Сайт инженера-проектировщика

МАШИНЫ ДЛЯ БУРОВЫХ РАБОТ

Буровые машины используют для образования вертикальных, наклонных или горизонтальных каналов в грунте. При диаметре до 75 мм эти каналы называются шпурами, более 75 мм — скважинами. Применяют буровые машины при геологической разведке грунтов, при буровзрывной разработке скальных и мерзлых грунтов, при водопонижении, при устройстве опор линии связи и электропередач и тому подобное. Процесс бурения включает разрушение грунта и его изъятие из скважины.

Способы бурения грунтов

Выбор способа бурения зависит от грунта, глубины и диаметра скважин. Различают механический, термический и термомеханический способы бурения. При механическом способе, грунт разрушается буровым инструментом, при термическом — высокотемпературной газовой струей, вытекающей с большой скоростью из горелки, при термомеханическом — совместным воздействием газовой струи и бурового инструмента. В строительстве распространенным является механический способ бурения.

В зависимости от кинематических условий воздействия на грунт, различают машины: ударно-поворотного, ударно-вращательного и вращательно — механического бурения. В них применяется электрический, механический или пневматический приводы.

При ударно-поворотном бурении грунта буровому инструменту задают вращательные движения и ударные импульсы. Продукты разрушения изымаются благодаря продувке сжатым воздухом, промывке водой или глинистым раствором.

При ударно-вращательном бурении, поверхность забоя разрушается свободно падающим массивным долотом, при этом в процессе бурения долото поворачивается на угол 20 — 40 °. Периодически скважина наполняется водой, затем продукты разрушения вместе с водой изымаются желонкой (Цилиндрический сосуд для подъёма из скважин жидкости, песка и буровой грязи).

При вращательном бурении, разработка забоя и изъятия продуктов разрушения осуществляются за счет вращения бурового инструмента — сверл. Этот способ распространен при бурении скважин в мерзлых и талых грунтах, которые не содержат больших камней. Установки вращательного бурения часто изготавливают в виде бурильно-крановых машин, на базе автомобиля или трактора, оснащенные навесным буровым и грузоподъемным оборудованием.

Бурильно-крановые машины. Рабочее оборудование

Бурильно-крановые машины целесообразно использовать для бурения скважины под буронабивные сваи. Общий вид бурильно-крановой машины БМ-308А приведен на рис. 1.

Рис. 1 — Общий вид бурильно-крановой машины БМ-308А

Основные характеристики: базовое шасси: ДТ-75; максимальная глубина бурения — 3 м; привод гидравлический; крановое оборудование установлено на шасси трактора ДТ-75; рабочее оборудование — лопастной бур.

Рабочее оборудование бурильно-крановой машины, изготовленной на базе автомобиля, приведено на рис. 2.

Рис. 2. Рабочее оборудование бурильно-крановой машины:

а — общий вид; б — кинематическая схема при двухцилиндровой подаче штанги;

1 — гидроцилиндр для перевода рабочего оборудования в транспортное положение; 2, 10 — гидроцилиндры перемещения буровой штанги; 3 — редуктор; 4 — буровая штанга, 5 — винтовые лопасти; 6 — забурник; 7 — выносная опора; 8- грузоподъемный барабан; 9 — лебедка; 11 — гидрофицированный патрон

Для перевода оборудования в транспортное положение предназначен гидроцилиндр 1. Для разгрузки ходового оборудования предусмотрены выносные опоры 7. У некоторых моделей рабочее оборудование размещается на поворотной платформе или сбоку шасси обеспечивает большую точность его установки. Грунт разрабатывают одновременным вращением бура и его осевой подачи отвала отбора мощности. После углубления на 0,3 — 0,5 м бурь поднимают, увеличивают , что обеспечивает высокую частоту вращения и разброс грунта в разные стороны.

Для бурения глубоких скважин до 500 м рабочий орган имеет вид шнека, который разрабатывает грунт сплошным забоем.

Машины и оборудование для буровых работ

СВАЙНЫХ РАБОТ.

Тема 15. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРОВЫХ И

Бурение — это процесс образования цилиндрических полостей в грунте, бетоне, кирпиче вследствие разрушения породы и ее извлечения из полости.

Как конструкция рабочего органа, так и метод удаления шлама в значительной мере определяется способом бурения.

Различают:

— механический, относят вращательное, ударное и виброударное бурение ;

— физический способы бурения, термическое и гидравлическое. .

