Установление ширины основной площадки земляного полотна 2 page

Деревья, стволы которых имеют диаметр более 40 см, спиливают бензомоторными пилами. Валку деревьев до 40 см с корнями выполняют с помощью бульдозера. Валить деревья с корнями целесообразно в тёплое время года при наличии мягких почв и поверхностной корневой системы.

С помощью лебёдки трелёвочного трактора и специального троса (чокера) хлысты собирают в воз, который затягивают одним концом на платформу трактора. Трактор выволакивает воз на площадку, где производится разделка деловой древесины и сортировка ее по сортам. Затем эту древесину вывозят и складируют в штабели в зависимости от размеров брёвен и их сорта. Схема расчистки трассы от леса приведена на рисунке 4.1.

Примерный выход древесины с одного гектара приведен в таблице 4.2.

Показатели, характеризующие густоту мелколесья и кустарника, представлены в таблице 4.3.

Рис. 4.1. Схема расчистки трассы от леса:

1 – разделочная площадка; 6 – трелевочный трактор;

2 – корчеватель; 7 – узкая колея;

3 – поваленные деревья; 8 – вагонетка;

4 – трелевочный волок; 9 – штабеля бревен

5 – граница полосы отвода;

Таблица 4.2

Объем древесины, получаемый с 1 га леса различной густоты и крупности

Таблица 4.3

Показатели, характеризующие густоту мелколесья и кустарника

Пни корчуют на участках расположения резервов, мелких выемок, берм, траншей, канав, в основании насыпей высотой до 1 м, а также в пределах выемок и карьеров, грунт из которых используют для возведения насыпей. В основании насыпей высотой более 1 м разрешается оставлять пни с таким расчетом, чтобы они выступали над поверхностью земли на высоту не более 20 см.

Корчевание пней диаметром до 50 см, а в мёрзлых грунтах до 30 см, может осуществляться бульдозером или корчевателем мощностью 73…184 кВт. При больших диаметрах используют корчеватели с зубьями активного действия или взрывной способ. Кустарник и мелколесье срезают кусторезом или бульдозером.

При этом следят, чтобы острые пеньки не выступали над поверхностью земли и не портили впоследствии покрышки автомобилей и землеройно-транспортных машин на пневмоколесном ходу при движении их по расчищенной поверхности.

Выкорчеванные пни, корни и кустарник перемещают к оси дороги и сжигают или вывозят за пределы полосы отвода.

Образовавшиеся после удаления крупных пней и корней в основании насыпи ямы, во избежание местных просадок насыпи, засыпают грунтом, однородным с грунтом основания, и тщательно уплотняют. Эту операцию можно производить до начала отсыпки насыпи или в ходе отсыпки ее первого слоя.

Валуны (камни), находящиеся на поверхности устраиваемых выемок в нескальных грунтах, вывозят за пределы полосы отвода в том случае, если они для применяемой землеройной техники являются негабаритами. При необходимости их предварительно дробят с помощью взрыва.

При расчистке полосы отвода может быть использован следующий комплект машин и оборудования:

- гусеничный трактор мощностью 73…184 кВт и сменное оборудование к нему: бульдозер, кусторез, корчеватель-собиратель;

- цепная бензомоторная пила.

Состав бригады:

- машинист 6 р. – 1 чел.;

- рабочий 4 р. – 1 чел.

На расчистке трассы используются также специальные расчистные машины - путепрокладчики, имеющие мощный стрелообразный нож с корчующим зубом, гидравлическое крановое оборудование, лебёдку и другие приспособления, облегчающие валку деревьев, срезку кустарника, корчевание и другие расчистные работы.

4.2. Устройство водоотводов

Предусмотренные проектом водоотводы, в частности, нагорные канавы у выемок, водоотводные канавы у насыпей, возводимых без резервов, а также временные канавы для выпуска застойных вод, скопившихся в низинах в зоне будущего земляного полотна, должны быть сооружены до начала производства работ по его возведению.

