автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Оптимизация технологии гидромеханизации земляных работ при возведении узкопрофильных протяженных сооружений

Введение.

1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований.

1.1. Типовые технологические и организационные схемы гидромеханизации при возведении профильных насыпей автомобильных и железных дорог.

1.1.1. Классификация намывных сооружений по размерам поперечного профиля.

1.1.2.Типовые схемы намыва насыпей железных и автомобильных дорог.

1.1.3. Особенности организации гидромеханизации в транспортном строительстве.

1.2. Анализ проектного решения по технологии и организации намыва земляного полотна автодороги Омск -Новосибирск (ПК 304+00 - ПК 373+58,63).

1.2.1. Техническая характеристика основного оборудования

1.2.2. Характеристика грунтов карьеров.

1.2.3. Разработка карьеров и организация работы земснарядов.

1.2.4. Гидротранспортная линия земснарядов.

1.2.5. Технология намыва.

1.3. Задачи исследований.

2. Оптимизация технологических процессов гидромеханизации

2.1. Постановка задачи многокритериальной оптимизации.

2.2. Обоснование расчетной грунтопроизводительности Земснарядов.

2.3. Реализация кавитационного запаса грунтонасосов при наличии штатной ситуации.

2.4. Вывод грунтонасосов из нештатных ситуаций.

2.4.1. Нештатная ситуация «Кавитация грунтонасоса».

2.4.2. Нештатная ситуация «Дефицит напора грунтонасоса»

2.4.3. Нештатная ситуация «Разорванные рабочие характеристики».

2.4.4. Нештатная ситуация «Работа системы на левой рабочей точке».

2.5. Расчетное обоснование параметров эжектирования всасывающего трубопровода грунтонасоса.

2.6. Построение технологической карты.

2.7. Алгоритм реализации многокритериальной оптимизации.

2.7.1. Алгоритм вывода грунтонасоса из кавитации.

2.7.2. Алгоритм вывода грунтонасоса из нештатной ситуации «Дефицит напора».

2.7.3. Алгоритм вывода грунтонасоса из нештатной ситуации «Разорванные рабочие характеристики».

2.7.4. Алгоритм вывода грунтонасоса из нештатной ситуации «Работа системы на левой рабочей точке».

3. Обоснование вариантов изменения проектного решения на примере объектов ЗАО «Сибгидромехстрой».

4. Оптимизация вспомогательных работ в гидромеханизации.

4.1. Обоснование норм отказа вспомогательных машин и механизмов.

4.2. Оптимизация технологии вспомогательных работ.

4.3. Возведение первичного и попутного обвалования.

4.4. Отделочные работы.

4.5. Мероприятия по охране природы и рекультивация земельных участков.

4.6. Выводы.

5. Перспективные направления совершенствования технологии гидромеханизации земляных работ в транспортном строительстве.

Важными народнохозяйственными задачами в современных условиях являются снижение стоимости строительства, сокращение трудовых затрат и внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий. Этим требованиям в полной мере отвечает гидромеханизация как один из наиболее эффективных способов комплексной механизации массовых земляных работ. Гидромеханизация - единый неразрывный технологический комплекс от разработки до укладки грунта в земляное сооружение, имеющий ряд важных преимуществ перед другими способами производства земляных работ, основные из которых следующие:

1)экологичность, особенно в условиях городской застройки;

2) малочисленный обслуживающий персонал;

3) сокращение площади земельного отвода карьера за счет более полной отработки обводненного месторождения общераспространенного полезного ископаемого с применением специальных грунтозаборных устройств и эжекторов с целью увеличения глубины подводной разработки грунта;

4) возможность использования под строительство бросовых земель: оврагов и балок, пойменных, заболоченных и подтопляемых территорий;

5) высокая производительность труда благодаря непрерывности всех технологических операций по разработке, транспорту и укладке грунта;

6) относительно низкая стоимость работ, например, по сравнению с производством земляных работ сухим способом;

7) высокая степень механизации и автоматизации всех процессов.

