Тема 9 Машины для буровых и свайных работ

9.1 Машины для буровых работ

Буровые работы выполняются при геологических изысканиях, при установке опор линий электропередач, средств связи и контактной сети, при взрывных работах, при сооружении свайных фундаментов, при горизонтальной проходке и последующей прокладке коммуникаций и т.д.

Бурение может осуществляться механическим и физическим способами. Бурение механическим способом делится на вращательное сплошным забоем, вращательное кольцевым забоем, ударное бурение и виброударное бурение. Бурение физическим способом включает: термический, электрогидравлический, гидродинамический, ультразвуковой эрозии и взрывной методы.

Бурильные машины предназначены для бурения шпуров и скважин и  для разрушения горных пород. Классификация бурильных установок дана на рисунке 10

                          

            

Рекомендуемые материалы

Рисунок 10– Классификация бурильных установок

Бурильные машины изготовляют на базе колесных или гусеничных тракторов.

Основные виды рабочего инструмента, которым оснащены буровые машины: винтовой бур, ударно-поворотное долото и шарошечное долото.

Винтовой бур представляет собой буровую штангу с наваренной на ней винтовой спиралью, нижняя кромка которой оснащена зубками из твердых сплавов.

Ударно – поворотное долото представляет собой массивный цилиндрический стержень с внутренним каналом для прохода воды или воздуха. На торце долота находится его рабочая часть: одноперая или крестообразная, изготовленные из легированной стали.

Шарошечное долото состоит из корпуса с тремя лапами, в которых вделаны цапфы с роликовыми опорами. На цапфах насажены конические шарошки, которые делают цельными из одного куска легированной стали с фрезерованием зубков или из поделочной стали с вставками зубков из твердого сплава.

Основные виды машин для буровых работ: бурильные молотки и буровые станки.

Бурильные молотки (перфораторы) разрабатывают горную породу методом ударно-поворотного бурения. Разрушение породы производится последовательными ударами рабочего инструмента по дну скважины. После каждого удара инструмент поворачивается на небольшой угол для предотвращения его заклинивания и обеспечения цилиндрической формы сечения скважины. Рабочий инструмент: бур с твердосплавными долотами.

Станки ударно-канатного бурения применяют для бурения скважин диаметром до 250мм и глубиной до 500мм. Эти станки малопроизводительны. Бурение производится ударами свободно падающего бурового снаряда массой от 500 до 3000 кг. Удаление раздробленной породы производится гидравлическим способом. Данные станки имеют гусеничный или колесный ход. Рабочий инструмент - ударно – поворотное долото. Удаление из скважины раздробленной породы происходит при помощи заливаемой воды, которую периодически очищают от шлама (породы с водой).

Станки вращательного бурения служат для бурения скважин диаметром до 200м и глубиной до 50м. данные станки отличаются высокой производительностью, отсутствием пыли, низким уровнем шума при работе, легкостью механизации и автоматизации основных и вспомогательных рабочих операций. Рабочий орган – буровой снаряд ( трубчатый бур или шарошечное долото), погруженный в скважину. Удаление продуктов бурения происходит по спиральной канавке буровой вращающейся штанги.

Рабочим органом термического бурения является реактивная горелка, из которой со скоростью 1000…1500м/с вырывается газовая струя с температурой 800…1100⁰С. Под действием быстро изменяющейся температуры горные породы расслаиваются и быстро разрушаются. Продукты разрушения пород выбрасываются из скважины газовым потоком. Для создания газовой реактивной струи требуется бензин (керосин) и окислитель (кислород или сжатый воздух).

Буры–столбоставы и бурильно–крановые машины применяют для бурения ям и установки столбов. Они монтируются на тракторах и автомобилях. Диаметр шпуров 500…1000мм, а максимальная глубина бурения 1,7…8,5м. Кроме того, бурильные машины позволяют бурить ямы под углом до 20⁰ «на себя» и до 50⁰ «от себя» в плоскости продольной оси машины. Бурильно-крановые машины применяются для установки опор высотой до 12метров.

Установки для горизонтального бурения применяют для прокладки подземных коммуникаций методом бестраншейной прокладки. Проходку горизонтальных скважин осуществляют двумя способами: с удалением грунта и без удаления грунта.

