.Аннотация. Статья посвящена актуальным проблемам, с которыми сталкиваются МЧС и монтажные организации при создании
стратегических и иных коридоров для строительства газотранспортных систем. В работе рассматриваются современные технологии подземной проходки, в частности микротоннелирование, для прокладки газовых и других коммуникаций. Особое внимание уделяется технологии вакуумной экскавации как революционному решению для подземных работ. Обозначена
проблема отсутствия четкого определения вакуумных экскаваторов. Рассмотрены принципы работы вакуумных экскаваторов и альтернативные методы, такие как резка воздухом, а также преимущества и
недостатки каждого подхода.
Ключевые слова: магистральные газопроводы, подземная проходка,микротоннелирование, вакуумный
экскаватор,резка воздухом .
Автор: Мамедов Александр Нусратович, главный специалист,,Тел. +998 94 635 1672, е-mail:
mamedov_46@mail.ru.
Введение.
Современное строительство, особенно в условиях плотной городской застройки,сталкивается с
необходимостью прокладки новых и ремонта существующих подземных коммуникаций, таких как газопроводы, водопроводы, электрические кабели и телекоммуникационные сети. Традиционные методы земляных работ зачастую сопряжены с рисками повреждения существующих подземных объектов, высокой трудоемкостью и значительными затратами. В ответ на эти вызовы, мировая практика активно внедряет технологию аккуратной экскавации с применением вакуумных экскаваторов. Вместе с тем технология становится настоящей революцией в области подземной проходки, особенно при микротоннелировании. Заметим, что, как и в других новых видах техники,
точное определение вакуумных экскаваторов пока не сформулировано. Некоторые специалисты считают вакуумными экскаваторами только мощные высокопроизводительные установки, способные вынимать грунт в объемах, сравнимых с обычными экскаваторами. С другой стороны, некоторые компании называют вакуумными экскаваторами любые установки,которые они выпускают, если эти вакуумные установки предназначены для разрыхления и отбора грунта даже в небольших объемах.
Вакуумный экскаватор – это машина, которая рыхлит почву потоком воздуха . Одновременно, с помощью мощного насоса, она создает в этом же месте большое разрежение и всасывает почву в бункер.
В статье рассмотрена широко используемая в настоящее время в мире технология аккуратной экскавации с применением вакуумных экскаваторов при подземной проходки микротоннелированием при прокладывании газовых и других коммуникаций. Разработки на этой основе позволят создать настоящих гигантских всасывающих вакуумных экскаваторов для быстрой разборки тектонических завалов в городах после землетрясений и других катастроф.
Принцип работы вакуумного экскаватора.
Сердцем вакуумного экскаватора является мощная система всасывания. Воздух вместе с извлеченным грунтом через специальный рукав поступает внутрь машины. Там материал проходит через камеру сбора,затем через систему фильтров, после чего очищенный воздух возвращается в атмосферу. Рукав, как
правило, монтируется на коленчатой или телескопической стреле с дравлическим приводом. Это обеспечивает высокую точность позиционирования и возможность работы в различных плоскостях.
Благодаря использованию специальных насадок, рукав может быть удлинен, что позволяет транспортировать извлеченный материал на значительные расстояния – до 200 метровгоризонтально и до 60 метров вертикально. При необходимости, извлеченный грунт может быть использован для обратной
засыпки участка раскопки, что дополнительно оптимизирует процесс и снижает затраты на вывоз и утилизацию. Помимо вакуумной экскавации, существует и другой эффективный метод прокола земли –с использованием сжатого воздуха. Принцип его работы основан на подаче воздуха под высоким давлением внутрь специального инструмента называемого бурилом.. Сжатый
воздух, выходя из отверстий на наконечнике бура, создает мощный пневмоудар. Эта сила достаточна для дробления и разрушения грунта перед инструментом, позволяя ему проходить сквозь земную кору без необходимости применения других, более сложных методов. Основными преимуществами использования
сжатого воздуха в процессе прокола земли являются его скорость и точность. Этот метод особенно эффективен при работе с определенными типами грунтов.