Особо важны перечисленные достоинства гидромеханизации в транспортном строительстве при сооружении земляного полотна железных и автомобильных дорог, строительстве речных портов, намыве территорий под промышленное и гражданское строительство и др. Начиная с 1938 г., гидромеханизация в транспортном строительстве постоянно и непрерывно совершенствуется, превратившись в крупное высокомеханизированное производство. Однако специфика организационно-технологических решений в транспортной гидромеханизации отражена в специальной литературе и в нормативных документах только в части технологии намыва профильных насыпей в зависимости от типа карьерного грунта и вида основания дорог. При этом считается, что такие важные вопросы, как очередность разработки отдельных блоков карьерного грунта во взаимосвязи с конкретными участками земляного полотна, схема организации гидротранспорта грунта в условиях высокого темпа продвижения фронта работ, годовая загрузка земснарядов и др., могут быть решены методами, традиционными для других видов строительства. В то же время практикой проведения гидромеханизированных работ в транспортном строительстве, в том числе в ЗАО «Сибгидромехстрой», доказано, что специфика таких работ столь существенна, что требует особого подхода, как к проектированию, так и к их производству. Данное обстоятельство, в свою очередь, обусловливает высокую актуальность решения целого ряда научных задач, основные из которых следующие:

1. Оптимизация организационно-технологических решений при гидромеханизированном способе возведения земляного полотна автомобильных и железных дорог путем: а) оптимизации очередности разработки отдельных блоков карьеров во взаимосвязи с очередностью намыва отдельных участков профильных насыпей; б) технико-экономического обоснования путей увеличения предельной дальности гидротранспортирования грунта без дополнительных ступеней напора с разработкой метода расчетного обоснования параметров эжектиро-вания всасывающей линии грунтонасосов; в) технико-экономического обоснования расчетной грунтопроизводи-тельности земснарядов; г) оптимизации вывода грунтонасосов из таких нештатных ситуаций, как «Кавитация», «Дефицит напора», «Разорванные рабочие характеристики», «Работа системы на левой рабочей точке» и др.; 6 д) оптимизации технологии работ, выполняемых вспомогательными машинами и механизмами.

2. Разработка обоснованных рекомендаций по организационно-технологическому и конструктивному проектированию процессов гидромеханизации в транспортном строительстве.

Решению указанных задач посвящены основные разделы диссертации. При этом в качестве основного принят системный подход: при рассмотрении технологических процессов гидромеханизации (подводная разработка, гидравлический транспорт и укладка грунта) в составе сложной гидравлической системы {грунтонасос <н> трубопроводная сеть грунтонасоса}; при многокритериальной оптимизации технологических процессов гидромеханизации; при оптимизации способов вывода грунтонасосов из нештатных ситуаций.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Существующие методы расчетного обоснования проектной грунтопроизводительности земснарядов, в том числе методы, основанные на использовании нормативных документов (СНиП IY-5-84, ЕНиР Сб. 2 вып. 2 и др.), не учитывают сложной совокупности факторов, определяющих указанный показатель. Исследованиями доказано, что фактическая грунтопроиз-водительность земснарядов заданного типа при заданных конкретных условиях производства работ (часовая, сменная, месячная и т.д.) может быть как существенно меньшей, так и существенно большей по сравнению с величиной, найденной с помощью указанных выше нормативных документов. В частности, при возведении земляного полотна Северного обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск - Новосибирск, проектные показатели на некоторых пикетах в среднем в 1,5 раза превышали технические возможности земснарядов.

2. В практике разработки проекта производства работ при строительстве протяженных узкопрофильных сооружений не уделяется должного внимания обоснованию очередности разработки блоков карьеров во взаимосвязи с участками возводимого сооружения. Данное обстоятельство не позволяет организовать работы таким образом, чтобы обеспечить минимум мероприятий по выводу грунтонасосов из нештатных ситуаций.