Вращательное бурение основано на разрушении породы путем ее резания и истирания резцом рабочего органа (бура), имею­щего одновременно вращательное и поступательное движение вдоль оси скважины. Скважины можно бурить в разных направлениях — вертикальном, горизонтальном и наклонном, что является достоинством способа. Он характеризуется и высокой пронз­ительностью, так как процесс бурения происходит непрерывно.

Ударное бурение осуществляется подъемом и опусканием тяжелого инструмента — бурового долота, которое, нанося удары по разрабатываемой породе, разрушает ее. После каждого удара долото поворачивается на некоторый угол относительно своей оси, и новые удары постепенно разрушают породу по всему сечению скважины, придавая ей круглую форму. Твердые породы при та­ком способе бурения раскалываются и дробятся, а мягкие — ре­жутся и сминаются. Использование удара позволяет создавать большие нагрузки в зоне контакта долота и породы, что способст­вует разрушению пород различной прочности. Однако при буре­нии пород ниже средней прочности ударное бурение уступает вращательному. Ударное бурение целесообразно применять для пород выше средней прочности (σ_сж > 150 МПа).

Виброударное бурение сочетает ударный и вращательный способы бурения. Порода разрушается вращающимся рабочим ор­ганом, одновременно совершающим частые колебания вдоль своей вертикальной оси, чем достигается повышение скорости бурения. Как и ударное, виброударное бурение применяется при разработке прочных пород или при производстве работ в зимнее время.

Термическое бурение осуществляется огнеструйными горел­ками и высокотемпературными газовыми струями, воздействую­щими со сверхзвуковой скоростью на разрабатываемую породу. Порода при нагревании расширяется и, в результате возникнове­ния напряжений, растрескивается и разрушается. Этот способ применяется при разработке прочных пород с высокими абразив­ными свойствами.

Гидравлическое бурение основано на использовании энергии жидкости (воды), подаваемой в забой под давлением. Этот способ используется для бурения скважин в песчаных и глинистых грун­тах. При бурении скальных пород данным способом используется энергия тонкой струи воды диаметром (0,8. 1,0 мм), имеющей сверхзвуковую скорость при давлении около 200 МПа.

Основными рабочими органами бурового оборудования яв­ляется винтовой бур, ударно-поворотное и шарошечное долото.

Рис.15.1. Основные виды бурового инструмента: а – винтовой бур;

б – удароно-поворотное долото; в – шарошечное долото; 1 – штанга;

2 – винтовая спираль; 3 – резец; 4 – стержень; 5 – режущая кромка;

6 – канал; 7 –корпус; 8 – лапа; 9 – шарошка

На рис.15.2. приведена схема наиболее мобильной буровой машины, смонтированной на шасси автомобиля.

Рис.15.2. Буровая машина: 1 – автомобиль;2 – упор; 3 – гидроцилиндр;

4 – бурильная штанга; 5 – кронштейн; 6 – домкрат; 7 – пульт управления

Бурильная штанга 4 крепится к раме автомобиля 1 крон­штейном бив транспортном положении (на рисунке показано пунктирной линией) опирается на упор 2. Для перевода штанги в рабочее состояние, служит гидроцилиндр 3. Устойчивое положе­ние бурильной штанги фиксируется домкратом 6. В движение бур приводится от двигателя автомобиля, а опускается и поднимается с помощью канатного полиспаста с приводом от двух цилиндров.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Бурильные машины и оборудование. Буровой инструмент.

Машины для бурения шпуров. Бурильно-крановые машины. Технические и эксплуатационные показатели основных видов бурильных машин. Сваебойное оборудование. Оборудование для погружения свай ударным и вибрационным способами, подмывом и ввинчиванием.

Бурение – это процесс разрушения грунта с образованием в грунтовом массиве цилиндрических полостей с выносом из них продуктов разрушения на поверхность. При диаметре до 75 мм и глубине до 9 м полости называют шпурами, при больших размерах – скважинами.

В строительстве бурение производят для инженерно-геологических изысканий, при разработке грунта взрывом, при водоснабжении и водопонижении, для установки столбов, дорожных знаков, надолб, устройства буронабивных свай, анкеров (опоры ЛЭП) и т.п.

Различают механические и физические способы бурения.

У многих машин реализованы механические способы с вращательно-поступательным, ударно-вращательным и ударным движениями рабочего инструмента.

