Установление ширины основной площадки земляного полотна 3 page

Рекомендуется также выбирать скреперы для применения на строительстве земляного полотна железных и автомобильных дорог в соответствии с объемом работ на объекте. При снятии поверхностного слоя грунта и разработке выемок и карьеров с перемещением грунта в насыпи на расстояние до 500 м при объеме работ на объекте до 40, от 40 до 80 и более 80 тыс. м³ целесообразно использовать скреперы с ковшом вместимостью соответственно 7, 10 и 15 м³. При дальности возки свыше 500 м рекомендуется на объектах с объемом до 40 тыс. м³ применять прицепные скреперы с ковшом вместимостью 15 м³, а на объектах с большим объемом работ – полуприцепные с ковшом 10 м³. При отсыпке насыпей из резервов наиболее целесообразны прицепные скреперы с ковшом 10 м³.

Скреперы не рекомендуется использовать для разработки глинистых грунтов с природной влажностью

W_l >W_P + 0,25I_п, (6.3)

где W_l – природная влажность;

W_Р – влажность на границе раскатывания;

I_п – число пластичности.

Малоэффективны они в сухих сыпучих грунтах. Площадь, где ведется разработка, должна быть расчищена от пней, корней, каменистых включений.

Бульдозеры применимы при разработке выемок с перемещением грунта в насыпи или кавальеры, возведении насыпей из резервов, устройстве полувыемок и полунасыпей на косогоре. При поперечном перемещении грунтов рабочие отметки не должны превышать 1…1,5 м. При отсыпке насыпи из одновременно разрабатываемой выемки рабочие отметки не ограничиваются, но увеличение дальности перемещения грунта сверх 100 м экономически нецелесообразно.

На втором этапе производится сравнение конкурентноспособных вариантов по основным технико-экономическим показателям, и на основании этого сравнения осуществляется окончательный выбор способов производства работ.

При выборе способа производства работ и ведущих машин необходимо предусмотреть следующие требования:

а) общее повышение культуры строительного производства;

б) повышение качества работ;

в) обеспечение безопасных и безвредных условий труда при выполнении земляных работ.

Важнейшими показателями являются:

- рост производительности труда;

- эффективное использование землеройных машин по производительности и по времени;

- снижение трудовых затрат и себестоимости производства работ.

6.2. Расчет технико-экономических показателей и сравнение вариантов производства земляных работ

а) Производительность ведущей машины на стадии выбора вариантов механизации земляных работ принимается по ЕНиР [4] и определяется по формуле

, (6.4)

где Н_вр – норма времени на 100 м³ грунта, определяемая по ЕНиР, чел.-ч;

t – продолжительность смены в часах (t = 8,2 ч).

б) Продолжительность производства работ на данном участке определяется в сутках, исходя из принятого режима работы ведущей машины в 2 или 3 смены в сутки, по формуле

, (6.5)

где b - принятый режим работы ведущей машины в сутки (2 или 3 смены);

V₀ – общий объем работы на заданном производственном участке, м³;

П_см – производительность ведущей машины, определяемая по ЕНиР, м³/см.

в) Стоимость разработки одного м³ грунта при выполнении курсового проекта может быть определена по приближенной формуле

, (6.6)

где С_м-см – стоимость машиносмен, руб., с учетом индексации;

К₁ – коэффициент, учитывающий накладные расходы строительства, условно отнесенные на стоимость машиносмены (К₁ = 1,08);

- учет всех машин, входящих в комплект;

К_пер – коэффициент, учитывающий переход от норм по ЕНиР к сметным (К_пер = 1,33).

г) Затраты труда рабочих (трудоемкость в чел.-днях) при разработке одного м³ грунта подсчитывается по формуле

, (6.7)

где - затраты труда рабочих, занятых в управлениях машинами, чел.-дни;

- затраты труда в течение смены рабочих, участвующих в технологическом процессе производства земляных работ, чел.-дни.

Необходимый справочный материал для производства приведенных выше расчётов дан в приложении 1. В дипломном проекте на стадии сравнения конкурентоспособных вариантов необходимо основываться на данных источников [1, 3, 5].

