Портал о строительстве и ремонтных работах

Буровые работы — сооружение в земной коре вертикальных, горизонтальных или наклонных цилиндрических выработок различных диаметров и глубин. Бу­ровые выработки делаются в виде шпуров (диаметром отверстия до 75 мм и глу­бина до 6 м) и скважин (диаметром отверстия более 75 мм и глубина более 6 м) и характеризуются весьма малыми значениями соотношения диаметра и глубины. Начальную часть бурового канала называют устьем, конечную — забоем.

В строительстве бурение используется при исследовании грунтов, определе­нии уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопониже — ния грунтовых вод, при взрывных работах, устройстве свайных оснований, ис­кусственном закреплении грунтовых вод и т. п.

При выполнении буровых работ породу разрушают механическим или физи­ческим воздействием. Технологический процесс бурения складывается из опе­раций по разрушению породы, подаче ее на поверхность, обеспечению устойчи­вости стенок буровых выработок. Буровые работы, как правило, выполняют ме­ханическим способом, при помощи механизированного инструмента, станков и машин.

Механическое бурение ведут вращательным, ударным и вибрационным спосо­бами.

Вращательный способ бурения характеризуется высокой производительностью, позволяет получать скважины глубиной в несколько километров. Этот способ подразделяется на шнековое, колонковое и роторное бурение с использованием высокопроизводительных самоходных установок и станков.

При сверлении дерева или металла разрушенный материал извлекается из отверстия по специальным канавкам сверла. Такой инструмент называется шне­ком, способ бурения — шнековым. Шнековое бурение применяют для получения скважин диаметром 110—125 мм и глубиной до 30 м в мягких и мерзлых грунтах при помощи штанг в виде труб с ребордами (винтовыми наваренными полосами).

Колонковое бурение применяется при бурении скважин диаметром 45— 130 мм глубиной до 200 м. Колонковые установки имеют устройства для вращения и подъема колонок (штанг) из труб. На конечном звене труб имеется рабочая часть — колонковый снаряд с кольцевой коронкой, армированной резцами из твердых сплавов или алмазов. При бурении насосом через бурильные трубы по­дается глинистый раствор или вода. Раствор, смешиваясь с частицами разрушен­ной породы, выносится на поверхность. Кроме этого раствор охлаждает буриль­ный инструмент и укрепляет стенки скважин.

Роторное бурение используется для сооружения скважин большого диаметра (30.0—400 мм) и глубиной до 1 500 м. Роторная бурильная установка состоит из вращателя-ротора, сборной вышки и оборудования для промывки скважины. Нижний конец бурильной трубы чаше всего имеет шарошечные и лопастные до­лота, которые разрабатывают грунт. В мягких и мерзлых грунтах также исполь­зуют электрические сверлильные машины.

При ударном способе бурения разработку породы ведут сплошным забоем на полное сечение скважины глубиной до 250 м (диаметром 300—150 мм).

Ударный способ бурения подразделяется на ударно-канатный, ударно-штан­говый, ударно-вращательный. При ударно-канатном способе снаряд массой до 3 г падает с высоты более 1 м. Периодический подъем и падение бурового снаря­да с ударной штангой и долотом разрушает породу на дне скважины. Вода, зали­тая в скважину, образует с разрушаемой породой шлам, который вычерпывается полым цилиндром (желонкой). Станки канатно-ударного бурения достаточно надежные в работе, но с низкой производительностью, их нельзя использовать при бурении наклонных скважин и в случае отсутствия воды.

Ударно-штанговый способ предусматривает бурение скважины снарядом, закрепленным на штанге, а ударно-вращательный способ обеспечивает, кроме ударного, вращательное движение снаряда на штанге.

Ударно-врашательноё бурение используется для прохождения скважин и шпуров в породах различной крепости, при этом используются резцовые доло­та, армированные твердым сплавом. Этот способ прост и высокопроизводите­лен, но его применение ограничено крепостью породы (содержание скальных вложений — не более 30%, а их размеры — не более 60 мм). При бурении шпуров большое распространение получили также перфораторы ручные, которые при помощи долотов при их вращении и ударном воздействии образуют шпуры глу­биной до 3 м.

Вибрационный способ бурения заключается в обеспечении вибрационного воз­действия на грунт снаряда. Частицы грунта и жидкий раствор создают шлам, сни­жая сопротивляемость разрушения пород.

