ПОДВОДНЫЕ ЗЕМЛЕКОПЫ

Предстоящий XXV съезд КПСС подведет итоги выполнения девятого пятилетнего плана развития народного хозяйства и наметит новые рубелей коммунистического строительства в нашей стране. Словно эстафету, примет новая пятилетка трудовые свершения грандиозных задач, поставленных в Директивах XXIV съезда партии, и даст еще более мощный толчок научно-техническому прогрессу во всех отраслях промышленности. транспорта, сельского хозяйства, строительства.

Решениями XXIV съезда партии предусматривалось увеличение грузооборота речного транспорта за пятилетку на 24% и продолжение работ по улучшению водных путей в восточных районах страны. А ведь улучшить фарватер — значит очистить его от мелей, увеличить глубину, чтобы по реке могли ходить суда с большей осадкой, следовательно, более вместительные.

Основные машины для дноуглубительных работ — землесосные снаряды. Это плавучие установки с огромной фрезой, которая разрыхляет под водой грунт, и его смесь с водой — пульпа — перекачивается затем на берег за сотни метров, даже километры.

Об этой технике девятой пятилетки наш рассказ.

МАШИНЫ, ВОЗРОЖДАЮЩИЕ РЕКИ

Углублять русла рек пробовали еще в старину. Об этом говорится даже в знаменитом своде законов семнадцатого века — «Уложении» царя Алексея Михайловича. А в 1705 году в Воронеже построены были первые «чистильные машины». «…Можно было всякую мелочь и песчаную подошву… вынуть и судами отвезти, дабы свободно те места пройти». Мастера получили «за такое изрядное и дивное художество сверх подряду похвальный подарок».

В конце восемнадцатого века между Тверью и Рыбинском со дна Волги убирали камни. А первые земснаряды появились спустя сто лет: началось интенсивное развитие волжского пароходства. Правда, у тех примитивных агрегатов рыхлительных устройств не было: они просто всасывали со дна реки мягкий, неслежавшийся песок. Более плотные грунты такие машины разрабатывать не могли, поэтому спустя короткое время появились земснаряды с механическим рыхлителем. К 1917 году в составе дноуглубительного флота России имелось около 20 землесосных машин и около 100 многочерпаковых.

Был период, когда земснаряды на какое-то время уступили первенство гидромониторам — устройствам, разрушающим грунт струей воды, подаваемой под большим давлением. На строительстве канала имени Москвы, например, с помощью гидромониторов было выполнено более 10 млн. м³ земляных работ. Но опыт показал, что гидромониторы требуют очень большого расхода энергии, гораздо большего количества труб, нежели земснаряды.

Протяженность речных водных путей — не просто рек, а именно водных путей — составляла в нашей стране к началу семидесятых годов 144,8 тыс. км. Сюда входят и сверх-магистральные пути, где глубина речного фарватера превосходит 5 м, и малые реки, где она менее полуметра. Намечено со временем создать единую глубоководную сеть на европейской территории нашей страны. Об этом шла речь еще на XVII съезде партии, состоявшемся в 1934 году. С тех пор были построены Волго-Балтийский и Волго-Донской каналы, каскады водохранилищ на Волге, Днепре, других реках. Все это сильно улучшило условия навигации. В будущем же в единую глубоководную сеть европейской территории страны войдут Печорский, Неманский, Северо-Двинский бассейны. Это произойдет после соединения Камы с Печорой и Северной Двиной, а Днепра — с Неманом.

Так что земснарядам предстоит огромная работа. Ведь ныне без этих машин не обходится ни одна крупная стройка. На сооружении Куйбышевского гидроузла было вынуто способом гидромеханизации 110 млн. м3 грунта, а Волгоградского гидроузла — 120 млн. м3. Это гораздо больше, чем сделали экскаваторы. Рекорд же был поставлен па Киевском гидроузле: 87,6% всех земляных работ взяли на себя земснаряды. И разумеется, на таких гигантских стройках века, как Байкало-Амурская магистраль, земснаряды, как и другая могучая техника, найдут самое широкое применение. Еще один пример: для нужд строительства КамАЗа за три года земснаряды вынули из реки 1,7 млн. м3 грунта. А в перспективе строительство такого масштаба, какого не знала еще история человечества.

ИДЕЯ ВЕКА ДЕВЯТНАДЦАТОГО. РЕАЛИЗАЦИЯ ПЕРЕХОДИТ В ДВАДЦАТЬ ПЕРВЫЙ

Старинная книга в плотной, с прожилками под мрамор, зеленой обложке. Не роман, не путевые заметки — сочинение не укладывается ни в какие жанры. Научная фантастика? Но в книге нет сюжета. Техническая разработка? Однако полностью отсутствуют конкретные данные. И все же у каждого, кому приходится раскрывать ее, — а таких людей в последнее время становится все больше и больше — остается очень сильное впечатление.

