Многорельсовая эстакадная дорога на сваях, револьверный агрегат и способ строительства дороги
MULTI-RAIL TRESTLE ROAD, REVOLVER UNIT AND METHOD OF CONSTRUCTION OF THE ROAD

Группа изобретений относится к строительству многорельсовой железной дороги (описание: патент РФ №2439236), в частности к строительству двухпутной многорельсовой железной дороги свайно-эстакадного типа, включает конструкцию агрегата для строительства такой дороги и способ ее строительства.
Многорельсовая дорога (патент РФ №2439236) состоит из рельсов пути и дополнительных рельсов, все рельсы уложены по ширине на одинаковом расстоянии. Транспорт  для движения по такой дороге снабжен механизмом перестановки колесных пар на шаг укладки рельсов в поперечном направлении. Это позволяет рельсовому транспорту совершать объезд, обгон, перестроение на другой путь в любом месте дороги.
Наиболее известной, уникальной (построена в море), протяженной (более 300 км) и долговечной (с 1947 г.) системой дорог свайно-эстакадного типа является сеть дорог для движения автомобилей на нефтяном месторождении «Нефтяные камни» в Азербайджане [1]. Конструкция таких дорог состоит из вбитых в грунт свай, уложенных на сваи поперечных балок (ригелей), установленных на ригели продольных балок или плит пролетного перекрытия, поверх которых сооружено дорожное покрытие для движения автомобильного транспорта.
Существуют варианты конструкции дорог на сваях и способы их строительства. Все они относятся к дорогам для автомобильного транспорта.
Известна конструкция автомобильной дороги из бетонных плит на сваях, содержащая погруженные в грунт сваи, установленные на оголовках свай поперечные балки (ригели), и уложенные на ригели плиты [2]. Конструкция дороги решает задачу строительства дорог на заболоченных грунтах и вечной мерзлоте с заполнением пространства между полотном и поверхностью земли демпфирующей прокладкой. Недостатком является предложенный способ строительства обычным способом с поверхности земли.
Известен способ строительства эстакады, при котором строительная техника при строительстве следующего участка размещается на краю уже построенного участка или на передвигаемых по ходу строительства рамах или платформах, а подвоз строительных материалов происходит по построенному участку дороги [3], [4], [5]. Предложенный способ позволяет не строить вспомогательные дороги с их последующей рекультивацией, а при строительстве причальных сооружений этот способ позволяет не использовать вспомогательные плавсредства. В описании [4] такой способ назван способом строительства «под себя». Недостатком строительства способом «под себя» из перечисленных источников является необходимость использования рам или платформ, а при строительстве таким способом предлагается использовать обычную технику. Существенным недостатком способа строительства «под себя» автомобильных дорог заключается в невозможности строительства эстакадной дороги шириной 8 метров, что является наиболее частым габаритом дороги с двухсторонним движением. Это следует из того, что при подвозе строительных материалов по эстакаде у автотранспорта должна быть возможность безопасно развернуться в пределах ширины эстакады для движения в обратном направлении. Радиус разворота грузовых автомобилей минимум 7 метров, а у автомобилей для перевозки плит и свай он не менее 9-ти метров, что соответствует диаметру 18 метров, что, в свою очередь, и определяет минимальную ширину автомобильной эстакады, которую можно строить методом «под себя». Разворот и движение задним ходом на эстакаде опасны (запрещены правилами дорожного движения), поэтому для безопасного разворота ширина дороги должна быть много больше минимального диаметра для разворота грузовых автомобилей.
Известен многофункциональный агрегат для строительства автомобильной дороги [6]. Недостатком является то, что агрегат не пригоден для строительства эстакадной дороги.
Известны конструкции строительной техники на железнодорожном ходу, имеющие полноповоротную раму, применяемые для строительства эстакад. Это краны, например кран ПК-ЦУМЗ-15 [7], и копровые установки, например рельсовый копер СП-69 [8]. Недостатком названной техники является их узкая специализация, предназначены для выполнения одной-единственной технологической операции.
Прототипом для способа строительства свайно-эстакадной железной дороги выбран способ строительства причального сооружения на сваях [5].
Конструкция эстакады [5] состоит из вбитых в грунт свай, установленных на сваи ригелей и уложенных на ригели плит.