При всех механических способах бурения скважин их стенки крепят обсад­ными трубами с внутренним диаметром 50—200 мм. По мере углубления скважи­ны переходят к меньшим диаметрам обсадочных труб.

Физические способы бурения связаны с термическим и гидравлическим раз­рушением пород на дне скважин. При термическом способе бурения горные по­роды разрушаются высокотемпературным источником тепла — открытым пла­менем. Рабочий орган станка — термобур с огнеструйной горелкой, из которой со сверхзвуковой скоростью газовая струя направляется на забой. Горючей сме­сью являются керосин и газообразный кислород. Передвижные станки терми­ческого бурения обеспечивают получение скважин диаметром до 130 мм и глу­биной до 8 м. Гидравлический способ бурения используется для разработки сква­жин в легких суглинках и плывунах. При этом способе воду нагнетают в скважину через колонну труб и специальную струйную насадку. Гидромасса, образован­ная размывом грунта, под давлением воды выжимается из скважины вдоль наруж­ных стенок обсадных труб.

Разрабатываются новые способы разрушения горных пород в массивах за счет применения достаточно компактных лазеров и электронных установок с высо­кой мощностью и плотностью потока излучаемой энергии. Однако энергозатра­ты при этих способах по сравнению с буровым выше более чем в 200 раз, поэтому они могут использоваться пока только в специальных целях. Буровые работы с применением взрывчатого вещества находятся на опытно-экспериментальной стадии.

В практике буровзрывных работ для дорожного строительства в основном применяются самоходные бурильные машины небольшой массы, оборудованные манипуляторами и обладающие высокой маневренностью.

ляных работ сокращаются в 6— 10 раз.

Для бестраншейной прокладки инже­нерных коммуникаций в зависимости от местных условий и диаметра труб ис­пользуются в основном установки и оборудование, работающие по прин­ципу прокалывания, продавливания или горизонтального бурения. Дина­мическое воздействие на прокладыва­емую трубу (вибрационное, ударное, виброударное) может сочетаться с традиционным статическим воздей­ствием (статико-динамические уста­новки).

Применяются комплекты обору­дования с гидродомкратами, особен­но широко — с пневмопробойника­ми, работающими на сжатом воздухе (рис. 4.4). Они просты и надежны в эксплуатации, могут применяться в стесненных условиях и обеспечива­ют высокую скорость проходки сква­жин (до 50 м/ч).

Трубы диаметром до 325 мм, как правило, продавливают с закрытым торцом, а более 325 мм (в современ­ной практике — до 1 720 мм) — с отк­рытым торцом, извлекая грунт из трубы.

При продавливании под действи­ем прилагаемой нагрузки (статичес­кой, ударной и т. д.), труба (кожух) входит открытым концом в грунт, который удаляется из нее грунтоза­борным устройством, представляю-

2 И 9 3 14

Рис. 4.4. Пробивка скважин
пневмопробойниками: а — без расширителя;
б—с расширителем; в — забивка стальных
труб; г — протаскивание асбестоцементных
труб; 1 — приемный приямок; 2 — пневмопро-
бойник; 3 — шланг; 4 — стартовое устрой-
ство; 5— входной приямок; 6 — расширитель;
7 — скважина; 8 — наголовник; 9 — секция
труб; 10 — направляющий швеллер;

11 — хвостовик-расширитель; 12 — муфты;

13 — опорный стакан; 14 — трос

г

щим собой отрезок трубы длиной около 2 м (стакан, желонка, самоходная кап­сула) с прикрепленным пневмопробойником. Возвращают ударный узел и грун­тозаборное устройство в исходное положение лебедкой, закрепленной на направ­ляющей раме. Грунт из кожуха может также удаляться совком с тросовым приво­дом от лебедки, конвейером, вибровакуумным способом или размываться водой.

Для прокладки инженерных коммуникаций методом направленного гори­зонтального бурения используют специальную установку (буровую машину). Ее рабочий орган — ножи пропеллерного типа с центральным резцом. При помо­щи этой установки можно укладывать стальные трубы диаметром от 800 до 1 400 мм, длина проходки — до 120 м.

Для нужд коммунального хозяйства городов и промышленности, для транспор­тных целей иногда приходится строить тоннели, подземную проходку которых производят щитовым или традиционным буровзрывным (горным) способом.

