Сооружение подводных трубопроводов
..pdf3.4.3. Рыхление грунта накладными зарядами
Подводные накладные (наружные) заряды применяются для до работки подводных траншей в скальных и тяжелых грунтах до проектных отметок, дробления негабаритных кусков породы, топ ляков, карчей, а также для разработки траншей на малых пере ходах при наличии труднобуримых пород и коща затруднена до ставка плавучих буровых механизмов. Масса накладного заряда может быть определена по формуле:
Q - q«hS, |
(3.45) |
где S - площадь взрываемого участка, м3; А - мощность (тол щина) взрываемого участка, м; ди - удельный расход ВВ для накладных зарядов, кг/м3:
Группа грунта по |
П |
Ш |
IV |
V |
VI |
v n |
v m |
IX |
X |
XI |
СНиП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельный расход ВВ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг/м3 |
. . 12 |
20 |
30 |
35 |
40 |
70 |
100 |
150 |
200 |
300 |
Удельный расход ВВ приведен для случая, коща глубина погружения заряда составляет не менее 2Л. При глубине по гружения (1,4-2)А массу заряда, вычисленную по ф-ле (3.45), необходимо увеличить на 25%, при глубине слоя воды (0,7- 1,4)А - на 25-30%.
Глубина рыхления породы накладным зарядом, определяемая его массой и крепостью породы, для подводного взрывания мо жет быть определена по формуле:
Ар - Агз* |
|
(3.46) |
ще X - коэффициент, зависящий от крепости породы: |
||
Крепкие породы |
. . . |
1,2-1,4 |
Породы средней |
крепости . |
1,5-2,3 |
Слабые породы |
|
2,4-3 |
гз - радиус сферического заряда, определяемый по формуле:
Г3 (3.47)
здесь Q - масса сферического заряда, численно равная удель
ному расходу для данной группы пород, кг; у - плотность ВВ заряда, кг/м3.
Глубина рыхления породы зависит от качества контакта меж ду зарядом и взрываемой поверхностью и возрастает с улучше нием контакта. Число слоев взрываемой породы, если мощность снимаемого слоя превышает 0,5 м, определяется по формуле:
“ от1л7Г |
(3,48) |
Глубина второго и последующих слоев уменьшается по срав
нению с глубиной рыхления первого слоя. Это обусловлено ухудшением качества контакта зарядов при взрывании после дующих слоев с поверхностью дна, полученной после взрывания зарядов первого слоя.
а |
Расстояние между зарядами в одном ряду принимается равным |
||
- |
(3-3,5) Ар, а расстояние между |
рядами накладных зарядов |
|
b |
« (2,5-3)Ар. Площадь рыхления массива грунта одним за |
||
рядом составляет |
|
||
Si - |
аЬ. |
(3.49) |
Число зарядов для рыхления одного слоя можно определить по формуле:
п - |
. |
(3.50) |
Масса накладного заряда при дроблении негабаритных кусков породы, валунов и других крупных предметов рассчитывается но формуле:
Q - kKV, |
(3.51) |
где кк ” 1,5-3 - удельный расход ВВ на дробление склальных пород, кг/м3; V - объем негабаритного куска, м.
В качестве ВВ для накладных зарядов применяют мощные взрывчатые вещества, такие, как тротил, аммонит № бЖВи др.