Способ строительства [5] предусматривает, во-первых, использование рамы-кондуктора, на которой находится оборудование для погружения свай, во-вторых, использование большегрузного крана, размещенного на краю построенной части эстакады и выполняющего несколько функций: перемещение кондукторной рамы на шаг установки свай, установку сваи в кондуктор, установку ригелей и укладку плиты на ригели. Подвоз строительных материалов происходит по отстроенному участку эстакады, а их разгрузка осуществляется тем же краном. Недостаток способа строительства заключается в необходимости использовать переставляемую раму - кондуктор с размещенным не ней оборудованием для погружения свай. Другим недостатком способа строительства эстакады является использование подъемного крана для разгрузки и монтажа плит и ригелей, т.к. использование крана ограничивает степень автоматизации строительства и предполагает обязательное наличие людей (стропальщиков) для закрепления, ориентации и монтажа тяжелого груза, находящихся на эстакаде (на высоте) и в близости с работающей техникой и перемещаемым грузом, что может привести к несчастному случаю. Третьим недостатком предложенного способа является нерешенная задача возвращения по эстакаде транспорта, подвозящего сваи и плиты перекрытия. Если при строительстве эстакады предполагается движение автотранспорта задним ходом, то эстакады при строительстве таким способом не могут быть протяженными и, как следствие, способ не пригоден для строительства протяженных дорог эстакадного типа.
Прототипом для револьверного агрегата выбрана конструкция копрового устройства для забивки свай [9], работающая с железнодорожной платформы с движением по железнодорожному пути железной дороги общего назначения. Устройство имеет самоходную ходовую часть, поворотную раму с кабиной для оператора. На раме перед кабиной смонтирована мачта копра с механизмами для ее выдвижения и ориентации. С другой стороны рамы находится противовес. Недостатком устройства является то, что оно предназначено для выполнения единственной операции забивания свай.
Изобретение направлено на осуществление строительства двухпутных многорельсовых железных дорог свайно-эстакадного типа способом, при котором строительство следующего участка строится с уже построенного и только с него (метод строительства «под себя»), и преимущественно в автоматическом режиме.
Технический результат достигается тем, что конструкция эстакадной дороги на сваях состоит из погруженных в землю свай, установленных на сваи поперечных ригелей, уложенных на ригели плит и закрепленных на плитах рельсов полотна двухпутной железной дороги. Плиты имеют габариты и массу, позволяющие перевозить их к месту строительства по построенному участку дороги с возможностью разъезда с встречным транспортом. На плитах и ригелях имеются конструктивные элементы для захвата их манипулятором. Железная дорога является многорельсовой железной дорогой [10] и она составлена из предварительно собранных на каркасе (подложке) секций (рельсовых сборок), длина которых равна шагу строительства эстакады, и секции имеют конструктивные элементы для захвата их манипулятором.
Дополнительно технически результат достигается тем, что для строительства дороги используется агрегат (револьверный агрегат), перемещающийся по железной дороге, имеющий кузов на железнодорожных колесах с выдвижными упорами, поворотно-опорный круг с установленной на нем рамой, с одной стороны которой расположено устройство для погружения свай (например, копер) с устройством удержания сваи и механизмами ориентации и выдвижения, отличающийся тем, что поворотная рама выполнена в форме башни; на башне с противоположной стороны от копра установлен манипулятор для захвата, подъема (разгрузки) и монтажа плит, ригелей и рельсовых сборок; на свободных местах башни (по аналогии с расположением инструмента на револьверных металлорежущих станках) установлено оборудование для выполнения таких операций, как сварка, обрезка свай, герметизация, камнедробление, проведение экскаваторных работ, измерительных операций и других.