Результаты расчетов технико-экономических показателей по производству земляных работ при возведении железнодорожного земляного полотна сводятся в таблицу 6.3.

Таблица 6.3

Сравнение вариантов производства земляных работ при возведении железнодорожного земляного полотна на участке от пикета до пикета.

7. Проектирование технологии, организации труда

и технологические расчеты при производстве земляных работ

Проектирование технологии и организации труда является одним из основных вопросов, разрабатываемых в ходе курсового проектирования, и осуществляется на каждом производственном участке сооружения земляного полотна. Большую помощь при детальном проектировании технологии земляных работ и организации труда по производственным участкам оказывают типовые технологические схемы, технологические карты и карты организации труда.

На основе типовой технологической документации в курсовом проекте разрабатываются технологические схемы сооружения железнодорожного земляного полотна, определяются рациональные способы разработки грунта экскаваторами, схемы движения скреперов и бульдозеров, рациональные схемы наполнения ковша скрепера грунтом, производится расчет рабочего цикла машин, определяется производительность ведущих землеройных и землеройнотранспортных машин, рассчитывается потребное количество машин для выполнения земляных работ на каждом производственном участке, определяется фактическая продолжительность выполнения работ по участкам.

Проектирование осуществляется в определенной последовательности по изложенной ниже методике.

7.1.Методика проектирования технологии и организации труда при производстве земляных работ

В этой части курсового проекта дается общая характеристика производственных участков, отражаются конкретные условия производства земляных работ, дается краткое описание принятого способа производства работ и типов ведущих машин. В характеристике производственных условий для каждого участка отражаются следующие данные: объем работ в м³, свойства грунтов, рабочие отметки и т.д.

7.2.Проектирование технологических схем производства земляных работ

Технологические схемы производства земляных работ для каждого производственного участка проектируются в зависимости от принятого способа производства работ и типа ведущих машин.

7.2.1. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами

Место непосредственной работы экскаватора называется забоем. Объем грунта, разработанный с одной стоянки экскаватора между передвижками, называется элементом забоя.

Забой как рабочее место экскаватора образуют с учетом:

- формы и размеров сооружения, для которого необходима создаваемая экскаватором выработка;

- технологических характеристик экскаватора;

- технологических характеристик занятого с экскаватором транспорта;

- условий безопасного и эффективного выполнения работ, связанных с обеспечением устойчивости грунтовых массивов, достижением наивысших показателей производительности и т.д.

Проектирование забоев и технология их разработки состоят в определении наиболее выгодных размеров забоя, в первую очередь его ширины и глубины, назначения оптимальных положений в забое экскаватора и транспорта, последовательности разработки забоев выемок и перемещения путей экскаватора и средств транспорта. Экскаватор с прямой лопатой разрабатывает грунт впереди себя и выше уровня стоянки движением ковша снизу вверх, а затем, по мере разработки на величину принятого хода рукояти, передвигается вперед. Выемка разрабатывается последовательными проходками экскаватора до получения требуемого профиля.

Наибольшую высоту забоя при копании грунта экскаватором принимают равной наибольшей высоте копания и ограничивают, исходя из условия предотвращения нависания козырьков.

Продольная траншея, образуемая экскаватором за один проход в одном направлении выемки или карьера, называется проходкой или заходкой. Основными видами проходок и забоев экскаватора с оборудованием прямая лопата являются:

а) боковые, когда грунт выгружается в средства транспорта, стоящие сбоку от экскаватора, или, реже, в отвал, располагаемый параллельно ходу экскаватора. Боковые проходки в зависимости от уровня расположения транспорта относительно уровня стоянки экскаватора бывают одноярусные, когда транспорт располагается на одной отметке с экскаватором, и двухъярусные – при расположении на разных уровнях;

б) лобовые, когда транспорт подается на дно траншеи, образованной экскаватором, и устанавливается позади него.