При взрывании предметов удлиненной формы, таких как топ ляки, брусы, металлические предметы и пр., масса заряда оп ределяется по формуле:
Q - |
S„A, |
(3.52) |
ще |
5П площадь перебиваемого предмета, м3; к |
расчетный |
коэффициент для перебивания удлиненных предметов аммонитом № 6ЖВ, 10"1 кг/м3:
Дерево сырое мягкое(осина,ольха) |
1,3-1,4 |
Дерево сырое средней крепоси(сосна, ель) |
1,6-1,7 |
Дерево сырое твердое (дуб, ясень, береза и др.) |
. 2,4-3,2 |
Дерево сырое вязкое (вяз, берест, карагач) |
. 2,6-3,4 |
Сталь: |
18-20 |
хрупкая, каленая |
|
вязкая |
22-25 |
Чу1ун: |
|
серый |
12-14 |
белый |
15-17 |
Накладные заряды на дно опускают на проволоке или шнуре вдоль створа, размеченного на берегу; для придания отрица тельной плавучести их снабжают балластом. При небольших од новременного взрывания площадях поверхности скального грунта заряды крепят в узлах предварительно изготовленной метал лической сетки с прямоугольной ячейкой, соответствующей раз меру сетки накладных зарядов. Решетки с зарядами готовятся
на берегу и затем доставляются к месту укладки и опускаются на дно.
При наличии на скальном массиве слоя наносов, производит ся предварительная расчистка дна с помощью гидромонитора или плавучего земснаряда. При послойном взрывании накладных за рядов образующаяся поверхность дна выемки представляет собой неровную плоскость. Для получения сравнительно ровного рельефа накладные заряды могут быть сближены. Эффективность действия накладных зарядов повышается при наличии над заря дами засыпки из глины, ила или другого пластичного грунта.
Для разработки подводных траншей на реках или водоемах в условиях, исключающих применение плавучих черпаковых меха низмов и буровзрывной техники, могут применяться удлиненные линейнопротяженные заряды, образуемые гирляндой уложенных на близком друг к другу расстоянии сближенных сосредоточенных накладных зарядов, которые размещаются вдоль оси траншеи. При одновременном инициировании по всей длине участка тран шеи, глубина рыхления увеличивается в 1,5-1,6 раза по срав нению с глубиной рыхления одиночными зарядами, а получаемая поверхность выемки не содержит перемычек, характерных для взрыва одиночных зарядов. Гирлянды зарядов опускают с плав средств или протаскивают в створе траншеи тяговым средством с противоположного берега.
Удлиненные заряды позволяют получать траншею глубиной до 0,8 м за один прием. Перед повторным применением накладных зарядов предварительно разрыхленный грунт удаляется из тран шеи.
3.4.4. Рыхление грунта кумулятивными зарядами
Кумулятивные заряды ВВ могут применяться как для устрой ства в массиве дна траншей, щелей, так и для доработки образованных другим способом выемок до проектных размеров и дробления негабаритных кусков.
Для образования глубоких выемок в скальном дне применяют специальные кумулятивные заряды, изготовляемые из отслужив ших бочек из-под дизельного топлива и других горючесмазочных материалов. Пустые бочки емкостью около 200 л разрезаются надвое по окружности посередине высоты. Ко дну каждой части вдоль периферии приваривается выпуклостью вверх металличе ский шаровой сегмент или конус. Пространство ниже выемки предохраняется от попадания воды. Сегмент или конус заполня ется ВВ, покрывается слоем пластичной глины, поверх которой делается засыпка гравия. Для удобства спуска и подъема ци линдры снабжаются металлическими ручками.
Масса ВВ на один кумулятивный заряд определяется по фор муле:
ще q - удельный расход ВВ, кг/м3; S - площадь рыхления, м3; Ллр - приведенная глубина рыхления, м.
Величина Апр зависит от глубины водного слоя и может быть определена по формуле:
А„р - Ар + А., |
(3.54) |
ще Ар - глубина слоя рыхления, м; А» - глубина слоя породы, эквивалентного слоя воды, м,
А, - |
А,, |
(3.55) |
|
Р П |
|
здесь |
рв, рп - |
плотность соответственно воды и породы, |
кг/м3; Ав - глубина слоя воды.
Величину удельного расхода воды рекомендуется брать в 4 раза больше расчетного удельного расхода зарядов рыхления, представленного в табл. 3.14. Для обеспечения надежности ре зультатов взрыва величина Ар при расчете массы заряда может быть увеличена на 25%.
