Первой операцией по разработке грунта гидроэлеваторной установкой является образование зумпфа (приямка) для сбора пульпы, в котором размещается всас гидроэлеватора или землесоса. Желательно, чтобы всас находился в центре зумпфа. Глубину зумпфа принимают с учетом следующих условий:

пульпа в зумпфе должна покрывать верхнее отверстие решетки всаса гидроэлеватора (землесоса) не меньше чем на 20 см;

низ решетки всаса должен находиться не выше чем на 5-10 см над дном зумпфа.

Следует иметь в виду, что чем глубже зумпф, тем больше скорость стока пульпы и больше содержание в ней грунта.

Рекомендуемое заглубление зумпфа для гидроэлеватора 1,2-1,8 м.

Размыв грунта начинается у зумпфа с постепенным перемещением струи гидромонитора к ножу колодца, с оставлением у ножа бермы шириной 0,5-1м. Берму разрабатывают перед посадкой колодца слоями толщиной 20-25 см. Разработка берм начинается одновременно с диаметрально противоположных точек и ведется равномерно по контуру ножа в одном направлении.

Струю гидромонитора необходимо направить так, чтобы она доставляла минимально возможный угол с касательной к окружности в круглых колодцах.

Крупные включения, обнаруженные под ножом, подмывают струей от гидромонитора, измельчают и выдают на поверхность. Очень крупные валуны часто на поверхность не выдают, а впоследствии включают в забутовку днища колодца.

При разработке песчаных грунтов рекомендуется увеличивать уклон поверхности размыва за счет постепенного уменьшения высоты забоя от его середины по направлению к ножу.

При работе в глинистых грунтах разработку ведут с подрезом, направляя струю в подошву забоя и придавая ему наибольшую высоту за счет предельного уменьшения уклонов поверхности размыва.

От забоя в зумпф пульпа поступает самотеком, для чего поверхности размыва следует придавать рельеф, обеспечивающий образование концентрированных потоков.

Рис. 36. Схема гидроэлеватора
1 - колено; 2 - горловина; 3 - диффузор; 4 - камера смешения; 5 - насадок; 6 - сальниковый шарнир; 7 - предохранительный клапан; 8 - всасывающая труба; 9 - приемник пульпы

Эффективность работы гидромеханизированной установки в значительной степени зависит от правильного размыва грунта. При работе гидромонитором необходимо учитывать следующие основные положения:

интенсивность разработки грунта повышается с увеличением высоты забоя, но при этом нужно следить, чтобы чрезмерная высота забоя не нарушала равномерность посадки колодца и обеспечивала необходимый уклон для транспортировки размываемых грунтов;

интенсивность разработки грунта повышается с увеличением расхода воды, проходящей через гидромонитор;

производительность гидромонитора увеличивается при размыве грунта компактной струей. Компактность струи зависит главным образом от правильного подбора диаметра насадки;

уклон от забоя к зумпфу должен быть достаточным для стока пульпы без выпадения из нее частиц грунта.

В процессе размыва грунта необходимо следить за всасом гидроэлеватора, не допуская поступления к нему крупных камней, щепы, мусора и т. д.; бесперебойной подачей гидромониторами пульпы к зумпфу, не допуская его осушения, и своевременной сменой насадок в гидромонитор для рационального использования рабочего расхода воды и напора насосной станции.

Погружение колодцев с применением гидромеханизации вблизи существующих сооружений допускается лишь по специальному проекту организации работ. В этом случае разрабатывать грунт следует так, чтобы предотвратить возможность выноса грунта из-под оснований рядом расположенных сооружений.

К управлению гидромониторами и гидроэлеваторами допускаются только лица, сдавшие специальный технический минимум и имеющие удостоверения на право управления этими механизмами. Разрабатывать грунт разрешается только по заранее составленной схеме.

