МЕХАНИЗИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА ГРУНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МНОГОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Многоковшовые экскаваторы применяют в железнодорожном строительстве с целью нарезки траншей для различных линейных подземных коммуникации и инженерных сетей станционных поселков и площадок, а также водоотводных и дренажных систем в выемках и на других объектах земляного полотна, устройства канав, кюветов (при дополнительном оборудовании экскаватора), котлованов, например для опор контактной сети, и выполнения земляных работ весьма большого объема на сосредоточенных объектах.

На работах большого объема, например при разработке траншеи для различных линейных устройств, имеющих протяженность перегонов, линии водоснабжения, канализации, газификации, теплоснабжения, применяют роторные траншейные экскаваторы, отличающиеся большей надежностью. На менее крупных работах, а также в пределах населенных пунктов при прокладке тех же коммуникаций рациональнее использовать более легкие и транспортабельные цепные многоковшовые экскаваторы. Траншеи малого сечения, например, для кабелей связи, нарезают легкими многоковшовыми рабочими органами, монтируемыми на дрезинах.

Глубина траншеи определяется проектом в зависимости от характера укладываемых в нее элементов, ширина зависит от размеров ковшей. Легкими экскаваторами нарезают траншеи шириной от 0,25 до 0,4 м; обычная ширина траншей порядка 0,7…1 м. Тяжелые траншейные экскаваторы разрабатывают траншеи шириной до 1,8…2 м, предназначаемые для укладки трубопроводов. При необходимости к рабочему оборудованию добавляют уширители, позволяющие увеличить размер траншеи, или откосники, придающие траншее трапецеидальную форму канавы или кювета. Трапецеидальный поперечник траншеи разрабатывают также цепными откосообразователями, которые монтируют на экскаваторе. Канавокопатели на базе цепного многоковшового экскаватора ЭТУ-354 применяют для нарезки различных канав и кюветов в выемках. В условиях перегона траншеи обычно отрывают на время монтажа того или иного подземного устройства, а затем их засыпают. Такие случаи часто встречаются и при прокладке инженерных сетей в поселках и на территориях станции. При этом вынутый грунт остается на обрезе борта и экскаватор работает навымет с наивысшей производительностью (рис. 4.13, а).

Рис. 4.13. Схемы разработки траншей экскаваторами:

а – многоковшовым цепным экскаватором с отвалом грунта на берму; б – траншеи для подкюветного дренажа в выемке

Засыпают траншеи бульдозерами, реже обратными лопатами и другими экскаваторами. Однако нередко многоковшовые экскаваторы работают с погрузкой грунта в транспортные средства. При этом производительность тоже может быть достаточно высокой, но только при четкой работе транспорта. Если в работе транспорта допускаются перебои, простои экскаватора уменьшают влияние основного преимущества многоковшовых машин – возможный высокий удельный вес времени, затрачиваемого на копание. Он может достигать 90…93% всего рабочего времени. У одноковшовых экскаваторов этот показатель составляет всего 25…35%. Дренажи требуют обычно довольно глубоких траншей, так как водопроводящую систему располагают ниже глубины промерзания, чтобы ее работа не зависела от сезонных колебаний температуры на поверхности. Экскаватор, роющий траншею, должен при этом работать навымет, так как после укладки труб, фильтрующего материала, водонепроницаемого экрана и других частей дренажной системы траншею засыпают обратно с тщательным уплотнением. Следовательно, дренажные траншеи в выемках, если они предусмотрены проектом, требуется нарезать до окончательной разработки поперечника по проектному профилю, т. е. до планировки откосов основной площадки и нарезки кюветов. Это к тому же создает лучшие условия для размещения экскаватора, которому может мешать откос выемки (рис. 4.13, б). Смещение машины в сторону откоса может быть достигнуто увеличением толщины слоя недобора по дну выемки.

В настоящее время механизированы не только земляные работы, но и весьма трудоемкая укладка частей дренажного водовода. Для этой цели промышленность выпускает экскаваторы-дреноукладчики (ЭТУ-163, ЭТУ-202). В них цепной многоковшовый рабочий орган дополнен плужным трубоукладчиком, под защитой распорных стенок которого укладывают керамические или пластмассовые трубы. Предусмотрена также возможность настилки фильтрующего материала на дно траншеи (под трубы) и поверх труб. Экскаватор-дреноукладчик может строго выдержать определенный уклон дна траншеи, для чего предварительно натягивают точно копирующую уклон направляющую проволоку – копирную струну. Ширина траншеи, разрабатываемой экскаватором ЭТУ-163 - 0,25 м, экскаватором ЭТУ-202 - 0,5 м. Кюветы в выемках в отличие от дренажных траншей нарезают после того, как спланированы с требуемой точностью откосы и основная площадка. В противном случае, кюветы при последующих земляных работах могут быть засорены и потребуется их прочистка, которую во избежание порчи нарезанных кюветов обычно приходится выполнять вручную.

Рис. 4.14. Разработка кювета выемки кюветокопателем

Экскаватор с откосообразователями пропускают в непосредственной близости от откоса, кювет разрабатывают за один проход экскаватора (рис. 4.14). Грунт при этом должен быть вывезен из выемки, поэтому кюветокопатель ведет разгрузку в автомобили-самосвалы и прекращает работу, когда транспорт отсутствует.

Для устройства котлованов под опоры контактной сети и их фундаменты применяют специальные многоковшовые экскаваторы, у которых копающий орган – цепной бар – перемещается по направляющим вертикально и при этом делает выработку в грунте земляного полотна нужной глубины и сравнительно малого сечения.

