Использование установок алмазного бурения при строительстве и ремонте дорожных покрытий

«Три карты, три карты, три карты...»
П.И. Чайковский, ария Германна
из оперы «Пиковая дама»

Много лет назад эта отрасль начиналась с ручных портативных дрелей, и когда 30 лет назад появились первые гидравлические бурильные установки, производительность буровых работ сразу заметно возросла, а потребность в рабочей силе сократилась. Судите сами: одношпиндельная бурильная установка способна пробурить отверстие в бетоне в 10 раз быстрее, чем рабочий с помощью ручной дрели. А если у установки 5 шпинделей? К этому нужно прибавить экономию времени за счет более быстрого позиционирования бурильной коронки для начала бурения по сравнению с выбором места бурения оператором с дрелью вручную.

Хотя гидравлические бурильные установки были шагом в правильном направлении, они имели ряд недостатков, в том числе необходимость в дополнительном оборудовании, которое не было распространено и почти не применялось на строительных объектах, а также риск возникновения утечек из компонентов гидросистемы и отнимающие много времени и средств работы по техобслуживанию. Поэтому вскоре появились установки нового типа – пневматические, которые получили у дорожников и строителей стран Запада повсеместное распространение. Воздушные компрессоры для привода этих установок имеются у любой строительной компании на каждом объекте. Даже в случае возникновения утечек воздуха никакой грязи и проливания жидкости, как в случае с гидравлическими установками, не будет.

Пневматические бурильные установки с приводом от воздушных компрессоров просты в эксплуатации, неприхотливы и почти не нуждаются в техническом обслуживании. Концепция продолжала развиваться, и сегодня на рынке предлагаются пневматические бурильные установки различных типов, отличающиеся по принципу работы и производительности.

Тем не менее наряду с пневматическими в настоящее время применяются и гидравлические установки, поскольку они способны развивать наибольшую мощность. Привод гидравлического типа встречается у многошпиндельных установок больших типоразмеров.

Технология ремонта «со штырями», или зачем нужны бурильные установки при ремонте, расширении и строительстве дорожного покрытия

При ремонте цементобетонной полосы дорожного покрытия (или покрытия взлетно-посадочной полосы, ВПП), расширении дорожного полотна, а также при устройстве новой дорожной одежды, когда укладка ведется отдельными полосами, для усиления связи между предыдущей и вновь укладываемой полосой в торцевой поверхности предыдущей полосы дорожного покрытия бурят отверстия, в которые вставляют и закрепляют стальные штыри. После заливки новой полосы цементобетонного покрытия штыри внутри цементобетона усиливают связь обеих полос в месте соединения.

Ремонт на полную глубину, также известный как «ямочный ремонт», выполняется путем вырезания и замены небольших участков («карт») покрытия. Для того, чтобы новый участок цементобетонного покрытия был надежно связан с окружающим покрытием, они соединяются с помощью штырей и арматурного каркаса, которые вставляются в специально пробуренные в бетоне отверстия. Обычно замененный участок крепят 3–4 штырями.

В просевших бетонных плитах бурят вертикальные отверстия, в которые вставляют захваты и с их помощью поднимают плиты. Затем исправляется основание дорожной одежды либо под плиту вводится ремонтный раствор, заполняющий пустоты. Также на укрепляющие стальные штыри, которые вставляются в вертикальные отверстия, устанавливаются бордюрные камни и разделительные барьеры «островков безопасности».

Бурение отверстий под штыри (которых при крупном строительстве может быть сотни тысяч) ведется с помощью установок алмазного бурения. Буровая установка с опытным оператором может вполне успевать выполнять бурение, двигаясь впереди бетоноукладчика.

Типы и особенности установок

Существуют три основных типа установок алмазного бурения бетона, различающиеся в зависимости от места расположения в процессе работы: 1 – работающие с основания дорожного покрытия; 2 – работающие с края дорожного покрытия; и 3 – навесные на дорожно-строительные машины. Все они различаются по конструкции и характеру работы.

1. Работающие с основания дорожного покрытия буровые установки, как и следует из их названия, устанавливаются для работы на основание дорожной одежды или ВПП и могут быть стационарными или оснащаются колесами, на которых перемещаются от одного до другого участка работы. Обычно это легкие установки малых типоразмеров, которые можно легко перевозить. Их удобно использовать, если для установки недостаточно места на уложенной полосе дорожной одежды. На более далекие расстояния подобные установки перевозят на прицепах.