Поверхностную воду отводят от земляного полотна к водопропускным сооружениям или в пониженные места рельефа местности на такое расстояние, при котором она не будет оказывать воздействие на прочность и устойчивость земляного полотна. Размеры водоотводов в обычных условиях и их размещение показаны на рисунках 1.1 и 1.2.

При возведении насыпи на косогоре продольные водоотводные канавы устраивают с нагорной стороны в случае, если не предусмотрена закладка резерва. На местности с поперечным уклоном менее 0,02, при высоте насыпи менее 1,5 м, на участках с переменной сторонностью поперечного уклона и на болотах водоотводные канавы проектируют и устраивают с 2-х сторон земляного полотна. Изменение направления канав в плане сопрягают кривыми радиуса не менее 5 м, а при подходе к быстротокам, перепадам и искусственным сооружениям – радиуса не менее 10 м.

В месте устройства канав бульдозером или автогрейдером расчищают и планируют площадку шириной 3…3,5 м. Ось канавы через каждые 20 м закрепляют кольями. Кроме этого, через 5…10 м закрепляют кольями (параллельно оси канавы) линию движения кромки гусеницы или колеса машины, ведущей нарезку канавы. Продольный уклон контролируют нивелировкой.

Для нарезки канав используют канавокопатели непрерывного действия (прицепные или навесные), экскаваторы-планировщики с телескопической стрелой, экскаваторы с оборудованием обратной лопаты и профилировочным ковшом, многоковшовые экскаваторы с шнеком, боковыми ножами-откосниками и прочими приспособлениями, позволяющими вести разработку канавы за один проход с отвалом грунта в сторону или погрузкой в транспортные средства; возможно также применение экскаваторов-драглайнов.

В мёрзлых, полускальных грунтах IV…V групп, а также в слабых сильнотрещиноватых скальных грунтах VI группы можно применять экскаваторы обратные лопаты с ковшами активного действия. В ряде случаев используется взрывной способ. Разработанный грунт перемещают в тело насыпи, кавальеры или отвал.

При сильном переувлажнении грунтов выемок, карьеров и резервов производят их осушение. При естественном осушении заблаговременно прорубают просеки с целью просыхания грунта в летний сезон, устраивают водоотводные сети, снимают мохорастительный слой. При необходимости применяют искусственное осушение.

4.3. Подготовка оснований, устройство землевозных дорог

Плодородный слой почвы в основании земляного полотна и на площадях закладки резервов необходимо снять на всём протяжении для последующего использования при проведении рекультивационных мероприятий и укрепления откосов травосеянием. На участках с дерновым покровом дёрн удаляют сплошь под насыпями высотой до 0,5 м, а в пределах косогоров крутизной от 1:10 до 1:5 – высотой до 1 м. На косогорах такой же крутизны при отсыпке насыпей высотой более 1 м из глинистых грунтов основание рыхлят для лучшего сцепления с телом насыпи. На более крутых косогорах (до 1:3) удаляют дёрн и нарезают уступы. Для срезки плодородного слоя почвы и дёрна предназначены бульдозеры и автогрейдеры, применяют также скреперы и экскаваторы – обратные лопаты и планировщики. Рыхление грунта осуществляют с использованием тракторных плугов или кирковщиков автогрейдера, а при наличии грунтов IV…VI групп трудности разработки используют прицепные или навесные рыхлители на тракторах мощностью 73…184 кВт.

Темп сооружения земляного полотна, его себестоимость и трудоемкость в значительной мере зависят от четкой организации работы землевозного автомобильного транспорта и состояния землевозных дорог. Улучшение дорожных условий позволяет значительно уменьшить простои строительной техники, сократить количество ремонтов автосамосвалов, уменьшить расход горючего, снизить потребность в автосамосвалах.

