МОБИЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОПОР В ГРУНТАХ

Изобретение относится к технологии сооружения опорных конструкций в грунтах и предназначено для образования отдельных опор и кустовых опорных оснований, свайных ростверков и фундаментов.
В настоящее время известны принципиальные направления развития данной технологии и технических средств, из которых наиболее представительной и наиболее близкой, по мнению заявителя, является мобильный технический комплекс для образования опор в грунтах, содержащий транспортное средство с платформой и энергетическим агрегатом, бурильное оборудование, смонтированное на платформе /1/.
Обладая определенными техническими преимуществами перед другими аналогами, в частности, наличия операций образования выработки под опору и сооружение опорной конструкции, этот технический комплекс имеет существенные и очевидные недостатки, заключающиеся в том, что все процессы, от образования выработки, отдельных операций по образованию этой выработки; процессы закрепления ее стенок, отслеживания состояния в полости выработки, ее укрепления и образования опорной конструкции выполняют отдельными техническими средствами, что вызывает необходимость оснащения строительной площадки несколькими разнотипными по конструкции, по энергообеспечению по принципу работы рабочими агрегатами и установками, а это требует наличия нескольких обслуживающих бригад, звеньев и приводит, в конечном счете, к более высоким, по отношению к нормативным, затратам на весь процесс с одновременным снижением производительности выполняемых операций и всего процесса образования опор.
Технической задачей и техническим результатом данного изобретения является увеличение производительности технического комплекса для образования опор в грунтах и повышение эффективности этого процесса за счет мобильности процесса и установки и
преобразование каждой предыдущей операции процесса в последующие операции в едином непрерывном процессе технологии образования опоры.
Этот технический результат и указанный эффект в изобретении достигают за счет того, что мобильный технический комплекс для образования опор в грунтах, содержащий транспортное средство с платформой и энергетическим агрегатом, бурильное оборудование, смонтированное на платформе, снабжен пневмонапорной установкой высокого давления, соединенной с аккумулятором газа высокого давления, аккумулятором газа среднего давления и рабочим аккумулятором газа, также снабжен тросовой лебедкой и мачтой, имеющей приводы ее ориентирования в горизонтальном и вертикальном направлениях, на мачте установлено бурильное оборудование с возможностью его перемещения вдоль мачты посредством указанной лебедки, и - с возможностью отдаления от мачты за счет включения рабочего органа, которым снабжено бурильное оборудование, выполненное в виде удлиненного пустотелого цилиндра, оснащенного на одном конце рабочим органом, имеющим рабочие элементы, закрепленные с возможностью разворота в стороны относительно оси выработки за счет установки их посредством полых шаровых шарниров, а также имеющих рабочие сопла, ориентированные на корпусе рабочего органа и на рабочих элементах по нормали и под углами к забою и к стенкам выработки, рабочий орган закреплен на корпусе пустотелого цилиндра с возможностью вращения вокруг продольной оси бурильного оборудования посредством подшипникового узла и - с возможностью наклона относительно продольной оси посредством шарового узла соединения и привода, закрепленного эксцентрично по отношению к продольной оси бурильного оборудования, мачта оснащена телескопической трубой, погружаемой вдоль стенки выработки. проходимой рабочим органом, верхний торец телескопической трубы имеет раструб для подачи в полость трубы и выработки бетонной смеси, этот верхний торец трубы соединен с тяговой лебедкой и временно соединен, с помощью захвата, с рабочим органом для извлечения телескопической трубы за счет приложения к ней
подъемного усилия от лебедки и вибрационного воздействия от рабочего органа бурильного оборудования, полость которого соединена гибкой магистралью с рабочим аккумулятором газа, соединенного посредством редуктора с указанными аккумуляторами газа среднего и высокого давлений комплекса.
При этом рабочий аккумулятор газа оснащен нагревательным элементом, а также - охлаждающим элементом, размещенными в его полости, а наружная стенка рабочего аккумулятора имеет термозащитную оболочку.
Рабочие элементы комплекса оснащены соплами, ориентированными к корпусу рабочего органа, к стенке выработки и по касательной к корпусу органа.
Часть рабочих сопел рабочего органа имеет секторные затворы для регулирования их сечения.
Рабочий орган и рабочие элементы имеют часть сопел с выработкой, полость которой соединена с сечением сопла.
Такое принципиальное конструктивное выполнение технического комплекса существенно повышает тактико-технические характеристики этого устройства» увеличивает производительность по полезной работе во всех операциях, а также повышает эффективность процесса образования опор и опорных оснований в различных грунтах.
Описываемый технический комплекс для образования опор в грунтах раскрывается более полно описанием его конструкции со ссылкой на графические материалы где: на фиг.1 приведена блок-схема основных агрегатов и узлов комплекса и их взаимосвязь;
на фиг.2 показан общий вид бурильного оборудования;
на фиг.3 узел для оборудования стенок выработки по опору;
на фиг.4 показан рабочий аккумулятор газа;
на фиг.5 показана конструкция узла перекрытия сопла;
на фиг.6 - конструкция сопла рабочего органа.
