Бурильные машины (СРС)

Бурение - это процесс разрушения грунта с образованием в грунтовом массиве цилиндрических полостей и 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 грунтов взрывом, при водоснабжении и водопонижении, для установки столбов, дорожных знаков, надолб, устройства буронабивных свай и т. п.

Различают механические и физические способы бурения. В большинстве буриль­ных машин и оборудования реализованы механические способы с вращательно-поступательным, ударно-вращательным и ударным движениями рабочего инструмента. В ка­честве рабочих органов для механического бурения применяют лопастные, шнековые и ковшовые буры, буры-расширители, трехшарошечные и ударные долота.

Лопастной бур (рис. 7.51, а) состоит из трубчатого остова 1 с двумя копающими лопастями б в виде двухзаходного винта, забурника 5 и заслонок 2. Забурник направля­ет и удерживает бур на оси бурения. Заслонки, шарнирно прикрепленные к лопастям, препятствуют просыпанию грунта при его извлечении из скважины. Бур крепят к ниж­нему концу граненой штанги. Для работы в мерзлых грунтах лопасти и забурник осна­щают резцами, армированными твердосплавными пластинками 4.

У шнекового бура (рис. 7.51, б) остов длиннее, чем у лопастного. К нему прива­рена спираль 7 из полосовой стали, образующая шнек. В нижней части остова закреплены копающие лопасти 6 и забурник 5. Лопастной и шнековый буры разгружают после их извлечения из скважины вращением с повышенной скоростью, вследствие чего на­ходящиеся на их лопастях и шнековой спирали продукты бурения рассыпаются в сторо­ны за счет центробежных сил.

Ковшовый бур представляет собой полый цилиндр с откидным дном и ножами в его нижнем торце. Срезаемый ножами грунт заполняет внутреннюю полость бура че­рез окна в его днище. После заполнения его извлекают из скважины и разгружают че­рез открытое днище.

Уширяют полость скважины под пяту буронабивной сваи буром-расширителем (рис. 7.51, в), закрепляемым на буровой штанге 1 в ее нижней части. При вращении штанги ножи 9 с рычагами 8 опускаются под действием собственного веса и срезают грунт, который ссыпается в ковш 10. Разгружают ковш, как описано выше. Качество за­чистки забоя скважины влияет на несущую способность буронабивной сваи, в связи с чем разрыхленный грунт в забое уплотняют специальными трамбовками.

Шарошечное долото (рис. 7.51, г) состоит из трех сваренных между собой лап, на концах которых на подшипниках качения установлены шарошки с углом наклона осей к центральной оси долота 50... 60°. Шарошка представляет собой корпус из кова­ной стали с запрессованными в его тело твердосплавными зубками. При вращении штанги шарошки вращаются вокруг своих осей и относительно оси долота. Через пустотелую штангу и сверления в корпусе долота и шарошках подают сжатый воздух от компрессорной установки для выноса на поверхность буровой мелочи. Другие виды долот и элементов буровых рабочих органов показаны на рис. 7.51, д - з.

Продукты бурения удаляют из скважины специальными инструментами, про­мывкой скважины водой, а также продувкой. В случае промывки или продувки для ра­боты в комплекте с буровой машиной применяют насосную или компрессорную уста­новку, что удорожает стоимость буровых работ. Для промывки скважины требуется большое количество воды, из-за чего этот способ применяют, в основном, при работе вблизи водоемов. При этом, во избежание загрязнения рабочей площадки и создания об­служивающему персоналу нормальных рабочих условий, требуется принять меры по отводу от устья скважины водогрунтовой смеси. При продувке скважины воздухом в ра­бочей зоне бурильной машины образуется пылевое облако с большим содержанием аб­разивных частиц, вредно влияющих на организм человека и способствующих быстрому абразивному износу шарниров машины, элементов ее гидропривода и других кинемати­ческих пар. Для защиты от вредного воздействия пыли требуется принимать специаль­ные меры, включая индивидуальную защиту, например, респираторы. Очищать скважи­ну от буровой мелочи продувкой допустимо лишь в случаях, когда невозможно исполь­зовать другие способы.

К физическим способам бурения относятся термический, ультразвуковой, элект­рогидравлический, высокочастотный и гидравлический, сущность которых изложена в п. 7.2. Из них практическое применение нашел лишь термический способ, реализован­ный в станках термического бурения. Остальные способы находятся в стадии теорети­ческих и экспериментальных разработок.

Бурильные машины с вращательно-поступательным движением бурового инструмента изготовляют на базе грузовых автомобилей, гусеничных и пневмоколесных тракторов. Кроме того, буровое оборудование монтируют в качестве сменного ра­бочего оборудования на одноковшовых гидравлических экскаваторах, малогабаритных погрузчиках с бортовым поворотом и других машинах.

Главным параметром бурильной машины является глубина бурения, по которой различают машины легкие, средние и тяжелые с глубиной бурения соответственно до 5, до 20 и свыше 20 м.