При перемещении грунта из карьеров и выемок в возводимые насыпи, особенно при значительной дальности транспортировки, следует максимально использовать притрассовую автомобильную дорогу, которую строят более совершенной, чем землевозные дороги. В этом случае землевозные дороги устраивают только на участках от карьера или выемки до притрассовой дороги и от нее к возводимой насыпи. В случае невозможности или нецелесообразности использования притрассовой дороги прокладывают временные землевозные дороги. Землевозные дороги, как правило, предусматривают для двустороннего движения; однополосные дороги допускаются только при кольцевом движении.

При большом объёме перевозимого грунта и длительном сроке эксплуатации на автомобильных землевозных дорогах устраивают усовершенствованные типы покрытий, которые назначают с учетом срока эксплуатации и грузонапряженности дороги, грузоподъёмности автосамосвалов, грунтовых и климатических условий, наличия материалов. Выбор покрытия должен быть экономически обоснован.

4.4. Отделочные работы

Отделочные работы выполняются вслед за окончанием сооружения земляного полотна без перерыва во времени. В состав отделочных работ входят: планировка откосов и основной площадки насыпей с устройством сливной призмы, в случае использования недренирующих грунтов; планировка откосов и основной площадки выемок с устройством кюветов и, при необходимости, сливной призмы.

Планировку основной площадки и нарезку сливной призмы насыпей рекомендуется делать до планировки откосов. В выемках нарезать сливную призму и устраивать кюветы целесообразно после планировки и укрепления откосов, чтобы не засорять кюветы и укреплять их одновременно с откосами. Планировка основной площадки земляного полотна и нарезка сливной призмы в нескальных талых грунтах выполняется средними и тяжелыми автогрейдерами, оборудованными автоматическими системами управления рабочими органами, типа «Профиль-20», «Профиль-30». Для нарезки сливной призмы в мерзлых грунтах используется машина МРПК-1, оборудованная специальной цилиндрической фрезой.

Если рабочие отметки земляного полотна не превышают 3,5 м, то планировку откосов наиболее рационально осуществлять бульдозерами или автогрейдерами, оборудованными откосниками. При рабочих отметках до 11 м можно использовать экскаваторы-планировщики; при больших рабочих отметках применяют экскаваторы-драглайны, оборудованные двухотвальным планировщиком. Возможна поярусная планировка.

Для нарезки кюветов могут быть использованы те же машины, что и для устройства водоотводных и нагорных канав.

Подробно вопросы производства отдельных видов подготовительных и отделочных работ изложены в [3,5,6,10], нормы затрат труда на выполнение данных видов работ приведены в [3,4].

В курсовом проекте необходимо кратко изложить технологию ведения подготовительных и отделочных работ, подобрать комплекты машин для их выполнения.

5. Распределение земляных масс

5.1. Сущность распределения земляных масс

Железнодорожное земляное полотно состоит из непрерывно чередующихся насыпей и выемок.

Суммарный объём грунта всех насыпей и выемок железнодорожных линий составляет профильную кубатуру земляного полотна / V проф./.

Сумма объёмов грунта, разрабатываемого в выемках, резервах и карьерах и перемещаемая из них в насыпь, представляет собой рабочую кубатуру / р./ сооружаемого земляного полотна железнодорожной линии. При распределении земляных масс с целью сокращения рабочей кубатуры следует максимально (по возможности полностью) использовать грунт, получаемый при разработке выемок, для возведения насыпей. В этом случае рабочая кубатура минимальна.

Решение задачи определения минимального значения рабочей кубатуры составляет сущность распределения земляных масс.

При недостатке грунта в выемке и неэкономичности его перемещения из выемки в насыпь грунт для возведения насыпи берется из карьеров и резервов. При избытке грунта в выемках или непригодности его для возведения насыпей (переувлажнение и т.д.) выполняется их разработка с перемещением вынутого грунта в отвал.

