CC BY
30
СЕМИНАР 9
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -
2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© Н.И. Леванов, В.П. Валуйских, В.В. Пронин, 2001
УДК 622.232.5:622.232.72
В
Н.И. Леванов, В.П. Валуйских, В.В. Пронин
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННЫХ
РАБОТ ГРУНТОВОЙ ЗАЩИТЫ
• опробована работа устройства переключения потока пульпы в условиях намыва резерва грунта;
• проведены оценки вертикальных и продольных перемещений газопроводов в процессе выполнения гидромеханизированых работ и в период стабилизационных осадок земляных сооружении.
1.Одна из возможностей повышения технико-экономических показателей строительства ЗС, улучшения гранулометрического состава грунтов в теле ЗС и соблюдения экологических требований состоит в применении сгущения пульпы перед её укладкой в ЗС. При сгущении пульпы одновременно решается ряд задач: выполняется «обогащение» пульпы за счёт отмыва мелких фракций; повышается концентрация пульпы, подаваемой на карту намыва; при свободном выпуске пульпы увеличиваются уклоны откосов и др.
Известные способы и приёмы сгущения пульпы обладают одним существенным недостатком - отсутствием возможности управлять процессом сгущения непосредственно на карте намыва. В этой связи разработано устройство пассивного регулируемого сгущения пульпы (ПРСП).
Пассивные сгустители эффективно могут работать в условиях ламинарного потока пульпы в на-
Западной Сибири при остром дефиците кондиционных песков строительство узкопрофильных земляных сооружений (ЗС) выполняется из мелких песков со значительными включениями глинистых и пылеватых частиц -в этих условиях гидромеханизированная укладка грунта в ЗС приводит к образованию пологих откосов, значительному увеличению ширины полосы отвода под ЗС, нарушению экологических требований и др.
• На объекте производственных гидромеханизированых работ (68-70 км трассы газопровода «Уренгой - Сургут - Челябинск») были выполнены следующие экспериментальные работы:
• опробована работа устройств распределенного спуска и регулируемого сгущения пульпы;
• определены уклоны откосов намываемых земляных сооружений для укладки грунта под воду (на акватории озер) и на поверхность тундрового слоя земли;
• определены гранулометрические составы грунтов, укладываемых в различные части земляного сооружения;
• определен гранулометрический состав карьера грунта;
мывном пульпопроводе (НПП) -это обстоятельство существенно сужает границы эффективного применения принципа пассивного сгущения. Возможности регулирования скорости потока пульпы в НПП путём увеличения его диаметра, искусственным повышением гидравлического сопротивления гидротранспортной системы, управления мощностью двигателя земснаряда и т.п. крайне ограничены и имеют очевидные недостатки.
Достаточно распространенный приём концентрированного выпуска пульпы через одиночную прорезь в НПП также имеет ряд недостатков: создается локальная турбулентность в НПП; образуются потоки воды и пульпы, размывающие ЗС; практически отсутствует возможность «плавного» регулирования сброса и т.д. Указанные недостатки приёма концентрированного выпуска пульпы можно устранить путём распределённого выпуска пульпы в звене НПП, предшествующему сгустителю, при применении устройств регулируемого выпуска пульпы (УВРП).
Опытное опробование устройств выполнено на правой «нитки» газопровода. Выполнение работ проходило в условиях крайне неравномерной концентрации подаваемой на карту намыва пульпы в связи с выработкой очередного блока грунтов карьера.
Работа устройств регулируемого сброса пульпы обеспечивала выпуск до 10 % объема осветленной пульпы. В объем сброса попадали в значительной степени осветленная вода, частично илистые фракции (тем самым, фактически, выполнялось обогащение основного грунта, попадающего на карту намыва) и торфянистые включения. Последнее обстоятельство имеет двустороннее влияние. С одной стороны - сброс торфянистых включений, как и илистых фракций, ведет к обогащению ос-
новного грунта, улучшению его физико-механических характеристик и гранулометрического состава. С другой стороны торфянистые включения «забива-ют» щелевые выпуски, что ведет к сокращению объема сброса воды и возникает необходимость периодически выполнять очистку выпусков путем подъема заглушек.
В целом, мы считаем идею распределенного сброса плодотворной, Сбросная вода не ведет к размыву ранее намытого грунта, а распределение илистых фракций и торфянистых включений по поверхности земляного сооружения создает благоприятные условия для образования нового почвенно-растительного слоя.