Инициирование зарядов производится боевиками-патронами ВВ, инициируемыми электродетонаторами. При применении куму лятивных зарядов данной конструкции в воде распространяется гидроударная «тпм большой силы. Для снижения ее интенсивно сти применяют контейнер для кумулятивного заряда, состоящий из двух пустых емкостей различного объема из-под горючесма зочных материалов. Заряд ВВ и забойка (глина, гравий) нахо дятся в разрезанной пополам меньшей емкости, которая разме щается кооксиально внутри большой и герметично приваривается по периметру срезов к ней. Воздушное пространство, содер жащееся между стенками емкостей, обеспечивает демпфирующее действие на гидроударную волну и снижает ее интенсивность.
Снижение величины амплитуды гидроударной волны в верти кальном направлении достигается в результате укладки на поверхность забойки из глины перед засыпкой гравия кусков пенопласта. Для придания отрицательной плавучести такому устройству контейнер снабжается скобами, к которым крепится балласт.
Применение кумулятивных зарядов целесообразно для устрой ства каналов, глубоких траншей. Глубина рыхления скальных грунтов достигает нескольких метров, качество дробления хо рошее, выход негабарита небольшой.
Для подработки откосов подводных траншей, а также для дробления негабарита применяют удлиненные кумулятивные заря ды (УКЗ), выполняемые в виде двугранного угла из ВВ, облицо ванного металлом. Для получения кумулятивной струи заряд по мещают на фокусном расстоянии от поверхности грунта, а про межуток между этой поверхностью и зарядом гидроизолируют для образования установочного пространства. Это может быть до стигнуто посредством размещения между поверхностью грунта и облицовкой заряда надувного эластичного водонепроницаемого
элемента (подушки), который при надувании газом растягивает ся, благодаря чему вода вытесняется из зоны ударной волны и устанавливается необходимое фокусное расстояние.
Для удлиненного кумулятивного заряда, изготовленного из гексопласта и облицованного стальным профилем, глубина про бивания грунта кумулятивной струей (в м) может быть опреде
лена по формуле: |
|
|
|
Нтпмх * |
fi/CW, |
|
(3.56) |
где Спог - погонный расход ВВ, |
кг/м; д |
эмпирический коэф |
|
фициент, в частности для известняка, равный 0,16. |
|||
Для |
дробления негабаритов, |
оставшихся после взрыва, а |
также уступов на откосах подводной траншеи могут применяться стандартные кумулятивные заряды типа ЭКП и ЭКН с использова нием мер по гидроизоляции зарядов и кумулятивных выемок.
3.4.5.Способы снижения действия взрыва на окружающую среду
Ведение взрывных работ под водой сопровождается рядом яв лений, учет которых необходим для рационального применения взрывных технологий. Поскольку при устройстве подводных траншей под трубопроводы взрывные волны распространяются не только по породе, но и в воде, необходимо управлять процес сом взрыва и ограничивать его вредное воздействие на окружа ющую среду. Для снижения опасного воздействия на подводные объекты применяют различные способы и устройства.
Заглубление заряда ВВ в дно приводит к снижению макси мального давления на фронте ударной волны, возникающей при его подрыве. Это снижение, наряду с уменьшением расхода ВВ для производства взрывных работ, свидетельствует о безуслов ном преимуществе загубленных зарядов над накладными. По различным данным максимальное давление в подводной ударной волне от взрыва скважинных (шпуровых) зарядов вдоль вертика ли, проходящей через их ось, составляет на одних и тех же расстояниях до 20% давления от взрыва свободно подвешенных зарядов равной массы.