Распределение земляных масс выполняется в определенной последовательности:

1) предварительная разбивка продольного профиля на отдельные рабочие участки (массивы выемок и насыпей), для каждого из которых решается вопрос распределения земляных масс;

2) предварительное назначение способов работы землеройных и землеройно-транспортных машин на каждом отдельном участке профиля;

3) определение средней дальности продольной и поперечной возки грунта на каждом рабочем участке профиля;

4) ориентировочное сравнение возможных вариантов по методам работ и дальности возки грунта, выбор оптимального способа работ и окончательное распределение земляных масс.

5.2. График попикетных объёмов

Размещение профильной кубатуры вдоль участка возведения земляного полотна наглядно отображает график попикетных объёмов.

График вычерчивается на миллиметровой бумаге под продольным профилем, который дан в задании на курсовой проект. На каждом пикете вверх от горизонтальной нулевой оси откладываются в масштабе 1:2000, 1:5000 или 1:10000 вертикальные столбики, изображающие объёмы выемок, а столбики, изображающие объемы насыпей, откладываются вниз от нулевой оси. График насыпи заштриховывается в красный цвет, а выемок – в желтый. Горизонтальный масштаб графика попикетных объёмов М 1:10000.

Если на пикете имеется одновременно выемка и насыпь, то вертикальные элементы графика откладываются и вверх и вниз соответственно по длине выемки и насыпи. Над столбиком графика указывается величина попикетного объёма насыпи или выемки, а также подсчитываются величины помассивных объёмов грунта. Помассивный объём насыпей на подходе к мосту следует указывать отдельно для левого и правого подходов. График используется при решении задачи распределения земляных масс (см. рис. 5.1). В дипломных проектах осуществляется построение графика помассивных объемов.

5.3. Определение средней дальности возки грунта по производственным участкам

Одним из наиболее распространенных способов определения средней дальности возки грунта при продольном перемещении является графический способ.

Этот способ основан на построении кривой объёмов (рис. 5.1), обладающей следующими свойствами:

а) ордината каждой точки кривой равна алгебраической сумме насыпей и выемок, расположенных слева от начальной точки кривой до данной, причем ординаты выемок входят в сумму со знаком /+/, а насыпей – со знаком /-/;

б) восходящие ветви кривой, считая слева, соответствуют выемкам, нисходящие – насыпям;

в) вершины кривой, т.е. точки кривой, в которых ординаты меняют знак, соответствуют нулевым точкам на продольном профиле участка (точкам перехода из выемок в насыпь и наоборот);

г) всякая горизонтальная прямая, пересекающая восходящую и нисходящую ветви кривой объёмов, отсекает на кривой сегмент, образованный двумя частями кривой, соответствующими на продольном профиле участкам насыпи и выемки, объёмы которых равны между собой и измеряются на кривой величиной стрелы сегмента; эта горизонтальная секущая линия называется линией равных объёмов;

д) площадь сегмента, образованная кривой объёмов и распределительной линией, равна произведению объёма выемки на среднюю дальность возки при перемещении земляных масс из выемки в насыпь.

На дорогах I, II категории в том случае, если грунт выемок пригоден для сооружения насыпей, целесообразно избыток грунта вывозить не в отвал, а сразу отсыпать насыпь под два пути. Без согласования с заказчиком это допускается при дальности возки, не превышающей расстояние до отвала (или до 1 км), при большей дальности данное решение может привести к перерасходу сметы.

В случае, когда грунта выемок не хватает для отсыпки насыпи, можно произвести их уширение; возможна разработка выемок сразу под два пути.

В результате распределения земляных масс на заданном трехкилометровом участке определяются границы производственных участков с продольным и поперечным перемещением грунта. Границы производственных участков приводятся в пояснительной записке и указываются на кривой объёмов. При продольном перемещении грунта L_ср принимается графически по кривой объёмов (см. рис. 5.1).