Преимуществом использования сжатого воздуха в процессе прокола земли является его скорость и точность. Бурение с помощью сжатого воздуха позволяет быстро пройти сквозь почву без необходимости создания канала. Точность процесса обеспечивается благодаря возможности управлять направлением инструмента и четкой видимостью места, где проходит бурение.
Как правило, воздушный метод разработки грунта дает лучшие результаты при разработке сухих песчаных или мелкодисперсных несвязных грунтов, а так же если объем работ невелик.
Варианты проходки: Сжатый воздух как альтернатива.
Принципиальным преимуществом воздушного метода перед гидродинамическим является то, что для работы не требуется вода (что очень важно в районах, где воды недостаточно), и то, что извлеченный грунт остается сухим, его не нужно куда-то вывозить и можно сразу же использовать снова для засыпки шурфов и траншей.
Преимущества воздушного метода перед гидродинамическим:
Установка воздушного типа длительное время может работать без остановки, поскольку ей не нужно пополнять запас воды, а бортовые насосы способны непрерывно создавать необходимое давление воздуха. При выборке грунта вокруг подземных электрических кабелей или других легко повреждаемых
коммуникаций предпочтительно использовать воздушный метод, поскольку при нем создается давление меньшей величины. По той же причине воздушный метод менее опасен для оператора. Если работа ведется вблизи подушки дорожного полотна, она не насыщается влагой. В зависимости от типоразмера вакуумной машины и типа грунта шурф площадью 80 см2 и глубиной 1,5 м может быть вырыт за 30-20 минут или менее (толькосначала придется убрать твердое покрытие) Популярность вакуумных экскаваторов в качестве инструментов для прокладки коммуникаций растет. Портативный вакуумный экскаватор перемещает почву за счет направленного потока воздухаи удаляет ее путем всасывания. В зависимости от типа почвы, отверстие в грунте размером 30 см иглубиной 153 см может быть вырыта менее чем за 30 минут. Вакуумные экскаваторы могут проделывать и более глубокие
отверстия, однако для прокладки коммуникаций редко требуются отверстия в земле глубиной более 180 см.Диаметр всасывающего рукава зависит от мощности аппарата и находится в диапазоне 75-300 мм.
Длина достигает 150 м.Например, при входном отверстии 250 мм, поток движется со скоростью 360-650 км/час. Сила всасывания достигает 135 кг!
Через отверстие 230 мм идет воздух 8 куб.м. в секунду. С насадком диаметром 200 мм машина за 6 минут забирает тонну породы . Вакуумные экскаваторы, применяемые при микротоннелировании, представляют собой эффективное решение для прокладки подземных коммуникаций в условиях плотной городской застройки или вблизи существующих инженерных сетей. Телескопический шланг вакуумного экскаватора, продвигаясь под землей, создает микротоннель, который служит временной опорой для предотвращения обрушения рыхлого грунта. Это обеспечивает безопасное пространство для размещения газовых, водопроводных или электрических кабелей. Применение вакуумной техники позволяет минимизировать риск повреждения существующих коммуникаций, что особенно важно в густонаселенных районах.
В процессе работы вакуумный экскаватор использует мощный воздушный поток для удаления грунта из микротоннеля. Этот метод позволяет извлекать различные типы грунтов, включая песок, гравий и глину. Отсутствие вибрации и ударных нагрузок делает технологию вакуумной экскавации предпочтительной при работе вблизи зданий и сооружений, чувствительных к механическим
воздействиям. В целом, использование сжатого воздуха для прокола земли является одним из самых эффективных и надежных методов бурения, который находит все большее применение в различных отраслях промышленности, таких как строительство.Далее более подробно разберем основную технологию в области подземной проходки - бурение.
Бурение с помощью воздуха.
