Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на общепризнанные достоинства гидромеханизированного способа производства земляных работ, (неразрывность технологических процессов от подводной разработки грунта до его гидравлической укладки в сооружение, высокая степень механизации и автоматизации всех процессов, высокая производительность и низкая себестоимость работ и др.), его эффективность далеко не всегда отвечает современным требованиям. В основном это объясняется отсутствием таких методов проектного обоснования параметров гидромеханизации, которые позволили бы максимально реализовать указанные выше преиму-. щества. В частности, в существующей нормативной базе отсутствуют методы обоснования проектной грунтопроизводительно-сти земснарядов, которая, в свою очередь, во многом определяет основные технико-экономические показатели. В то же время, исследованиями В.Н. Глевицкого, Ю.А. Попова, А.И. Харина, А.А. Цернанта, Б.М. Шкундина, А.П. Юфина, и др. доказано, что для одной и той же группы карьерного грунта по трудности его разработки земснарядами (ГЭСН-2001, ТЕР 81-02-01-2001), при одном и том же основном оборудовании и в тех же климатических условиях показатели гидромеханизации могут отличаться в 1,5-2 раза в зависимости от конкретных условий производства работ. При этом существенно усложняющим и удорожающим фактором, как правило, является комплекс технических мер по выводу грунтонасосов (ГН) из нештатных ситуаций, особенно при возведении протяженных узкопрофильных сооружений. Практикой производства таких работ, в том числе на примере Федеральных объектов ЗАО «Сибгидромехстой», доказано, что из четырех типовых нештатных ситуаций («Кавитация ГН», «Дефицит напора ГН», «Работа гидравлической системы ГН на левой рабочей точке» и «Разорванные рабочие характеристики») две первые из них составляют более 90/0 от общего количества нештатных ситуаций, в том числе, более чем в 60% случаев имеет место нештатная ситуация «Дефицит напора ГН». Нештатные ситуации «Работа гидравлической системы ГН на левой рабо-
чей точке» (при завышении диаметра берегового трубопровода) и «Разорванные рабочие характеристики» (при комплектации ГН нештатным электроприводом) в сумме составляют менее 10% от общего количества имеющих место нештатных ситуаций. Все указанное обусловило чрезвычайную актуальность задачи научного обоснования таких способов вывода ГН из наиболее часто встречающихся нештатных ситуаций, которые позволяют делать это, во-первых, оперативно, во-вторых, при относительно небольших единовременных затратах. Для решения такой задачи при возведении Северного обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск - Новосибирск впервые предложен и экспериментальным подбором практически реализован высокоэффективный и оперативный (без установки перекачивающих станций) способ вывода ГН из нештатной ситуации «Дефицит напора ГН» путем эжектнрования НАПОРНОГО трубопровода. При этом практически доказано, что создание единой системы эжектирования на земснарядах позволяет выводить ГН из наиболее часто имеющих- место нештатных ситуаций и при обеспечении максимальной производительности оборудования. Однако для широкого внедрения указанного инженерного решения в практику гидромеханизации земляных работ необходимо, во-первых, систематизировать разновидности нештатной ситуации «Дефицит напора ГН», при которых предложенное автором техническое решение является наиболее эффективным, во-вторых, научно обосновать параметры эжектирования напорного трубопровода ГН.
Цель диссертационной работы - совершенствование технологии гидромеханизации земляных работ при возведении протяженных узкопрофильных сооружений путем систематизации разновидностей нештатной ситуации «Дефицит напора ГН» и научного обоснования параметров (с подбором вспомогательного оборудования) высокоэффективного и оперативного способа вывода ГН из этой нештатной ситуации эжектированием напорного трубопровода, а также путем разработки метода количественной оценки надежности многоступенчатых систем и научного обоснования проектной грунтопроизводительности
земснарядов при наличии нештатной ситуации «Дефицит напора ГН».
Основная идея исследования состоит в новом конструктивно-технологическом подходе к организации эффективной работы гидромеханизированных комплексов с оперативным выводом грунтонасосов из наиболее часто встречающихся нештатных ситуаций.
