Механизация строительства

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................................................2

1. Цель работы  и исходные данные..........................................................................4

2. Расчет параметров  траншеи...................................................................................5

3. Машины для  производства земляных работ........................................................7

  3.1. Машины  для подготовительных работ..........................................................7

    3.1.1. Кусторезы..................................................................................................8

    3.1.1.1. Выбор кустореза....................................................................................9

    3.1.2. Бульдозеры...............................................................................................11

    3.1.2.1. Основные теоретические сведения.....................................................11

    3.1.2.2. Выбор рабочей машины.......................................................................13

    3.1.2.3. Расчет основных рабочих параметров  бульдозера...........................18

    3.1.2.4. Расчет необходимого количества  единиц техники...........................25

  3.2. Машины  для сооружения траншеи...............................................................26

    3.2.1. Роторные экскаваторы.............................................................................31

    3.2.1.1. Основные теоретические сведения.....................................................31

    3.2.1.2. Выбор рабочей машины.......................................................................33

    3.2.1.3. Расчет основных рабочих параметров  роторных 

    экскаваторов.......................................................................................................36

    3.2.1.4. Расчет необходимого количества  единиц техники...........................41

4. Допуски на  строительство....................................................................................41

Список литературы....................................................................................................44

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.......................................................................................................45

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.......................................................................................................46 

     Введение 
 

     Для строительства магистрального трубопровода, хотя бы его линейной части, надо выполнить весьма обширный объем самых разнообразных работ. Успешное выполнение этих работ возможно только при достаточной оснащенности строительных организаций специализированной строительной техникой: землеройными, транспортными, очистными, изоляционными, грузоподъемными и другими машинами. Показателем такой оснащенности является уровень механизации, т. е. процент работ, выполненных при помощи строительной техники, и определяемый отношением работ, выполненных механизированным способом к общему объему работ.

     На  строительстве магистральных трубопроводов  эксплуатируется большое количество общестроительной техники (экскаваторов, бульдозеров, кранов), а также несколько десятков типов специальных машин и механизмов. Разрабатывается и поступает на трассы строительства магистральных трубопроводов также большое число новых машин и механизмов. К этим машинам предъявляются повышенные технико-эксплуатационные требования, так как трубопроводы прокладываются во всех климатических зонах страны (в пустынях, горах, тундре), причем строительство ведется в течение всего года при температурах окружающего воздуха от + 50 до - 50°С, а трассы трубопроводов пересекают труднопроходимые участки местности (болота, горы), большое число естественных и искусственных препятствий.

     В состав работ по подготовке строительной полосы вдоль трассы будущего магистрального трубопровода входят: валка леса, корчевка пней и кустарника, удаление крупных камней, срезка бугров и засыпка впадин землей, сооружение полок на склонах, возведение насыпей на болотах и т. д. Это делается для того, чтобы обеспечить нормальную последующую работу специальных строительных машин. Сейчас наиболее трудоемкие из этих видов строительных работ механизированы и выполняются при помощи высокопроизводительных машин, представляющих собой навесное оборудование на тракторы: бульдозеров, кусторезов, корчевателей-собирателей и рыхлителей. Эти строительные машины общего назначения применяются также при строительстве дорог, прокладке просек, мелиоративных работах.

     Технология  всего комплекса земляных работ, включая инженерную подготовку полосы строительства, для соблюдения требуемых размеров и профилей земляных сооружений, а также регламентируемых допусков при производстве земляных работ, должна выполняться в соответствии с учетом требований действующих нормативных документов:

     "Магистральные  трубопроводы" (СНиП III-42-80*);

     "Организация  строительного производства" (СНиП 3.01.01-2004);

     "Земляные  сооружения. Основания и фундаменты" (СНиП 3.02.01-87);

     "Нормы  отвода земель для магистральных  трубопроводов" (СН-452-73) Основы земельного законодательства Союза ССР и союзных республик;

     "Строительство  магистральных трубопроводов. Технология  и организация" (ВСН 004-88, Миннефтегазстрой, П., 1989);

     Закон РФ об охране окружающей природной  среды;

     Технические Правила ведения взрывных работ  на дневной поверхности (М., Недра, 1972);

     "Свод  правил по сооружению магистральных  газопроводов. Производство земляных работ" (СП 104-34-96). 
 