2. Работа устройства регулируемого пассивного сгущения пульпы (УПСП) проверялась на домыве земляного сооружения до проектных отметок на ПК 689 левой «нитки» газопровода в комбинации с устройствами регулируемого сброса пульпы.
В целом работоспособность УПСП подтвердилась даже для чрезвычайно «плохих» грунтов карьера. Частичное разделение потоков пульпы происходило, но возможность управления степенью сгущения была упущена вследствие неудачного изготовления одного из элементов УПСП. Включение УПСП в технологическую цепочку не значительно усложняет технологию работ при существенно возрастающих возможностях управления укладкой грунта.
3. При проектировании грунтовой защиты газопроводов одним из важнейших проектных параметров выступает уклон откосов. Нами выполнены исследования фактических уклонов откосов, которые обеспечивают традиционные технологии гидромеханизации.
В качестве факторов исследования приняты:
1. положения поперечных профилей на местности, при этом
выделены: водоразделы; склоны и косогоры; болота; акватории озер;
2. расстояния от оси газопровода;
3. расстояния от уреза воды (для профилей на водоемах).
Выборка для проведения исследований принималась от 5 до 15 сечений в табл. 1. Представлены некоторые результаты исследований уклонов по отдельным поперечникам, а так же средние уклоны по группам положения сечений. Как следует из этой таблицы, зависимость уклонов откосов (для сечений над горизонтами воды) от положения поперечника не существенна. Разброс данных мы, прежде всего, объясняем различием концентрации пульпы подаваемой на карту намыва вследствие неоднородности грунтов карьера.
При использовании традиционных технологий гидромеханизации уменьшение разброса уклонов, очевидно, можно достичь путем использования рыхлителей, за счет которых: повышается однородность пульпы; повышается концентрация пульпы и, следовательно, производительность земснаряда по грунту.
Другой путь решения проблемы уменьшения разброса уклонов и уменьшения откосов - сгущение пульпы на карте намыва путем применения УПСП.
Детально возможности каждого из указанных путей предполагается исследовать в рабочий сезон 2001 года.
Представленные в таблице результаты позволяют сделать вывод, что в условиях тундрового основания и плохих условий для оттока технологической воды существующими технологиями гидромеханизации практически удается укладывать откосы в пределах 1:40-1:60 и более. На акваториях озёр в условиях свободного оттока технологической воды в водоём откосы укладываются значительно круче: 1:25-1:30.
Уклоны откосов в воде практически зависят только от гранулометрического состава грунтов карьера и, следовательно, данные таблицы лишь обосновывают величину уклонов откосов в воде.
4. В табл. 2 и на графике 1 представлены исследования гранулометрических составов грунтов на откосах земляных сооружений, выпусках из пульпопровода и карьеров. На графике 2 представлены исследования гран состава грунта на участке работы сгустителя.
5.Опробование работы устройства переключения потока пульпы выполнено в условиях намыва резерва грунта.
Таблица 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УКЛОНОВ ОТКОСОВ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Характеристика Пикетаж Относительные отметки, м Заложение уклонов
сечения, откоса сечения П №1 П№2 П№3 т„а тоВ тоср
Водоразделы, хоро- 694+10 33,49 33,25 33,00 83,00 80,00 81,5
шие условия для сто- 694+30 33,82 33,34 32,75 41,66 33,89 37,77
ка технологич. воды 694+50 33,73 33,41 33,14 62,50 74,07 68,28
694+70 33,99 33,46 33,17 37,73 68,96 53,34
694+90 33,89 33,46 33,12 46,51 58,82 52,66
695+10 33,82 33,41 33,01 58,82 42,55 50,68
695+30 33,88 33,23 32,84 30,76 51,28 41,02
Средние 51,57 58,47 55,02
На склонах и косого- 697+81 33,77 33,38 32,90 51,28 41,66 46,47
рах 698+21 33,89 33,47 33,00 47,61 42,55 45,08
698+41 34,10 33,50 33,11 33,33 51,28 42,30
698+61 34,03 33,48 33,18 36,36 66,66 51,51
699+21 34,50 34,13 33,90 54,05 69,56 61,81
699+41 34,73 34,39 33,50 58,82 15,73 37,27
699+81 35,14 34,54 34,42 33,33 4,46 18,89
Средние 44,96 41,70 43,33
Водоём, озеро: 695+90 34,05 33,53 32,89 38,46 31,25 34,85
откос к воде 696+05 34,33 33,59 32,88 27,02 28,16 27,59
696+23 34,41 33,71 32,96 28,57 26,66 27,61
696+45 34,65 33,74 32,92 21,98 24,39 23,18
696+57 34,54 33,86 33,15 29,41 28,17 28,79
696+81 34,74 33,97 33,25 25,97 27,77 26,87
697+03 34,40 33,87 33,05 37,73 24,39 31,06
Средние 29,87 27,25 28,56
Водоём, откос под во- 696+23 32,41 32,37 15,15
дой 696+45 32,40 32,37 16,67
696+57 32,40 32,35 12,05
696+81 32,38 32,32 10,00
697+03 32,41 32,34 8,96
697+23 32,41 32,35 10,00
Средние 12,14
График 1. Средний грансостав
Переключение потока пульпы при намыве резерва грунта приходится выполнять вследствие необходимости периодического поддержания обвалования карты намыва.
