Линейное распределение земляных масс

6.1. Общие сведения

Железнодорожное полотно представляет собой ряд чередующихся насыпей и выемок. Профильная кубатура – суммарный объем грунта всех насыпей и выемок. Рабочая кубатура – объем грунта, разработанного в выемках, резервах и карьерах.

Профильная кубатура – величина постоянная для определенного участка земляного полотна, тогда как рабочая кубатура зависит от схемы распределения земляных масс на этом участке.

Объем и дальность перемещения рабочей кубатуры непосредственно влияют на стоимость земляных работ.

Задача распределения земляных масс – рациональное использование грунта, имеющегося на трассе земполотна.

Критерий оптимальности – выполнение работ по сооружению земполотна в заданный срок при минимуме затрат. Данный критерий может быть достигнут при совмещении работ и применении высокопроизводительных машин. Учитывая данные требования, обе задачи по распределению земляных масс и выбору способа производства земляных работ следует решать одновременно, сравнивая варианты и определяя оптимальный.

При распределении земляных масс должны выполняться условия, способствующие рациональному решению задачи:

– грунты выемок должны максимально использоваться для отсыпки насыпей;

– дальность перемещения грунта должна быть минимальной;

– количество штук и типов ведущих машин должно быть минимальным и достаточным.

При выборе ведущих машин технологических комплектов необходимо учитывать:

– вид грунта;

– объемы работ и сроки их выполнения:

– рабочие отметки насыпей и выемок;

– дальность возки грунта;

– климатические и топографические условия района производства работ; – время года.

При распределении земляных масс необходимо стремиться весь грунт выемок, пригодный для этой цели, укладывать в насыпи при наличии экономической целесообразности.

Насыпи могут быть отсыпаны из резервов. Резервы закладывают в непосредственной близости от насыпи и отделяются от насыпи полосой ненарушенного основания – бермой.

При избытке грунта в выемках грунт перемещают в кавальеры или в отвал.

Необходимо учитывать то, что резервы и кавальеры не разрешается устраивать на станциях и ценных сельскохозяйственных и лесных угодьях, а резервы, кроме того, – на заболоченных участках, слабых и мокрых основаниях.

Степень полезности использования разработанного грунта характеризуется коэффициентом распределения грунта

K _П = _П ^Р , (6.1)

где Р – рабочая кубатура (объем всех разрабатываемых выемок, карьеров и резервов), м³;

П – профильная кубатура (суммарный объем всех насыпей и выемок на участке), м³.

Коэффициент находится в интервале 0,5 ÷ 1, при этом необходимо стремиться к 0,5.

Примеры распределения земляных масс представлены на рис. 6.1.

Распределение земляных масс выполняется с использованием диаграммы объемов (п. 6.2) или кумулятивной кривой (п. 6.3). В результате распределения земляных масс определяются границы производственных участков с продольным и поперечным перемещением грунта. Границы производственных участков приводятся в пояснительной записке и указываются на кривой объемов. Расстояния продольных и поперечных возок грунта определяют между центрами масс перевозимых грунтов. Определение расстояний при поперечных возках грунта производят с учетом элементов поперечного сечения земполотна (раздел

7.2).

Все расчеты рабочей и профильной кубатуры, коэффициента распределения грунта, выполняемые при распределении земляных масс, выполняют в табличной форме, табл. П.2, приложения.

Комплекты машин выбираются по приведенным удельным затратам на разработку, транспортирование и укладку 1 м³ грунта, определяемым по графикам, рис. 6.6, в зависимости от дальности возки грунта и рабочих отметок.

В связи с тем что машины для перевозки грунта осуществляют движение до нулевых точек или съездов, реальная дальность возки будет больше предварительно определенной. Для расчета трудо-и машинозатрат дальность возки грунта должна быть определена более точно. Для уточнения дальности возки необходимо прибавить 50 ÷ 100 м к тому значению, которое было определено как расстояние между центрами масс.

Комплексная механизация – такой способ механизации, при котором все (как основные, так и вспомогательные) тяжелые и трудоемкие процессы выполняются комплектами машин, увязанных между собой по основным параметрам.

Комплект машин – совокупность согласованно работающих и взаимно увязанных по производительности основных и вспомогательных средств механизации, необходимых для выполнения всех технологически связных процессов и операций.

В комплекте машин выделяют ведущую машину, которая задает темп и ритм работ, и комплектующие машины, которые выполняют все сопутствующие операции и процессы, их производительность должна быть больше ведущей машины, их количество должно быть минимальным, но достаточным. Не допускается время работы и количество смен у комплектующих машин более чем у ведущих, ведущие определяют сроки производства работ.