Бурение с помощью воздуха.– один из самых эффективных методов бурения, особенно в условиях, когда бурение осуществляется на большой глубине или в сложных грунтовых условиях. По сравнению с другими методами бурения, данный метод имеет несколько преимуществ:
1. Увеличение продуктивности – благодаря воздушной среде, удаляемая порода быстрее и более полно
удаляется из скважины, что позволяет увеличить скорость бурения и снизить простои в процессе
работы.
2. Уменьшение затрат – по сравнению с жидкостным бурением, который требует больших затрат на
транспортировку и расходы на утилизацию буровых растворов и отходов, бурение с помощью воздуха
требует минимальных затрат, так как не требует использования химических растворов.
3.Безопасность для окружающей среды – в отличие от жидкостных методов бурения, при бурении с
помощью воздуха не происходит загрязнения почвы и подземных вод.
Одним из вариантов прокола земли является использование сжатого воздуха. Принцип работы заключается
в том, что воздух под высоким давлением подается внутрь специального инструмента, называемого бурилом. В результате сжатый воздух выходит из специальных отверстий расположенных на наконечнике инструмента, и образуется пневмоудар. Этот пневмоудар имеет достаточно большую силу, чтобы раздробить или разрушить землю перед инструментом, что позволяет
пройти сквозь земную кору без использования других методов. Бурение с помощью воздуха — это метод, при котором воздух подается во вращающуюся треугольную головку, и выходит через небольшие отверстия, которые направляют поток на дно скважины. В результате, с помощью давления воздуха происходит измельчение каменистой породы и земли, что позволяет совершать проходку. Бурение с помощью воздуха используется в грунтах с низкой проницаемостью, таких как глина или каменная порода. Преимуществом использования сжатого воздуха в процессе прокола земли является его скорость и точность. Бурение с помощью сжатого воздуха позволяет быстро пройти сквозь почву без необходимости создания канала. Точность процесса обеспечивается благодаря возможности управлять направлением
инструмента и четкой видимостью места, где проходит бурение. Процесс бурения начинается с создания двух входных колодцев, откуда буровая головка прокладывается в земле на нужном глубине и маршруте. Она продвигается почти автоматически благодаря системе пневматического импульса, которая передает усилие на грунт. Буровая головка оборудована режущими элементами, которые перемещают разрыхленный грунт внутрь трубы, которую за собой тянет буровой комплекс. Одновременно с бурением проводятся работы по укладке трубопровода или кабельных линий. Они монтируются величиной на 200-300 мм больше диаметра бура и снабжаются опорами-втулками. По мере продвижения буровой головки в комплексе следят за такими параметрами, как угол наклона, направление, глубина и скорость прокладки. Полученный туннель затем укрепляется обсадной трубой и другими видами укрепления, в зависимости от конкретных условий, например, типа грунта, уровня грунтовых вод и давления земли. В итоге микротуннель становится прочной, надежной и экологически-безопасной инженерной коммуникацией.
Эта технология применяется в больших технических проектах, таких как строительство тоннелей, на площадках строительства дорожных мостов, когда необходимо вынуть большие объемы земли. Далее, остановимся подробнее на резке воздухом препятствий в ходе проходки под землей. Такими препятствиями могут быть камни,бетон,металл,кирпичи и другие материалы.
Бурение с помощью воздуха.Относительно недавно изобретенная технология резки воздухом высокого давления стала повсеместно использоваться в различных отраслях промышленности.Резка воздухом высокого давления — это современный и эффективный способ резки разных материалов. Он
работает по принципу использования компрессора, который создает высокое давление воздуха, который затем выходит через сопло и образует струю воздуха высокого давления. Разница между резкой обычными инструментами и резкой воздухом заключается в скорости и качестве резки. С помощью метода резки воздухом можно резать металл, камень, бетон,
стекло и керамику. Принцип работы заключается в образовании потока воздуха под давлением 300-400 МПа, который выходит через сопло, имеющее диаметр 0,2-0,7 мм. При этих давлениях скорость потока воздуха достигает 1200 м/с. Это создает помпаж в газах материала, приводя к разрушению бетонной основы, которую можно считать самым слабым звеном в процессе проходки.