3. Технологически неразрывный гидромеханизированный комплекс является технической системой, состоящей из технических объектов конструктивного, функционального и организационно-технологического назначения. При этом технический объект ГРУНТОНАСОС в совокупности с трубопроводной сетью технического объекта ЗЕМСНАРЯД образует сложную самонастраивающуюся гидравлическую систему с прямыми и обратными связями между элементами. Благодаря такому подходу систематизированы штатные и нештатные ситуации при работе грунтонасосов в сети с трубопроводом, а также обоснованы способы вывода грунтонасосов из нештатных ситуаций с рассмотрением этих способов в порядке уменьшения приоритетности.

4. Впервые разработан метод двухуровневой многокритериальной оптимизации технологических процессов гидромеханизации земляных работ в строительстве, позволяющий: а) оптимизировать способы вывода грунтонасосов из нештатных ситуаций при конкретных условиях производства работ с установлением минимальных и максимальных значений частных критериев для всех возможных способов вывода грунтонасосов из нештатных ситуаций - оптимизация 1-го уровня; б) оптимизировать очередность разработки блоков карьеров во взаимосвязи с участками возводимого сооружения - оптимизация 2-го уровня.

5. Обоснована необходимость и разработан метод построения технологических карт для блоков карьеров и предложен метод построения таких карт. Масштабное изображение рабочей зоны земснарядов (координат Q-H), позволяющей своевременно выявлять, во-первых, случаи недогрузки или перегрузки гидротранспортной системы земснарядов, во-вторых, аварийные ситуации.

6. Разработан метод расчетного обоснования нормативной часовой грунтопроизводительности земснарядов, более полно учитывающей специфику гидромеханизированных работ и позволяющий обеспечить максимально возможную грунтопроизводительность земснарядов при минимуме мероприятий по выводу грунтонасосов из нештатных ситуаций.

1. Биткин Г.В., Горин В.А., Вавилов Н.Г. Гидромеханизация на транспортном строительстве. -М.: Транспорт, 1970. 304с.

2. Глевицкий В.И. Гидромеханизация в транспортном строительстве: Справочное пособие. -М.: транспорт, 1988.-271с.

3. ВСР 34-87. Указание по проектированию производства земляных работ при сооружении земляного полотна железных и автомобильных дорог способом гидромеханизации.-М: Минтрансстрой, 1986. -112 с.

4. Меламут Д.Л. Гидромеханизация в мелиоративном и водохозяйственном строительстве: Учебное пособие для вузов. М.: Стройиз-дат, 1981.-303с.

5. Бессонов Е.А. Технология и механизация гидромеханизированных работ: Справочное пособие для инженеров и техников. М.: Центр, 1999.-544с.

6. ЕНиР. Сб. 2. Земляные работы. Вып. 2 Гидромеханизированные земляные работы / Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1987. 96с.

7. СН 449-72. Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1972 - 86с.

8. Технические указания по производству работ способом гидромеханизации при сооружении земляного полотна в зимних условиях (проект). М.: ЦНИИС, 1974. - 167с.

9. Попов Ю.А., Рощупкин Д.В., Пеняскин Т.И. Гидромеханизация в Северной строительно-климатической зоне. Д.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1982. 224с.

10. СНиП III-8-76. Земляные сооружения М.: Стройиздат, 1975. 48с.

11. СНиП IV-5-84. Сборники единых районных единичных расценок на строительные работы (ЕРЕР 84). Сб.1. Земляные работы - М.: Стройиздат, 1983. - 116 с.

12. Харин А.И. Технология подводной разработки грунтов в строительстве. М.: Стройиздат, 1980. -70с.

13. Харин А.И. Гидромеханизация в мелиоративном строительстве. -М.: Колос, 1982.-207с.

14. Гидромеханизация земляных работ: Ч. 1. Теория процессов гидромеханизации. Учебное пособие / Попов Ю.А., Мельник В.Я., Нюш-ков М.А., Сапожников А.В., Шадрина М.Н. Новосибирск: НГА-СУ, 2000. - 84с.

15. Попов Ю.А., Нюшков М.А., Сапожников А.В. Глубокая разработка обводненных месторождений нерудных строительных материалов способом гидромеханизации. // Изв. Вузов. Строительство, 1999, №7. с.75-80.

