1. Классификация земснарядов

Подводные земляные работы при трубопроводном строительстве выполняются как дноуглубительной техникой общего назначения (земснарядами), так и различными спецмашинами.

Земснаряды классифицируются по следующим основным признакам:

1. по способу отделения грунта от дна и его подъема над уровнем воды;

2. по способу транспортирования извлекаемого грунта от снаряда к месту отвала;

3. по средствам перемещения снаряда при грунтозаборе;

4. по способу передвижения снаряда с одного участка работ на другой;

5. по производительности;

6. по роду энергетической установки;

7. по району выполнения дноуглубительных работ.

По способу отделения грунта от дна и его подъема над уровнем воды дноуглубительные снаряды подразделяются на снаряды с гидравлическим способом отделения и подъема грунта, называемые землесосами, снаряды с механическо-гидравлическим способом отделения и подъема грунта (землесосы с механическим или механическо-гидравлическим способом разрыхления грунта), снаряды с механическим способом отделения и подъема грунта (многоковшовые и одноковшовые).

По способу транспортирования извлекаемого грунта от снаряда к месту отвала дноуглубительные снаряды подразделяются на рефулерные, трюмные, шаландовые, рефулерно-шаландовые, длиннолотковые и транспортерные.

Рефулерные снаряды транспортируют грунт по грунтопроводу к месту подводного или берегового отвала.

Трюмные снаряды транспортируют грунт к месту отвала в грунтовом трюме, который разгружается на месте свалки или через разгрузочные отверстия в днище трюма собственной грунтонасосной установкой.

Шаландовые снаряды погружают грунт в трюм шаланд, которые своим ходом или на буксире транспортируют грунт к месту отвала.

Рефулерно-шаландовые снаряды могут транспортировать грунт от снаряда рефулерным и шаландовым способом,

Длиннолотковые снаряды транспортируют грунт к месту отвала по длинному наклонному лотку, куда для улучшения перемещения грунта подается вода.

По средствам перемещения снаряда при грунтозаборе различают якорные, свайно-якорные снаряды, перемещаемые собственной гребной установкой.

Для перемещения якорные снаряды оборудуются рабочими якорями, якорными канатами и оперативными лебедками. Якорь завозят на определенное расстояние и при помощи канатов и лебедок снаряд перемещается в нужном направлении.

Свайно-якорные снаряды кроме рабочих якорей имеют также свайные аппараты.

По способу передвижения с одного участка работ на другой снаряды подразделяют на самоходные и перемещаемые буксирами.

По производительности различают снаряды малой, средней и большой производительности; по роду энергетической установки (приводящей в движение снаряд)—паровые, дизельные, дизель-электрические, дизель-гидравлические, газотурбинные и электрические дноуглубительные снаряды; по району выполнения дноуглубительных работ — снаряды морского и речного типов. Морские земснаряды отличаются от речных конструкцией корпуса и лучшей остойчивостью, позволяющей выполнять работы в условиях волнения.

2. Разработка траншей землесосными снарядами

Землесосные снаряды целесообразно применять на несвязных грунтах небольшой крупности (песках и мелком гравии): Принцип работы землесосов по извлечению грунта со дна акватории заключается в отсасывании со дна акватории смеси частиц грунта с водой, называемой пульпой. Схема землесосного снаряда показана на рис. 1. Основной рабочий орган землесоса — центробежный насос, создающий вакуум и всасывающий пульпу через грунтозаборное устройство (сосун) 1. Сосун может изменять свое положение (опускаться или подниматься) при помощи подъемного устройства. По сосуну пульпа поступает в грунтовый насос 3, который подает ее в напорный грунтопровод 4. Глубина всасывания современных землесосных установок изменяется от 2—3 до 40—50 м, а производительность — 80—3000 м³/ч. Сосуды закрываются решеткой для предотвращения попадания больших камней либо длинных предметов, которые могут повредить рабочее колесо центробежного насоса. Современные землесосные снаряды имеют специальные гидравлические, механические и комбинированные устройства для разрыхления грунта. Для разработки плотных несвязных и связных грунтов конструкции всасывающих устройств оснащаются механическими разрыхлителями грунта — фрезерными и роторно-ковшовыми.