Установка переключателя пульпы выполнена на конце магистрального пульпопровода на углу резерва, положение карт намыва на резерве грунта определялось длиной намывных пульпопроводов (рис. 5). Соединение устройства переключателя: с магистральным пульпопроводом - «жесткое»,
на сварке; с намывными пульпопроводами - традиционное, быст-роразъемное.
Выполненные экспериментальные работы и полевые испытания показали принципиальную работоспособность предложенных устройств и перспективность их применения при выполнении гид-ромеханизированых работ на газопроводах.
Особенно следует отметить возможности снижения потерь рабочего времени за счет применения переключателя - анализ, представленный ниже, показывает, что только за счет применения переключателя на картах намыва резервов грунта коэффициент использования рабочего времени (КИВР) можно довести до уровня 0,88-0,92.
ными перемещениями газопроводов выполнялись на двух «арках»: • «арке» ПК 695 - ПК 699 на акватории озера 69 км трассы.
6. Наблюдения за вертикаль-
Время простоя землесосного снаряда на 70 км газопровода
Уренгой -Сургут - Челябинск
Данные с 10.08.00 по 7.09.00
Причины простоя:
1. Обволование 61 ч 20 мин
2. Наращивание 40 ч 30 мин
3. Ремонт оборудования 5 ч
4. Переключение на карте 5 ч
5. Чистка люка ревизии 22 ч 40 мин
6. Перекладка якорей 17 ч
7. Плановый ремонт 7 ч
8. Работа на плав. пульпопроводе 2 ч
Всего простой: 160 ч 30мин
Число рабочих дней: 29 дней
Общее рабочее время: 696 ч
Процент потерь во времени: 23 %
Время работы земснаряда 535 ч 30 мин
Среднее время работы земснаряда в су-
тки 18 ч
Всего закрыто по августу 81200 м3
Средняя производительность в час 145.5 м3/ч
Земснаряд 180-60
Производительность по пульпе 2200 м3/ч
Напор 63 м
Средняя концентрация пульпы 6,6 %
Таблица 2
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГРУНТА
ПК Место взятия 2 мм, 1мм, 0.5 мм, 0.25 мм, % 0.1 мм, 0.05 мм, % 0 Всего
проб % % % 0.2 % %
ось 0 0.52 11,32 42,1 43,2 2,59 0,27 100
695+70 ось 0 0,51 11,27 40,28 43,87 3,25 0,81 100
692+64 ось 0 0,53 23,61 51,6 21,91 2,23 0,12 100
692+85 ось 0 0,57 24,72 50,2 22,13 2,27 0,11 100
С редние 0 0,5325 17,73 46,045 32,777 2,585 0,3275 100
695+50 +20 к ЛЭП 0 0,32 7,8 39,02 41,46 9,92 1,48 100
695+50 +20 от ЛЭП 0 0,32 2,62 39,01 51,6 5,58 0,81 100
695+70 +20 от ЛЭП 0 0,32 4,35 39,52 48,5 6,72 0,59 100
695+70 +20 к ЛЭП 0 0,29 4,38 40,02 46,8 7,59 0,92 100
692+64 +20 от ЛЭП 0 0,25 5,02 48,26 42,34 3,47 0,64 100
692+64 +20 к ЛЭП 0 10,22 5,38 47,54 43,52 2,76 0,58 100
692+85 +20 к ЛЭП 0 0,31 4,8 48,51 43,41 2,35 0,62 100
692+85 +20 от ЛЭП 0 0,27 5,32 47,6 43,72 2,57 0,52 100
С редние 0 0,2875 4,958 43,685 45,169 5,12 0,77 100
695+50 +40 от ЛЭП 0 0,14 0,27 13,15 71,78 10,95 3,69 100
695+50 +40 к ЛЭП 0 0,12 0,61 8,02 83,45 6,29 1,48 100
695+70 +40 от ЛЭП 0 0,14 0,32 10,25 77,1 9,32 2,87 100
695+70 +40 к ЛЭП 0 0,11 0,48 10,52 80,3 6,46 2,13 100
692+64 +40 от ЛЭП 0 0,15 3,28 34,32 54,62 6,85 0,78 100
692+64 +40 к ЛЭП 0 0,14 3,37 35,4 56,7 3,7 0,69 100
692+85 +40 к ЛЭП 0 0,13 3,13 33,27 55,95 6,73 0,79 100