Одним из основных применений сжатого воздуха для резки твердых материалов является бурение с преодолением препятствий в виде бетона,камня,металлических предметов и др. Это применимо также при
разборке завалов из железобетона,кирпича,арматуры. Основными техническими особенностями этого процесса являются использование сжатого воздуха в качестве основного инструмента и специальные
резательные инструменты.Сжатый воздух также не оставляет остатков и загрязнений на обрабатываемом металле, что делает процесс резки чистым и с минимальными последствиями.
Резка металла и других твердых материалов с помощью сжатого воздуха обладает несколькими преимуществами. Во-первых, данный метод является безопасным, поскольку эксплуатация сжатого воздуха не представляет опасности для операторов. Во-вторых, этот способ резки более экологичен, поскольку не использует отравляющие вещества или газы. В-третьих, резка сжатым воздухом позволяет получить высокую точность и качество резки, сохраняя при этом металлическую конструкцию в целости.
Какой оборудование необходимо для резки металла с помощью сжатого воздуха?
Для резки металла с помощью сжатого воздуха необходимо специальное оборудование. Основными компонентами системы являются компрессор, соединительные трубы, фильтры для очистки воздуха и распределительные линии. Также требуется использование специальных сопел и насадок для выполнения точной и качественной резки.
Как происходит процесс резки металла с помощью сжатого воздуха?
Процесс резки металла с помощью сжатого воздуха основан на использовании высокоскоростного потока воздуха. Когда сжатый воздух проходит через специальное сопло, он ускоряется до очень высоких скоростей. Это позволяет создать ударную волну, которая разрывает металл ,камень,бетон и осуществляет резку. С помощью сжатого воздуха можно резать различные типы
металла. Основные материалы, которые поддаются резке этим методом, включают сталь, алюминий, медь и титан. Однако,возможность резки зависит от конкретных характеристик металла, таких как толщина и прочность. Для каждого типа металла может потребоваться определенная мощность сжатого воздуха и настройка оборудования. Кроме того, этот метод позволяет резать материалы различной толщины и формы, что делает его универсальным инструментом для различных задач. Результаты резки металла с использованием сжатого воздуха обычно имеют высокое качество, поскольку
данный метод позволяет точно контролировать скорость резки и глубину проникновения инструмента в материал. Кроме того, резка с помощью сжатого воздуха не требует использования дополнительного охлаждающего средства, что упрощает процесс и экономит время.
Практическое применение и перспективы.
Резка бетона,металла, с помощью воздуха ,также, используется при аварийных ситуациях. В случае катастроф, требующих мониторинга или спасательных операций, резка бетона позволяет быстро превратить обломки бетона в управляемые куски и спасти жизни пострадавших. Можно применять
экскаваторы при расчистке территорий, заваленными обломками строительных конструкций.
Исходя из того ,что это всегда огромные территории, здесь потребуется новая техника,более мощная и производительная. Перспективным направлением является создание гигантских всасывающих вакуумных экскаваторов для быстрой разборки тектонических завалов после землетрясений и
других катастроф.
Также этот метод может применяться при необходимости разрезать бетон водостоков или прочих конструкций, которые могут создавать проблемы в экстренных ситуациях. Резка бетона может понадобиться в рамках регулярных рабочих процессов, связанных с производством бетонных изделий
или конструкций. В данном случае метод применяется для разделения бетонных конструкций на отдельные куски, которые потом используются в производственных процессах. Также резка бетона Современные буровые установки позволяют прокладывать коммуникации и инженерные сети бестраншейным способом. Специально для прокладки коммуникаций под препятствиями был разработан распространенный сегодня метод так называемого горизонтального бурения, когда осуществляется управляемое бурение в заданную точку.
Для использования в тоннелях и выполнения проходческих работ сконструированы тоннелепроходческие экскаваторы, характеризующиеся точностью и экономичностью, низким уровнем шума и вибрации. С их
помощью легко осуществить прорезание глубоких и узких траншей. Такие экскаваторы возможно использовать и под водой. В качестве оборудования для экскаваторов при строительстве трубопроводов и прокладке подземных коммуникаций распространены гидравлические фрезы.