Поперечная дальность перемещения грунта из выемки в кавальер и из резерва в насыпь (рис. 5.2) вычисляется с учетом поперечных профилей резерва и насыпи, кавальера и выемки. При использовании скреперов средняя дальность возки при перемещении грунта из резерва в насыпь равняется

. (5.1)

Рис. 5.1. Графический материал к проекту производства земляных работ

Рис. 5.2. Средняя дальность (L_ср) при поперечной возке грунта:

а) из резерва в насыпь; б) из выемки в кавальер

Соответственно, средняя дальность возки при перемещении грунта из выемки в кавальер равняется

, (5.2)

где В – ширина выемки понизу, м;

В₀ – ширина основной площадки земляного полотна, м;

m – показатель заложения крутизны откоса выемки (насыпи);

Н_ср – средняя рабочая отметка на участке выемки (насыпи), м;

d₂ ³ 5 м - в плотных грунтах, ³ 10 м – в слабых грунтах;

d₁ – ширина бермы со стороны будущего второго пути (d₁ = 7,1 м);

h_р – глубина резерва ;

h_к –высота кавальера ();

в _к – размер кавальера поверху, м;

n – показатель крутизны откоса резерва (кавальера);

l₂ – расстояние между съездами, въездами: /l₂ =65 м при Н 2 м; l₂ =65…130 м при /;

l₃ – удлинение пути перемещения за счет поворотов (прибавка на один поворот от 20 до 60 м);

d_p – размер резерва по дну, d_р»10 м.

При использовании экскаватора в комплекте с бульдозером средняя дальность перемещения грунта определяется как расстояние между осями выемки и кавальера или насыпи и резерва. При применении в качестве ведущих машин бульдозеров и устройстве сплошного въезда крутизною > 1:10, расстояние между осями умножается на коэффициент 1,7; при подъеме круче 1:5 – на коэффициент 1.13.

5.3.1. Расчёт резервов и кавальеров

При распределении земляных масс расчёт резервов и кавальеров производится с целью определения средней дальности возки на выделенных участках.

Для того, чтобы найти требуемые размеры резерва или кавальера, определяется средняя площадь их поперечного сечения w по формуле

, (5.3)

где V_н(в) – потребный объём грунта для насыпи (Н) или объем разрабатываемой выемки (В), м³;

L – длина резерва, равная длине участка насыпи, или длина кавальера, которая может быть больше, меньше или равна длине выделенного участка выемки, м.

Необходимо учитывать, что в самых благоприятных условиях из одностороннего резерва можно взять на одном пикете не более 4500 м³ грунта , а из двустороннего – не более 9000 м³ . При больших объёмах насыпей следует изыскивать карьер или везти грунт из выемки.

Односкатные резервы площадью обычно проектируют глубиной . Рассчитывая резерв для поперечного перемещения грунта бульдозером, глубину его принимают не больше средней высоты насыпи.

Расчёт односкатного резерва (рис. 5.3) ведется по формулам:

; (5.4)

; (5.5)

; (5.6)

. (5.7)

Двускатные резервы площадью проектируют глубиной до и расчёт ведут по формулам (5.4), (5.5), (5.6), (5.7), принимая b₁>10 м (рис. 5.4).

; (5.8)

. (5.9)

При средних отметках насыпи, превышающих 4 м, когда необходимо закладывать резервы одинакового сечения с обеих сторон насыпи, размеры резерва определяют по тем же формулам, принимая вместо w значение .

Расчёт размеров кавальеров производят аналогично по формулам (5.4), (5.5), (5.6), (5.7), в которых принимают (рис.5.5).

Рис. 5.3. Расчетная схема к определению размеров односкатного резерва

Рис. 5.4. Расчетная схема к определению размеров двускатного резерва

Рис. 5.5. Расчетная схема к определению размеров кавальера

6. Выбор способов производства земляных работ и сравнение вариантов

6.1.Методика выбора способов производства земляных работ и типов ведущих машин

Работы по сооружению земляного полотна в основном выполняются

механизированными колоннами. При этом в максимальной степени используется комплексная механизация. Наряду с МК в сооружении железнодорожного земляного полотна принимают участие взрывпоезда, средства гидромеханизации; достаточно широко используется поездная возка грунта.