При боковом забое по сравнению с лобовым значительно меньше угол поворота, удобнее подача транспортных средств и погрузка в них грунта, возможно сквозное движение транспорта, в результате чего увеличивается производительность экскаватора, но уменьшается объем грунта, вынимаемый с одной стоянки, и, следовательно, возрастает число передвижек экскаватора.

Недостатком лобового забоя является необходимость подачи транспорта по дну проходки задним ходом и установки его позади экскаватора, что вызывает значительное увеличение угла поворота, а следовательно, удлинение цикла и уменьшение производительности экскаватора. Однако с одной стоянки при этом разрабатывается больший объем грунта и число передвижек уменьшается.

Боковые проходки широко применяются при разработке выемок и карьеров с погрузкой грунта на транспортные средства.

Лобовые забои применяются:

- для первой проходки выемок и карьеров;

- при коротких выемках на крутых склонах местности, препятствующих прокладке погрузочных дорог;

- при разработке скальных выемок;

- при разработке выемок и карьеров в зимнее время.

Высоту проходок и расстояния между ними по высоте назначают, исходя из условий обеспечения возможности погрузки; они должны быть со стороны погрузки не больше высоты яруса h _я

, (7.1)

где Н¹_В - максимальная высота выгрузки, м;

h_тр. – высота от уровня дороги до верха бортов транспортной единицы, м;

0,5 м – запас, учитывающий неровности пути и превышение погруженного грунта над бортами.

Глубина нижней проходки во избежание перебора дна выемки должна назначаться с недобором в 0,25 м, считая недобор 0,10+0,15 м (высота сливной призмы).

Число проходок должно быть минимальным, длина проходок полного профиля – максимальной, а неполного профиля – минимальной. Общее число проходок

, (7.2)

где Н_в – наибольшая глубина выемки, м.

Если глубина выемки не кратна высоте яруса, устраивается первая узкая проходка, называемая пионерной. Пионерная траншея может быть также необходима для срезки отдельных коротких горбов профиля или для углубления последующей за ней проходки и смягчения продольного профиля рабочих путей. Пионерная траншея назначается минимальной ширины по дну, достаточной для установки одного экскаватора, с погрузкой грунта, вынутого из траншеи, в отвал на борт выемки, на верх последующих проходок или на транспорт.

Глубина пионерной траншеи определяется по формуле

. (7.3)

Наибольшие по высоте проходки должны располагаться посередине сечения выемки, а с меньшей высотой – у откосов, для сокращения недоборов до величины, принимаемой не более 8% общей площади выемки.

Расположение проходок в продольном направлении зависит от топографических условий, направления разработки и других факторов. При односторонней вывозке грунта проходки экскаватора располагаются по схемам, приведенным на рис. 7.1 а и б. Параллельные проходки дают забой одинаковой высоты, а пути транспорта – с одинаковым уклоном (рис. 7.1, а). При лучеобразных проходках (рис. 7.1, б) глубина забоев все время изменяется, а рабочие пути для транспорта приобретают все меньшие уклоны. Те же результаты получаются и при построении проходок для двусторонней вывозки грунта (рис. 7.1, в и г).

Рис. 7.1. Расположение проходок:

а) параллельных при односторонней вывозке; б) лучеобразных при односторонней вывозке;

в) параллельных при двусторонней вывозке; г) лучеобразных при двусторонней вывозке

Для обеспечения отвода воды продольный уклон проходок должен быть не менее 0,003, с этой целью разработку выемок следует начинать с низового конца. При затруднениях с продольным отводом воды забою придается поперечный уклон 0,02…0,05 в соседнюю ранее разработанную проходку. Забой, как правило, должен находиться на самых высоких отметках проходки. Если этого не удается достичь и часть проходки, имеющая пониженные отметки, образует бессточный котлован, необходимо заранее позаботиться о водоотливе, иначе ненастная погода может вызвать длительный перерыв в работе. В дренирующих грунтах водоотвод в забое необязателен.

