Ударный способ бурения

При ударном способе бурения разработку ведут сплошным забоем на полное сечение скважин глубиной до 250 м. Сплошной забой применяют при бурении скважин для водоснабжения, детальной разведки каменных материалов, инженерно-геологических исследований, при замораживании грунта, устройстве набивных свай и т. п.

Ударный способ бурения подразделяют на ударно-канатный,ударно-штанговый и ударно-вращательный.

Вибрационный способ бурения.

Вибрационным способом бурят шпуры и скважины (диаметром до 125 мм и глубиной до 25 м) в мягких грунтах.

При вибрационном способе бурения грунт под действием вибрирующего снаряда выделяет связную жидкость, а частицы грунта в зоне контакта с вибрирующими наконечниками переходят в подвижное состояние. При этом резко снижается сопротивляемость грунта сдвигу и буровой инструмент внедряется в породу. Методы образования каналов вибрационным бурением идентичны вибропогружению свай и шпунта.

Физические способы бурения

К основным физическим способам бурения относятся термический и гидравличе-

ский.

При термическом способе бурения горные породы разрушаются высокотемпературным источником тепла — открытым пламенем. Рабочим органом станка термического бурения является термобур с огнеструйной горелкой, из которой со сверхзвуковой скоростью направляется на забой скважины газовая струя с высокой температурой.

Гидравлический способ бурения используют для разработки скважин в легких суглинках и плывунах. При этом способе воду нагнетают в скважину через колонну труб и специальную стройную насадку, прикрепленную к нижней части колонны. Вода размывает забой, и трубы погружаются в грунт.

Разработка грунта бестраншейными методами. Способы прокола, продавливания и горизонтального бурения

Бестраншейный метод предусматривает устройство подземных выработок непосредственно в фунте, т. е. без его вскрытия. Бестраншейный метод реализуется в основном способами прокола, продавливания и горизонтального бурения.

Прокол —образование отверстий за счет радиального уплотнения грунта при вдавливании в него трубы с коническим наконечником, приваренным к ее торцу (рис. 5.16, а). Установка состоит из гидравлического домкрата с ходом поршня 150 мм, шомпола, вставленного в трубу, который передает усилие домкрата на трубу через штырь. После включения домкрата труба перемещается в грунте на длину штока, затем домкрат возвращается в исходное Положение, вместе с ним перемешается шомпол, жестко соединенный со штоком домкрата. Переставляют металлический штырь в бедующее отверстие шомпола, включается домкрат, труба вдавливается в фунт снова на 150 мм. По окончании вдавливания Первого звена трубы на полную длину приваривают новое звено и Процесс повторяется.Метод допускает прокалывание в хорошо сжимаемых фунтах отверстия для труб диаметром 100...400 мм на глубине более 3 м

при длине проходки до 60 м. В малосжимаемых грунтах (песок, супесь) для обеспечения устойчивости стенок дополнительно к горизонтальному усилию необходимо применять поперечное и вибрационное воздействие, что позволяет получать отверстия диаметром до 300 мм. Производительность проходки 1,5...2м/ч.

Продавливание применяют для прокладки стальных труб диаметром 500-1800 мм и длиной до 80м. Установка состоит из из рамы с одним или несколькими домкратами, которые передают усилия на конец трубы. Другой конец трубы снабжен ножевым кольцом большого диаметра для уменьшения сопротивления грунта. Для упора домкратов служит стенка, состоящая из двух рядов брусьев. После возвратного движения штока домкрата между нажимным фланцем и торцом трубы устанавливают нажимной патрубок, равный длине штока домкрата, и повторяют цикл продавливания. Для следующего цикла применяют патрубки двойной длины. Далее к трубе приваривают очередное звено. Грунт удаляют вручную шнеками, размывают водой. Трубы используют часто как футляры для размещения в них основных трубопроводов. Скорость проходки не превышает 3 м в смену.

Бурение применяют для прокладки в глинистых грунтах трубопроводов диаметром 800... 1000 мм на длину 80... 100 м. Конец трубы снабжают режущей коронкой увеличенного диаметра, труба приводится во вращение от мотора, установленного на бровке котлована. Поступательное движение трубы обеспечивается реечным домкратом с упором в заднюю стенку котлована. Удаление грунта, заполняющего трубу изнутри, может производиться, как в предыдущем случае Производительность проходки 4... 5 м/ч.

Щитовая проходка

Щитовой называется такая подземная проходка, при которой разработка грунта и устройство стенок туннеля осуществляются под защитой цилиндрической оболочки щита

Способ щитовой проходки экономически целесообразен при глубине заложения коллектора более 6 м, длине проходки более 50 м и при необходимости устройства кожуха диаметром более 1400 мм.

Производство работ способом щитовой проходки возможно в любых грунтах кроме скальных. Весь процесс создания каналов для подземных сетей состоит из подготовительных работ, производства самой щитовой проходки и отделочных работ.

Подготовительные работы состоят из проходки стволов монтажной и демонтажной шахт, устройства подсобных помеще­ний, опускания щита в шахту и ввода его в забой, электрообору­дования, устройства водопровода, оборудования шахты подъёмны­ми устройствами.

Щитовая проходка состоит из следующих основных этапов:

Щитовая проходка состоит из следующих основных этапов:

– разработка забоя;

– передвижение щита;

– сборка блочного кольца первичной обделки;

– нагнетание цементного раствора за блочную обделку;

– футеровка тоннеля, т.е. создание защитного покрытия.

Проходку с помощью щита, осуществляют в такой последова­тельности. Введённый в забой щит вдавливается в грунт в горизонтальном направлении (по оси проходки) с помощью домкратов.