Для гидромеханизированной разработки грунта внутри крупных опускных колодцев рекомендуется применять специальные гидромониторно-землесосные установки. Подбор типа землесоса (углесоса) конкретно для того или иного опускного колодца производится в зависимости от глубины колодца, или, точнее, от высоты, на которую должна выдаваться пульпа. В тех случаях, когда подобранный тип землесоса не обеспечивает транспортировку пульпы от забоя, находящегося у основания опускного колодца, до места ее сброса, строят дополнительную станцию по перекачке пульпы или же этот тип землесоса (углесоса) заменяют на землесос с большим напором.

Выбор схемы транспортировки пульпы сразу в отвал или же с дополнительной насосной станцией перекачки определяется проектом в технико-экономическом расчете при сопоставлении вариантов.

При гидромеханизированной разработке грунта в опускном колодце с помощью гидромониторно-землесосных установок применяют две технологические схемы размещения этих установок; в колодце и разработки грунта.

По первой схеме гидромониторно-землесосная установка объединяется в один механизм и монтируетсявнутри колодца на понтоне или специальной  металлической раме (рис. 37). Применение понтона является более предпочтительным, так как обеспечивает плавучесть установки в случае большого притока грунтовой воды в колодец, что бывает в строительстве при аварийных ситуациях (например, отключения электроэнергии, выхода из строя водооткачивающих средств и др.).

Гидромониторно-землесосная установка состоит из землесоса 10ГРУ-8Л и четырех гидромониторов, в том числе двух ГМН-250 большой и двух ГМН-150 малой производительности.

Вся эта гидромеханизационная установка связана системой металлических трубопроводов, обеспечивающих подачу воды к гидромониторам и откачку из колодца пульпы (воды с грунтом).

Трубопроводы для воды и пульпы внутри колодца смонтированы на выносной консоли, заанкеренной в стене колодца, чтобы исключить их повреждение при его погружении, а с наружной стороны колодца сделана специальная поддерживающая эстакада.

Эстакада состоит из металлических стоек, которые имеют отверстия с шагом по высоте 25 см. В эти отверстия вставляются штыри, что обеспечивает перемещение и закрепление подмостей на любой высоте.

По первой схеме грунт в колодце целесообразнее всего разрабатывать комбинированным способом, т. е. гидромониторами разрабатывают грунт только в центральной части колодца, оставляя у стен кольцевые бермы. Эти бермы разрабатывают обычно бульдозерами, которые одновременно и перемещают грунт ближе к зумпфу для последующего размыва его гидромониторами. При этом малые гидромониторы служат для образования зумпфа (подмыва грунта) под большими гидромониторами, под понтоном землесоса и подводящими трубопроводами, а большими гидромониторами разрабатывают грунт.

Фиксированные зоны разрабатывают в последнюю очередь, т. е. во время посадки колодца. Бульдозеры разрабатывают грунт вначале между фиксированными зонами, одновременно с двух взаимно противоположных сторон, а затем по той же технологии подрезают и фиксированные зоны, тем самым уменьшая площадь опоры колодца.

Рис. 37. Схема разработки грунта в опускном колодце с применением землесоса, расположенного внутри опускного колодца на понтоне
1 - пульпопровод; 2 - напорный водовод; 3 - бульдозер; 4 - зумпф; 5 - опускной колодец; 6 - землесос; 7 - гидромониторы; 8 - консольные подмости для пульпопроводов и водоводов; 9 - тиксотропная «рубашка»

Такая технология разработки грунта обеспечивает помимо высокого качества работ по погружению колодца и высокую производительность системы гидромеханизации по выдаче грунта. Консистенция пульпы при этой технологии достигает 1:4-1:5, что характеризует высокую эффективность гидромеханизированной установки.

При опускании колодца в тиксотропной «рубашке», когда разработка грунта за наружную поверхность стены колодца категорически запрещена, во избежание прорыва тиксотропного раствора внутрь колодца, эта схема разработки грунта является наиболее приемлемой.

Причем разработка (откидка) грунта непосредственно у кромки ножа колодца в этих случаях должна производиться вручную.

Если в опускном колодце нельзя разместить землесосную установку и бульдозер или последний невозможно использовать, работать следует только с одними гидромониторами. При этой технологии работ необходимо более часто перемещать установки внутри колодца и обязательно оставлять бермы у ножа колодца шириной не менее 1,5-2 м, которые разрабатывают в последнюю очередь.