лопастные, шнековые и ковшовые буры;

трехшарошечные и ударные долота.

Лопастной бур состоит из трубчатого остова с 2-мя копающими лопастями в виде двухзаходного винта, забурника и заслонок. Забурник направляет и удерживает бур на оси бурения. Заслонки не дают просыпаться грунту при его извлечение из скважины. Бур крепят к концу граненой штанги. Для прочности лопасти и забурник оснащают резцами из твердосплавных пластин.

У шнекового бура остов длиннее, чем у лопастного. К нему приварена спираль из полосовой стали, образующая шнек. В нижней части остова закреплены копающие лопасти и забурник.

Применяют также ковшовой бур, бур-расширитель,

шарошочное долото, зубильное долото, крестовая, ударная штанга, желонка (буровой инструмент – другие виды долов и элементов буровых рабочих органов).

Грунт удаляют из скважины специальными инструментами, промывкой водой, продувкой (насосные и компрессорные станции). Необходимо много воды. Пыльно, грязно и вредно.

К физическим способам бурения относятся термический, ультразвуковой, электрогидравлический, высокочастотный и гидравлический.

Бурильные машины с вращательно поступательным движением бурового инструмента изготавливают на базе грузовых автомобилей, гусеничных и пневмоколесных тракторов. Буровое оборудование монтируют в качестве сменного рабочего оборудования на одноковшовых эксковаторах, на малогабаритных погрузчиках и других машинах.

Главный параметр Б. М. – глубину бурения (h,м) различают на: 1-легкие Б. М. до 5 м; 2-средние – до 20м; 3-тяжелые Б. М. с глубиной бурения более 20м.

Рабочее оборудование Б. М. состоит из: 1-базового автомобиля; 2-полой бурильной штанги с гидроцилиндром внутри; 3-вращателя через механическую трансмиссию от двигателя; 4-граненой штанги; 5-рабочего инструмента – лопастного (шнекового) бура сзади; 6-выносной опоры.

Для бурения скважины Б. М., устанавливают на выносные опоры, опускают бур на поверхность земли и включением вращателя с одновременным напором гидроцилиндра производят бурение.

По мере заглубления бура в грунт и накопления его на лопастях, бур извлекают из скважины и на повышенной скорости, вращения, освобождают бур от продуктов разрушения. После чего бур снова опускают в скважину и продолжают процесс до требуемой глубины.

Рабочим органом Б. М. для бурения шпуров при разработке прочных грунтов взрывом служат одна или две буровые штанги с резцами или шарошечными долотами на конце. Это одно или двухшпиндельные буровые машины.

Состоит из: 1-ректоров вращения; 2-приводные гидродвигатели; 3-подвижная каретка; 4-рамы и ее направляющие; 5-центральный гидроцилиндр; 6-выносные опоры.

Горизонтальные скважины под шоссейными и железными дорогами для прокладки в них трубопроводов, подземных кабельных линий связи и электроснабжения бурят из открытого перед насыпью приямка – траншеи.

Скважины обсаживают обсадными трубами. Длина скважины – 60м, диаметр до 1720мм – скорость проходки скважины 1,4м/ч; диаметр до 630мм – скорость проходки скважины 15 м/ч. Усилия подачи от 480 до 7200 кН.

Ударно-вращательное бурение. Грунт здесь разрушается в скважине последовательными ударами инструмента с одновременным его вращением. Станки оборудованы погружными пневмоударниками. Применяют их для бурения скважин диаметром 150мм и глубиной 80м.

Для устройства свайных фундаментов применяют забивные, винтовые и набивные сваи. Первые 2 типа изготавливают на заводах ЖБК, а третий тип – непосредственно на объекте (стройплощадке) из монолитного железобетона.

Массовое применение получили забивные призматические сваи квадратного сечения от 0.2×0.2 м до 0.4×0.4 м длиной до 20 м. Используются также винтовые металлические сваи. За рубежом применяют преимущественно буронабивные сваи.

Забивные сваи погружают в грунт приложением внешней нагрузки, винтовые – сочетанием с крутящим моментом. Это ударная нагрузка посредством свайных молотов, вибрированием с помощью вибропогружателей, сочетанием этих способов – вибромолотами, вдавливанием с пригрузкой вдавливающего оборудования тяжелыми тракторами. Винтовые сваи завинчивают кабестанами и автомобиль МЗС-13.