16. Бессонов Е.А., Щербаков Н.А. Способы повышения концентрации твердого в гидросмеси при разработке грунтов земснарядами. Гид-ромеханизация-98. По материалам Первого съезда гидромеханизаторов России. М.: МГГУ, 1999, с.82-86.

17. Бессонов Е.А. О выборе наиболее эффективных технологий добычи песка в условиях п-ва Ямал. Гидромеханизация-98. По материалам Первого съезда гидромеханизаторов России. М.: МГГУ, 1999, с. 6772.

18. Огородников С.П. Инжектирование на землесосных снарядах.-М.: Госстройиздат, 1962.—101с.

19. Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунта- М.: Стройиздат, 1986.-255 с.

20. Пеняскин Т.И., Матвеев А.А. Гидромеханизация добычи песка и гравия: Учебное пособие Екатеринбург: Изд. УГГГА, 1993. -96с.

21. Кожевников Н.Н. Применение и совершенствование эжектирующих устройств земснарядов // Гидротехническое строительство, 1995, №1, с.28-31.

22. Попов Ю.А., Рощупкин Д.В. Гидромеханизация земляных работ в зимнее время. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1979. -184с.

23. Шкундин Б.М. Гидромеханизация в энергетическом строительстве. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 224с.

24. Шкундин Б.М. Землесосные снаряды: Учебное пособие для вузов. -М.: Энергия, 1968.-376с.

25. Юфин А.П. Гидромеханизация: Учебное пособие для вузов. М.: Стройиздат, 1974. - 223 с.

26. Оптимизация процессов гидромеханизации земляных работ в современных условиях / Попов Ю.А., Шадрина М.Н., Черендин М.А., Лизунов Е.В. // Изв. Вузов. Строительство, 2001, №9-10, с. 77-84

27. Мелентьев В.А., Колпашников Н.П., Волнин Б.А. Намывные гидротехнические сооружения: Основы расчета и проектирования. М.: Энергия, 1973.-247с.

28. Шкундин Б.М. Машины для гидромеханизации земляных работ: Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1982. - 183с.

29. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ: Учебник для вузов. М.: Недра, 1979. - 549с.

30. Мирошник Б.Е., Рощупкин Д.В., Цернант А.А. Гидромеханизация земляных работ вы железнодорожном строительстве. Ч. II. Новосибирск: НИИЖТ, 1971. - 86с.

31. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества: Учебное пособие. Волгоград: изд-во Волгоградского политехнического института, 1984. -364с.

32. Головнев С.Г. Оптимизация методов зимнего бетонирования. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1983. - 235с.

33. Головнев С.Г. Технология зимнего бетонирования: Оптимизация параметров и выбор методов. Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 1999.- 156с.

34. Кузнецов С.М. Оптимизация организационно-технологических решений в промышленном и гражданском строительстве. Часть 1. Земляные работы. Новосибирск, НГАСУ, 2000. - 68с.

35. Гришко А.П., Полежаев А.В. Метод расчета оптимального межремонтного ресурса грунтового насоса // Гидротехническое строительство, 1975, №3, с. 36-37.

36. Масляков Г.М., Розиноер С.Т. Основные направления развития гидромеханизации в гидротехническом строительстве // Гидротехническое строительство, 1979, №5, с.40-42.

37. Свинцов А.И., Сооружение земляных плотин и дамб способом гидромеханизации на строительстве Рижской ГЭС // Энергетическое строительство, 1970. №9, с. 41-44.

38. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ: Учебник для вузов. М.: Недра, 1979. - 549с.

39. Ялтанец И.М. Состояние и пути выхода гидромеханизации из кризисного положения // Гидромеханизация -98 Материалы первого съезда гидромеханизаторов России, вып. 1, 1999, - с.8-11.

40. Егоров В.К. Организационно-управленческие стратегия и тактика ведения гидромеханизированных работ в рыночных условиях // Гидромеханизация 98. - Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России, вып. 1., 1999, с. 11-15.

