Особенности типоразмеров осушительных каналов и технологические возможности каналоочистителя с ковшом на жесткой направляющей

Введение. В последние годы в различных журналах и изданиях опубликовано много статей, посвященных результатам исследований формирования разных типов и типоразмеров  мелиоративных (в частности осушительных) каналов. Также рассмотрены способы и методы восстановления, эксплуатации и ремонта каналов [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]. Во многих работах раскрыты существующие проблемы в данной области и довольно глубоко изучены и обоснованы способы ремонта каналов мелиоративных систем с помощью машин с пассивными и активными видами рабочих органов [10, 11,12, 13, 14, 15]. В публикациях [16, 17, 18, 19, 20, 21, 22] основное внимание уделено оценке эффективности затрат на эксплуатацию мелиоративных объектов,  совершенствованию системы технической эксплуатации при импортозамещении мелиоративных машин, противопожарным мероприятиям на торфяниках и ресурсосберегающим водопропускным сооружениям для оросительных каналов. В работах [23, 24, 25, 26, 27] речь, преимущественно, идет об оросительных, или в целом о мелиоративных каналах. Однако, публикаций с результатами исследований процесса очистки дна осушительных каналов, с рабочим органом — ковшом, движущимся по жестким направляющим вдоль оси канала, который довольно эффективно и качественно очищает дно и прилежащие ко дну части откосов с соблюдением требуемого осевого уклона, практически отсутствуют, за исключением работ [31, 32, 33].   

Исправное состояние мелиоративной системы характеризуется следующими признаками:

         — глубина каналов соответствует техническому проекту и обеспечивает расчетные нормы водопропуска в сроки, определяемые агротехническими требованиями;

         — русла каналов и отверстия водопропускных сооружений, дрены и смотровые колодцы свободны от растительности, наносов и посторонних предметов, препятствующих течению воды; откосы и бермы спланированы, облицованы, задернованы или засеяны травой; участки каналов в слабых, легкоразмываемых грунтах закреплены по проекту; отметки дна, отверстий водопропускных сооружений соответствуют проектным;

         — отвалы грунта, образующиеся при ремонте и очистке проводящей и регулирующей сети, разровнены либо оформлены в виде вала (дамбы), а на нагорных и ловчих каналах отсыпаны на низовую сторону;

         — русла крупных каналов в местах впадения в них каналов низшего порядка и дрен закреплены и не размываются;

          все гидротехнические и другие сетевые сооружения, знаки эксплуатационной обстановки и ограждения находятся в полной технической сохранности; необходимые надписи заметны и разборчивы;

         — ограждающие каналы и защитные дамбы обеспечивают своевременный перехват и отвод поступающих избыточных поверхностных и грунтовых вод;

         — дорожная сеть обеспечивает проезд к объектам гидромелиоративной сети в любое время года, бесперебойное движение ремонтно-эксплуатационных машин заданного веса, движение транспортных средств с расчетной скоростью, установленной для данной категории дороги.

         В связи с тем, что мелиоративные системы имеют различное назначение (оросительные и осушительные) следует рассматривать отдельно каналоочистители как для оросительных каналов, так и для осушительных.  Объем наносов  в оросительных каналах значительно  больше, чем в осушительных. Это объясняется и большей глубиной оросительных каналов.  

Материалы и методы. Наиболее разнотипными с позиции обслуживания гидромелиоративных сооружений в процессе их эксплуатации являются каналы [28].  Типоразмеры наиболее часто встречающихся каналов осушительной сети приведены в таблице 1. Оросительные и коллекторно-дренажные каналы классифицируют отдельно (табл. 2 и 3).

Существуют следующие виды технической эксплуатации гидромелиоративных систем:

 —  технический надзор;

 —  технический  уход;

 —  ремонт: текущий, капитальный и аварийный.