Книга называется «О наводнении Арало-Каспийской низменности для улучшения климата прилежащих стран». Выпущена в Киеве в 1871 году. Автор — Я. Демченко. Имя этого русского инженера сегодня мало кому известно, но, думается, что со временем личностью его станут интересоваться несравненно больше.

«Обнаженное на огромном пространстве ложе древнего Арало-Каспийского моря посреди местностей, лишенных почти всякого орошения, невольно наводит на мысль о возобновлении его посредством направления туда сибирских рек».

Прозорливость Я. Демченко заслуживает всяческого уважения. Советские ученые и инженеры в наши дни приступают вплотную к составлению проектов переброски сибирских рек на юг. Водные ресурсы Средней Азии и большей части Казахстана невелики, а между тем здесь растут ценнейшие сельскохозяйственные культуры, и главная среди них — хлопок.

Произведенные расчеты показали, что не годом будет измеряться срок постройки такого канала: начавшись в нынешнем столетии, сооружение его закончится лишь в будущем. Хотя и не лопаты, конечно, брались в расчет, а мощная современная техника.

ТРУБНЫЙ ТРАНСПОРТ?

Перекачка по трубам взвешенных в потоке воды твердых материалов находит все более и более широкое применение в самых разных отраслях промышленности. С помощью гидромеханизации — так называется этот метод — доставляют руду от места добычи до горно-обогатительных комбинатов, удаляют золу и шлаки из топок теплоэлектростанций, очищают от отходов крупные механизированные фермы. Если говорить о работе по переброске грунта, то в нашей стране с помощью гидромеханизации каждый год перемещается более 2,5 млрд. м3 земли. А перспективы развития этого вида транспорта необозримы. Ведь землесосный снаряд в отличие от экскаватора не только добывает, скажем, песок, но и сам его транспортирует. Экскаватор, кроме того, работает прерывисто: зачерпнул, повернулся, высыпал, а земснаряд непрерывно. Поэтому затраты труда у него в два, а то и в три раза меньше, чем у экскаватора.

Каким же образом осуществляется этот непрерывный технологический процесс? Рассмотрим схему (рис. 1) земснаряда. Основные его агрегаты — грунтозаборное устройство 1 и грунтовой насос 6. Фреза разрыхляет землю, а насос всасывает ее в напорный пульпопровод 3 и затем перекачивает в плавучий пульпопровод 5, через который грунт попадает на берег. Принцип как будто бы очень несложный. На этой основе построены земснаряды с производительностью в тысячи кубометров в час, дальностью транспортировки до нескольких километров и водоизмещением до нескольких тысяч тонн.

Что же касается исследовательских работ в области гидромеханизации, в частности создания новых конструкций земснарядов, то мало есть машин, где бы находили свое конструктивное воплощение сложные и разнообразные физические процессы, происходящие при подводной разработке и последующей транспортировке грунтов. Закономерности их до конца еще не познаны. Их изучение, моделирование в исследовательских’ целях подводного фрезерования и всасывания — обширное поле деятельности, таящее в себе массу нового. Вот где творческая молодежь может приложить свои силы. И прикладывает!

РАЗРАБОТКИ МОЛОДЫХ

Непростая эта задача: огромной, в несколько метров, фрезой рыхлить дно. Надо, чтобы делалось это с минимальным расходом энергии. Чтобы грунт как можно лучше всасывался и не налипал на поверхность фрезы.

Для создания режущих механизмов, отвечающих всем этим условиям, нужно провести обширную серию исследовательских работ. Это и выполняет лаборатория гидромеханизация Калининского политехнического института. Руководит ею большой энтузиаст гидромеханизации, доктор технических наук, профессор Сергей Петрович Огородников.

Лаборатория по размерам своим под стать иному заводскому цеху: огромное высокое помещение, окна во всю стену. Вдоль стен — обширные емкости с грунтом и водой; над ними — модели разрыхляющих и всасывающих устройств. От конструкции этих устройств в очень большой степени зависит производительность и экономичность работы такой огромной машины, как земснаряд.

Рис. 1. Схема землесосного снаряда:

1 — грунтозаборное устройство, 2 — лебедка, 3 — напорный пульпопровод, 4 — свайный ход, 5 — плавучий пульпопровод, 6 — грунтовой насос, 7 — всасывающий трубопровод, 8 — корпус.