41. Мельников И.Т., Леванов Н.И. Ресурсосберегающие технологии, машины и механизмы компании «Трансгидромеханизация» // Гидромеханизация 98. - Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России, вып. 1, 1999, - с. 16-18.

42. Пеняскин Т.Н. Работы научно-проектного предприятия «Уралсиб-гидромехпроект» в рыночной экономике // Гидромеханизация 98. - Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России, вып. 1, 1999, - с.22-24.

43. Силин Н.А., Коберник С.Г. Режимы работы крупных землесосных снарядов и трубопроводов. Киев: Издательство АН УССР, 1962. -215с.

44. Шкундин Б.М. Землесосные работы в гидротехническом строительстве. М.: Высшая школа, 1977. - 239 с.

45. Ball D.G., Call I.H. U.S. Sanitary and Hydraulic Engineering Practice in Greenland. International Conference on Permafrost. Section-Water Sup-plu. New York, 1963, p. 46-51.

46. Michaels Bill. Protecting Manic-3 Against Frost/ Using Snowmaking Machines to Cover the Till. Engineering and Contrast. Rec., 1975, №2, p. 14-15.

47. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. M.-JL: Гос-энергоиздат, 1961. 352 с.

48. Сапожников А.В. Влияние плотности гидросмеси на производительность земснарядов при разработке грунта на больших глубинах. Сб. тр. НГАСУ, 1999, №2, с.41-51.

49. Джаваршейшвили А.Г. Гидротранспортные системы горнообогатительных комбинатов.-М.: Недра, 1973 .-87с.

50. Гидромеханизация земляных работ: Ч. I Теория процессов гидромеханизации / Попов Ю.А. и др. Новосибирск: НГАСУ, 2000. - 84с.

51. Гидромеханизация земляных работ: Ч. II Технология гидромеханизации / Попов Ю.А., Лизунов Е.В. и др. Новосибирск: НГАСУ, 2002. - 64с.

52. Ухин Б.В., Упоров Н.Г. Опыт эксплуатации земснаряда с погружным грунтовым насосом и выбор величины его заглубления // Специальные и строительные работы, 1979, №12, с. 1-4.

53. Нейтман Л.Н. Оснащение земснарядов погружными грунтовыми насосами //Гидротехническое строительство, 1994, №1, с.43-46.

54. Зелепукин Н.П., Равинский Л.М., Харин А.И. Справочник гидромеханизатора. Будивельник: Киев, 1969 226 с.

55. Упоров Н.Г. Гидромеханизация земляных работ. -М.: Стройиздат, 1979.-200с.

56. Шкундин Б.М. Машины для гидромеханизации земляных работ. -М.: Стройиздат, 1982.- 183с.

57. Офенгенден Н.Е. Промышленный трубопроводный транспорт. М.: Стройиздат, 1976. - 117с.

58. Нурок Г.А., Лутовинов А.Г., Шерстюков А.Д. Гидроотвалы на карьерах. М.: Недра, 1977. - 311 с.

59. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. М.: Недра, 1970. — 272с.

60. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ: Учебн. Для вузов. М.: Недра, 1979. - 549с.

61. Рычагов В.В., Флоринский М.М. Насосы и насосные станции. М.: Колос, 1975.-416с.

62. Мустафин Х.Ш. Расчет эжектора на воде и гидросмеси: Сб. тр. ВНИИНеруда, 1968, Вып. 24, с.46-62.

63. Жученко В.А. Новая технология гидромеханизированной добычи и переработки грунтов. М.: Стройиздат, 1973.-285с.

64. Мелентьев В.А., Колпашников Н.П., Волнин Б.А. Намывные гидротехнические сооружения. М.: Энергия, 1973. - 247с.

65. Herbst F. Aufhaltung von Flotationsbergen «Zeitschrift fur Erzbergbau und Metallhiittenwesen», 1962, № 4, 5, p. 26-28.