692+85 +40 от ЛЭП 0 0,14 3,08 33,62 55,02 7,32 0,82 100
Средние 0 0,134 1,817 22,319 66,865 7,202 1,656 100
Средний по ЗС 0 0,318 8,168 37,349 48,270 4,275 0,918 100
• «арке» ПК 689 - ПК 692 на акватории озера 68-69-х км трассы.
На графике 2 и графике 3 в динамике показаны перемещения марок обоих «арок».
Анализируя характер проходящих деформаций и появляющихся перемещений, отметим, что закономерности о придавливании газопровода в начале участка работ и образование «бегущей волны» перед фронтом намыва, очевидно, являются общими закономерностями проявления силовых воздействий пульпы на газопровод.
В процессе рабочих совещаний с работниками линейных структур ООО «Сургутгазпром» Было высказано предположение (гипотеза), что при выполнении гидроме-ханизированых работ грунтовой защиты помимо поперечных горизонтальных и вертикальных перемещений газопроводов возникают продольные перемещения газопровода.
При этом, со ссылкой на выполненные визуальные наблюдения, было подчеркнуто, что вследствие введения ограничений свободы перемещения газопроводов на участках выполненных работ, и в частности на участках «арок»,
которые являются «естественными компенсаторами», температурные деформации сбрасываются на другие участки газопроводов, часто удаленные на километры и даже на десятки километров от объектов гидромеханизированых работ.
Безусловно такая гипотеза имеет право на существование и требует экспериментальной проверки. В этой связи на участке наших экспериментальных работ. Были установлены устройства контроля продольных перемещений газопровода на границах участков выполненных земляных работ (рис. 6).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Егоров В.К., Валуйских В.П. Оптимизация оборудо- проблемы прочности и пластичности. - Н.-Новгород: вания и технологий в гидромеханизации // Прикладные ННГУ, 1997. - С. 68-75.
2. Леванов Н.И., Валуйских В.П. Технология строительства насыпей из мелких песков на слабых основаниях / Сб. научн. тр. Верхне-Волжского РНЦ АТ. Вып. 1. - Владимир: РНЦ "Влад-ЯРИК", 1998. - С. 11-14.
3. Валуйских В. П., Ижорин Г.Л., Пронин В.В. Горизонтальный приводной навесной сгуститель пульпы для строи-
тельства узкопрофильных земляных сооружений / Актуальные проблемы транспорта России. Вып. 2. Труды Между-нар. НТК. - Саратов: СГТУ, 1999. - с. 158-160
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
,_а
Сп
^ Леванов Николай Иванович - АК «Трансгидромеханизация».
Валуйских Виктор Петрович — профессор, доктор технических наук, Владимирский госуниверситет. Пронин Валерий Владимирович — Владимирский госуниверситет.
Рис. 3. Схема положения точек для определения уклонов откосов земляного сооружения и отбора проб на откосе для расчёта распределения фракций грунта по откосу
Рис. 4. Схема положения контрольных точек для определения уклонов откосов земляного сооружения в водоёме
График 1. Средний грансостав График 2. Испытание сгустителя
Рис. 5. Схема положений резерва грунта и переключателя пульпы при проведении экспериментальных работ Рис. 6. Схема устройств контроля продольных перемещений газопровода