На практике верхние проходки нередко проектируют с учетом конфигурации земной поверхности, и продольный уклон оказывается переменным. На части длины проходка может быть лучеобразной, на части – параллельной. Кроме того, необходимо принимать во внимание изменение ширины выемки, зависящее от ее глубины, в силу чего проходки могут быть криволинейны по всей длине или на ее части, а также иметь переменную ширину. Если, например, уже сделана пионерная траншея и экскаватор приступает к разработке первой основной проходки, дно которой должно располагаться ниже дна траншеи, то сначала он копает один из бортов, расширяя пионерную траншею, пока не будет образована выработка достаточной ширины. Лишь после этого возможно постепенное зарезание с выходом на расчетные отметки дна основной траншеи (см. рис. 7.2).

Рис. 7.2. Боковая проходка траншеи при различных уровнях стоянки экскаватора и проезда транспорта: I …VIII - последовательность проходки

Выемки сравнительно небольшой глубины нередко проходят лобовым забоем насквозь с использованием полной высоты копания, а затем этим же или другим экскаватором дорабатывают грунт за бортами траншеи.

Порядок разработки карьеров зависит от характера залегания отрабатываемого массива. Если дно карьера расположено ниже земной поверхности, то обычно стремятся расширять разрезную траншею боковыми проходками на одном уступе (рис. 7.3, а), и лишь при ограниченной площади карьерного поля может возникнуть необходимость работать на втором, более глубоком уступе. Если карьер заложен на косогорном участке, то отрабатывают до максимально допустимой высоты верхний уступ, а затем, при необходимости, - нижний. При этом работу ведут в основном боковыми проходками (рис. 7.3, б).

Драглайнами удается вчерне разрабатывать однопутные выемки глубиной до 6…10 м, что практически исчерпывает все возможные варианты подобных работ в равнинной и холмистой местности. Более глубокие выемки встречаются здесь весьма редко, и лишь в горных условиях их удельный вес увеличивается примерно до 9% общего объема земляных работ. Однако самостоятельно отсыпать грунт непосредственно в кавальеры драглайн, идущий по оси выемки, не может, так как он практически полностью использует для копания наибольший вылет стрелы. Грунт отсыпают в промежуточный отвал и перемещают в кавальеры бульдозером.

Рис. 7.3. Схемы разработки карьеров

При продольном перемещении драглайна по оси выемки образуется лобовая проходка трапецеидального сечения с откосами крутизной около 45°.

При двустороннем расположении кавальеров экскаватор сначала разрабатывает одну половину забоя, отваливая грунт с этой же стороны, затем – другую, а на отвале попеременно то справа, то слева работает бульдозер, формирующий кавальер. Объем грунта в односторонних отвалах определяют, ориентируясь на удобство работы бульдозера.

Наряду с рассмотренной лобовой проходкой выемки драглайном на полную глубину возможна и асимметричная лобовая проходка. В этом случае экскаватор смещают в сторону одного из откосов выемки, где он может нормально отрабатывать под углом около 45° лишь один, ближний к нему борт. Противоположный борт приобретает довольно большую крутизну, общий путь копания снижается и глубина его оказывается меньшей, чем при лобовой проходке. Однако она ограничивает и глубину разрабатываемой траншеи, которая существенно уменьшается. Вместе с тем при асимметричной лобовой проходке удается разместить за бортом траншеи отвал значительного объема, грунт из которого может быть уложен в кавальер позднее, независимо от разработки траншеи.

Применимость асимметричной лобовой проходки целесообразна при небольшой глубине выемок. Для обычных драглайнов с ковшами вместимостью 0,8…1,5 м³ глубина выемок должна сооставлять примерно 2,5…3,5 м. Такая глубина обусловлена возможностью размещения отвалов на борту траншеи. Вместе с тем драглайн при подобной глубине за счет большой ширины траншеи способен разработать основную часть сечения выемки. Оставшийся неразработанным массив за крутым бортом он может выбрать при работе с противоположной стороны боковой проходкой.

При работе с погрузкой грунта в автосамосвалы наиболее производительным является продольный способ, называемый челночным.

При установке автосамосвалов на верхней отметке забоя сбоку или позади экскаватора средний угол поворота составляет от 90° и выше; ковш, опущенный в забой, приходится поднимать на большую высоту, что значительно увеличивает время цикла.