 
 
 
 

1. Цель работы и  исходные данные 

     Цель  работы: Для конкретного трубопровода рассчитать необходимые параметры траншеи для строительства, а так же создать алгоритм для выбора оптимального комплекта оборудования. 

Типовые исходные данные:

Таблица 1

Характеристика  трубопровода 

Таблица 2

Характеристика  грунта 

Таблица 3

Характеристика  местности 

2. Расчет параметров  траншеи 

     Параметры траншеи регламентируется соответствующими документами и зависит от диаметра трубопровода, категории грунта и  транспортируемого продукта.

          Рис. 1. Профиль траншеи                           Рис. 2. Условные обозначения

                                                                                 для расчета профиля траншеи 

     Профиль для траншеи необходимо выполнять  так, чтобы уложенный трубопровод по всей длине нижней образующей плотно соприкасался с дном траншеи, а на углах поворота – располагался по линии упругого изгиба [9, п. 3.4].

- сечение траншеи - трапецеидальное [4, стр. 193];

• глубина траншеи:

     h = 0,8 + D_H+c,   (1) 

при D < 1000мм , h₁ принимается не менее [1, п. 5.1]:

       h_T = D_H + 0,8м,                (2)

по условию  глубина заглубления трубопровода 0,8м (табл. 1),

h_T = 720мм + 800мм = 1520мм,

толщина мягкой подушки из песка: принимаем  с = 0,2м [1, п. 5.7],

h = 1 520мм + 200мм = 1720мм,

- ширина траншеи: при D > 700мм принимается не менее:

B =1,5•D_H,           (3)

В = 1,5 • 720 мм = 1080мм , принимаем В = 1200 мм   [1, п. 5.3];

- крутизна откосов траншеи: по наименее устойчивому виду грунта (глина влажная или разрыхленная) 1:0,25 [2, п. 5.2.6], (табл. 4);

Таблица 4

     Крутизна  откосов траншей

- площадь траншеи:

принимаем обозначения, а = 1200мм – нижнее основание трапеции траншеи, b = 2060мм – верхнее основание трапеции траншеи, z – длина откосов, h – высота трапеции траншеи (глубина траншеи) (рис.1, рис. 2),

,                                          (4)

            тогда:

,                                        (5)

     следовательно:

                                        (6)

            Крутизна откосов  траншеи:

                                              (7) 

,                          (8) 

- объём работ по выемке грунта составит: 

                    (9)

где К_р = 1,3 – коэффициент разрыхления (табл. 2); L = 50км – длина участка траншеи (табл. 1); 

- объем работ на объекте - 188,5 тыс. м³, скорость строительства трубопровода 1000 км/год, 50% времени планируется на земляные работы, на трубопровод протяженностью 50км потребуется:  
 

3. Машины для производства  земляных работ 

     Согласно  исходным условиям для разработки траншеи  при строительстве магистрального трубопровода диаметром 720 мм протяжённостью 50 км, пролегающую через залесенную местность по 3-ей категории грунта (крепкий суглинок, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты), (табл. 1, табл. 2) потребуются: машины для подготовительных работ и машины для разработки траншеи.

     Для производства подготовительных работ  потребуются следующие машины: лесовалочные и другие лесные машины, кусторезы, корчеватели-собиратели и бульдозеры.

     Для сооружения траншеи, исходя из категории  грунта (табл. 2) и объёмов работ (п. 2) выбираем роторный экскаватор, для  засыпки - будем использовать бульдозеры и экскаваторы. 

3.1. Машины для подготовительных  работ 

     Земляным  работам в строительстве, как  правило, предшествуют подготовительные работы, связанные с удалением деревьев, кустарника, корневой системы, растительного слоя, валунов. Растительный слой грунта (почва) следует удалить и сохранить для рекультивации. Кроме того, трещиноватые скальные, полускальные и замерзшие грунты, а в отдельных случаях и просто плотные грунты, чтобы их можно было разрабатывать машинами не в ущерб производительности, разрыхляют. Для всех этих подготовительных работ применяются специальные машины - древовалы, кусторезы, корчеватели, рыхлители. Обычно это машины, созданные на базе гусеничных тракторов, оснащенных специальным навесным оборудованием. Иногда для этих целей можно использовать и бульдозеры, наиболее мощные из которых в настоящее время снабжаются вторым рабочим органом - рыхлителем.