Дополнительно технический результат достигается способом строительства дороги, при котором строительство следующего участка производится с края уже построенного участка, подвоз строительных компонентов осуществляется по построенному участку, отличающимся тем, что погружение свай, установка ригелей, укладка плит и монтаж рельсового пути многорельсовой дороги осуществляется одним револьверным агрегатом, а для подвоза строительных компонентов используются транспортные средства с механизмом поперечного перемещения на многорельсовой дороге [10]. Степень автоматизации строительства дороги определяется степенью автоматизации управления исполнительными механизмами револьверного агрегата, транспортных средств и их взаимодействия.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фигура 1 - общий вид дороги с плитами прямоугольной формы;
Фигура 2 - общий вид дороги с плитами квадратной формы;
Фигура 3 - вид револьверного агрегата на многорельсовой эстакадной дороге;
Фигура 4 - вид револьверного агрегата на этапе установки сваи в копер;
Фигура 5 - вид револьверного агрегата на этапе погружения сваи;
Фигура 6 - вид револьверного агрегата на этапе захвата ригеля;
Фигура 7 - вид револьверного агрегата на этапе установки ригеля;
Фигура 8 - вид револьверного агрегата на этапе захвата плиты;
Фигура 9 - вид револьверного агрегата на этапе укладки плиты;
Фигура 10 - вид револьверного агрегата на этапе захвата рельсовой сборки;
Фигура 11 - вид револьверного агрегата на этапе монтажа рельсовой сборки;
Фигура 12 - вид дороги на стадии строительства перронов с указанием направлений движения снабжающего стройку транспорта;
Фигура 13 - вид башни револьверного агрегата с установленными манипуляторами для выполнения промежуточных операций;
На фигуре 1 показан пример конструкции двухпутной многорельсовой дороги эстакадного типа на сваях (1). Дорога состоит из вбитых в землю с рельефом поверхности (2) свай (3), установленных на сваи ригелей (4), уложенных на ригели железобетонных прямоугольных плит (5), смонтированных поверх плит рельсовых сборок (6), из которых составлено полотно многорельсовой дороги (7) с двумя путями для движения. Рельсовая сборка (6) состоит из основания и закрепленных на нем всех рельсов участка дороги. На фигуре 2 показана аналогичная конструкция многорельсовой дороги эстакадного типа с тем отличием, что бетонные плиты (8) имеют квадратную форму. Ширина плит выбрана равной половине ширины эстакады. Если проектная ширина эстакады равна S, то сторона квадратной плиты равна S/2, и длина рельсовой сборки тоже равна S/2.  сторона прямоугольной плиты равна S, а меньшая сторона равна S/2. На ригелях (4), бетонных плитах (5) и (8), и рельсовых сборках (6) вокруг их центров тяжести выполнены отверстия для возможности захвата их манипулятором. Выбор размера плиты определяется возможностями производителя плит, ее весом и грузоподъемными характеристиками строительной техники. Количество свай зависит от проектной нагрузки на дорогу и несущей способности сваи, которая, в свою очередь, зависит от диаметра сваи, глубины погружения и характеристики грунта. Шаг строительства дороги на фигурах 1 и 2 равен половине проектной ширины эстакады, т.е. равен S/2.
На фигуре 3 показан пример конструкции револьверного агрегата, состоящего из кузова (9) на железнодорожном ходу, цилиндрической башни (10) с возможностью полного поворота, балки (11) с возможностью перемещения вдоль диаметра башни. На балке (11) установлен копер, состоящий из мачты копра (12) с возможностью вертикального перемещения в суппорте копра (13), захватного устройства (14) для удержания в копре сваи (3), молота (15) и механизма ориентации мачты (16). С другой стороны башни смонтирован манипулятор, состоящий из опорной стойки (17) с отклоняющими гидроцилиндрами (18), стрелы (19) с гидроцилиндром подъема-опускания (20), гидромотора (21), на роторе которого расположена качель (22) с возможностью поворота вокруг оси подвеса, гидромотора (23) поворотного основания захватов (24) для захвата и удержания плиты (5) и других компонентов конструкции дороги. Агрегат движется по внешним рельсовым линиям пути многорельсовой дороги (7), при работе опирается на домкраты (25). На башне агрегата предусмотрены места (26) крепления оборудования (манипуляторов) для проведения промежуточных технологических операций.
Работа револьверного агрегата поясняется на примере способа строительства дороги, при котором он используется для погружения (забивки) свай, установки ригелей, укладки бетонных плит и укладки рельсовых сборок.
На фигуре 4 показано положение револьверного агрегата на этапе доставки к месту строительства свай. На этом этапе револьверный агрегат располагается на краю отстроенного участка дороги, а башня (10) разворачивается мачтой копра (12) в сторону транспортного средства (27), доставляющего сваи. Производится подъем сваи (3), а поворотом башни (10) и движением балки (11) происходит совмещение осей сваи (3) и молота (15) с последующей фиксацией сваи (3) в захватах (14) копрового устройства. На фигуре 5 показано положение револьверного агрегата на этапе погружения сваи. После передачи сваи в копровое устройство происходит поворот башни (10) в сторону строящегося участка дороги. Согласованными движениями башни (10) и балки (11) свая (3) помещается на вертикаль забивания, а опусканием мачты (12) свая (3) устанавливается в точку забивания, после чего происходит погружение сваи в грунт. Так забиваются все сваи для строительства следующего участка дороги.
На фигуре 6 показано положение револьверного агрегата на этапе доставки ригелей. На этом этапе в сторону транспортного средства (28) с ригелями (4) поворачивается манипулятор и согласованными движениями башни (10), опорной стойки (17), стрелы (19), поворотом гидромотора (21), качели (22), основания (23) захваты манипулятора (24) совмещаются с отверстиями в ригеле, после чего происходит его захват и подъем. На фигуре 7 показано положение револьверного агрегата на этапе установки ригеля на сваи. После захвата манипулятором ригеля поворотом башни манипулятор с ригелем разворачивается в сторону строительства участка и происходит установка ригеля (4) на оголовки ранее забитых свай (3).