Производительность установки при этом способе будет меньше, чем при комбинированном.

По второй схеме гидромониторно-землесосной установки гидромониторы и землесосы размещают на консолях внутренних стен или перегородок колодца. Для этих целей при бетонировании стен колодца устанавливают специальные опорные балки из рельсов, двутавров, швеллеров и др. Причем землесосы (углесосы) следует размещать ближе к центральной части колодца, а гидромониторы - равномерно по контуру стен колодца с таким расчетом, чтобы обеспечить возможность разработки грунта в любой части забоя.

Надо стремиться к тому, чтобы каждый гидромонитор имел бы возможность размывать грунт под расположенным рядом гидромонитором. А если это невозможно, необходимо установить передвижной гидромонитор внутри колодца для разработки грунта под гидромониторами. Гидромониторы можно располагать непосредственно на консольной навесной площадке и оттуда управлять размывом грунта или уже устанавливать непосредственно на поверхности грунта в опускном колодце и с поверхности грунта управлять ими.

Размещать гидромониторы на специальных площадках рекомендуется в тех случаях, когда есть опасения быстрого неуправляемого опускания колодца (опережение заглубления ножа колодца против разработки грунта в колодце). Если же этой опасности нет, то гидромониторы опускают с навесной площадки вниз, откуда ими и управляют.

Землесосы (углесосы) в колодце рекомендуется размещать с таким расчетом, чтобы вакуумметрическая высота всасывания их была бы не более 3-4 м, так как при большей высоте всасывания землесосы работают менее устойчиво, с меньшей производительностью и пульпа выдается с меньшей консистенцией. Кроме того, большая высота всасывания приводит к явлениям кавитации и выходу из строя рабочих колес землесосов.

На рис. 38 показана технологическая схема гидромеханизированной разработки грунта внутри одного из двух опускных колодцев с размерами в плане 78,6X28,6 м и глубине опускания 25,3 м, выполненных трестом Гидроспецфундаментстрой для установки непрерывной разливки стали на Новолипецком металлургическом заводе.

Колодец был выполнен из монолитного железобетона и имел четыре поперечные перегородки. В каждом колодце было смонтировано 12 гидромониторов и четыре землесоса (два рабочих и два резервных) 8ГР-8т с подачей 400 м³/ч и напором 36,7 м.

Сначала монтировали гидромониторы 3, 5, 7 и 9 с одной стороны внутренних поперечных стен, а затем гидромониторы 1, 2, 4, 6, 8, 10, 11 и 12. Для гидромониторов 1, 2, 11 и 12, которые устанавливали на торцовых закругленных наружных стенах, предварительно отрывали вручную приямки глубиной до 2 м. Приямки для гидромониторов 4, 6, 8 и 10 монтировали в последнюю очередь.

Внутри опускного колодца грунт разрабатывали гидромеханизированным способом следующим образом: в первую очередь в отсеке 1 и половине отсека 2, примыкающей к отсекам 1 и 5, а также в половине отсека 4, примыкающей к отсеку 5; во вторую очередь - полностью в отсеке 3 и оставшейся половине отсеков 2 и 4.

Вначале включили гидромониторы 3, 4, 9 и 10, при помощи которых размывкой образовывали зумпфы для землесосов ЗС-1. Зумпфы заглубляли на 3-4 м, отметку низа его - на 1,8 м ниже банкетки ножа.

После образования зумпфов приступили к разработке грунта первой очереди. Для этого включили в работу гидромониторы 1, 2, 5, 6, 7, 8, 11, 12, а также землесосы 1 и 4.

Правилами по технике безопасности запрещается разрабатывать грунт гидромонитором вокруг себя в радиусе 3-4 м. Поэтому участки грунта, называемыми «мертвыми зонами», разрабатывались соседними гидромониторами. Например, участок грунта под гидромонитором 1 разрабатывали гидромониторами 2 или 3, предварительно выключив гидромонитор 7. Грунт под гидромониторами 2 размывали гидромониторами 1 или 4 предварительно выключив гидромонитор 2. Для разработки участков второй очереди включали гидромониторы 5, 6, 7, 8, чтобы образовать размывкой зумпфы под землесосы 2 и 3. Затем указанными гидромониторами производили размывку основных участков грунта второй очереди.