Задачи исследований:
-
Систематизация разновидностей нештатной ситуации «Дефицит напора ГН».
-
Разработка инженерного решения задачи вывода грунтонасосов из нештатной ситуации «Дефицит напора грунтонасо-са» путем эжектирования напорного трубопровода и научное обоснование параметров такого инженерного решения.
-
Совершенствование технологии гидромеханизации земляных работ при наличии научно обоснованных оперативных способов вывода ГН из наиболее часто встречающихся нештатных ситуаций.
-
Систематизация технических и экономических показателей строительных машин для гидромеханизации земляных работ и создание базы данных.
Научная новизна:
-
Впервые научно обоснован способ увеличения приведенной дальности гидротранспортирования грунта путем эжектирования напорного трубопровода ГН. Получены достоверные уравнения, количественно описывающие подпор и всасывающий эффект эжектора в напорном трубопроводе.
-
Предложен метод количественной оценки надежности многоступенчатых гидротранспортных систем, позволяющий обоснованно назначать проектную величину коэффициента использования рабочего времени.
-
Разработан и научно обоснован метод определения проектной грунтопроизводительности земснарядов при наличии
нештатной ситуации «Дефицит напора ГН» на нормативной (ГЭСН-2001, ТЕР 81-02-01-2001) плотности пульпы.
Практическая значимость работы:
-
Разработан и реализован на строительных объектах, в том числе при возведении Северного обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск - Новосибирск, высокоэффективный и оперативный способ вывода ГН из нештатной ситуации «Дефицит напора ГН» путем эжектирования напорного трубопровода.
-
Предложен метод количественной оценки организационно-технологической надежности многоступенчатых гидротранспортных систем, позволяющий обоснованно назначать величину коэффициента использования рабочего времени.
3. Обоснован метод определения проектной
грунтопроизводительности земснарядов при наличии
нештатной ситуации «Дефицит напора ГН».
Достоверность полученных результатов подтверждена их широким внедрением в производство путем практической реализации научно обоснованных автором изменений ППР при возведении Северного обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск - Новосибирск, хорошим совпадением величин измеренного в натурных условиях и рассчитанного по методу автора подпора эжектора в напорном трубопроводе ГН, а также аргументированным доказательством достоверности элементов разработанной автором математической модели сложной гидравлической системы ГН с эжектором в его напорном трубопроводе.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научном семинаре и научно-технической конференции НГАСУ (Сибстрин) (Новосибирск 2004 г.), на Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства» (Пенза, 2002 г.), на Международном конгрессе «Беринговский меж-
континентальный транспортный коридор в развитии Чукотки: вчера, сегодня, завтра» (Новосибирск, 2002 г.), на Международном конгрессе «Проблемы устойчивого функционирования регионального строительного комплекса» (Новосибирск, 2002 г.).
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 10 печатных трудах, в том числе в монографии, в журналах с внешним рецензированием: в двух статьях в ж. «Известия вузов. Строительство», одна статья в ж. «Транспортное строительство», в трудах Международных конгрессов (две публикации) и Межрегиональной научно-практической конференции (одна публикация), в Межвузовском сборнике научных трудов (две публикации).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы (92 наименования), 48 рисунков и 47 таблиц. Общий объем диссертации 160 страниц.
Представленная работа выполнялась в ЗАО «Сибгидромехстрой» и в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин). При этом автор считает необходимым выразить глубокую благодарность научному консультанту, Лауреату Премии СМ СССР д.т.н., проф. Попову Ю.А., ведущему отечественному специалисту в области гидромеханизации, Лауреату Государственной Премии РФ д. т. н., проф. Цернанту А.А., доценту СГУПС к.т.н. Кузнецову С.М., генеральному директору ЗАО «Сибгидромехстрой» к.т.н. Лизунову Е.В. и работникам технического отдела ЗАО за практическую помощь во внедрении в производство научных разработок автора.
