Запуск «ракеты» в глубину земли

Среди специальных машин, которые создают на шасси грузовиков различные предприятия, встречаются по-настоящему уникальные. Например, передвижные лаборатории. Этот фургон на базе "Урала" служит стартовой площадкой для снаряда, который отправляется в недра Земли.

Общий вид машины

Данный автомобиль – передвижная лаборатория, предназначенная для статического зондирования грунтов. Это разновидность инженерных изысканий, которые проводятся не только "в поле", где-то вдали от населенных пунктов, исследования грунта полным ходом идут в больших городах, в том числе в Москве. Прежде всего их заказывают строительные организации. Экономия на изысканиях выходит незадачливым застройщикам боком: за последние годы было немало аварийных разрушений только что возведенных зданий. Крайний пример – случай со сваей, забитой прямо в тоннель метро. А если строительные фирмы все-таки интересуются тем, какой характер грунта под будущими стройплощадками, то, значит, есть спрос на работу изыскателей, вооруженных смонтированными на автомобильных шасси установками для зондирования грунта.

Для статического зондирования требуется протолкнуть в землю на несколько десятков метров зонд – конус, оснащенный датчиками. Установки с гидравлическим силовым агрегатом – прессом, который проталкивает в грунт измерительный конус, существуют не первое десятилетие. Вероятно, многие читатели встречали машины, оснащенные устройством, которое иногда называют "пикой". Обычно это внедорожный грузовик, у которого гидравлический агрегат расположен в задней части. Во время работы пресс со штангой устанавливают вертикально, а в транспортном положении он откидывается вперед и наклоняется над платформой и кабиной. Внешне автомобиль с "пикой" похож на тот, который оснащен буровой установкой.

Конусная головка – зонд

За рубежом подобные установки монтируют не на открытом грузовике, а внутри кузова-фургона. На машинах, созданных по заказу голландской группы компаний "Фугро" (Fugro), установка для статического зондирования устанавливается в фургоне. Специальный автомобиль, которому посвящен наш рассказ, изготовлен для ННТЦ "Фугро Джейкс" (Fugro Jacques) – российского подразделения группы.

За годы работы в нашей стране компания монтировала установки для статического зондирования на автомобили, прицепы, сани, баржи, вездеходы и другие средства передвижения.

Сначала установку поставили на шасси военного КрАЗ-260 с "кунгом" и на гусеничный вездеход ПТС, затем на шасси КамАЗ-4310. Для новой установки, которая в настоящее время работает в Москве, было выбрано шасси самосвала "Урал-55571" с двигателем ЯМЗ-238, не оснащенным наддувом.

КрАЗ оказался слишком громоздким. Такой автомобиль удобно использовать для исследований, проводимых далеко от жилья, но не в большом городе. Тем более исключено использование гусеничной машины в населенных районах: она не может ездить по городским улицам, зато зарекомендовала себя в "гиблых" местах, куда не пройдет обычная колесная техника. Специальный кузов-фургон, более компактный, чем военный "кунг", прекрасно поместился на шасси КамАЗа. Но в эксплуатации оказался практичнее миасский грузовик. Эта машина рабочую смену стоит на месте с включенным двигателем, который через раздаточную коробку приводит в действие механизмы установки.

Агрегат в транспортном положении (без колонны)

От многих эксплуатационников приходилось слышать, что дизель КамАЗ-740 показывает свои преимущества только при движении автомобиля, особенно по трассе. Он плохо приспособлен для того, чтобы работать длительное время фактически на холостом ходу. А вот модификация двигателя ЯМЗ-238 без турбонаддува с этой задачей справляется. Кроме того, у КамАЗа было немало проблем с пневматическими системами, которые у "Урала" проще и надежнее. Единственный недостаток "Урала" – у геологического фургона получился длинный задний свес, который ощутимо уменьшил угол съезда. К тому же запасное колесо установлено под кузовом сзади, и на крутом спуске можно зацепить "запаской" землю.

Установка оборудования в фургоне, а не на грузовике дает много преимуществ. Механик-водитель и оператор, осуществляющий вдавливание зонда в грунт и запись параметров, работают не под открытым небом, а в отапливаемом помещении кузова-фургона. Сама установка защищена от пыли, грязи, атмосферных осадков. Фургон очень высокий, но при работе установки штоки гидравлического пресса все равно поднимаются выше крыши кузова, поэтому над агрегатом сделан люк с поднимающейся крышкой и брезентовым пологом.