     Производительность  всех машин для подготовительных работ в значительной степени зависит от конкретных технологических и организационных условий производства работ. Вместе с тем в общем случае при рыхлении грунта, удалении растительного слоя и корневой системы кустарника производительность рыхлителей и корчевателей определяется произведением площади поперечного сечения взрыхленного слоя на среднюю рабочую скорость движения машины. Аналогично производительность кустореза, выраженную в квадратных метрах освобожденной площади, можно определить произведением ширины захвата на скорость движения машины. Однако как в первом, так и во втором случае из-за конкретных условий фактическая производительность может уменьшиться в несколько раз.

3.1.1. Кусторезы 

     Кусторезы предназначены для срезки кустарника и мелколесья при подготовке строительной полосы [7, мод. 3].

     По  конструкции рабочего органа кусторезы  бывают с пассивным и активным рабочим органом. Пассивным рабочим органом является навешиваемый спереди отвал клинообразной формы. В' качестве активных рабочих органов используют режущие аппараты типа горизонтальных дисковых фрез.

     Наибольшее  распространение получили кусторезы  отвально-ножевого типа с прямыми ножами. Их конструкция характеризуется простотой, прочностью и надежностью в работе. Кусторез этого типа состоит из базовой машины трактора и навесного рабочего

     Управление  кусторезом при валке деревьев требует  от тракториста определенных навыков и большого внимания к соблюдению правил техники безопасности.

     Поскольку передвижение кустореза с поднятым отвалом неблагоприятно отражается на работе ходовой части трактора из-за перегруженности передних катков, при перемещении на большие расстояния отвал необходимо снимать и перевозить транспортными средствами.

     Иногда  для срезки растительности при подготовительных работах используются машины с активными рабочими органами, такими как горизонтальные дисковые и цепные пилы, фрезерные измельчители и ножевые косилки. Произвольность таких машин значительно выше, но их применение предполагает отбор мощности на рабочем органе и привлечение дополнительной техники для валки стволов, сбора срезанной растительности, срезки и складирование дерна.

     Рис. 3. Кусторез с фрезерным рабочим органом: 1 - ротор-измельчитель в кожухе; 2 -толкающие брусья; 3 - гидроцилиндры подъема/ опускания ротора; 4 - защитная конструкция FOPS; 5 базовая машина; 6 -гидросистема; 7 - насос; 8 – ходоуменьшитель. 

3.1.1.1. Выбор кустореза 

     Кусторез  роторный КР-2 предназначен для срезания древесно-кустарниковой растительности. Срезает и одновременно измельчает древесно-кустарниковую растительность с диаметром стволов до 10 см. При диаметре стволов до 7см срезание осуществляется "напроход", при срезании стволов от 7 до 10 см срезание происходит с остановкой агрегата. Базовый трактор - ТДТ-55А. По желанию заказчика машина может оснащаться ходовой системой повышенной проходимости [22]. 
 
 
 
 

Рис.4. Кусторез

     Таблица 5

     Технические характеристики КР – 2

     Рассчитываем  площадь участка (п. 3.1.3.4):

                                                 (10)

     Необходимая производительность будет равна:

                                                    (11)

     где – площадь участка;

     Т = 10 дней (п. 2) * 2 смены * 8 часов = 169 часов - необходимое время производства работ; 

     Эксплуатационная  производительность кустореза рассчитывается с учетом условий эксплуатации [7, мод. 3, стр. 15]:

                                               (12)

       где ⁼ 0,75 - коэффициент влияния квалификации оператора, для средней квалификации оператора (табл. 6);

        = 0,67 - коэффициент использования времени смены, для наиболее неблагоприятного случая (табл. 7);

        = 0,8 - коэффициент влияния видимости (при дожде и снеге, в тумане, темноте или пыли = 0,8);

        = 0,8 - коэффициент влияния типа трансмиссии (для автоматической коробки передач - 1, для коробки с ручным переключением передач - 0,8);

Тогда: 

       Необходимое количество техники: 

                                             (13)

     где =6804,7 м²/ч (п.3.1.1.1.); 
 

Для выполнения работ в срок потребуется 6 корчевателей - собирателей.,

        3.1.3. Бульдозеры 

3.1.3.1. Основные теоретические  сведения 

     Бульдозер - основная машина при выполнении подготовительных работ вдоль трассы будущего магистрального трубопровода.