Челночный способ предусматривает установку автомашин под погрузку на дне забоя с набором грунта ковшом экскаватора первоначально с обеих сторон автосамосвала. Грунт набирается сначала с одной стороны автосамосвала (1-е и 2-е положение ковша), затем загруженный ковш подается на разгрузку (3-е положение ковша), которая осуществляется на ходу или с непродолжительной остановкой ковша над кузовом автосамосвала; после разгрузки движение продолжается в том же направлении и ковш снова опускается для набора, но уже с другой стороны автосамосвала (4-е и 5-е положение ковша), а потом загруженный ковш снова подается на разгрузку (6-е положение ковша) с последующей подачей его с другой стороны автосамосвала.

Такая схема работы, называемая поперечно-челночной (рис. 7.4), позволяет сократить величину подъема загруженного ковша на глубину забоя при загрузке автосамосвала, производить разгрузку ковша на ходу, вести работу с углами поворота стрелы не более 15°, разрабатывать забой максимальной ширины, чем сокращается число передвижек экскаватора.

При достижении между задним (торцовым) бортом кузова и торцовой стенкой проходки расстояния, позволяющего набирать грунт, копание производится перед задним бортом автомашины, а подъем ковша осуществляется почти без поворотного движения экскаватора. Такая схема работы называется продольно-челночной (рис. 7.5); вследствие совмещения поворотного движения в пределах 0…5° с подъемом и опусканием ковша достигается дальнейшее повышение производительности.

Технологические схемы сооружения железнодорожного земляного полотна с применением экскаваторов драглайнов приведены на рис. 7.6, 7.7.

Рис. 7.4. Поперечно-челночный способ Рис. 7.5. Продольно-челночный способ

разработки выемок разработки выемок

7.2.2. Производство земляных работ скреперами. Тяговые расчеты при работе скрепера

При производстве земляных работ скреперами на эффективность их использования особенно влияет правильный выбор схем движения и рациональных способов наполнения ковша скрепера при его работе в забое. В зависимости от взаимного расположения выемок и кавальеров, выемок и насыпей, насыпей и резервов разработку грунта скреперами выполняют по схемам движения: эллиптической, восьмерке, зигзагообразной и т.д. При выборе схемы движения необходимо предусмотреть наикратчайший путь при перемещении грунта. Длина забоя должна обеспечивать полную загрузку ковша.

Разработка выемок с перемещением грунта в насыпь (продольная возка) производится скреперами при любой глубине выемки и высоте насыпи.

Разгрузка грунта в насыпь осуществляется равномерно по ее ширине продольными полосами, начиная от бровок, по направлению к оси насыпи, что обеспечивает тщательное уплотнение грунта по ширине насыпи и необходимую безопасность движения скреперов по краю насыпи (рис. 7.8). Грунт, перемещаемый из выемки в насыпь, во избежание пересыхания или переувлажнения нужно разравнивать и уплотнять до окончания каждой смены. Послойное разравнивание грунта производится бульдозерами или автогрейдерами. Разработку выемок скреперами следует начинать от бровок выемки к середине продольными слоями. Образующиеся в поперечном сечении выемки уступы срезаются грейдерами, автогрейдерами или бульдозерами по мере разработки выемок через каждые 2 м по глубине (рис. 7.8).

Для лучшего заполнения ковша применяют рациональные схемы и способы загрузки скрепера, учитывающие влияние геометрических параметров ковша, свойств и состояния грунтов, формы ножей скрепера и глубины резания. Степень лучшего наполнения ковша характеризуется коэффициентом наполнения К_н. Обычно коэффициент наполнения К_н находится в пределах от 0,8 до 1,1. Рыхление грунтов III и IV категорий способствует увеличению наполнения ковша на 4…8%. Однако в разрыхленных грунтах уменьшается сила сцепления ходовой части трактора (тягача) с грунтом, что ограничивает силу тяги тягача или трактора.