2. Буровые установки, работающие с края бетонной одежды, функционируют в основном так же, как и модели «с основания дорожного покрытия», но отличаются характером работы. Они располагаются не на основании покрытия, а на самом покрытии – таким образом, основание не нарушается. Передвигаться по гладкому покрытию проще, чем по слабому рыхлому грунту основания. Обычно эти установки крупнее моделей, работающих с основания. Некоторые модели при необходимости могут быть переоборудованы для работы «с основания дорожного покрытия», что расширяет возможности их использования и удобно для строительных компаний, выполняющих работы различного типа. На больших строительных объектах, например при укладке бетонного покрытия ВПП в аэропорту, пространственных ограничений нет, и большая буровая установка, работающая с края бетонной одежды, подойдет идеально: она работает быстро, а перемещается и позиционируется проще других. Хорошо подходят также установки этого типа для выполнения ямочного ремонта дороги, так как могут быстро переезжать от одной «карты» к другой.

Заказчики часто требуют, чтобы в процессе работ подушка дорожной одежды не нарушалась бурильной установкой, в таких случаях установки, работающие с основания дорожного покрытия, не подходят. А еще некоторые специалисты предпочитают модели, перемещающиеся по краю бетонного покрытия, потому что считают, что так будут точнее располагаться пробуренные отверстия, чем при расположении установки на основании покрытия, хотя на самом деле точность при обоих способах бурения одинаковая.

3. Навесные бурильные алмазные установки монтируются на экскаваторах, экскаваторах-погрузчиках, мини-погрузчиках и т. д. Бурильная машина устанавливается на стреле машины, а воздушный компрессор располагается на месте противовеса или ковша экскаваторной установки экскаватора-погрузчика.

При работе бурильная установка располагается и фиксируются на поверхности дорожного покрытия. Оператор дорожно-строительной машины быстро устанавливает бурильную установку в рабочее положение, а оператор установки следит за точностью расположения буровых коронок относительно уровня основания полотна, таким образом, два человека легко и просто обеспечивают весь рабочий процесс.

Навесные бурильные установки обладают уникальными особенностями, расширяющими сферу их применения и производительность. С помощью стрелы машины бурильная установка может быть установлена на все четыре стороны ремонтируемого участка покрытия без перемещения самой машины. Некоторые модели могут поворачиваться на 360° и способны быстро выполнять бурение на обеих противоположных торцевых поверхностях дорожной плиты, при этом перемещать машину-носитель также не требуется. У некоторых можно регулировать шаг расположения отверстий при высокой точности позиционирования при перемещении, что позволяет прецизионно выполнять множество совершенно одинаковых отверстий в больших бетонных плитах. Это дает возможность быстро выполнить бурение отверстий, залить новый бетон и открыть участок для движения.

Количество шпинделей с бурильными коронками. Бурильные алмазные установки всех трех типов имеют ряд схожих рабочих характеристик, но предназначены они для строительных работ различного рода и рассчитаны на разные требования по производительности. Все три типа установок предлагаются (штатно или как опция) как в одношпиндельной, так и в многошпиндельной конфигурации – с числом шпинделей от 2 до 5.

Зная общее количество отверстий, которые нужно пробурить, и время, которое затрачивает одна установка на однократное бурение (например, 4-шпиндельная установка затрачивает на бурение 4 отверстий в среднем около 30 с), а также связанную с этим логистику (расстояние, которое при этом должна пройти бурильная установка), сроки выполнения работ и прочие условия, вы сможете правильно рассчитать и выбрать бурильную установку – например, многошпиндельную большого типоразмера на самоходном шасси. Вообще считается, что одношпиндельная установка идеальна, когда требуется пробурить от нескольких сотен до нескольких тысяч отверстий. Если нужно выполнить 5000–10 000 отверстий, можно применить двухшпиндельную установку и т. д. В больших проектах, когда требуется пробурить сотни тысяч отверстий, можно использовать многошпиндельные установки.

Следует учитывать, что требуемая производительность воздушного компрессора увеличивается с прибавлением каждого шпинделя в установке и многошпиндельная установка не сможет работать, если на строительном объекте имеется только маломощный воздушный компрессор.

Малые размеры рабочего пространства могут ограничить возможное количество шпинделей установки, например, если «карты» имеют только около 1 м в ширину, потребуется небольшая одношпиндельная установка, работающая с основания покрытия, – только такие агрегаты, как правило, компактны, чтобы работать в подобных условиях.

Учтите, что «больше» – не обязательно значит «лучше», бывает, что «мал, да удал». Пятишпиндельная установка, конечно, будет работать быстрее одношпиндельной, но ее производительность может быть чрезмерной, что приведет к излишним затратам и потере экономичности.