Грунт разрабатывали слоями по 40-60 см, так же как и при сухом способе производства работ. Такой слой разработки и погружения колодца был принят исходя из следующих оптимальных условий: высоты всасывания землесоса 8ГР-8т - 3 м; заглубления зумпфа ниже банкетки ножа-1,8 м; глубины погружения всасывающего патрубка землесоса в зумпф-1 м; уклонов поверхности грунта от ножа к зумпфу-0,03-0,04.

В процессе разработки грунта при помощи гидромониторов зумпф периодически углубляется перед разработкой каждого очередного слоя грунта.

При размыве грунта гидромониторщики внимательно следят за стоком пульпы в зумпф, поддерживая уклон 0,03-0,04 в сторону зумпфа. Для этого струю гидромонитора направляют по ходу движения пульпы от зумпфа к ножу колодца.

Рис. 39. Монтаж сборных железобетонных панелей второго яруса стен колодца

Поверхности, подлежавшие размыву, периодически очищали от твердых включений и посторонних предметов (от обрезков досок, бревен, камней, валунов, различного мусора и т. п.).

Чтобы предотвратить образование воронок над всасывающими трубопроводами землесосов, в зумпфе (на поверхности воды) укладывают дощатые щиты. Их обычно применяют в случаях, когда работают землесосы большой производительности.

После разработки основной массы грунта в колодце размывали опорные грунтовые призмы по всему периметру ножа за исключением тех, разработку которых следовало вести в последнюю очередь в зонах фиксирования. Сначала размывали призмы с торцевых закругленных сторон колодца гидромониторами 3 и 4 в отсеке 1 и 4. Опорные грунтовые призмы под ножом продольных стен колодца разрабатывали гидромониторами 5, 6, 7, а пульпу откачивали землесосами 2 и 3. При этом в определенных местах оставляли зоны фиксирования из грунтовых опор. Сплошные призмы разрабатывали тоже слоями, сначала толщиной до 50 см, а по мере уменьшения их высоты - толщиной до 20 см. Размыв вели, начиная от подошвы призмы с постепенным перемещением струи гидромонитора к ножу колодца. Откосы сплошной призмы по мере их разработки постепенно делали более пологими (от 1:2 до 1:3 и 1:3,5).

Когда сплошные грунтовые призмы под ножом колодца были полностью размыты, выполняли разработку коротких призм грунта, оставленных в фиксированных зонах, и выполняли посадку колодца. Грунтовые призмы в фиксированных зонах разрабатывали, так же как и сплошные призмы, слоями по 20 см сразу на всех четырех участках.

Средняя производительность гидромеханизированных установок по разработке и выдаче грунта из колодца составляла примерно 1100-1300 м3/сутки при трехсменной работе. Максимальная выдача доходила до 2000 м3/сутки. Между тем при разработке грунта в аналогичных опускных колодцах двумя экскаваторами Э-505 и одним бульдозером С-100 с выдачей грунта на поверхность тремя башенными кранами БКСМ-5-5А среднесуточная выемка не превышает 300 м³.

Консистенция пульпы при разработке пылеватых разнозернистых песков составляла от 1:5 до 1:8, а при разработке прослоек плотных глин - от 1:20 до 1:50-70.

Анализ работы в опускных колодцах гидромеханизированной системы в сочетании с системой понижения уровня грунтовых вод показал, что количество откачиваемой землесосами пульпы примерно на 15-25% меньше, чем воды, поступающей в гидромониторы. Это объясняется тем, что происходит утечка воды (фильтрация) в нижележащие слои грунта. Особенно интенсивная утечка наблюдается на начальной стадии опускания, когда разница между уровнем свободно стоящей воды в зумпфе колодца и уровнем грунтовых вод после понижения бывает наибольшей.

Среднесуточное погружение колодца № 1 в г. Липецке составляло 42 см, № 2 - 58 см, а максимальное погружение достигало 100 см в сутки.