Молодые инженеры — сотрудники лаборатории Николай Пузырев и Константин Павлычев — готовили аппаратуру для опытов. Я попросил рассказать о последних достижениях лаборатории. Пузырев — он, кстати, заместитель секретаря комсомольской организации научно-исследовательского сектора института — отложил деталь прибора и принес несколько фрез диаметром с полметра или чуть поменьше. Но это, разумеется, были не настоящие инструменты, а всего лишь модели их. Настоящие — весом в несколько тонн и диаметром в несколько метров — только краном и можно поднять. А отличались они формой поверхностей, режущих грунт.

Суть дела в том, что фреза, созданная в Калининском политехническом, не только режет грунт, но и передвигает нарезанные пласты в самую зону всасывания. Режущие кромки являются еще и направляющими. Более того, при такой форме направляющих грунт к ним не прилипает. Испытания земснаряда, оборудованного новой фрезой, показали, что производительность его повышается на 20—30%.

А если приходится разрушать каменистые, скалистые грунты? Для этой цели лаборатория разработала фрезы с зубьями. Инструмент состоит из двух частей: основы и зубчатого венца. Когда венец изнашивается, его можно снять автогеном н наварить новый. При испытаниях в качестве контрольного экземпляра была взята голландская зубчатая фреза. Известно ведь: Голландия — это суша, отвоеванная у моря. А потому техника гидромеханизации развита там очень сильно. И вот что показал эксперимент: эффективность земснарядов, оборудованных зубчатыми фрезами КПИ, повышается по сравнению с теми, что оборудованы голландскими зубчатыми фрезами, в 1,5—2 раза.

Что и говорить: крушить камень — дело очень непростое. Но едва ли более легкое занятие — снимать грунт в травянистых зарослях. Трава наматывается на фрезу, засоряет всасывающее устройство, производительная работа делается невозможной.

— А много ли в нашей стране таких мест? — спросил я Ирину Евгеньевну Замятину, тоже молодого инженера лаборатории. Вопрос, как я через несколько минут понял, был наивным, но она не засмеялась, а положила на стол несколько фотографий. Трасса сооружающегося канала Днепр — Донбасс. Народнохозяйственное значение его огромно: индустриальный Донбасс страдает от безводья, канал призван решить эту проблему.

— И вот за этим-то голым, степным участком и начинаются травянистые джунгли — берега речки Орельки, — сказала Ирина Евгеньевна. — Смотрите.

Летом 1974 года в этих местах работала экспедиция лаборатории гидромеханизации Калининского политехнического института. Испытывали совершенно новое рыхлительное устройство — типа БФР — быстроходный фрезерный рыхлитель (рис. 2). Он состоит из двух барабанов, вращающихся навстречу друг другу. На поверхности барабанов — острые выступы, круглые в плане, трапециевидные в сечении. Эти-то выступы и перемалывают траву и даже деревья, превращают их в сплошную массу, удобною для транспортирования, и подают во всасывающее устройство.

Рис. 2. Фрезерный рыхлитель:

1 — корпус всасывающего устройства, 2 — всасывающий трубопровод, 3 — барабан, 4 — режущие устройства.

Работали и старшие сотрудники лаборатории, и молодые. Выпускник Николай Морозов, комсомолец, посвятил этой теме свой дипломный проект. Результаты испытаний показали, что древесина разрезается на щепочки, а о траве и говорить нечего. Земснаряд с таким двухбарабанным быстроходным фрезерным рыхлителем может спокойно разрабатывать грунты, засоренные травой и деревьями, перед которыми отступают даже скальные фрезы.

И еще одно интереснейшее направление работ лаборатории — магнитная обработка пульпы. При намыве плотин, дамб, перемычек, при выполнении вскрышных работ большого масштаба, когда огромные массы грунта идут в гидроотвалы, очень важно, чтобы грунт быстро осел, а тело сооружения оказалось плотным и прочным. Но мелкие глинистые частицы оседают очень медленно, вылившаяся вода уносит обратно до половины этого грунта, и землесосы, многократно его перекачивая, совершают бесполезную работу, а то, что оседает, остается рыхлым, легко уносится вновь. Сроки работ от этого увеличиваются, производительность снижается, стоимость сооружений растет.

Опыты, проведенные лабораторией, заключаются в том, что пульпа проходит через магнитное поле. И вот результат: скорость осаждения частиц резко увеличивается, осадок становится более прочным и плотным.