66. Rumble R. V. et al. Slimes dams for C. A. S. T. Ltd. Diamond mine, Chana. «Bulletin of the Institution of Mining and Metallurgy», 1966, №4, p.12-15.

67. Рощупкин Д.В. Разработка грунтов земснарядами. М.: Транспорт, 1969.- 169 с.

68. Журин В.Д., Юфин А.П. Оборудование гидромеханизации. М.: Госстройиздат, 1960. - 186с.

69. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве. М.: Стройиздат, 1970.-415 с.

70. Шкундин Б.М. Землесосные снаряды. М.: Энергия, 1973. - 271с.

71. Абхази В.И. Гидромеханизированная добыча песчано-гравийных материалов. М.: Энергия, 1972. - 137с.

72. Огурцов А.И. Намыв земляных сооружений. М.: Стройиздат, 1974.-366с.

73. СНиП П-50-74. Гидротехнические сооружения речные. Основные нормы проектирования.

74. СНиП IV-2-83. Правила разработки и применения элементных сметных норм на строительные конструкции и работы.

75. СНиП III -3-81. Приемка в эксплуатацию законченных строительных объектов. Основные положения.

76. СНиП 3.07.03-85. Мелиоративные сооружения и системы.

77. Ялтанец И.М. Проектирование гидромеханизации открытых горных работ. -М.: Изд-во МГГУ, 1994, с.260-266.

78. Ялтанец И.М., Бессонов Е.А. Технология разработки обводненных месторождений в условиях Крайнего Севера. .: Горное бюро, 1989. -316с.

79. Ялтанец И.М., Егоров В.К. Гидромеханизация. М.: Изд-во МГГУ, 1999-406с.

80. Ялтанец И.М., Кулигин В.И. Гидромеханизация открытых горных работ. М.: Изд-во МГГУ, 1996. - 192с.

81. Инструкция по контролю качества возведения намывных земляных сооружений. ВСН 43-71. Л.: Энергия, 1974. 99998с.

82. Ялтанец И.М. Состояние и пути выхода гидромеханизации из кризисного состояния. Матер. I съезда гидромеханизаторов России. -М.: Изд-во МГГУ, 1998, с.8-11.

83. Организационно-управленческие стратегия и тактика ведения гидромеханизированных работ в рыночных условиях. Там же, с. 11-15.

84. Мельников И.Т., Леванов Н.И. Ресурсосберегающие технологии, машины и механизмы компании «Трансгидромеханизация». Там же, с. 16-18.

85. Липский И.В. Трест «Энергогидромеханизация» сегодня. Там же, с. 19-22.

86. Тарасов В.К. Вопросы развития гидромеханизации в России и методика подготовки инженеров международного уровня. Там же, с. 24-28.

87. Тимофеев Г.С. Трансгидромеханизации 60 лет. Там же, с. 28-31.

88. Макаров А.В. Ресурсосберегающие технологии намыва автомобильных дорог. Там же, с. 118-120.

89. Животовский Л.С., Смойловская Л.А. Техническая механика гидросмесей и грунтовые насосы. М.: Машиностроение, 1986. - 222с.

90. Хныкин В.Ф. Комплексное решение проблемы выбора рабочей скорости гидросмеси и диаметра пульповода при проектировании гидротранспортных систем. Матер. I съезда гидромеханизаторов России. -М.: Изд-во МГГУ, 1998, с. 157-163.

91. Комаров А.А., Кузнецов С.М., Брызгалова P.M. Обоснование применения новых материалов, конструкций, машин и механизмов при строительстве сооружений из сборных элементов // «Известия Вузов. Строительство», 1999, №10, с. 54-57.

92. Кузнецов С.М. Автоматизация ресурсосберегающего проектирования комплектов конструкций, машин и механизмов для строительства промышленных зданий // «Известия вузов. Строительство», 2000, №9, с. 58-59.

93. Кузнецов С.М., Брызгалова P.M. Моделирование транспортного процесса в логистических системах строительного комплекса. Материалы Междунар. Научно-практич. Конф. Новосибирск: 2000, с. 138-140.