     В зависимости от мощности и конструкции  бульдозеры могут работать на различных грунтах: от болотистых и песчаных до разборных, взорванных или разрыхленных пород и руд. Экономически выгодная дальность перемещения грунта бульдозером зависит от класса базового трактора, вида и прочности грунта и эксплуатационных условий. Обычно она не превышает 60 м [20].

     Бульдозер состоит из базовой машины (трактора) и специального навесного оборудования (отвала с рамой или толкающими балками), (рис. 8).

     По  способу установки отвала относительно оси трактора, различают бульдозеры неповоротные (рис. 9, а) и универсальные (поворотные), (рис. 9, б).

     Неповоротными называются бульдозеры, у которых  отвал располагается строго перпендикулярно  к оси трактора, а универсальными - когда отвал может быть установлен как перпендикулярно к оси  трактора, так и под некоторым  углом (до 60°).

     Рабочий процесс бульдозера с неповоротным отвалом состоит из операций копания, срезания стружки, перемещения грунта перед ним и разравнивания грунта. Срезанный грунт, поднимаясь вверх по отвалу, накапливается перед ним, образуя валик, близкий по форме к треугольнику в поперечном сечении, называемый призмой волочения. При транспортировании грунта катет призмы, прилегающей в отвалу, может достигнуть его высоты. После этого отвал приподнимают прекращая тем самым процесс резания, транспортируют срезанный ранее грунт до места разгрузки [5, стр. 33].

      При разработке грунта бульдозером  универсального типа срезаемый грунт  будет перемещаться по ширине отвала и отводиться в боковом, к направлению движения машины, направлении. Наиболее эффективно последняя операция совершается при установке отвала под углом к продольной оси, близким к 45°. Таким методом могут вестись работы при засыпке траншей, разработке выемок на косогорах, разравнивании валиков грунта и т.п. 

Рис. 5. Бульдозер (общий вид): 1 – базовая машина; 2 – толкающая балка; 3 – отвал; 4 – система управления овалом. 
 

Рис. 6. Конструкция  отвала бульдозера: а – неповоротного  типа; б – универсального (поворотного) типа. 

3.1.3.2. Выбор рабочей  машины 

     Проведение  планировочных работ (снятие плодородного слоя - 0,5м и разравнивание грунта) будет вестись бульдозерами с неповоротным отвалом. Технические характеристики выбранного бульдозера представлены в таблице 9.

     Бульдозер - основная машина для подготовительных работ. Он применяется для планировки местности, срезки бугров, засыпки ям и траншей, перемещения грунта на небольшие расстояния (до 100 м) и т. д. Бульдозер может быть использован для валки деревьев с корнями, корчевания пней и кустарников.

     Возможность выполнения бульдозером многих трудоемких работ наряду с простотой, прочностью и надежностью конструкции сделали его самой широко распространенной общестроительной машиной [7, мод. 3, стр. 5].

     При гидравлическом управлении отвал бульдозера поднимается гидроцилиндра ми, питаемыми рабочей жидкостью под давлением от насоса, приводимого в действие двигателем трактора, а опускается под действием своего веса и напорного усилия гидроцилиндров, передающих на отвал часть веса трактора. Поэтому заглубление отвалов одинакового веса и конфигурации при гидравлической системе управления будет проходить более интенсивно и возможно в более плотных грунтах.

     При возможности перекоса отвала и достаточном  тяговом усилии бульдозерами с неповоротным отвалом можно разрабатывать до 70 % всех видов грунтов, включая мерзлые и горные породы, для которых обычно требуется предварительное рыхление. Бульдозеры с поворотным отвалом имеют ограниченную область применения. Их в основном используют для нарезки террас на косогорах, засыпки траншей поперечными ходами и прокладки пионерных дорог. При этом повернутый в плане отвал дает некоторые преимущества. Положение центра давления базовых тракторов не позволяет использовать отвал, повернутый в плане на угол менее 60° от продольной оси. В связи с этим непрерывный сход грунта в сторону не обеспечивается и поэтому работа непрерывными продольными ходами практически не дает эффекта. До 90-95 % времени такие бульдозеры работают с прямой установкой отвала [20].