Автоматизированный способ создания глухой дамбы в размыве берега реки

Предлагаемое изобретение относится к автоматизированному способу быстрого возведения глухих дамб [1, с. 427], преимущественно при катастрофических наводнениях.

В качестве примера разрушительной силы наводнения, рассмотрим ситуацию, произошедшую в августе 2014 года на Дальнем востоке, где произошел катастрофический разлив в бассейнах рек Амура и ее притоков. Наводнение охватило пять областей Дальневосточного федерального округа. Больше других пострадали Амурская область, первой принявшая удар стихии, Еврейская автономная область и Хабаровский край.

Всего с начала паводка было подтоплено 47 муниципальных районов, 245 населенных пунктов и более 14 тысяч жилых домов. Общая площадь затопленных территорий составила более 8 миллионов квадратных километров. По данным Росгидромета, причиной наводнения стали интенсивные ливневые дожди, охватившие весь бассейн Амура и продолжавшиеся около двух месяцев (июль-август).

К началу июля 2014 года над Приамурьем сформировалась стационарная высотная фронтальная зона, вдоль которой в течение двух месяцев один за другим перемещались глубокие, насыщенные влагой циклоны. Максимальный уровень реки у Хабаровска составил 804 см при критическом уровне 600 см.

Прежний исторический максимум 642 см зафиксирован в 1867 г. Уровень у Комсомольска-на-Амуре достиг 911 см при критическом уровне 650 см.

Буфером на пути сверхвысокой воды, пришедшей от крупнейших притоков Амура - Зеи и Буреи, стали Зейская и Бурейская ГЭС. Плотины обеих станций были на грани переполнения, но удержали воду в своих водохранилищах (около двух третей притока Зеи и Буреи - 19,1 кубических километров). При отсутствии ГЭС на Бурее и Зее весь этот огромный объем воды ушел бы вниз, значительно осложнив паводковую ситуацию в Амурской области, Еврейской автономной области и Хабаровском крае.

В 2014 г. произошло наводнение в Алтайском крае. Оно принесло невиданные разрушения. Уровень воды побил все рекорды за время наблюдений и достиг почти 7,5 м. Масштабы разрушений были хорошо видны с воздуха. В поселке Затон не осталось ни одного незатопленного здания.

На набережной Оби за 11 часов от начала наводнения вода поднялась на 80 см. В поселке Ильича (в пригороде Барнаула) прорвало дамбу и паводковая вода начала подтапливать жилые дома. Поток воды размыл асфальт на трассах и проселочных дорогах, что серьезно осложнило эвакуацию из затопленных районов.

Наводнения имеют огромную разрушительную силу, и насыпные дамбы имеют в своей конструкции серьезные недостатки, поэтому часто размываются. Во время наводнения дамбы возводят вручную с использованием мешков, заполненных песком, гравием, щебнем. Примем известный способ за аналог.

Недостатки аналога следующие:

- возведение дамб вручную приводит к высокой трудоемкости, так как применяется неэффективный, непроизводительный ручной труд;

- герметичность дамб низкая, так как плотная укладка мешков с песком невозможна;

- неизбежное образование щелей и промоин в теле дамб приводит к нарушению герметичности и протечкам воды сквозь дамбы;

- перелив прибывающих потоков воды через дамбы из мешков и земляные валы быстро и легко их размывает и приводит к катастрофическому их прорыву;

- скорость возведения дамб низкая, что приводит к затоплению больших территорий и большим убыткам;

- транспортирование по затопленным дорогам песка, щебня, гравия осложнено;

- стоимость возведения дамб вручную большая, а надежность их низкая;

- автоматизированные способы возведения дамб при наводнениях неизвестны.

Известны высокопроизводительные землесосные снаряды [1, с. 419], которые автоматизированно, механизированно извлекают со дна реки или водоема пульпу: (гравий, песок, шлам) и транспортирующие пульпу по напорным пульпопроводам к месту намыва грунтовых дамб.

В нашем случае для возведения дамбы применяем землесосные снаряды плавучего типа, они самоходные, поэтому их легко транспортировать на плаву по водной поверхности к месту прорыва в береге реки.