Перед устройством ростверков (строительные конструкции, объединяющие головы свай) верх свай (их головы) выравнивают на проектной отметке, срубая их пневмомолотками, газовой резкой, специальными устройствами – сваерезами.

Набивные изготавливают на месте, заполняя пробуренную скважину арматурным каркасом, обсадной трубой, бетонной смесью с послойным уплотнением. Скважины образуют бурением, пробивкой штампами, раскаткой и их сочетанием. В плотных грунтах скважины без крепления стенок, в обрушающихся – обсадные трубы (извлекаемые, оставляемые). Уширения в скважинах под пяты свай образуют режущими и раздавливающими уширителями рабочих органов бурильных машин, камуфлетными взрывами.

Для механизации работ по устройству набивных свай используют комплект общестроительных машин и оборудования (бурильные; бетоносмесительные; машины для транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси и др.).

Копры и копровое оборудование.

Сваебойное оборудование – это копры – универсальное базовое оборудование для перемещения свай с мест их раскладки к местам погружения, их установки, поддержания и направления, крепления погружателя, забивки и передвижения на новую позицию.

Копры погружают сваи – оболочки n 0.5÷2.5 м, l=30 м, секциями по 3-8 м, металлический шпунт (корытный или Z-образный профиль) до l=25 м.

Различают копры: рельсовые, навесные на тракторах, одноковшовых эксковаторах, автоматических кранах, в воде плавучие копры.

Главный параметр копров – максимальная длина погружаемых свай (8, 12, 16, 20, 25 м). Индекс КН-12 – копер навесной для свай длиной до 12 м; КР-16 – копер рельсовый для свай длиной до 12 м.

По степени подвижности рабочего оборудования различают копры:

1. Универсальные: полный поворот платформы, изменение вылета и наклон стрелы для забивки наклонных свай.

Рабочий процесс копра: состоит из его перемещения к месту установки сваи, ее строповки, подтягивания, установки на точку погружения, выверки правильности ее положения, закрепления на голове сваи наголовника, установка на сваю погружателя, расстроповку сваи, ее забивку, подъем молота и снятие с погруженной сваи наголовника.

Копры на тракторной базе: навеска копровой стрелы в задней части и боковой.

Копры на базе канатных экскаваторов для забивки свай в котлованах и траншеях, располагая их на бровках выемок. Могут погружать несколько свай с одной рабочей позиции. Производительность их – 25-30 шт/смену, l= 8 м; 15-20 шт/смену, l=12 м; 8-12 свай за смену длиной 16 м.

Копры на автомобильной базе – на рассредоточенных свайных работах малых объемов R=200 км, длина до 8 м. Копровое оборудование укладываю за 15 минут в транспортное положение. Производительность 18-22 сваи/см; КО (КрАЗ, КАМАЗ).

Рельсоколесный копер (свайный молот, вибропогружатель, вибромолот) в ПГС и ГТС с большими объемами свайных работ для тяжелых свай – 12-16 м. Применяются копры мостового типа на рельсовом пути на слабых водонасыщенных грунтах, при значительном техническом подполье в строящемся здании.

Производительность копров (сменная техническая):

(свай/смену),

где Т_см – продолжительность смены, ч;

T_ц – продолжительность рабочего цикла при погружении одной сваи, ч;

t_п — средняя продолжительность вспомогательных операций, технологических и организационных перерывов, технического обслуживания.

Свайные молоты применяют для погружения свай в грунт ударом.

Свайный молот состоит из:

1. Ударника (падающая или ударная часть);

2. Наковальни (шабота) (неподвижная часть, жестко соединена с головой сваи);

3. Устройства для подъема ударной части и ее направления.

4. Гидравлические свайные молоты.

Механический молот – простейший механизм; металлическая отливка массой 5 т, поднимается вдоль мачты копра канатом подъемной лебедки и сбрасывается на сваю. Низкая производительность (4-12 ударов в минуту); применяют при малых объемах свайных работ.

Паровоздушный молот – это пара – цилиндр и поршень. В молотах одиночного действия поршень через шток соединен с наголовником сваи, а ударной частью является цилиндр (частота ударов 40-50 мин -1 ). В молотах двойного действия ударной частью является соединенный с поршнем боек, движущийся внутри цилиндра. Они производительнее одиночных. Недостаток – зависимость от компрессорных или паросиловых установок.