Котлованокопатели выпускают на рельсовом ходу. В них стрела многоковшового копающего органа смонтирована на дрезине (рис. 4.15, а), а также на безрельсовом ходу (обычно на тракторе, рис. 4.15, б). Тракторный котлованокопатель работает «с поля», не занимая действующего пути, в чем и состоит его основное преимущество. Но для обеспечения безопасности движения и в этом случае следует помнить о возможном влиянии производства работ на условия пропуска поездов.

Рис. 4.15. Разработка котлована:

а – многоковшовым котлованокопателем (с пути); б – машиной МКТС на тракторном ходу (с поля); 1 – насыпь; 2 – верхнее строение пути; 3 – дрезина; 4 – поворотная форма или платформа с выдвижной стрелой; 5 – кабина управления; 6 – направляющая рама; 7 – многоковшовый бар; 8 – падающая стойка; 9 – тяга; 10 – стрела; 11 – линия габарита приближения строений

Особое внимание обращают на состояние земляного полотна, в котором после устройства котлованов могут развиваться нежелательные деформационные процессы. Появление деформаций требует принятия немедленных мер по обеспечению устойчивости земляного полотна и безопасности движения поездов.

Для производства большого объема земляных работ на сосредоточенных объектах наиболее рационально применять роторно-стреловые экскаваторы. Строительные экскаваторы этого типа много меньше гигантских вскрышных и добычных роторных экскаваторов, но сравнительно с обычными одноковшовыми экскаваторами — это весьма крупные ма­шины. Так, роторно-стреловой экскаватор ЭР-1001 имеет длину в транспортном поло­жении 28 м, массу 78 т, ширина его гусеничного хода около 5 м.

Роторно-стреловые экскаваторы обычно монтируют вблизи от места работ, перевозка их в собранном виде сопряжена с большими трудностями, поэтому их используют при длительной работе в одном забое. Самые легкие экскаваторы ЭР-0251 применяют при объеме грунта на объекте не менее 20 тыс. м³; экскаваторы ЭР-1001 – при объеме грунта более 80…100 тыс. м³. Роторно-стреловые экскаваторы используют при сооружении очень больших котлованов и вые­мок, а также в карьерах, на крупных складах насыпных материалов и т. д.

Роторно-стреловыми экскаваторами современных конструкций разрабаты­вают грунты I-III групп трудности при наличии некрупных каменистых вклю­чений. В зависимости от типоразмера эти экскаваторы обеспечивают высоту копания до 5…7,5 м, наибольший радиус копания до 8…11,5 м, радиус выгруз­ки до 12…16 м. Экскаваторы способны вести копание и ниже уровня стоянки на глубину до 2…3,5 м. Роторная стрела поворачивается в плане на 90°, при этом ротор может срезать либо горизонтальную, либо вертикальную стружку.

Копание горизонтальной стружкой производится по дуге движения ротора на постоянной высоте. После одного прохода контура высота уменьшается на толщину стружки, затем осуществляют второй проход. Таким образом, экска­ватор отрабатывает забой сверху вниз с одной стоянки, пока не снимет по всей забойной стенке слой толщиной около 2/3 диаметра ротора (рис. 4.16, а). За­тем экскаватор перемещают на толщину слоя при стреле, поднятой в верхнее положение, и начинают отработку очередного слоя.

Когда ведется копание вертикальной многорядной стружкой, ротор углуб­ляется в массив на данной высоте за счет передвижки экскаватора на толщину стружки (рис. 4.16, б). Затем экскаватор отводят назад, стрелу опускают на 2/3 диаметра ротора и выполняют очередное врезание в массив грунта. Этот способ требует более значительных затрат времени на передвижки, поэтому про­изводительность экскаватора снижается. Однако его применяют в забоях боль­шой высоты (если стрелу не удается поднять над кромкой стенки) в случаях, когда по условию устойчивости грунта необходимо обеспечить достаточно поло­гий уклон забойной стенки, а также при проходке сравнительно узких траншей. Кроме того, копание вертикальной стружкой самого нижнего уступа позво­ляет выдержать уровень дна забоя и избежать образования гребешков, кото­рые появляются при копании горизонтальной стружкой и требуют самостоя­тельного удаления.

Рис. 4.16. Схемы работы роторно-стрелового экскаватора:

а – копание в забое горизонтальной стружкой; б – то же вертикальной стружкой; в – разработка верхнего яруса выемки

Следует отметить, что при использовании роторно-стреловых экскаваторов особенно важна бесперебойная работа транспорта, вывозящего вынутый грунт. Автомобили должны становиться под погрузку непрерывно, один рядом с дру­гим, а при больших экскаваторах – даже по три. Это требует достаточного места для выполнения маневров разворота в одном уровне со стоянкой экска­ватора. Первая проходка роторно-стрелового экскаватора должна обеспечивать ширину понизу не менее 12…14 м в зависимости от типа автомобилей-само­свалов. Поэтому роторными экскаваторами нельзя разрабатывать на полную высоту однопутные железнодорожные выемки, имеющие ширину понизу при черновой разработке около 10 м. Они применимы в случае использования та­ких выемок, как карьеров (что достигается необходимым уширением профиля при отработке верхних ярусов), при разработке глубоких выемок в верхней части (см. рис. 4.16, в), а также при устройстве выемок сразу под два пути.