САМЫЙ МОЩНЫЙ

из изготовляемых в нашей стране — это земснаряд 1000—80. Более 5 тыс. кВт — общая мощность его двигателей; 800 тыс. м³ грунта в месяц — производительность; дальность подачи — до 4 км. Эти цифры дают наглядное представление о мощи машины.

Вот еще несколько характерных ее технических данных. Диаметр фрезы — 2,7 м; скорость ее вращения — 12 или 18 об/мин. Длина корпуса — 45 м; ширина — 12 м; высота борта 2,2 м. Диаметр труб плавучего пульпопровода — 800 мм. Максимальная глубина, с которой он может брать землю, — 15 м, а наибольшая ширина разработки на этой глубине — 53 м.

Где еще найдешь режущий инструмент диаметром почти в три метра? Такую фрезу только краном или мощной лебедкой поднимать. В машинном зале земснаряда есть свой мостовой кран грузоподъемностью 10 т. Он предназначен для монтажа тяжелых агрегатов, но может выйти и на носовую палубу, чтобы поднять из воды детали грунтозаборного устройства.

Корпус земснаряда имеет форму прямоугольника и разделен на 10 отсеков, изолированных друг от друга. Самостоятельно перемещаться этот гигант не может: его буксирует катер с двигателем в 100—400 л. с. А чтобы земснаряд стоял на месте работ неподвижно, в дно вбивается «колышек» — металлическая свая Ø 102 мм, длиной 27,6 м и массой 22 т.

Чтобы вогнать в дно такой «колышек» или вытащить его, земснаряд имеет мощные подъемные устройства.

ДЛЯ СТРОЕК-ГИГАНТОВ

Приближается время, когда на просторах Сибири, Средней Азии, Казахстана развернутся работы невиданного масштаба. В Государственном комитете Совета Министров СССР по науке и технике на одном из заседаний рассматривался план научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ для технико-экономического обоснования первой очереди переброски части стока сибирских рек в маловодные области Казахстана и Средней Азии. На IV Всесоюзном гидрологическом съезде этот вопрос был поставлен в одном из генеральных докладов.

Предварительные расчеты показали, что при строительстве гидротехнических объектов по этому плану предстоит вынуть около 30 млрд. м3 земли, а насыпать — около 4,5 млрд. м³. Объем бетонных работ достигнет 100 млн. м3. А ведь бетон должен быть обеспечен песком и гравием.

Какие же машины для этой цели потребуются? Исполины земснаряды производительностью до 10 тыс. м3/ч. Это значит, что они должны будут обеспечить такой поток жидкости, какого не давала, скажем, Москва-река до постройки канала имени Москвы. Чтобы такие машины создать, нужно решить целый комплекс сложнейших научных и конструкторских задач. Можно позавидовать тем молодым инженерам, кому придется этим заниматься.

Рис. 3. Многочерпаковый земснаряд «Днепр»

Другая важная техническая проблема —.создание средств для разработки грунтов на больших глубинах, которые пока ограничены всасывающей способностью грунтовых насосов. Им еще не подвластны глубины, превышающие 17—18 м. А в крупном гидротехническом строительстве очень часто требуется разрабатывать грунт на значительно больших глубинах. Кроме того, иногда нужно добывать песок повышенной крупности, а его величина также возрастает с глубиной.

Один из способов решения задачи — приблизить грунтовой насос непосредственно к месту добычи грунта, то есть погрузить его под воду. Именно это и выполнено на одной из недавно испытанных конструкций. Земснаряд с погружным грунтовым насосом показал производительность 700 м³ грунта в час. Насос смонтирован прямо на раме грунтозаборного устройства, а от электродвигателя, который расположен выше поверхности воды, к насосу тянется длинный вал.

Гораздо эффективнее та же задача будет решаться, если не только насос, а и весь земснаряд погрузить под воду. Это одна из актуальных проблем научных исследований. Ученые хотят создать подводный земснаряд, который может перемещаться по дну водоема. Управлять им надо будет с берега или с поверхности воды средствами автоматики и телемеханики. На берегу будет стоять пульт с телевизионным экраном, и оператор сможет видеть, как работает машина где-нибудь на глубине 50 м. От пульта к подводному землекопу пойдут кабели электроснабжения, контроля и управления.

Такая машина будет значительно меньше ныне существующих: ведь она избавлена от длинных и тяжелых грунтозаборных рам, мощных рамоподъемных и других лебедок, огромного корпуса. Сегодня подобную машину можно воплотить пока лишь в модели. Но, возможно, уже в будущей пятилетке, которую наметит XXV съезд КПСС, подводные земснаряды обретут реальность и станут привычными на новых стройках-гигантах.

Р. ЯРОВ