Гидравлический молот. Работает как паровоздушный двойного действия. Отличие – вместо пара или воздуха подают в цилиндр жидкость, копер оборудуют насосной установкой. Масса ударной части – 210-7500 кГ, энергия удара – 3.5-120 кДЖ, частота удара – 50-170 мин -1 .

Рис.1. Принцип работы паровоздушного молота одиночного действия: 1-свая; 2-наголовник; 3-шток; 4-поршень; 5-цилиндр.

Дизельные молоты бывают трубчатые и штанговые (Рис.2).

Рис.2. Принципиальные схемы дизель-молотов (штангового (а) и трубчатого (б)):

1-подвижный цилиндр; 2-направляющие штанги; 3-поршень; 4-подвижный поршень; 5-головка; 6-неподвижный цилиндр; 7-шабот.

Ударная часть штанговых молотов представляет собой подвижный цилиндр, открытый сбоку и перемещающийся в направляющих двух штангах (см.рис.10.2.а). При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Энергия (от сгорания смеси) подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар по свае и цикл повторяется.

У трубчатых молотов неподвижный цилиндр, имеющий шабот (для восприятия ударов молота), является направляющей конструкцией. Ударная часть молота здесь – подвижный цилиндр с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда подается топливо насосом низкого давления.

Трубчатые молоты обладают при одинаковой массе ударной части в 2-3 раза большей энергией удара, чем штанговые. Зимой штанговые молоты можно запускать при Т= — 30°. Трубчатые при Т до — 20° требуют применение специальных присадок к топливу и подогрев молота в течении 20-30 минут. Штанговые в зимних условиях работают более устойчиво.

Наголовники позволяют закрепить сваю в направляющих копра и предохранить головы свай от разрушения при ударах молота. Они бывают: металлические литые и сварные с амортизационными прокладками из древесины и полимерных материалов.

Дизельные молоты (наибольшее распространение), работают независимо от внешних источников энергии в режиме двухтактного дизеля. Различают дизель-молоты с направляющими штангами (штанговые) и с направляющим цилиндром (трубчатые).

У штанговых: 2 направляющие штанги объединены внизу основанием, отлитым заодно с поршнем. Основание опирается на сферическую пяту и наголовник. По штангам перемещается цилиндр (ударная часть молота). Вверху штанги объединены траверсой захвата (кошка), свободно перемещающейся по ним и подвешенной к канату лебедки копра. Энергия удара – 3,2-65 кДЖ, частота – 55 мин -1 , масса ударной части – 240-2500 кГ. Область применения: легкие железобетонные и деревянные сваи в слабые и средние грунты, шпунт для ограждения транспорта и котлованов.

У трубчатых: ударной частью служит поршень, перемещающийся в направляющем цилиндре. Удары поршня воспринимает шабот. Поршень поднимают кошкой и сбрасывают. От удара поршня о шабот топливно-воздушная смесь разбрызгивается и воспламеняется, газы подбрасывают поршень вверх, откуда он снова падает, сжимая воздух, удаляя отработавшие газы через канал в атмосферу и повторяя процесс.

Энергия удара – 15-150 кДЖ, частота – 45 мин -1 , масса – 500-5000 кг (до — 60°). Для забивки железобетонных свай в любые нескальные грунты, для работы в условиях низких темеператур.

Вибропогружатели представляют собой возбудитель направленных колебаний вдоль оси сваи. Он соединен со сваей через наголовник, сообщает ей вынуждающее периодическое усилие. Для увеличения амплитуды вынуждающей силы их изготовляют многодебалансными. Низкочастотные – до 10 Гц (частота колебаний); высокочастотные – до 16,6 Гц. Песчаные и супечаные водонасыщенные грунты. Удобны в управлении, производительнее, не разрушают головы свай. Недостаток: ограниченная область применения, сравнительно небольшой срок службы электродвигателей из-за вредного влияния вибрации.

Вибромолоты – отличие от вибропогружателей способом соединения корпуса вибровозбудителя с наголовником – через пружинные амортизаторы. Энергия удара – 3,9 кДЖ; масса – 2850 кГ. Используются также для выдергивания свай и шпунта.

Рис.3. Принципиальная схема устойства вибромолота:

1-свая; 2-наголовник; 3-пружинные амортизоторы; 4-боек; 5-наковальня; 6-дебалансы; 7-корпус с двумя синхронно работающими электродвигателями с дебалансами на их валах.