Технический комплекс для образования опор в грунтах содержит транспортное средство 1 с платформой, на которой размещен энергетитический агрегат 2, а также бурильное оборудование 3, смонтированное на ней своими основными блоками и узлоами, в которые входит пневмонапорная установка 4 - аккумулятор высокого давления (на 300-450 ати и выше). Эта установка 4 соединена функционально магистралями с
аккумулятором газа 5 высокого давления, который соединен с аккумулятором газа 6 среднего давления, соединенного, в свою очередь, с аккумулятором газа 7, являющимся рабочим аккумулятором. При этом давление газа в аккумуляторе 5 равно давлению в подающей установке 4, а в аккумуляторе 6 давление ступенчато понижено (около 200 ати). давление же в рабочем аккумуляторе выбирают по условиям разрушения проходимого выработкой грунта (в пределах 50-20 ати).
На платформе также размещена лебедка 8 с тросо-блочной системой, предназначенной для обслуживания мачты 9, закрепленной на платформе и имеющей, за счет тросо-блочной системы лебедки, приводы ее ориентирования в горизонтальном и вертикальном направлениях.
На мачте 9 установлено мобильно - с возможностью перемещения вдоль мачты, бурильное оборудование 3; перемещение бурильного оборудования осуществляется посредством лебедки 8 с ее тросо-блочным механизмом. Бурильное оборудование (фиг.2) имеет возможность перемещения вдоль мачты и отдаления от нее, относительно ее оси, за счет включения в работу рабочего органа 10, которым снабжено рабочее оборудование комплекса, т.е. бурильное оборудование.
Бурильное оборудование выполнено в виде пустотелого цилиндра 11, оснащенного на одном (нижнем - фиг.2) конце рабочим органом, имеющим рабочие элементы 12, которые закреплены на корпусе оборудования 11 с помощью полых шаровых шарниров 13, обеспечивающих возможность их разворота в стороны относительно оси проходимой выработки, совпадающей с осью оборудования 11. Орган 10 снабжен также рабочими соплами 14, ориентированными на корпусе рабочего органа и на рабочих элементах по нормали и под углами к забою и к поверхности стенки выработки. Рабочий орган 10 и бурильное оборудование 11 закреплены с возможностью вращения вокруг продольной оси бурильного оборудования посредством установленного в структуре мачты подшипникового узла 15, а также - с возможностью наклона его относительно продольной оси, это выполнено посредством шаровидного
узла 16 соединяющего подшипник 15 с конструкцией мачты 9 и с помощью привода 17, закрепленного эксцентрично по отношению к продольной оси 18 бурильного оборудования 3 (11). Мачта 9 оснащена телескопической трубой 19 (фиг.3), состоящей из набора расположенных одна в другой труб 20, которые погружают вдоль стенки проходимой выработки. При этом верхний торец телескопической трубы имеет раструб 21 для подачи в полость этой трубы и, соответственно, в полость выработки, бетонной смеси, из которой формируют опорную конструкцию. Верхний торец трубы с раструбом 21 соединен с тяговой лебедкой 8 (на чертеже трос не показан), а также временно, вначале проходки выработки, соединен с рабочим органом 10 для последующего извлечения телескопической трубы из полости выработки (сразу же после заполнения ее бетоном, не допуская процесса начала схватывания).
Это извлечение трубы 19 осуществляют за счет приложения подъемного усилия от лебедки 8 и за счет вибрационного воздействия на нее от работающего органа 10, полость которого, посредством цилиндра II, соединена гибгой магистралью 22 с рабочим аккумулятором 7, запас расходного газа в котором регулируют за счет соединения его с аккумуляторами 6 и 5 (фиг.1). При этом, учитывая температурные погодные условия, корпус аккумулятора 7 (фиг.4) оснащен нагревательным элементом 23, а также оснащен охлаждающим элементом 24, которые закреплены в полости корпуса аккумулятора, а стенка его оснащена защитной теплоизоляционной оболочкой 25.
Рабочие элементы 12, предназначенные для расширения проходимой выработки, оснащены соплами 26, ориентированными к корпусу рабочего органа (и к стенке цилиндра 11) и предназначенными для создания усилия раскрытия элементов и отхода их от корпуса цилиндра 11; рабочий орган 10 оснащен соплами 27, ориентированными к забою и к стенке выработки для осуществления процесса проходки этой выработки, а также - соплами 28, ориентированными по касательной к корпусу рабочего органа, как в плане, так и в профиле, что обеспечивает более равномерную обработку поверхности забоя и вращение рабочего
органа, что также обеспечивает более производительную работу бурильного оборудования за счет более эффективной разработки грунта.
Для возможности регулирования расхода газа при разработке забоя часть сопел рабочего органа (фиг.5) - 28 имеют секторные затворы 29 на оси вращения 30 этого затвора, с помощью которого возможно полное или частичное перекрытие живого сечения сопла 28.