Механизированные колонны оснащены высокопроизводительной землеройной техникой, позволяющей им отсыпать до 2,5…3 млн. м³ грунта в год. Составы парков машин МК сформированы с учетом местных условий производства работ. Они приведены в паспортах-табелях технического оснащения механизированных колонн [9].

Составы парков типовых МК сформированы на основе модульного принципа. Модуль – это типовой комплект машин и оборудования, обеспечивающий наиболее эффективное возведение земляного полотна в определенных условиях.

Экскаваторы, скреперы и бульдозеры являются ведущими машинами в соответствующих модулях и определяют их производительность. В состав модулей входят также комплектующие машины и механизмы, производительность которых увязывается с производительностью ведущей машины.

Выбор способов производства земляных работ и ведущих машин осуществляется в два этапа. На первом этапе (предварительный выбор способов работ и машин) выбирают ведущие машины, которые своими конструктивно - эксплуатационными характеристиками отвечают требованиям технологии земляных работ на конкретном участке сооружения земляного полотна. При этом берется в учет вид грунта и его влажность, объем работ на участке, заданный срок производства работ, рабочие отметки насыпей и выемок, дальность возки грунта, рельеф местности, климатические условия, состояние землевозных дорог, удаленность от станции примыкания.

Наиболее универсальными машинами при сооружении железнодорожного земляного полотна являются экскаваторы с ковшами вместимостью 0,65…1,6 м³ для производства работ на трассе и 2,5 м³ для работы в карьере. В скальных грунтах используются экскаваторы с ковшом вместимостью не менее 1 м³.

Экскаватор с оборудованием драглайна в бестранспортном варианте эффективен при сооружении длинных насыпей, отсыпаемых из резервов. Причем высота насыпи должна быть не более Н₁ при отсыпке ее из одностороннего резерва и не более Н₂ при отсыпке из двухстороннего резерва.

; (6.1)

, (6.2)

где R_B - радиус выгрузки экскаватора, м;

В₀ - ширина основной площадки земляного полотна, м;

L_X – ширина хода экскаватора, м;

m – показатель крутизны откоса насыпи.

Применим данный тип экскаватора и при разработке выемки в кавальер. И в том и в другом случае должна быть обеспечена возможность многократного прохода экскаватора по бермам.

Если речь идет о разработке грунта с погрузкой в транспортные средства, то экскаваторы с оборудованием прямой лопаты и драглайна целесообразно применить в следующих случаях:

а) при наличии значительных сосредоточенных объемов разработки: выемок глубиной 4…5 м и более, карьеров для отсыпки насыпей 6 м и выше, а также насыпей на подходах к мосту;

б) при большой дальности транспортирования грунта (до нескольких километров).

Экскаваторы с оборудованием прямая лопата имеют большие усилия резания, чем драглайны, поэтому более эффективны при разработке плотных грунтов. При разработке легких грунтов оба типа экскаваторов могут быть снабжены ковшами со сплошной режущей кромкой, что значительно повышает их производительность.

Целесообразные соотношения вместимости ковша экскаватора и объема земляных работ на одном объекте (выемке, карьере) приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Скреперы применяются для возведения насыпей из резервов и карьеров, при разработке выемок с перемещением грунта в насыпи и кавальеры.

Без предварительного разрыхления они могут разрабатывать грунты I – II группы трудности.

При поперечном перемещении грунта (из резерва в насыпь, из выемки в кавальер) рабочие отметки земляного полотна не должны превышать 5…6 м.

На основании рекомендаций, данных в руководстве ЦНИИОМПТ, дальность транспортирования грунта из выемок и карьеров может находиться в пределах значений, указанных в таблице 6.2.

Таблица 6.2