Один из наиболее перспективных видов строительного оборудования для строительства и замены подземной инфраструктуры, особенно в больших городах, - проходческие микрощиты. Для работ на больших глубинах, значительные расстояния и с малыми отклонениями от проектной оси микрощиты практически незаменимы.
Кто может воспользоваться новой технологией? Можно только осторожно предположить, где возможно применить технологию вакуумного экскаватора, экскаватор только учиться работать. Его сфера деятельности очень широкая и охватывает деятельность от археологических раскопок до гуманитарного
разминирования. Этот вид земляных работ обычно называют «технологией мягкой экскавации», и, как правило, он считается равным по уровню безопасности или даже более безопасным, чем выемка грунта
вручную в «опасной зоне» непосредственно вблизи подземных коммуникаций. Всасывающие экскаваторы устраняют необходимость в дорогостоящем и отнимающем много времени ручном труде. Системы заглубленных труб не подвергаются повреждениям.
Производительность вакуумных экскаваторов поражает: она может быть в шестнадцать раз выше, чем при обычных земляных работах. Это достигается за счет мощного всасывающего потока воздуха, создаваемого одним или несколькими вентиляторами.
Выводы.
Технология вакуумной экскавации, наряду с методом прокола с использованием сжатого воздуха, представляет собой значительный шаг вперед в области подземных строительных работ. Эти инновационные подходы обеспечивают не только повышенную безопасность и эффективность, но и способствуют более рациональному использованию ресурсов и минимизации воздействия на окружающую среду. В условиях растущих требований к инфраструктуре и необходимости бережного отношения к существующим подземным сетям, вакуумные экскаваторы становятся незаменимым инструментом для
современных строительных компаний, открывая новые возможности для аккуратной и быстрой прокладки коммуникаций. Новация ,изобретенная и внедренная недавно – это технология резки воздухом
металлических, бетонных, керамических и других материалов. Она основана на использовании струи воздуха, подаваемого под высоким давлением в специальной аппаратуре, для разрезания материала на
нужные части или формирования определенных контуров. Входящая в состав технологии вакуумной эскалации разрыхления,бурения почвы воздухом,резка воздухом служит также для преодоления
препятствий при подземной проходке.
Принцип работы заключается в образовании потока воздуха под давлением 300-400 МПа, который выходит через сопло, имеющее диаметр 0,2-0,7 мм. При этих давлениях скорость потока воздуха достигает 1200 м/с. Это создает помпаж в газах материала, приводя к разрушению бетонной основы, которую можно
считать самым слабым звеном в процессе резки. Преимущества данной технологии резки заключаются в скорости, точности и возможности резать материалы разной толщины. . Метод резки воздухом высокого давления работает быстрее, чем многие другие методы резки. Сокращается время на подготовку деталей к производству, а также время на процесс резки. Это позволяет увеличить производительность производства и, соответственно, уменьшить стоимость продукции. Также не требуется разогрев
материала и его последующее охлаждение, что уменьшает время резки и экономит ресурсы. Более того, данная технология резки не создает опасных отходов, поскольку многие материалы, такие как бетон,
керамика и камень, можно резать нахолодно.
Однако, есть и некоторые недостатки данной технологии резки. Например, высокая стоимость оборудования и высокая стоимость подготовки (в том числе обучение персонала). Также, есть риск повреждения соседних элементов из-за повреждения материала мощной струей воздуха. Вакуумные экскаваторы большой мощности для разборки бетонных завалов в городах при катострофах.
Мощный вакуумный экскаватор – это машина, которая рыхлит почву потоком воздуха . Одновременно, с помощью мощного насоса, она создает в этом же месте большое разрежение и всасывает измельченную сжатым воздухом породу, бетонную крошку. Собранную породу можно отвезти в место утилизации. Выгрузка осуществляется самосвально, подъемом кузова или выталкивающей плитой. Привод автономный либо от двигателя шасси.