Для усиления процесса разработки забоя, а также выполнения операции извлечения телескопической трубы 19 (как указано ранее) часть сопел 27 имеет выработку 31 в теле сопла, полость которой соединена с проходным сечением 32 сопла 27 (фиг.5). что позволяет вырабатывать струю газа, имеющую воновую структуру в продольном направлении, создающую колебательные воздействия на рабочий орган 10 и цилиндр 11 для более эффективного разрушения грунта и для передачи акустического воздействия на трубу 19 во время ее извлечения.
Такое выполнение описанного мобильного технического комплекса позволяет с его помощью вести осуществление нескольких технологических операций: проходку выработки под опору; расширение сечения выработки на любой ее высоте для увеличения опорной площади; погружение временной обсадной трубы для предупреждения обвалов и обрушений стенок выработки; для калибровки сечения и длины выработки при заполнении ее бетонной смесью, удержания этой смеси и последующего извлечения обсадной телескопической трубы из полости выработки для дальнейшего многократного использования в этом процессе. При необходимости этот комплекс может быть использован и для бестраншейной прокладки различных коммуникаций. Т.о., технический комплекс является мобильным универсальным техническим строительным средством.
Работа мобильного технического комплекса осуществляется следующим образом. Технический комплекс (фиг.1) размещают на рабочей площадке, проверяют техническую готовность его агрегатов и узлов и запускают в работу энергетический агрегат 2, подающий энергию на лебедку, пневмонапорную установку 4 высокого давления и на все приводы тросо-блочной системы, а также на привод 17 рабочего
оборудования (фиг.2); проверяют работу нагревательного 23 и охлаждающего 24 элементов; работу секторных затворов 29; функционирование перепускных редукционных клапанов между аккумуляторами: 7, 6 и 5 и пневмонапорной установкой 4 мобильного технического комплекса.
Далее, в зависимости от состава и состояния грунтов(по геологическому разрезу) выбирают одну из двух технологий образования выработки в грунте под формируемую опору. При этом, если состояние грунта не вызывает оплывов и обвалов при проходке выработки, то выбирают технологию прямой проходки выработки с помощью рабочего оборудования 11 и его рабочего органа 10, включая рабочие элементы 12, без одновременного использования обсадных труб 19-20 (фиг.3) и после проходки выработки за счет разрушения грунта работой сопел 10, 14, 27 и выноса бурового шлама из полости выработки за счет создания восходящего у устью выработки, работой сопел 28 и 26, потока отработанного сжатого воздуха (или газа, или парогазовой смеси - при использовании перегретой воды и высокотемпературного газа) производят извлечение из выработки рабочего оборудования, а в полость этой выработки опускают трубы 20, предварительно собранные в телескопическую трубу 19; в полость трубы, посредством ее раструба, подают арматуру и бетонную смесь, формируя опорную конструкцию.
При образовании опоры в слабом грунте (водонасыщенном, плывуне, и т.п.) процесс проходки выработки совмещают с одновременным опусканием телескопической трубы 19. При этом рабочее оборудование подают сквозь полость этой трубы, вводя в трубу рабочий орган 10 и цилиндр 11 рабочего оборудования со сложенными вдоль его корпуса рабочими элементами 12. При разрушении грунта на забое выработки буровой шлам подают по полости трубы к устью выработки и одновременно протягивают трубу вслед за продвижением рабочего органа, закрепляя. таким образом, стенки выработки одновренно с ее проходкой, и предупреждая нарушения целостности ее стенок. Далее процесс образования опоры ведут, как указано выше, а извлечение трубы 19 из
пополости выработки ведут совместно о подъемом рабочего оборудования с использованием тяговой лебедки 8, при этом для облегчения процесса извлечения трубы включают в работу рабочий орган с его тяговыми соплами 27 (фиг.6), вырабатывающими акустические колебания за счет работы его выработки 31, накладывающей возмущающий эти колебания поток рабочего агента (сжатого газа) на проходящий по сечению 32 сопла поток сжатого газа. За счет этих акустических воздействий на извлекаемую трубу 20-19 процесс ее выхода из выработки существенно упрощается, причем без использования дополнительного вибратора.
Выполненную таким образом опору используют или как единичную опорную конструкцию (под колонну, столб, мачту и т.п.). или включают в работу вместе с другими аналогичными опорами в едином свайном ростверке, предназначенном для определенного сооружения.
Таким образом, мобильный технический комплекс для образования опор является высокопроизводительным техническим средством в данной технологии. Так, по экспериментальным данным производительность комплекса в процессе проходки выработки Д=600 мм глубиной 50,0 м составила 2,4-3,2 м/минуту; время сооружения одной опоры составило 25-30 минут (для сравнения: роторно-шнековым агрегатом аналогичную выработку проходят за 4-5 часов, а время сооружения опоры составляет 5-7 часов). Эффективность процесса сооружения опор с помощью предлагаемого технического комплекса составляет: по затратам основных средств - 24-28%, по затратам оборотных средств - 84-92% (по сравнения с указанным базовым объектом, где соответствующие показатели равны: 8,5%; 14-20%}. Кроме этого предлагаемый технический комплекс обладает исключительной автономностью в энергетическом и рабочих критериях, а также является мобильным средством, легко перебазируемом как на рабочей площадке, так и при смене одной рабочей площадки на другую.