Суті, щитового способа проходки заключается в том, что все работы по сооруже­нию тоннеля выполняются под защитой очень прочной металлической крепи — щита. Щит состоит из трех отсеков — рабочего (режущая часть с козырьком), опррного (домкратного) и хвостового, и представляет собой передвижной сталь­ной цилиндр (на строительстве БАМа применялся щит диаметром 8,5 и длиной около 5 м) с оболочкой, под защитой которой в головной части разрабатывается и отбирается грунт при одновременном креплении забоя. Внутри цилиндра зак­реплены горизонтальные и вертикальные перегородки, придающие ему необхо­димую жесткость. Они же служат рабочими площадками для разработки и погруз­ки породы. В задней части цилиндра по его внутренней окружности установлены мощные гидравлические домкраты, которые передвигают щит. В некоторых слу­чаях щитовая проходка контролируется и управляется дистанционно.

Механизированные щиты оснащены дисковым или роторным рабочим ор­ганом, который позволяет проходить достаточно плотные грунты и породы. Ус­тановка на роторном рабочем органе дисковых шарошек, а в самом щите камне­дробилок позволила использовать щиты для проходки прослоек твердых пород и валунов больших размеров.

Стабилизация водонасыщенных грунтов осуществляется водопонижением, замораживанием, химическим закреплением, кессонным способом и др. В на­стоящее время применяются щиты, в которых для крепления забоя используется глинистая суспензия (так называемый «бентонитовый щит»). Образующаяся при этом в призабойной камере грязевая пульпа отводится по трубам на поверхность для регенерации глинистой суспензии.

Тоннельные сборные обделки выполняются из отдельных стальных или чу­гунных сегментов (тюбингов), а также из железобетонных блоков высокой точ­ности с изоляционными пластинами, которые устанавливаются поочередно сни­зу вверх, образуя в итоге замкнутое кольцо. Тоннельные монолитные обделки прессуются из бетонных и фибробетонных смесей.

Как правило, за щитом имеется несколько передвижных платформ, на кото­рых размещаются конвейер для транспортирования грунта из щитовой зоны, устройства для перемещения блоков тоннельной обделки, гидронасосное и элек­трическое оборудование.

Разработанный грунт перемещается от забоя чаще всего конвейерами, втом числе шнековыми, а по тоннелю — вагонетками с электровозной тягой, азатем поднимается на поверхность.

Средние скорости сооружения тоннелей в странах СНГ достигают 55—63 м в месяц, в мировой практике — свыше 200 м.

При проходке тоннеля буровзрывным способом по всей площади его сечения в направлении продвижения с помощью самоходных портальных буровых рам бурятся шпуры — отверстия диаметром 40—45 мм на глубину 2—3 м. Шпуры за­ряжаются взрывчаткой. В результате взрыва горная порода разрушается на кус­ки различной величины, которые машинами грузятся в вагонетки или автоса­мосвалы и вывозятся из тоннеля. После этого на вновь образованном после взрыва участке тоннеля устанавливается временное крепление, предохраняющее выра­ботку от обрушения, и цикл работ повторяется.

После взрыва включаются мощные вентиляторы, чтобы удалить образо­вавшиеся вредные для человека газы, например оксиды углерода и азота, серни­стый газ.

На основании многолетней практики установлено, что несовпадение встреч­ных осей тоннеля не должно превышать 5 см на несколько километров трассы. На помощь здесь приходит геодезия — наука об измерениях на поверхности зем­ли. Один из ее разделов, маркшейдерия, изучает измерения при ведении под­земных работ. На поверхности земли по трассе тоннеля строится так называемая «триангуляционная цепочка», знаки которой имеют определенные координаты. Цепочка позволяет установить точное положение самых главных, припорталь — ных точек оси тоннеля. От них с помощью теодолитов или специальных лазер­ных приборов и ведут расчеты маркшейдеры.

В связи с решением комплекса задач по освоению подземного пространства городов, что вызвано крайней необходимостью экономии городских территорий и сокращения до минимума использования под застройку ценных сельскохозяй­ственных земель, а также защиты природы от загрязнения, значительно возрас­тают объемы строительства городских заглубленных сооружений. Наиболее эф­фективным при этом является метод «стена в грунте», особенно при строитель­стве в стесненных условиях.