Методом снижения интенсивностей гидроударных волн являет ся создание так называемой зоны кавитации. Этот метод осно ван на явлении интенсивного затухания взрывных волн в зоне кавитации (разрыва сплошности воды), образующейся между оча гом взрыва и зоной искусственного понижения плотности среды. Со стороны основного заряда ВВ перед инженерным сооружением, подлежащим защите, например трубопроводом, устанавливается воздушно-баллонный экран и вспомогательный заряд ВВ. В ка честве вспомогательного заряда ВВ может быть использована одно- и многослойная сетка детонирующего шнура или листовое водостойкое ВВ, например, гексопласт 87. Эта сетка или лист
ВВ может размещаться непосредственно на поверхности скаль ного грунта, в котором находятся скважины, заряженные ос новным зарядом ВВ.
После инициирования основного заряда с задержкой во вре мени производится инициирование вспомогательного заряда до подхода к нему взрывной волны от основного заряда. При взры ве вспомогательного заряда взрывная волна, отражаясь от зоны понижения плотности, создает зону кавитации. Взрывная волна основного заряда, проходя через возникшую многофазную кави тационную среду, снижает свою интенсивность.
При ведении подводных взрывных работ заряд ВВ может по крываться металлическим защитным кожухом. Защитный кожух может быть выполнен из двух концентрических полостей с цент ром в месте расположения устья скважины. Внутренняя полость, заполненная свободно поступающей водой, играет роль забойки, увеличивающей полезную часть энергии взрыва, передаваемую разрыхляемому грунту. Воздушная прослойка, содержавшаяся, в кожухе, снижает интенсивность ударной волны при выходе в воду.
Эффективную защиту окружающей среды от действий ударной волны осуществляют устройства, содержавшие пену различного состава. Защитное устройство выполняется в виде двух эла стичных оболочек, например, полиэтиленовых мешков, - внешней и внутренней. Внутренняя содержит поверхностно-активное пе нообразующее вещество и пережата посередине отрезком провод ника с высоким удельным электрическим сопротивлением. Вну тренняя заключена во внешней оболочке, частично заполненной водой. Электрические проводники, подключенные к концам от резка, пережимающего внутреннюю оболочку, через отверстие в горловине внешней выводятся на поверхность и подключаются к источнику тока.
Перед взрывом скважинных зарядов устройство снабжается балластными грузами и затапливается на поверхность дна, над зарядами. Для введения защиты в действие через пережимающий отрезок провода пропускается электрический ток, внутренняя оболочка разрушается и пенообразующее вещество вступает в контакт с водой, содержащейся во внешней оболочке, образуя пену. После заполнения пеной внешней оболочки производится взрыв технологического заряда ВВ.
Интенсивность ударной волны может гаситься с помощью ус тройства в виде буферного мата, который укладывается на по верхность скального грунта, покрывая участок с заряженными скважинами. Устройство имеет вид квадратной в плане плоской коробки, изготовленной из гибкой проволочной сетки и на полненной упругими шарообразными телами с удельным весом несколько больше удельного веса воды. Хорошая гибкость мата обеспечивает плотное его прилегание к поверхности дна. Эф фект гашения взрывной волны обеспечивается за счет ее поглощения упругими шарообразными телами. После взрыва бу
ферный мат поднимается краном и может быть повторно исполь зован.
Для защиты подводного объекта от действий ударной волны устанавливают воздушную пузырьковую завесу между охраняемым объектом и местом взрыва. По замкнутому и полузамкнутому контуру в заданном месте на дне водоема укладываются сталь ные перфорированные трубы и перед взрывом в них подается сжатый воздух. При наличии ила или неровностей дна трубы ус танавливаются над его поверхностью. Пузырьковая завеса, об разованная с использованием труб диаметром 30-50 мм с толщи ной стенок 2-5 мм, двумя рядами отверстий диаметром 2 мм с шагом 25 мм по 80 на 1 м трубы при расходе воздуха на 1 м 0,5-1,1 м3/мин позволяет получить снижение давления ударной волны в 17-20 раз, удельного импульса в 8-10 раз и плотности потока энергии в 240 раз. При этом степень снижения характе ристик ударной волны не зависит от места установки завесы между зарядом и охраняемым объектом. В случае расположения завесы вблизи заряда взрыв не должен повреждать трубы.