Иногда нужное количество отверстий может не быть определяющим при выборе количества шпинделей установки, если имеются другие, более значимые факторы. В то время как для всего проекта может требоваться пробурить несколько тысяч отверстий, различные обстоятельства могут ограничить количество отверстий, которые можно бурить за один раз. Например, цементобетонному покрытию требуется определенное время для затвердевания, после чего в нем можно бурить отверстия, и часто при выполнении работ требуется укладывать покрытие несколькими отдельными участками. В такой ситуации, если выбирать бурильную установку с учетом только той части отверстий, которые необходимы на определенном этапе строительства, одношпиндельная установка меньшего типоразмера будет более экономичной.

Иногда ремонтируемые «карты» располагаются очень близко друг к другу, и многошпиндельную установку применить невозможно, т. к. она просто не помещается. В таких случаях используют пару небольших одношпиндельных установок, способных работать в условиях тесноты, которые легко перемещать от одного ремонтируемого участка покрытия до другого. К тому же для малых бурильных установок требуется и компрессор меньшего типоразмера, например одного компрессора может быть достаточно для привода двух малых одношпиндельных установок.

С другой стороны, иногда требуется просверлить всего пару тысяч отверстий, но из-за очень сжатых сроков выполнения работ может потребоваться использовать более высокопроизводительную установку, чем применяют обычно для такого количества отверстий. Например, иногда разрешение на проведение строительных работ могут дать только на определенные часы суток, например на автомагистрали с напряженным движением. В таких обстоятельствах может потребоваться высокопроизводительное оборудование, и придется применять многошпиндельную установку.

Самоходное шасси. Самые крупные бурильные установки всех типов оснащаются самоходными шасси. Самоходные машины имеют ряд преимуществ. Это высокая производительность при работе на укладке протяженных участков дорожного покрытия. Кроме обычного рулевого управления машины имеют режим «крабовый ход». Самоходная установка оснащается тягово-сцепным устройством, с помощью которого она может буксировать компрессор. Таким образом, не нужен тягач для буксировки компрессора и водитель.

Некоторые бурильные установки больших типоразмеров оснащаются беспроводным дистанционным управлением, которое позволяет производить бурение даже в труднодоступных местах, дает возможность оператору находиться на расстоянии от работающей установки и избавляет от вдыхания бетонной пыли, которая имеет свойство накапливаться в легких, что со временем может привести к тяжелому заболеванию и инвалидности. Требуется всего один оператор, который может стоять поодаль, занимая удобную для наблюдения и выравнивания установки относительно края дорожного полотна позицию, и управлять всей ее работой.

При таких масштабных работах, как, например, расширение автомагистрали или ВПП, применение многошпиндельных бурильных установок с дистанционным управлением существенно ускоряет работу и повышает производительность.

Обычно при строительстве теряется много времени, когда оператор меняет положение бурильной установки перед началом бурения очередного отверстия. Только за счет экономии этого времени самоходная установка с дистанционным беспроводным управлением окупается за сравнительно короткое время, которое зависит от объема работ, так как она быстрее переезжает на новое место по сравнению с несамоходной установкой.

Возможности транспортировки. Установки, работающие с основания, являются самыми легкими и простыми для транспортировки. Их можно установить в кузов пикапа, несложно загружать и разгружать, поэтому их выбирают, если установку приходится часто перевозить с места на место.

Установки, работающие с края покрытия, крупнее и тяжелее, поэтому для их перевозки используются прицепы, а для погрузки может потребоваться вилочный погрузчик. Но установки такого типа оснащены колесами и часто являются самоходными, поэтому с их перемещением на небольшие расстояния проблем нет. Если же ремонтируемые участки располагаются в десятках метров друг от друга, самым лучшим выбором будут навесные установки. Машина с бурильной установкой просто переезжает на новое место, и установка сразу может приступать к работе. Это удобнее, чем грузить на прицеп установку, работающую с основания или с края покрытия, и перевозить на новое место работ. Если при ремонте магистрали закрывается для движения транспорта только часть полос, для перемещения с участка на участок буровой установки, работающей с края или с основания цементобетонного покрытия, может просто не найтись места, тогда как экскаватор-погрузчик может проехать по открытой для движения полосе до следующей «карты».

С другой стороны, если используется самоходная буровая установка, то дорожно-строительная машина не отвлекается от основной работы. Пока бурильная установка готовит отверстия под штыри на одном ремонтируемом участке, экскаватор или экскаватор-погрузчик могут разбивать старое поврежденное покрытие на следующем участке трассы.