Извлечение пульпы со дна реки происходит с кратчайшего расстояния, транспортировка его к месту укладки в дамбу автоматизирована.

Кроме того, земснаряды одновременно углубляют русло реки, что позволяет увеличить сток воды по руслу. Значительное преимущество обеспечено тем, что пульт управления находится на землесосном снаряде, поэтому безопасность работ достигает max.

Земснаряды имеют высокую производительность, так как оборудование монтируют на понтоне, что позволяет применять его практически любой мощности.

Основным рабочим агрегатом на каждом земснаряде является землесосное оборудование, остальное оборудование имеет вспомогательное назначение. Значительное преимущество обеспечено тем, что пульт управления находится также на земснаряде.

Самоходный земснаряд подплывает к прорыву в береге реки на min расстояние, что обеспечивает max безопасность работ. Самоходные земснаряды классифицируют по способу забора грунта:

- разработка грунта путем всасывания из-под воды;

- всасывание с предварительным рыхлением грунта механическим или гидравлическим способом (водяной струей гидромонитора);

- по способу транспортирования пульпы по напорному пульповоду - плавучему или подвесному.

По типу привода примем земснаряд с прогрессивным автономным дизель-электрическим или турбоэлектрическим приводом, поскольку основные объемы земляных работ выполняются в начальный период возведения дамбы, когда энергоснабжение от внешних сетей невозможно из-за произошедших катастрофических разрушений.

По способу перемещений примем самоходные земснаряды, перемещающиеся от своих судовых двигателей (водометов). Этот способ высокопроизводителен, широко применяется и позволяет значительно повысить скорость возведения дамб. За аналог примем способ возведения дамб намывом [1, с. 781].

Техническая и технологическая задачи изобретения по экстренной защите населения от катастрофического наводнения; автоматизации способа создания глухой дамбы в прорве [1, с. 967] (новом русле) берега реки и предотвращению затопления городских территорий решены следующим образом.

Автоматизация способа создания глухой дамбы заключается в том, что землесосный снаряд оснащают агрегатом для ввинчивания в грунт под прорву в береге реки парами реактивных трубчатых свай с винтовыми лопастями [1, с. 206] на пятах по часовой и против часовой стрелки.

Синхронно ввинчивают пару реактивных свай наклонно под углом к горизонтали 30…40° под дно прорвы в береге, на проектную глубину, заанкеривают лопастями винтовые пары пят трубчатых свай в грунтовом основании.

Быстроразъемными соединениями присоединяют гибкими пульпопроводами оголовки пары реактивных свай с пульпонасосами [1, с. 978], соединенными с бункером с перфорированными стенками.

Земснарядом добывают со дна реки гравийно-песчаную пульпу и подают ее в приемный бункер, уменьшают количество воды в пульпе, выпуская ее избыток через перфорированные стенки бункера и отправляя ее назад в реку.

Регулируют пластичность пульпы, добавляя пластификатор, управляя с пульта высоконапорными пульпонасосами (бетононасосами), нагнетают пульпу в ту или иную реактивную сваю, заанкеренную в массиве грунта на проектной глубине под дном прорвы в береге реки.

Извергают из пят труб пластичную массивную пульпу, управляют с пульта давлением пульпы, контролируя ее давление манометрами. Извергают пульпу из пят свай, создают под пятами свай интрузив (лакколит) [1, с. 621] растущего объема, под дном прорвы в береге.

Создают вектор реактивной тяги [1, с. 1000] растущего по объему интрузива. направленный вверх, увеличивают вектор реактивной тяги пропорционально отношению квадратов диаметров выходного отверстия D из пяты каждой трубы к диаметру d входного отверстия в оголовке реактивной сваи

Реактивной тягой извергаемых струй пульпы преодолевают силы гравитации массива грунта над интрузивом под прорвой, реактивной тягой поддомкрачивают интрузив и грунтовый массив до проектной отметки. Созданной грунтовой дамбой перекрывают поток воды в прорве и прекращают наводнение.