Для искусственного снижения плотности среды на пути гид роударной волны может использоваться экран, состоящий из ря да наполненных воздухом полиэтиленовых баллонов. Экран уста навливается на таком расстоянии от охраняемого объекта, что бы он попадал в ’Чень”, создаваемую экраном после взрыва. Воздушно-баллонный экран обеспечивает устойчивое снижение интенсивности взрывных волн в 3-4 раза в широком диапазоне расстояний, что позволяет использовать его при ведении взрывных работ в непосредственной близости от охраняемого объекта. Защитные свойства такого экрана существенно воз растают, если в него ввести двухфазную среду: воду и газовы деляющее вещество, например карбид кальция. За счет выделе ния пузырьков газа, поверхности которых дают дополнительные границы раздела, на которых происходит дополнительное отра жение и преломление ударной волны, можно достигнуть сниже ния интенсивности ударной волны в 20-40 раз.
Для снижения интенсивности ударной волны может быть ис пользован следующий простой способ. Над устьем скважины, за ряженной ВВ, укладывается металлическая или бетонная плита площадью 3,5-4 м2, способная уравновесить давление газов взрыва. Плита может транспортироваться по дну с помощью троса и лебедки, устанавливаемой на берегу, или устанавли ваться и подниматься с помощью плавучего крана.
3.5. РАЗРАБОТКА ПОДВОДНЫХ ТРАНШЕЙ ЗИМОЙ
При сооружении подводных переходов магистральных трубо проводов в зимнее время приходится выполнять большие объемы ледокольных работ, связанных с устройством майн для переме щения механизмов, разрабатывающих подводные траншеи, выпол
нения водолазных обследований и спуска трубопроводов. Работы по устройству майн (ледокольных прорезей) являются наиболее трудоемкими при строительстве подводных трубопроводов в зим них условиях. Устройство майн обычно должно быть выполнено в короткий срок, потому эти работы должны быть максимально механизированы. Возможны следующие способы устройства майн: механический с применением ледорезных машин; взрывной; теп ловой.
Выбор способа образования майн зависит от льдотермических условий реки или водоема, объема работ и назначения майны. По назначению майны делятся на два типа:
1.Широкие майны сравнительно небольшой длины, предназна ченные для работы плавтехсредств (земснарядов); эти майны необходимо поддерживать в течение длительного периода работы механизмов по мере их продвижения в створе перехода;
2.Узкие длинные прорези, предназначенные для укладки подводных трубопроводов и рассчитанные на непродолжитель ный период использования.
Для устройства майн первого типа могут применяться меха нический и тепловой способы. Взрывной способ для устройства майн первого типа неприменим.
Устройство майн второго типа наиболее целесообразно осу ществлять механическим способом. Взрывной способ допускается применять только в исключительных случаях.
Механический способ образования майн является основным при строительстве подводных переходов в зимних условиях. При производстве работ применяют два типа ледорезных машин:
ледорезная фрезная несамоходная машина ЛФМ = 0,25-1,1 при толщине ледяного покрова от 0,25 до 1,1 м и малых объ емах работ (рис. 3.12, б);
двухбаровая машина БР-000-00 - при толщине льда от 1 до 2,2 м и больших объемах работ (рис. 3.12, а).
В состав ледорезных работ, выполняемых механическим спо собом, входят: очистка льда от снега; разбивка створа и ус тановка вешек на льду; установка ледорезной машины в ство ре; резка льда ледорезной машиной; извлечение карт льда из майны; удаление карт льда от майны.