Оснащение лаборатории шагнуло вперед по сравнению с прежними машинами этого типа. На традиционных установках запись параметров, передаваемых датчиками, осуществляли архаичные самописцы, а часть записей оператор делал от руки, нередко допуская ошибки. На машинах Fugro сведения, приходящие с датчиков, записывает компьютер.

Рабочее место оператора

Гидравлический агрегат с усилием до 17 т проталкивает штангу с конусом в толщу земли. И при этом он соответственно толкает сам автомобиль вверх. Иначе говоря, агрегат поднимает автомобиль подобно домкрату. Традиционные машины с "пикой" оснащены шнеками-анкерами, которые во время работы установки "ввинчиваются" в землю. Случается, что грунт слишком слабый, чтобы удержать анкер, а толкающего усилия гидравлического агрегата достаточно, чтобы вырвать шнек из земли и поднять автомобиль.

У машин с кузовом-фургоном нет анкеров. Удерживать автомобиль и обеспечить необходимую нагрузку на уходящую в землю штангу призван вес самого автомобиля, который достигает 20 т. Правда, масса оборудования почти полностью исчерпала ресурс грузоподъемности шасси "Урала". Машина может дополнительно взять на борт только 250 кг (!) груза.

Имеет значение расположение гидравлического агрегата относительно шасси автомобиля: он должен стоять так, чтобы штанга с конусом выходила вниз через отверстие в полу кузова как можно ближе к условному центру массы машины, то есть там, где вес балласта и узлов автомобиля обеспечивают равномерное давление на штангу.

Когда агрегат расположен в пределах длины автомобиля, как это сделано на фургонах Fugro, вес автомобиля, препятствующий его подъему, используется значительно эффективнее, чем при установке агрегата на корме, как у машин традиционного типа.

Секции колонны

На "Урале" агрегат находится между средним и задним мостами. Карданный вал, связывающий средний мост с задним, у "Урала" смещен влево. Штанга с конусом выходит вниз через отверстие в полу кузова по центру ширины машины правее заднего карданного вала.

Прежде чем приступить к работе, водитель поднимает машину на несколько сантиметров над землей на опорах-аутригерах, подобных тем, которыми оснащают автокраны. Опоры обеспечивают горизонтальное положение автомобиля относительно грунта. Вытаскивать штангу так же тяжело, как и вдавливать, иногда в момент подъема штанги усилие, притягивающее фургон к земле, достигает 10 т. Узлы подвески машины не выдержали бы такой нагрузки, зато опоры на нее рассчитаны.

Наиболее ценная и дорогая деталь установки – зонд, выполненный в виде конусной головки, оснащенной датчиками. Когда пресс и штанга вдавливают зонд в землю, он передает ряд параметров, важных для изучения структуры грунта. Головка оснащена датчиками силы лобового и бокового давления, системой контроля отклонения штанги от вертикали. По характеру лобового и бокового давления специалисты сделают вывод о типе грунта и его характеристиках. В заполненной глицерином полости конуса помещен датчик порового давления, дающий представление о содержании воды в грунте. Полученные в результате теста параметры заносятся в память компьютера для дальнейшего анализа.

Агрегат в работе

Доставить зонд в глубину земли призвана разборная колонна штанг, состоящая из стальных труб-секций метровой длины, которые привинчиваются друг к другу. Максимально возможная длина колонны обусловлена геологическими условиями. Наибольшая глубина, на которую опускали зонд в Москве, – 50 м. Через все секции пропущен гибкий кабель управления зонда. Конусная головка привинчивается к первой секции, затем по мере продвижения зонда в землю оператор добавляет в колонну все новые и новые штанги.

Риск поломки колонны, без сомнения, велик. В толще грунта зонд может наткнуться на камни, с большим усилием приходится пробивать лед. Здесь важную роль играет система точного контроля отклонения штанги от вертикали. В случае превышения допустимой нагрузки погружение в любой момент можно прекратить. Но земные недра таят в себе непредсказуемые "сюрпризы". Когда штанга ломалась недалеко от поверхности земли, конус удавалось спасти. Изредка бывало и так, что конус стоимостью в несколько тысяч долларов оставался "похороненным".

Накопленный опыт показал, что эксплуатация автомобиля с такой установкой приносит ощутимую выгоду. В ближайшие планы входит создание следующей машины подобного типа.

Редакция благодарит генерального директора ННТЦ "Фугро Джейкс" Георгия Гамсахурдия, главного инженера Дмитрия Басовича, водителя Андрея Соловьёва, операторов Михаила Шадёркина и Алексея Ватчина.