Выбор комплектов машин осуществляют в два этапа:

1. Первый этап заключается в анализе характеристик объекта (объект – земляное полотно), таких, как: вид грунта, объемы работ, рабочие отметки, наличие карьеров и возможность закладки резервов, наличие подъездных и землевозных дорог, а также в анализе возможных технологий производства работ и возможных вариантов механизации.

2. Второй этап – это технико-экономическое сравнение вариантов, которое выполняется по величине приведенных удельных затрат. Основная задача – выбор наиболее экономичных комплектов машин, которые позволят выполнить заданные объемы работ в заданные сроки с минимальными затратами и определенным уровнем качества.

V

н

V

в

V

в

в отвал

в отвал

из резерва

из карьера

Рис. 6.1. Распределение земляных масс:

а, б – отсыпка грунта из выемки в насыпь при равных объемах грунта;

в, г – отсыпка грунта из выемки в насыпь при соответственно излишке грунта в выемке и недостатке грунта в насыпи; д – при непригодности грунтов выемок для отсыпки

ими насыпей

6 5 4 3 2 1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 рабочая отметка, м расстояние транспортирования грунта, км

Рис. 6.2. Области эффективного применения машин при линейном распределении земляных масс: 1 – бульдозеры с силой тяги 150 кН; то же, 250 кН; 3 – прицепные скреперы с ковшом 10 м³; 4 и 5 – самоходные скреперы с ковшом 15 и 9 м³ соответственно; 6 ÷ 10 – экскаваторы с ковшом соответственно

0,65, 1,0, 1,25, 1,6 и 2,5 м³

6.2. Диаграмма объемов

Диаграмма объемов или график попикетных объемов дает нам представление о величине профильной кубатуры на участке возведения земполотна.

График попикетных объемов вычерчивается по данным ведомости подсчета объемов земляных работ в определенном масштабе для каждого пикетного участка. Для построения проводится осевая линия, от которой вверх откладывают объемы выемок, а вниз – объемы насыпей. Все попикетные и помассивные объемы должны быть подписаны.

Дальность возки определяется как расстояние между центрами масс массивов:

L = l ^н + l ^в = ^åå ^li н V ^{× V} н ⁱ н + ^åå ^li в V ^× i^V в ⁱ в, (6.2) i

где l ^н и l ^в – расстояния до центров тяжести массивов, соответственно до насыпи и до выемки, м;

V _i^н и V _i^в – объемы, соответственно насыпи и выемки, м³.

V

н

V

н

V

н

V

в

V

в

V

в

l

н

l

в

l

н

l

в

l

н

l

в

l

н

l

в

L

Рис. 6.3. Определение средней дальности возки по диаграмме объемов

6.3. Кумулятивная кривая

Кумулятивная кривая, или кривая объемов используется для ориентировочного распределения земляных масс на участках чередования насыпей и выемок.

Кривая объемов получается при графическом изображении алгебраической суммы объемов.

Свойства кривой объемов:

1. Ордината каждой точки кривой равна алгебраической сумме насыпей и выемок, расположенных слева от начальной точки кривой до данной, причем ординаты выемок входят в сумму со знаком «+», насыпи – со знаком «–».

2. Восходящие ветви кривой (считая слева) соответствуют выемке, нисходящие – насыпи.

3. Вершины кривой, т. е. точки кривой, в которых ординаты меняют знак, соответствуют нулевым точкам на продольном профиле, т. е. точки перехода от выемок в насыпь и наоборот.

4. Всякая горизонтальная прямая, пересекающая восходящую и нисходящую ветви кривой объемов, отсекает на кривой сегмент, образованный двумя частями кривой, соответствующими на продольном профиле участкам выемки и насыпи, объемы которых равны между собой и измеряются на кривой величиной стрелы сегмента. Эта горизонтальная секущая линия называется линией равных объемов.

5. Площадь сегмента, образованного кривой объемов и распределительной линией, равна произведению объемов выемки на среднюю дальность возки при перемещении земляных масс грунта из выемки в насыпь.

Посчитанные помассивные объемы и ординаты кумулятивной кривой, при необходимости, заносятся в табл. 6.1, а также их сразу можно вносить в табл. П.1 расчета объемов работ.

Таблица 6.1

Ведомость подсчета ординат кумулятивной кривой

Км	ПК +	Объём, м3	Ординаты
Насыпь	Выемка	-	+

Пример построения кумулятивной кривой приведен на рис. 14.5.