Установки для горизонтального бурения с удалением грунта применяют для образования больших отверстий диаметром 250…1200мм. Рабочий инструмент – вращающаяся режущая головка. Удаление грунта производится винтовыми гребнями бура. Внедрение абсодной трубы, состоящей из отдельных секций, осуществляется гидродомкратами по мере разбуривания скважины.    

Образование отверстий без удаления грунта происходит за счет уплотнения вытесняемого грунта вокруг образуемого отверстия. Основная машина – пневмопробойник. Он представляет собой пневматическую машину ударного действия, перемещающуюся в грунте путем самозабивания.

9.2 Машины для свайных работ

Сваебойное оборудование применяется для погружения в грунт свай, шпунта и оболочек с целью предупреждения оползания грунтовых откосов или передачи части нагрузки на плотные слои грунта под основаниями инженерных сооружений. Способы погружения свай в грунт:

1 забивка сваебойным молотом;

2 забивка с одновременным подмывом грунта водой;

3 вибропогружение (погружение происходит за счет собственной массы сваи);

4 ввинчивание сваи в грунт;

5 вдавливание;

6 образование предварительной скважины в грунте – лидером (пробойником) с последующим погружением сваи.

Технологический цикл забивки свай состоит из трех основных операций:

1 захват и установка сваи в проектное положение;

2 погружение сваи в грунт до проектной отметки;

3 перемещение сваебойной установки от забитой сваи к месту погружения следующей.

Применяемые в настоящее время машины для погружения свай делятся на следующие группы:

1 ударного действия;

            2 вибрационного и виброударного действия;

3 машины для вдавливания или для завинчивания свай;

4 машины, работающие по смешанному принципу.   

Сваебойное оборудование состоит из копра, молота и силовой установки.

Копром называют металлическую конструкцию, предназначенную для фиксации сваи перед забивкой, монтажа свайного молота на свае, задания направления забивки и извлечения забитых свай.

Копровая установка состоит из поворотной или неповоротной платформы на шасси или опорах, противовеса, кабины управления, моторного отсека и мачты (копра). В верхней части мачты смонтированы наголовник и грузовые блоки для установки сваи и молота.

 Копровые установки классифицируются по нескольким признакам. Копры бывают:

1 простые ( с неповоротной платформой к которой жестко крепится мачта);

2 полууниверсальные (на поворотной платформе с ненаклоняемой мачтой или на неповоротной платформе с наклоняемой мачтой);

3 универсальные ( с поворотной платформой, наклоняемой мачтой с изменяемым вылетом и самоходное шасси);

4 специализированные (сочетают признаки любой из вышеназванных групп).

Классификация копровых установок по различным  признакам дана на рисунке 12

                                Рисунок 12-Классификация копровых установок

Свайные молоты служат для погружения свай в грунт. Молот состоит из тяжелого металлического ударника ( «бабы»), двигающегося по направляющим. Молоты классифицируются в зависимости от способа действии на сваи (рисунок13)

                    Рисунок 13-Классификация свайных молотов по принципу действия

К машинам, работающим по принципу ударного действия, относятся механические, паровоздушные и дизель-молоты, по принципу вибрационного действия – вибромолоты (вибропогружатели).

Главными параметрами технической характеристики сваебойных молотов является масса ударной части и энергия удара.

Энергию удара Е механических и паровоздушных молотов простого действия определяют по формуле

                                                        Е = Q H η ,                                                                         (48)

где  Q – сила тяжести ударной части;

       H – высота падения ударной части;

      Η – коэффициент, учитывающий потери в механизме молота.

Энергию удара  Е сваебойных молотов двойного действия определяют по формуле

                                                            Е = Q H η + p F H,                                                                   (49)

Люди также интересуются этой лекцией: 2 Предисловие.

где   p – давление пара (воздуха);

       F – площадь поршня.

Энергию удара Е в дизель-молотах определяют по формуле

                                                          Е = Q H η – L_сж ,                                                                        (50)

где  L_сж – расход энергии на сжатие воздуха в цилиндре молота, определяемый замерами.