Методом «стена в грунте» возводятся вертикально заглубленные несущие кон­струкции и противофильтрационные завесы, подпорные стенки, фундаменты, подземные сооружения и конструкции другого назначения. При устройстве не­сущих конструкций метод предусматривает укладку бетонной смеси в грунто­вые выработки (глубокие траншеи), предварительно заполненные тиксотропной жидкостью (бентонитовым глинистым раствором, препятствующим обрушению

их стенок), играющей роль крепи грунтовых стен выработки. Растворы желатель­но использовать по замкнутому циклу с рециркуляцией. Время устойчивого со­стояния стенок траншеи, заполненной глинистой суспензией, должно быть боль­ше времени, необходимого для возведения конструкции стены. При устройстве противофильтрационных завес предусматривается замещение в траншее бенто­нитового глинистого раствора цементно-глинистым раствором, асфальтобетон­ной смесыо или комовой глиной.

Этот метод позволяет исключить переброски больших масс грунта, резко со­кратить объем земляных работ за счет отсутствия откосов котлованов, выпол­нить работы в непосредственной близости от построенных зданий, упростить устройство конструкций глубокого заложения в условии интенсивного притока подземных вод, ускорить строительство и снизить его стоимость. В современной практике строительства противофильтрационных диафрагм методом «стена в грунте» уже освоены глубины до 130 м. Глубина заложения подземных зданий обычно гораздо меньше (до 20—30 м).

В период разработки метода «стена в грунте» траншеи для строительства стен под глинистым раствором вырывались буровыми установками с устройством «се­кущихся» свай. Позднее были созданы специализированные землеройные тран­шейные машины (широкозахватные грейферы, экскаваторы с плоскими грей­дерами и агрегаты с рабочими органами, «фрезерующими» забой на глубину до 50 м и др.), которые обеспечили более дешевую разработку траншей постоянной ширины. Разрабатываемую траншею заполняют глинистым раствором из сито — гидроциклонной установки.

Бетонирование стен производят захватками длиной до 6 м, между которыми устраивают поперечные перегородки, зарезаемые в борта траншеи на 50—100 мм. Армокаркасы устанавливают непосредственно перед началом бетонирования для предотвращения налипания на них глины, препятствующей сцеплению с бето­ном. Подачу бетонной смеси производят под глинистый раствор, через воронку с затвором и вертикальные составные трубы диаметром 200—300 мм.

Перед подачей первой порции бетонной смеси в трубу устанавливают пыж, предотвращающий смешивание бетонной смеси с глинистым раствором. После заполнения воронки бетонной смесью пыж освобождают от подвески и смесь начинает поступать в траншею. Не допускают полного опорожнения воронки. Поднимают бетонолитные трубы и отсоединяют верхние секции, не допуская выхода нижнего конца трубы из укладываемой бетонной смеси.

Обычно применяют литые бетонные смеси. Процесс бетонирования — непре­рывный в пределах захватки. Его окончанием считается выход бетонной смеси на поверхность захватки. При этом получаются монолитные бетонные, железо­бетонные (если применяются арматурные каркасы) или глиногрунтовые стены. Могут быть также использованы сборные элементы.

После возведения таким методом стен, из огражденного пространства разра­батывается грунт (грунтовое ядро), а затем делается днище сооружения. Устой-

чивость возведенных стен в период выборки грунта обеспечивается опорными рамами, поясами, распорками или анкерами с учетом формы сооружения в пла­не. С целью обеспечения бесперебойной выемки грунта из сооружения работы, как правило, выполняются в такой последовательности:

♦ рграждающие стены сооружения связываются поверху в единую конструк­цию монолитными железобетонными балками или омоноличиванием верха стеновых конструкций;

♦ после набора прочности верхним опорным поясом вдоль стен сооружения отрывается траншея до уровня второго яруса распорных или анкерных кон­струкций;

♦ устраиваются распорные или анкерные конструкции по ярусам по мере раз­работки ядра;

♦ выбирается грунт в центральной части сооружения на ярусе и циклы по­вторяются.

Внутренние конструкции заглубленного сооружения в пространстве, ограж­денном наружными стенками и днищем, возводятся обычными обшестро — ительными способами.

Комментарии закрыты.