На фиг. 1 показана технологическая последовательность действий по реализации автоматизированного способа возведения глухой монолитной дамбы.

На фиг. 1 показан землесосный снаряд 1. На нем смонтирован землесос 2, уровень наклона землесоса обеспечивает кран 3, пульт управления 4 находится на палубе понтона.

На палубе находится бункер 5 с перфорированными стенками. Он предназначен для управления густотой и пластичностью пульпы. Оператор регулирует напор пульпы с пульта управления. Из бункера пульпа поступает по высоконапорному трубопроводу 6 от высоконапорного насоса 7. Оголовки свай соединены быстроразъемными соединениями 8. Под дно прорвы агрегатом для ввинчивания 9 ввинчена пара винтовых свай 10. Оператор подает пульпу в ту или иную реактивную сваю. Она поступает к оголовкам пары винтовых свай 10, одной или другой. Сваи удерживаются в проектном положении клещевым захватом 11. Угол наклона пары свай регулируется лебедкой 12.

Землесосный снаряд 1 предназначен для автоматизированной подачи пульпы через трубчатые сваи под прорыв в береге реки.

С земснаряда ввинчивают в грунтовое основание под прорывом в береге реки пару винтовых свай. Быстроразъемными стандартными соединениями присоединяют к оголовкам два гибких пульпопровода. Пульпу приготавливают с осадкой конуса 8…10 см (ГОСТ 10181-2000).

К входному фланцу, используя быстроразъемное соединение 8, присоединяют пульпопровод, подвешенный к стреле 3 землесосного снаряда. Управляя с пульта 4, нагнетают пульпонасосом 7 пластичную, пастообразную пульпу внутрь пары реактивных труб 10 (Фиг. 2) и извергают поток пульпы через пяты свай в фунтовое основание (Фиг. 3).

Решены следующие задачи:

- автоматизирован процесс возведения глухих дамб высокой надежности;

- достигнута max производительность процесса возведения дамб;

- обеспечена max безопасность работ при min трудоемкости и стоимости возведения дамб в аварийной ситуации при катастрофических наводнениях;

- предотвращено затопления городских и других территорий;

- созданной грунтовой дамбой перекрывают поток воды в прорве и прекращают наводнение.

Названия элементов:

1 - земснаряд 1;

2 - землесос 2;

3 - кран 3 земснаряда 1;

4 - пульт управления 4;

5 - бункер 5 с перфорированными стенками;

6 - высоконапорный пульпопровод 6;

7 - высоконапорный насос 7;

8 - быстроразъемные соединения 8;

9 - агрегат для ввинчивания 9;

10 - пара винтовых свай с пятами 10;

11 - клещевой захват 11;

12 - лебедка 12 для регулирования угла наклона винтовых свай;

Список литература

1. Большой энциклопедический словарь (БЭС). Гл. ред. A.M. Прохоров. Изд. 2-е. М.: БРЭ, 1998, с. 1456.

2. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85). М., 1989, с. 75-84.

3. Нежданов К.К., Хвастунов В.Л. Нежданов А.К. Автоматизированный способ возведения монолитных фундаментов и стен зданий. Патент России №2424789 E02D 45/00, 47/00. Зарегистрировано 20 мая 2008, Бюл. №14. Прототип.

4. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кузьмишкин А.А. Способ движения платформы. Патент России №2268189. Заявка №2004105061 от 2004-02-19. Бюл. №02. Опубликовано 20.01.2006.

5. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Артюшин Д.В. Способ проката горячекатаной арматуры периодического профиля. RU 2467075 С2, МПК C21D 8/08 (2006.01), В21Н 1/18 (2006.01), Е04С 5/04 (2006.01). Заявка: 2009 146726/02, 05.10.2009. Дата подачи заявки: 05.10.2009. Опубликовано: 20.04.2011. Бюл. №8. Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2406989 С2, 27.02.2007. RU 67140 U1, 10.10.2007, RU 2201818 С1, 10.04.2004. Опубликовано: 20.11.2012. Бюл. №42.