Рис. 1. Принципиальная схема землесосного снаряда: 1 — грунтозаборное устройство; 2 — всасывающий трубопровод; 3 — грунтовый насос; 4 — напорный грунтопровод; 5 — устройство для рабочих перемещений; 6 — корпус

Для легкоразмываемых грунтов целесообразно использовать гидравлические разрыхлители, которые обеспечивают подачу в сосун пульпы с более высоким содержанием грунта.

Гидравлические разрыхлители делятся на три типа: размывающие грунт, размывающие и подгоняющие грунт к сосуну и гидродиффузионные.

Наиболее эффективны разрыхлители гидродиффузионного действия, они обеспечивают консистенцию пульпы до 30—40%.

К комбинированным рыхлителям относятся фрезерно-гидравлические. Эти рыхлители значительно повышают производительность землесосов и расширяют область их применения. Фрезерно-гидравлический рыхлитель состоит из фрезы и системы гидравлических насадок, одна из которых (лобовая насадка) предназначена для разрыхления грунта в передней части забоя, а остальные насадки находятся на ножах фрезы и предназначены для смыва грунта с ножей фрезы, разрыхления и подгонки его к сосуну.

С увеличением глубины разработки подводного грунта производительность землесосных снарядов значительно сокращается. Повышение производительности землесосных снарядов достигается применением эжектирующих устройств на всасывающей линии землесоса.

Для разработки подводных траншей можно использовать землесосы-эрлифты.

Принцип действия эрлифта основан на том, что сжатый воздух, поступая через форсунку в нижний конец трубы, опущенной в воду, смешивается с водой и образует водно-воздушную смесь, плотность которой ниже плотности окружающей воды. Вследствие разности плотностей и давления воды водно-воздушная смесь поднимается вверх. Если нижний конец трубы соединить с грунтоприемником и приблизить к грунту, то вместе с водой начинает поступать в трубу и грунт. У эрлифт- ного землесоса с увеличением диаметра грунтопровода и глубины извлечения грунта повышается производительность. Основное преимущество эрлифта — возможность извлечения грунта с больших глубин.

ТЗР-12М—траншейный земснаряд разборный, корпус его состоит из трех понтонов, соединенных между собой сваркой. Для перевозки земснаряда автомобильным и железнодорожным транспортом его корпус разделяют газорезкой на отдельные понтоны. Всасывание и эвакуация разрабатываемого грунта осуществляются насосом 80МП 500-19. Земснаряд оборудован рыхлителем РЭМ-1 в водонепроницаемой капсуле с электроприводом мощностью 55 кВт, установленным на конце грунтозаборной рамы. Питание электроэнергией осуществляется от дизель-генератора ДГР 100/750. Для перемещения земснаряда во время работы установлены четыре папильонажные и две становые лебедки. Земснаряд обслуживает экипаж из трех человек.

Траншейный земснаряд ТЗР-151 предназначен для разработки траншей в грунтах I—IV категорий. Представляет собой стальное, несамоходное, однопалубное полукатамаранного типа судно. Всасывание и эвакуация разрабатываемого грунта осуществляется грунтовым насосом 80МП 500-19. Разрыхляется грунт гидравлическим или погружным электроприводным механическим рыхлителем с фрезой, которые в зависимости от вида грунта могут монтироваться на конце грунтозаборной рамы. Мощность привода каждого рыхлителя 55 кВт. Поднимается и опускается грунтозаборная рама при помощи рамо- подъемного устройства с лебедкой, имеющей тяговое усилие 7 тс и две скорости. Конструкция земснаряда предусматривает возможность его разделения на транспортабельные блоки и части для перевозки по железной дороге.