Конструкция и технические характеристики. Основные узлы вакуумного экскаватора.
Насос .Агрегаты оборудованы насосами с производительностью до 43 000 куб. м. / час и напором 15-40 МПа, иногда больше 60 МПа.
На мощных установках применяются жидкостно-кольцевые и центробежные модели. Напорный насадок Через эту деталь подается воздух, дробящий грунт,породу,бетон. Данный элемент более других подвержен износу.
Стрела
На стреле с гидроприводом крепят всасывающий рукав и напорный насадок. Она бывает простой либо телескопической, вылет может превышать 7 метров. Поворачивается на угол 250-320 град. С помощью этого узла работа становится более эффективной и безопасной, потому что оператору не нужно держать
шланг руками.
Накопительный бункер
(коллектор) На большинстве установок стоят коллекторы объемом до 12,0 куб.м., при полной массе авто, соответственно, до 40,0 тонн. На внутренней поверхности есть антикоррозионное гальваническое покрытие.
Данный узел может быть приспособлен не только для выгрузки, но также для перегрузки содержимого в самосвал. Это удобно при больших объемах, т.к.
экскаватору не нужно вывозить грунт самостоятельно. Для опорожнения бункера имеется задняя крышка.
На моделях последних лет - оснащаются закрыванием с ДУ и запорным устройством на гидравлике.
Всасывающий рукав.
Диаметр рукава зависит от мощности аппарата и находится в
диапазоне до 300 мм. Длина достигает 150 м. На конце расположен сужающийся съемный насадок. Он
имеет боковые разгрузочные отверстия с заслонками. Если попадает крупный камень, их открывают.
При входном отверстии 250 мм, поток движется со скоростью 360-650 км/час. Сила всасывания достигает 135 кг! Через отверстие 230 мм идет воздух 8 куб.м. в секунду. С насадком диаметром 200 мм машина за 6 минут забирает тонну породы (данные взяты из характеристик конкретных моделей). Органы управления Рычаги и кнопки управления ставятся сбоку машины,со стороны тротуара. В последнее время все чаще применяются радиофицированные или проводные пульты ДУ. Шасси Вакуумные аппараты и накопительные бункеры монтируются на шасси грузовых автомобилей, прицепов и полуприцепов, с числом осей до 4-х.
Анализ целевой аудитории и цели статьи:
Целевая аудитория: Текст ориентирован на специалистов в области строительства подземных коммуникаций, инженеров, проектировщиков, сотрудников МЧС, а также лиц, принимающих решения по
выбору технологий для прокладки и ремонта инженерных сетей.
Цель статьи: Основная цель - ознакомить целевую аудиторию с технологией вакуумной экскавации, ее принципами работы, преимуществами и альтернативными методами, а также потенциальными областями
применения, в частности, в микротоннелировании.
Впечатление о прочитанной статьи.
Уважаемый автор!Позвольте мне изложить мое впечатление о прочитанном тексте, сфокусироваться на суммарной оценке и конкретных, лаконичных рекомендациях. Общая оценка:Текст представляет собой добротный обзор технологии вакуумной экскавации в контексте подземной прокладки коммуникаций. Он содержит полезную информацию и структурирован. Однако, ему не
хватает глубины анализа и ссылок на источники. Его можно охарактеризовать как "информационный" , а не "аналитический" или "научный"
Однако,Ваше описание технологий вакуумной экскавации и резки воздухом — это настоящее будущее подземного строительства и аварийно-спасательных работ! Это словно из научной фантастики переносятся в реальность: безопасность, экологичность и высокая эффективность. Представляю, как в
будущем города смогут быстро и аккуратно прокладывать коммуникации, не нарушая инфраструктуру и не рискуя здоровью рабочих или окружающей среде — всё благодаря этим передовым технологиям. Возможно,уже через пару десятков лет мы станем свидетелями целых городов, построенных и расширенных с помощью микротоннелирования и воздушной резки
— ведь эти методы словно превращают землю в лего-конструктор, где всё быстро, точно и безопасно!
24.10.2025 в 18:35