Таблица 1. Классификация осушительных каналов по типоразмерам и их техническая характеристика

Таблица 2. Классификация оросительных каналов (по САНИИРИ)

Таблица 3. Классификация каналов коллекторно-дренажной сети

Четкого разграничения по типоразмерам каналов на малые и крупные нет. Однако по признакам, различаемым в технологии производства земляных работ при очистке каналов, сделано условное разграничение, в соответствии с которым каналы глубиной и шириной по дну менее 3 м отнесены к малым типоразмерам (I…III). При очистке таких каналов наносы удаляют каким-либо рабочим органом (рабочим оборудованием) базовых машин (экскаваторы, каналоочистители) при их перемещении вдоль канала. Способы рабочих перемещений базовых машин выбираются в зависимости от толщины слоя наносов, ширины и глубины канала, приканальной обстановки и параметров рабочих органов. С однопроходным рабочим перемещением базовой машины канал очищают тогда, когда с одной ее позиции рабочий орган способен воздействовать на слой наносов по всему поперечному сечению. Когда с одной позиции базовой машины ее рабочий орган способен воздействовать только на часть поперечного сечения слоя наносов в канале, его чистят в два и более проходов базовой машины. При наличии воды над наносами глубина ее слоя должна быть в определенных пределах, превышение которой приведет к снижению эффективности производства работ по очистке каналов [28, 29, 30, 32].

Все технологические схемы очистки имеют следующие общие работы:

подготовительные – разравнивание кавальеров, оставшихся от предыдущей очистки канала; очистка берм и откосов канала от древесно-кустарниковой и высокой травянистой растительности; удаление из канала и с берм посторонних предметов (камни, бытовые отходы); обозначение видимыми знаками мест элементов мелиоративных сооружений чтобы не допустить их повреждения в процессе очистки;

основные  –  подведение на транспортных скоростях базовой машины к каналу и установление ее в рабочее положение; установление в рабочее положение рабочего органа и введение его в забой (соприкосновение со слоем наносов); начало рабочего перемещения базовой машины вдоль канала; выемка наносов по заданному профилю с одновременным транспортом их из забоя и укладкой в кавальеры на берму канала; разравнивание кавальеров.

При возникновении интервалов во времени между очисткой канала и разравниванием вынутого грунта в кавальерах необходимо устраивать разрывы в кавальерах через 8…10 м для стока поверхностных вод.

Дно канала после очистки должно быть равномерным по ширине, прямолинейным, с плавным радиусом закругления на поворотах канала. Выемка должна симметрично вписываться в поперечный профиль канала и сопрягаться с существующими откосами. Не допускаются существенные недоборы грунта наносов, ступенчатость выемок при нескольких проходах базовой машины, обратное попадание наносов в канал в процессе их транспортирования из забоя на берму канала [33].

При очистке каналов с применением в качестве базовых машин строительных экскаваторов следует иметь в виду, что разрабатываемые наносы имеют меньшую плотность и прочность и одновременно большую влажность и липкость, чем грунты естественного залегания с ненарушенной структурой, преимущественно встречающиеся в строительстве. Удельное сопротивление копанию наносов в несколько раз меньше, чем грунтов естественного залегания, поэтому рекомендуется применять уширенные ковши увеличенной вместимости с уменьшенным радиусом копания и отверстиями в днище и боковых стенках. При этом необходимо соблюдать условие, диктуемое устойчивостью базовой машины: масса очистного ковша, заполненного наносами, не должна превышать массы строительного ковша, наполненного грунтом.

Уширенные ковши обратной лопаты существенно повышают производительность очистки каналов с малыми удельными объемами работ, уменьшенный радиус резания позволяет очищать каналы с меньшей шириной по дну, отверстия в днище и стенках ковша увеличивают производительность при работе из-под воды, уменьшают залипание ковша. Во время захвата и наполнения широкого ковша обратной лопаты особенно внимательно надо следить за тем, чтобы он располагался в забое параллельно оси канала, небольшие неточности приводят к неравномерной выемке и соответственно низкому качеству очистных работ.