При вдавливании грунт входит в режущую его часть, имеющую форму цилиндрического клина. Вдавленный внутрь щита грунт разрабатывают ручным или механизированным способом и грузят на тележки, которые откатываются по туннелю. В передней части щит имеет выступающий вперёд козырёк, который служит для предупреждения выпадения грунта внутрь щита (при слабых грунтах). После того, как вдавленный в щит грунт будет полностью разработан и удалён, щит вновь продвигается вперёд.Продвижение щита вперёд с внедрением его режущей части в грунт осуществляется с помощью гидравлических домкратов, расположенных по периметру щита. Упором для домкратов служит блочная обделка выработки. После продвижения щита вперёд и выборки грунта в хвостовой части щита по его периметру укладывают блоки обделки под защитой хвостовой оболочки щита.

Разработка грунта в зимних условиях:предохранение грунта от промерзания, разработка мерзлого грунта с предварительным рыхлением и без него (блочным и механическим методами).Тепловое и химическое оттаивание мерзлого грунта

1. Предохранение грунта от промерзания осуществляют рыхлением поверхностных слоев, укрытием поверхности различными утеплителями, пропиткой фунта солевыми растворами. Рыхление грунта вспахиванием и боронованием производят на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. В результате верхний слой грунта приобретает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, которая обладает Достаточными термоизоляционными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20...35 см с последующим боронованием на глубину 15... 20 см в одном направлении (или в перекрестных направлениях), что повышает термоизоляционный эффект на 18... 30%.

Укрытие поверхности грунта выполняют термоизоляционными Материалами, желательно из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20...40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление грунта применяют в основном для небольших по площади выемок.

2.Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землеройными или землеройнотранспортными машинами осуществляет механическим или взрывным методом. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе слоя мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием.

Статическое воздействие основано на воздействии непрерывного режущего усилия в мерзлом грунте специальным рабочим органом — зубом. Для этого применяют специальное оборудование, у которого непрерывное режущее усилие зуба создается за счет тягового усилия трактора-тягача (рис. 5.30, а). Машины этого типа производят послойную проходку мерзлого грунта, обеспечивая за каждую проходку глубину рыхления порядка 0,3...0,4 м. Рыхлят грунт параллельными (примерно через 0,5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60... 90° к предыдущим. Производительность рыхлителя 15...20 и3/ч. В качестве статических рыхлителей применяют гидравлические экскаваторы с рабочим органом —зубом-рыхлителем (рис. 5.30, б).

Возможность послойной разработки мерзлого грунта делает статические рыхлители применимыми независимо от глубины промерзания.

Динамическое воздействие основано на создании ударных нагрузок на открытой поверхности мерзлого грунта. Этим способом грунт разрушают молотами свободного падения (рыхление раскалыванием) либо молотами направленного действия (рыхление сколом). Молот свободного падения может иметь форму шара или клина (рис. 5.31, а) массой до 5 т, подвешиваемого на канате к стреле экскаватора и сбрасываемого с высоты 5... 8 м. Шары рекомендуют применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, а клинья — глинистых (при глубине промерзания 0,5...0,7 м).

В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты, используемые в качестве навесного оборудования к экскаватору (рис. 5.31, б) или трактору. Дизель-молоты позволяют разрушать грунт на глубину до 1,3 м.

Рыхление взрывом эффективно при глубинах промерзания 0,4- 1,5 м и более и при значительных объемах разработки мерзлого грунта. Его применяют преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных ограниченно — с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных плит). При рыхлении на глубину до 1,5 м применяют шпуровой и щелевой методы, а при больших глубинах — скважинный или щелевой. Щели на расстоянии 0,9... 1,2 м (рис. 5.32, а) одна от другой. При взрывании мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи (рис. 5.41, б).

3. Непосредственная разработка мерзлого грунта(без предварительного рыхления) ведется двумя способами блочным и механическим.

Блочный метод основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью разрезки его на блоки, которые затем удаляют экскаватором, строительным краном или трактором (рис. 5.33). Разрезку на блоки выполняют по взаимно перпендикулярным направлениям. При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные прорезы. Глубина прорезаемых в мерзлом слое щелей должна составлять примерно 80% от глубины промерзания, так как ослабленный слой на границе мерзлой и талой зон не является препятствием для отрыва блоков от массива. Расстояние между нарезанными щелями зависит от размеров кромки ковша экскаватора (размеры блоков должны быть на 10... 15% меньше ширины зева ковша экскаватора). Для отгрузки блоков применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,5 м3 и выше, оборудованные преимущественно обратной лопатой, так как выгрузка блоков из ковша прямой лопатой сильно затруднена.

Механический метод основан на силовом (иногда в сочетании с ударным или вибрационным) воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется применением как обычных землеройных и землеройно-транспортных машин, так и машин, оборудованных специальными рабочими органами.

4. Оттаивание мерзлого грунта осуществляют тепловыми способами характеризующимися значительной трудоемкостью и энергоемкостью. Поэтому тепловые способы применяют только в тех случаях, когда другие эффективные методы недопустимы или неприемлемы, а именно: вблизи действующих подземных коммуникаций и кабелей; ПРИ необходимости оттаивания промерзшего снования; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных условиях (особенно в условиях технического перевооружения и реконструкции предприятий).

Огневой способ применяют для отрывки зимой небольших траншей. Для этого экономично использовать звеньевой агрегат (рис. 5 35), состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем талого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а дальнейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты.

Способ электропрогреваоснован на пропуске тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды.

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства—паровые иглы, представляющие собой металлическую трубу длиной до 2м, диаметром25...50мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2- Змм Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы.

Оттаивание грунта электронагревателями: Оттаивание электронагревателями основано на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50... 60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот — мерзлому грунту.

Оттаивание хими­ческим способом предусматривает введение в грунт раствора хлористого натрия, под действием которого в порах мерзлого грунта растворяются кри­сталлы льда.