На фигуре 8 показано положение револьверного агрегата на этапе доставки плиты (5) для перекрытия пролетов. Последовательность действий по захвату плиты и подъему ее манипулятором совпадают с действиями по захвату и подъему ригеля. Для разъезда с встречным транспортом на транспортном устройстве (29) плита (5) размещена под углом к горизонтальной плоскости. На фигуре 9 показано положение револьверного агрегата на этапе установки плиты на ригели. Последовательность действий по установки плиты (5) на ригели (4) совпадают с последовательностью действий при установке ригеля на оголовки свай.
На фигуре 10 показано положение револьверного агрегата на этапе доставки рельсовой сборки (6) к месту строительства. Рельсовая сборка расположена на транспортном средстве (30) под углом к горизонтальной поверхности для разъезда с встречным транспортом. Последовательность действий по захвату и подъему рельсовой сборки манипулятором совпадает с действиями по захвату и подъему ригеля. На фигуре 11 показано положение револьверного агрегата на этапе монтажа рельсовой сборки (6). Последовательность действий по монтажу рельсовой сборки совпадают с последовательностью действий по установке ригеля на сваи. Рельсовая сборка (6) укладывается в продолжение собранного рельсового полотна (7) многорельсовой дороги.
После монтажа рельсовой сборки револьверный агрегат перемещается на величину построенного участка и все этапы строительства повторяются.
На фигуре 12 показан этап строительства площадки для посадки и высадки пассажиров (перрон) с применением плит квадратной формы. Забивка свай, установка ригелей и укладка плит для строительства перрона производится тем же револьверным агрегатом, что и строительство дороги. Стрелками показано движение транспорта для доставки строительных компонентов. Транспорт, подвозящий компоненты для строительства дороги, после разгрузки поперечным движением перемещается на второй путь и возвращается за новыми деталями. Такое движение возможно благодаря конструкции многорельсовой дороги и конструкции транспорта, снабженного механизмом поперечного перемещения (см. [10]).
На фигуре 13 показан вид башни (10) револьверного агрегата с расположенными на ней манипуляторами для выполнения промежуточных и сопутствующих операций. Для обрезки свай может быть установлен манипулятор с дисковой пилой (31); для сварки элементов конструкций - сварочный манипулятор (32); для расчистки места установки сваи - манипулятор с отбойным молотком (33); для контроля положения элементов конструкции дороги - манипулятор с измерительным щупом (31).
Библиография.
1. Мир-Бабаев М.Ф. Нефтяные Камни - феномен Каспийского моря (к 60-летию открытия новой страницы в мировой истории нефтедобычи) - «Азербайджанское нефтяное хозяйство», 2009, №11, с. 79-85.
2. Полезная модель RU 88359 U1; Е01С 9/00; Е01С 3/00; приоритет 10.07.2009; «Свайно-эстакадная дорожная конструкция».
3. Изобретение RU 2181396 C1; Е01С 1/00, E01D 1/00, E01D 21/00, E01D 21/06; приоритет 09.07.2001; «Способ и установка для сооружения скоростной автомобильной дороги и скоростная автомобильная дорога».
4. Изобретение RU 2453650 C1; Е01С 5/08; приоритет 19.10.2010; «Комплекс строительства дорог на сваях».
5. Полезная модель RU 41032 U1; Е02В 1/00, Е02В 3/06, Е02В 17/00; приоритет 11.06.2004; «Технологический комплекс для возведения гидротехнического сооружения», (прототип для способа строительства).
6. Изобретение RU 2485241 C1; Е01С 19/52; приоритет 05.12.2011; «Многофункциональный самоходный дорожный агрегат, дорожная плита и способ строительства дороги».
7. Мужичков В.И. «Грузоподъемные краны на железнодорожном ходу». Учебник для технических школ железнодорожного транспорта, изд. Транспорт, 1978 г.
8. Владимирский С.Р. «Механизация строительства мостов». Учебное пособие, изд. 2-е, перераб. и доп. - СПб: Изд-во ДНК, 2005 г. - 152 с.
9. Изобретение RU 2101419 C1; E02D 7/02; 08.06.1993; «Устройство забивки свай при закладке фундамента опор» (прототип для револьверного агрегата).
10. Изобретение RU 2439236 С2; Е01В 2/00; В61В 1/00; приоритет 30.04.2009; «Многорельсовая железная дорога и поезд с механизмом поперечного перемещения».