Результаты и обсуждение. Специфика и разнообразие условий производства ремонтно-эксплуатационных работ на мелиоративной сети потребовали создания специализированной группы машин – каналоочистителей. Они позволяют с помощью комплекта сменных рабочих органов механизировать широкий круг работ: очистку дна каналов, скашивание и планировку откосов, земляные, погрузочно-разгрузочные работы и др.

По сравнению с одноковшовыми экскаваторами каналоочистители более универсальны (на них можно использовать рабочие органы как цикличного, так и непрерывного действия), имеют лучшие параметры рабочего оборудования, более приспособлены к условиям выполнения ремонтно-эксплуатационных работ, обеспечивают высокие технико-экономические показатели.

Для очистки каналов, как с укрепленным руслом, так и без укреплений применим и каналоочиститель РР-303, представляющий собой навесное оборудование к трактору ДТ-75Б, состоящее из двух стрел с выдвижными секциями и закрепленной между направляющей балки со сменным ковшом и регулируемыми по высоте концевыми опорами. Техническая характеристика каналоочистителя представлена в таблице 4.

Таблица 4. Техническая характеристика каналоочистителя РР-303

         На рисунках 1 и 2 представлен каналоочиститель РР-303 в рабочем и транспортном положении. Рабочий орган каналоочистителя – ковш, перемещается по жестким направляющим вдоль оси канала.

Рис. 1. Каналоочиститель РР-303

Очистку дна канала с закрепленным дном можно проводить с ковшом прямоугольного профиля [15, 16, 17]. На рисунке 3 представлен очищенный осушительный канал с закрепленным дном. Для каналов с незакрепленным дном (рис. 4) целесообразно применять ковш трапецеидального профиля (рис. 5).

Рис.2. Каналоочиститель РР-303

Рис. 3. Очищенный канал с закрепленным дном

Рис.4. Очистка канала с незакрепленным дном одноковшовыми экскаваторами

Рис.5. Модель ковша каналоочистеля РР-303 с трапецеидальным профилем

При очевидных достоинствах этого каналоочистителя существуют и некоторые недостатки. Машина в большей степени применяется для очистки дна канала, но этого недостаточно для восстановления конструктивных параметров канала. Из рисунка 1 видно, что в процессе очистки дна канала базовым ковшом прямоугольного сечения в его поперечном сечении возникают две зоны. Наносы в первой зоне поступают в ковш каналоочистителя, а часть наносов, приходящаяся на вторую зону — ковш не в состоянии удалить [31, 32].

При таком состоянии дел ковш в какой-то мере подрезает наносы на прилежащих ко дну откосах.  Более того наносы  второй зоны через определенный промежуток времени могут оказаться на дне канала, что приводит к необходимости повторной очистки. Для предотвращения этого явления, после проведенных экспериментальных исследований, принято решение о создании рабочего органа-ковша новой конфигурации, позволяющего охватить наносы не только со дна канала, но также и с прилегающих ко дну частей откосов. Предлагаемый ковш (рис. 5) имеет поперечное сечение в виде трапеции.

Выводы:

Каналоочистители с ковшом на жесткой направляющей обладают следующими технологическими достоинствами:

         —  возможна работа на любых грунтах-торфяниках и минеральных, в том числе с каменистыми включениями и погребенной древесиной;

         —  способность работы при зарастании канала растительностью, а также на каналах как с водой, так и без воды;

         —  выгрузка грунта производится на берму канала (на полосу движения базовой машины) без попадания его на посевы;

         —  осуществляется качественная планировка дна канала независимо от состояния бермы и положения на ней базовой машины;

         — работа может производиться и в налипающих грунтах, поскольку разгрузка ковша осуществляется принудительно;

         — наличие сменных ковшей различных конструкций позволяет с наибольшей эффективностью очищать каналы с различной шириной по дну.

—  применение новых ковшей с трапецеидальным сечением позволит очищать не только дно, но и прилегающие к нему части откосов.