Легкие бурильно-крановые машины применяют для бу­рения скважин в однородных грунтах. Рабочее оборудование такой машины (рис. 7.52) на базе грузового автомобиля, состоя­щее из полой бурильной штанги 3 с гидроцилиндром внутри нее, вращателя 5, приводимого через механическую трансмиссию от двигателя базового автомобиля или от индивидуального гидро­мотора, граненой штанги 6, ра­бочего инструмента - лопастного 7 или шнекового бура, располагают сзади базового ав­томобиля 1, закрепляя его шарнирно на раме последнего. Переводят рабочее оборудова­ние из транспортного положения в рабочее и наоборот гидравлическим цилиндром 2.

Для бурения скважины машину устанавливают на выносные опоры 8, гидравли­ческим цилиндром, находящимся внутри полой штанги, опускают бур на поверхность земли и включением вращателя с одновременным напором гидроцилиндра производят бурение. По мере заглубления бура в грунт и накопления на его лопастях (в случае ло­пастного бура) или на спирали шнека (при шнековом буре) разработанного грунта бур извлекают из скважины и на повышенной скорости вращения освобождают его от про­дуктов разрушения, после чего бур снова опускают в скважину и повторяют процесс до достижения требуемой глубины.

Для установки столбов в пробуренные скважины легкие бурильные машины обо­рудуют, кроме того, грузовой лебедкой с канатом, огибающим блоки на голове штанги и оканчивающимся крюковой подвеской 4.

В качестве базы средних бурильных машин используют большегрузные грузовые автомобили и гидравлические экскаваторы 4-ой и 5-ой размерных групп. Скважины бу­рят шнековыми и ковшовыми бурами, последними - преимущественно при работе в пе­счаных грунтах, укрепляя стенки скважины обсадными трубами.

Особенность работы с ковшовым буром заключается в его отличной от прежней разгрузке, из-за чего для этой операции бур необходимо отводить в сторону от скважи­ны. Для этого буровое оборудование устанавливают на поворотной части машины, в ча­стности, на гидравлическом экскаваторе.

Рабочим органом машин для бурения шпуров при разра­ботке прочных грунтов взрывом служит одна или две буровые штанги 1 (рис. 7.54) с резцами или шарошечными долотами на конце. Соответственно различа­ют одно- и двухшпиндельные бу­ровые машины. Верхними гране­ными концами штанги входят в полые цапфы ведомых колес ре­дукторов - вращателей 4 и закли­ниваются в них, образуя непо­движное соединение. Нижние концы штанг проходят через на­правляющие отверстия в нижней части рамы 6. Редукторы вместе с приводными гидродвигателями 5 располагают на подвижной каретке 3, перемещаемой гидроцилиндром 2 в направляющих рамы б. Последняя гидроцилиндрами может быть установлена в вертикальное или наклонное рабочее положение или уложена вдоль базо­вого трактора в транспортное положение. В случае пневмоколесного базового трактора для обеспечения устойчивой работы машины ее устанавливают на выносные опоры 7. Для бурения шпуров машину устанавливают в рабочее положение, опускают подвиж­ную каретку до касания бурами земли и одновременным вращением штанг и их осевым перемещением разрабатывают скважины. Продукты бурения выносятся на поверхность сжатым воздухом от передвижного компрессора или спиральной лентой по длине буро­вых штанг. При необходимости штангу периодически поднимают над поверхностью земли и вращением освобождают от буровой мелочи.

Горизонтальные сква­жины под шоссейными и же­лезными дорогами для про­кладки в них трубопроводов, подземных кабельных линий связи и электроснабжения и др. 1 бурят из отрытого перед насы­пью приямка-траншеи (рис. 7.55). Его размеры должны быть достаточными для разме­щения в нем бурового оборудо­вания и вспомогательных средств. Для контроля за рабо­той на последнем этапе бурения, а также для подготовки к протаскиванию в пробурен­ную скважину, например, рабочего трубопровода, кабелей такой же приямок отрывают с противоположной стороны насыпи. По мере разработки скважины и удаления из нее грунта в нее осаживают обсадную трубу, которая после окончания буровых работ оста­ется в скважине.

Обсадную трубу 9 укладывают в приямке на катучие опоры 11, а внутри нее рас­полагают винтовой конвейер 10 из отдельных секций с резцовой головкой 1 и забурни­ком на переднем (перед обсадной трубой) конце. Тыльный конец вала винтового конвей­ера приводят во вращение силовой установкой 6, состоящей из ДВС и механических пе­редач и укрепленной в задней части обсадной трубы хомутами 8. Напорное усилие об­садной трубе сообщают приводимой от того же двигателя лебедкой 5, смонтированной на одной с ним раме 4, через полиспаст 3, неподвижные блоки которого укреплены на якоре 2 в виде поперечной балки, вкопанной в землю у основания в насыпи.