Траншейный земснаряд ТЗР-251 предназначен для разработки траншей в грунтах I—IV категорий. Представляет собой стальное, несамоходное, однопалубное полукатамаранного типа судно. Всасывание и эвакуация разрабатываемого грунта осуществляется грунтовым насосом 100МП-350. Разрыхляется грунт погружным электроприводным механическим рыхлителем с приводом мощностью 75 кВт. Рыхлитель смонтирован на конце грунтозаборной рамы, которая поднимается и опускается при помощи подъемного устройства с лебедкой, имеющей тяговое усилие 10 тс и две скорости. Для перемещений земснаряда установлены четыре папильонажные и две становые лебедки с плавным регулированием скорости выбирания каната. Питание электроэнергией всех потребителей в рабочих режимах земснаряда осуществляется от двух дизель-генераторов ДГР 150/750 мощностью по 150 кВт каждый.

3. Разработка траншей ковшовыми снарядами

Ковшовые снаряды основаны на механическом способе отделения и подъема грунта. По конструкции они разделяются на одноковшовые, разрабатывающие грунт одним ковшом, и многоковшовые, разрабатывающие грунт ковшами, насаженными на бесконечную ковшовую цепь.

Многоковшовые снаряды целесообразно применять в основном на тяжелых грунтах V—VII категорий или на засоренных грунтах.

Для разработки подводных траншей в тяжелых грунтах применяются одноковшовые грейферные и штанговые снаряды.

Грейферным называется дноуглубительный снаряд, извлекающий грунт со дна водоема грейферным краном. Грейферный снаряд при разработке грунта перемещается при помощи рабочих якорей, канатов и лебедок. Грейферный кран отделяет грунт от дна водоема, поднимает из воды н грузит его в свой грунтовый трюм или в шаланду, отвозящую груз, или укладывает грунт в отвал. В отличие от других земснарядов грейферные могут использоваться для разработки грунтов: легких, средних, тяжелых, с включениями валунов, камней, топляков. Для этого грейферные краны комплектуют грейферами (ковшами) различного типа. Легкие и средние грунты разрабатывают двухчелюстными грейферами, подорванный скальный грунт — многочелюстными, валуны и другие одиночные предметы — решетчатыми грейферами.

Наибольшее распространение получили грейферы объемом 1—2,5 м³, имеются грейферы объемом до 13 м³. Глубина разработки грунта изменяется в широких пределах. Большинство грейферных кранов имеет глубину черпания до 15—21 м.

Штанговые снаряды применяются в случаях, когда для извлечения грунта требуются большие режущие усилия. Штанговый снаряд для извлечения грунта имеет одноковшовый экскаватор, оборудованный прямой лопатой. Экскаватор режет грунт ковшом, поднимает его со дна и разгружает в шаланду или в отвал. Во время забора грунта горизонтальная составляющая реакции грунта через экскаватор передается корпусу судна и стремится сместить его в сторону, противоположную движению ковша. Это усилие достигает большой величины, поэтому, чтобы снаряд не смещался, его закрепляют при помощи трех-четырех свай. При трех сваях две — закольные устанавливают в носовой части снаряда (у экскаватора), а одну — упорную — в кормовой. При четырех сваях по две устанавливают в носовой и кормовой частях. Носовые сваи погружают в грунт вертикально, а кормовые — с некоторым наклоном для лучшего восприятия горизонтального усилия. После разработки грунта у места стоянки снаряд перемещается на новый участок. Для этого ковш заносят вперед и опускают на дно, затем поднимают сваи лебедками и корпус снаряда подтягивают или разворачивают. Штанговые снаряды различаются по производительности, глубине черпания, объему ковша, вылету стрелы и высоте подъема ковша над водой. Производительность штанговых снарядов в основном составляет 100—200 м³/ч, а у мощных снарядов может достигать 600 м³/ч.

Максимальная глубина черпания обычно не превышает 20 м. Объем ковша штанговых снарядов изменяется в пределах 0,3—15 м³. Штанговые снаряды имеют сменные ковши для разработки тяжелых и относительно легких грунтов.