При производстве работ ледорезной машиной ЛФМ = 0,25-1,1 ее устанавливают в створе перехода у начала прорези. Для этого во льду по створу на расстоянии 55-60 м от машины ус танавливается анкер, за который крепится тяговый трос ледо резной машины. Для устройства анкера (мертвяка) во льду про бивается лунка и под лед заводится отрезок бревна или метал лическая труба длиной до 1,5 м. Резка льда осуществляется при помощи шнека, подключенного к электродвигателю. Скорость перемещения ледорезной машины должна соответствовать скоро сти резания льда. Машина делает до 50 м реза, затем анкер перестанавливается на 60 м для последующего производства ле дорезных работ. Для устройства майны шириной 1,5 м и более
Рис. 3.12. Ледорезные машины:
а - типа БР-ООО-ОО; б типа ЛФМ-0,25-1,1; 1 - трактор Т-100М; 2 противовес; 3 механизм управления барами; 4 - бары; 5 - лед; 6 - дви гатель; 7 - редуктор отбора мощности; 8 - фреза; 9 - сани
прорезаются две параллельные борозды, после чего лед между бороздами делится на карты поперечными прорезями.
Удаление карт льда из манны производится автокраном с по следующим перемещением их бульдозером на расстояние до 20 м. Удаляют карты льда из майн также путем затопления их под лед вниз по течению. Для этого карты погружают при помощи гру за, укрепленного на стреле крана. Если толщина льда непозволяет использовать тяжелый трубоукладчик, то работы по спуску карт выполняют в следующем порядке: устанавливают направляющие; через отверстие пропускают подо льдом трос,
один |
конец которого крепят за бревно, расположенное на кар |
те; |
при помощи тягового средства карту спускают под лед |
(рис. 3.13). При незначительной толщине лед между бороздами может быть разбит ледорубами или пешнями на карты и удален из майны путем затопления вниз по течению с помощью багров.
При производстве работ двухбаровой машиной БР-000-00 лед прорезается баром, снабженным кулачковой цепью. Поворачи
ваясь в |
вертикальной плоскости, бар постепенно врезается в |
лед до |
необходимой глубины, затем включается рабочий ход |
/z
Рис. 3.13. Схема спуска карт под воду:
1 бревна; 2 |
карта льда; 3 |
направляющая; 4 |
тяговый торс; 5 |
лунки |
во льду |
|
|
|
|
(подача). В результате во льду прорезается прорезь (штроба) шириной 1400 мм и размельченный лед выносится режущей цепью. Баровая машина имеет два одновременно работающих бара. При одновременной работе двух баров за одну проходку машиныраз рабатывается две прорези и образуется майна шириной 0,8 м. При устройстве майны шириной 1,5 и более метров разрабатыва ются две параллельные прорези одним баром, после чего попе речными прорезями полоса льда делится на карты с учетом воз можности удаления карт из майны трубоукладчиком или автокра ном. Для подъема карт из майны применяются специальные стро пы.
Ледорезные работы при глубине воды подо льдом более 0;5 м допускается выполнять после определения приведенной толщины ледяного покрова, способного выдержать нагрузку работающей ледорезной техники. При удалении карт льда трубоукладчик не должен находиться ближе 1 м от края майны. Нельзя оставлять извлеченные из прорези карты льда вблизи майны во избежание перегрузки и возможного разрушения ледяного покрова.
Взрывной способ образования майн по сравнению с механиче ским имеет недостатки: при взрыве образуются трещины, снижа ющие несущую способность ледяного покрова; битый лед в виду шуги, образующийся после взрыва, практически невозможно уда лить.
Для разрушения ледяного покрова и поддержания небольших участков водной поверхности в незамерзающем состоянии с ус пехом могут исползоваться потокообразователи, представляю щие собой винтовой насос, работающий от электродвигателя, заключенного в плавающий или герметичный затопленный корпус. В результате вынужденной циркуляции воды придонные относи тельно теплые слои воды поднимаются на поверхность и пре пятствуют замерзанию акватории.
При разработке грунта земснарядами в конце зимнего пе риода производят предварительное ослабление прочности ледя ного покрова зачернением или засолением его поверхности. Эти
мероприятия позволяют |
перенести начало работ на 20-30 |
дней |
до начала естественного |
освобождения водоема ото льда. |
Лед |