Глубина резания и форма срезаемой стружки грунта зависят от характеристики грунтов и определяются тяговыми расчетами. Чтобы исключить перегрузку двигателя в процессе набора грунта, можно уменьшить толщину срезаемой стружки путем выглубления ковша.

В рыхлых грунтах целесообразно применять гребенчатую схему набора грунта, в более плотных – шахматно-ребристую (рис. 7.9).

При использовании гребенчатой схемы ковш заглубляется в несколько приемов. В начале набора грунта устанавливается максимально возможная глубина резания, допускаемая мощностью двигателя тягача. По мере нарастания нагрузки на двигатель и числа оборотов вала глубина уменьшается. При восстановлении нормального количества оборотов нож ковша вновь углубляется. Эта операция повторяется несколько раз. Профиль вырезанной полосы принимает гребенчатый вид. Этот способ сокращает путь набора и уменьшает время цикла скрепера. Призма волочения, образующаяся перед ковшом, подхватывается ножами при каждом их углублении, улучшая заполнение ковша и уменьшая потери грунта.

При ребристо – шахматной схеме срезка грунта по ширине забоя производится последовательными и параллельными проходками, одинаковыми по длине и расстоянию, но сдвинутыми по отношению к соседнему ряду в шахматном порядке так, чтобы полоса невыбранного грунта между проходками первого ряда (1…4) равнялась примерно половине ширины захвата ковша скрепера. Последующие ряды второй и третьей проходок должны располагаться в шахматном порядке; первую половину пути наполнения ковша производят на целине, на второй половине пути срезаются оставшиеся после разработки первого ряда проходок ребра грунта. Такой способ повышает коэффициент наполнения ковша, позволяя в конце набора, когда требуется максимальное усилие тяги, срезать более узкую и более толстую стружку грунта. Возможно использование комбинированной схемы набора грунта, которая сочетает в себе две выше приведенные схемы.

При использовании скреперов для регулирования средней дальности перемещения грунта устраивают съезды – въезды. При рабочих отметках до двух метров они устраиваются прямыми, при больших отметках – «косыми». Возможно устройство прислоненных въездов. Расстояние между съездами – въездами в зависимости от рабочих отметок приведено в п. 5.3.

а)

б)

Рис. 7.9. Схемы набора грунта скреперами:

а) гребенчатая;

б) ребристо-шахматная

Уклоны выездов и спусков должны находиться в определенных пределах.

Работа скрепера с тягачом или в прицепе с трактором возможна при соблюдении условия, выражаемого уравнением движения

Р_к > W, (7.4)

где Р_к – сила тяги тягача или трактора, Н;

W – общее сопротивление грунта при работе скрепера, Н.

Схема сил сопротивления при наборе грунта скреперами приведена на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Схема сил сопротивления при наборе грунта скреперами

W = W_т + W_p +W_н + W_n, (7.5)

где W_т – сопротивление перемещению груженого скрепера, Н;

W_р – сопротивление резанию грунта, Н;

W_н – сопротивление наполнению при подъеме и перемещении грунта внутри ковша, Н;

W_п – сопротивление перемещению призмы волочения, Н.

W_т = (G_c + G_r)(f ± i), (7.6)

где G_c – вес скрепера, Н;

G_r – вес грунта в ковше, Н.

(7.7)

где q₁ – геометрическая емкость ковша, м³;

r - плотность грунта в естественном залегании, кг/м³;

К_н – коэффициент наполнения грунтом ковша скрепера (табл. 7.1);

К_р – коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера (табл. 7.2);

f – коэффициент сопротивления качению, равный при работе в уплотненных грунтах 0,1, а в рыхлых – 0,2;

g – гравитационная постоянная (g = 9,81 м/с²);

i – уклон поверхности пути (знак «+» соответствует движению на подъем, знак «-» - под уклон).

(7.8)

где k – удельное сопротивление грунта резанию, Н/м²;

b – ширина резания, м;

h - толщина стружки, м.

Таблица 7.1

Коэффициент наполнения грунтом ковша скрепера

Таблица 7.2

Коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера в зависимости от состояния грунта