, должны быть заложены анкерные болты для крепления шлюзового аппарата. При этом можно обойтись без установки шахтных труб (при условии, если шахты будут изнутри хорошо затерты раствором или заторкретированы). Лестница для спуска людей опускается в шахту еще до установки аппарата и крепится к двум вертикальным брусьям, заделанным в кладку.
При переходе на работу под сжатым воздухом, рабочие шахты заглушаются сверху бетонными пробками 49. Следует отметить, что приспособление скрепера к изменяющимся условиям работы (изменению ширины фундамента) достигается путем изменения длины штока и цилиндра при помощи вставок.
Для этой цели как шток, так и цилиндр выполняются составными.
1. Устройство для разработки грунта в опускном колодце и удаления его из колодца, состоящее из поворотной вокруг вертикальной оси скребковой рамы, шарнирно прикрепленной к центральной трубе гидроэлеватора или подобного транспортера, служащего для подъема грунта, подаваемого к трубе скребками, отличающееся тем, что скребки установлены на раме с возможностью радиального их перемещения к центральной трубе и обратно при помощи предназначенных для этого механизмов, с целью улучшения условий работы скребковой рамы и прямого сгребания грунта к трубе гидроэлеватора или подобного транспортера.
2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что скребковая рама выполнена в виде трубы 21, служащей штоком поршня 22 цилиндра 23 со скребками 24-26 для передвижения скребков вместе с этим цилиндром по трубе (штоку) 21 при помощи сжатого воздуха или напорной воды, подаваемых в правую или левую полость цилиндра 23.
3. В устройстве по п.п. 1 и 2 применение механизма для поворачивания устройства относительно вертикальной оси, состоящего из барабана 12, связанного с центральной трубой 7, и гидравлических или пневматических цилиндров 41, штоки которых связаны с гибкими тягами 43, скрепляемыми с барабаном 12.
