Способ бестраншейной прокладки трубопровода и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к строительству и м.б. использовано при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций способом продавливания. Цель - повышение производительности за счет сохранения затрат времени на вспомогательные операции по отделению грунтового керна от массива при одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода (ТП). Для осуществления бестраншейной прокладки ТП в головной части прокладываемого ТП размещают грунтонос и фиксируют его. Затем осуществляют совместную подачу ТП и грунтоноса в грунт на длину, превышающую длину грунтоноса путем приложения к ТП осевой нагрузки для создания напряженного состояния в массиве. Длину подачи ТП и грунтоноса определяют по заданной формуле. После заполнения грунтоноса грунтом его расфиксируют относительно головной части прокладываемого ТП и извлекают из ТП для дальнейшей разгрузки. Устр-во для осуществления способа включает раму с силовым механизмом для погружения ТП в грунт, головную часть в виде оголовка 4, продавливаемых труб и грунтоноса, на днище которого расположен механизм фиксации грунтоноса. Каждый силовой привод механизма фиксации грунтоноса выполнен в виде двух соосно расположенных гидроцилиндров (ГЦ) 10, 11 различного диаметра. Корпуса ГЦ 10, 11 закреплены на днище грунтоноса, а их поршни соединены между собой общим штоком 12. Штоковые полости 18 ГЦ 10 гидравлически соединены между собой ТП 19, который соединен с входом клапана (К) 17 и выходом К 16. Штоковые полости 20 ГЦ 11 гидравлически сообщены ТП 21, соединенным с входом К 16, выходом К 17 и с поршневой полостью 22 ГЦ 14. Запорные элементы 8 закреплены на торце поршня ГЦ 11. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Е 02 F 5/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4710724/03 (22) 27.06.89 (46) 07.07.91. Бюл. N 25 (71) Московский горный институт Минвуза

СССР и Московский государственный трест горнопроходческих работ М 3 (72) Я. M. Месхидзе, А. Н. Мишуков, А. И. Ефимов, В. Н. Харченко, Н. П. Евдокименков, А. Н. Семенов и А. И. Нефедов (53) 621.643.2:624.13(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1108175, кл, Е 02 F 5/18, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1234531, кл. Е 02 F 5/18, 1984. (54) СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к строительству и м. б. использовано при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций способом продавливания, Цель — повышение производительности за счет сохранения затрат времени на вспомогательные операции по отделению грунтового керна от массива,,!Ж„„1661300 А1 при одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода (ТП).

Для осуществления бестраншейной прокладки ТП в головной части прокладываемого ТП размещают грунтонос и фиксируют его. Затем осуществляют совместную подачу ТП и грунтоноса в грунт на длину, превышающую длину грунтоноса путем приложения к ТП осевой нагрузки для создания напряженного состояния в массиве.

Длину подачи ТП и грунтоноса определяют по заданной формуле. После заполнения грунтоноса грунтом его расфиксируют относительно головной части прокладываемого

ТП и извлекают из ТП для дальнейшей разгрузки. Устр-во для осуществления способа включает раму с силовым механизмом для погружения ТП в грунт, головную часть в виде оголовка 4, продавливаемых труб и грунтоноса, на днище которого расположен механизм фиксации грунтоноса. Каждый силовой привод механизма фиксации грунтоноса выполнен в виде двух соосно . расположенных гидроцилиндров (ГЦ) 10 и

1661300

10

35

11 различногодиаметра. Корпуса ГЦ 10 и 11 закреплены на днище грунтоноса, а их поршни соединены между собой общим штоком

12. Штоковые полости 18 ГЦ 10 гидравлически соединены между собой ТП 19, который соединен с входом клапана (К) 17 и выходом!

Изобретение относится к строительству, и может быть использовано при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций способом продавливания, Цель изобретения — повышение производительности за счет сокращения затрат времени на вспомогательные операции по отделению грунтового керна от массива при одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода.

На фиг. 1 представлено устройство для бестраншейной прокладки трубопровода, реализующее способ, общий вид; на фиг; 2— вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг, 2; на фиг.. 4 — гидравлическая схема устройства.

Согласно способу бестраншейной прокладки трубопровода грунтонос с помощью механизма для его перемещения в трубопроводе размещают в головной части прокладываемого трубопровода и фиксируют его в последней.

Гидродомкратной установкой труба диаметра О вместе с закрепленным внутри грунтоносом длиной !1 внедряется в грунт осевой нагрузкой P эа время t на длину эаходки !э. Осевая нагрузка P расходуется на преодоление трения по внутренним и наружным стенкам трубопровода и грунтоноса и лобового сопротивления, При этом выполняется работа величиной А.

Грунт продвигается s грунтонос до достижения им задней стенки или на расстояние нормального заполнения !з= !в и ведет себя как окружающий массив, .а после достижения стенки или преодоления указанного расстояния останавливается и начинает уплотняться. При дальнейшей подаче грунтоноса на расстояние Л в него поступает дополнительный объем грунта ЬV- 0,785D b, I. вследствие чего в керне происходят структурные изменения: перестроение и сближение множества частиц. Работа на изменение структурного состояния равняется

ЛА- ЬР h1, где Л P (Рмакс-P) — избыточное усилие, развиваемое гидродомкратной установкой

К 16. Штоковые полости 20 ГЦ 11 гидравлически сообщены ТП 21, соединенным с входом К 16, выходом К 17 и с поршневой полостью 22 ГЦ 14. Запорные элементы 8 закреплены на торце поршня ГЦ 11. 2 c. n. ф-лы, 4 ил. для осуществления структурных изменений в грунте;

PMa c — максимальное усилие эадавливания трубопровода и грунтоноса;

b, — допол нител ьное перемещение трубы с грунтоносом, Исследованием влияния различных природных факторов на состояние массива горных пород установлено, что основным источником накопления г!Ьтенциальной энергии в горном массиве является энергия упругого деформирования пород в условиях, исключающих их деформирование. В глинистых грунтах после приложения внешней нагрузки и при последующей разгрузке также наблюдается накопление потенциальной энергии, обусловленное наличием остаточных деформаций, что подтверждается несовпадением ветви разгрузки(декомпрессионная кривая) с ветвью нагрузки.

Накопленная потенциальная энергия грунтового массива при изменении напряженно-деформированного состояния его призабойной зоны частично переходит в работу разрушения массива b, А = К Л А и частично рассеивается в нем ЛА"= (1-К) ЬА, где К вЂ” эмпирический коэффициент, зависящий от упругих свойств грунта. Именно та часть работы, которая. потрачена на накопление энергии, связанной с упругими деформациями ЛA = Л 0, в дальнейшем реализуется на отрыв керна. Упругие деформации внутри керна вызывают объемное напряженное состояние с распределением реактивной нагрузки (бокового распора) на все поверхности грунтоноса и участок массива.

При ликвидации сопротивления (разгрузке) с одной стороны напряженного состояния, например со стороны задней стенки грунтоноса, появляется возможность реактивного движения. керна в укаэанном направлении. Чтобы отделить его от массива необходимо приложить силу F, которая позволила бы на площади ее действия получить растягивающие напряжения ор, превышающие предел прочности грунта на разрыв ар > f пр).

1661300

35

55 з= г+

Так как Op=F/S, то при одной и той же силе F на участках керна с меньшей площадью Sнапряжение выше,,поэтому отрыв и происходит в укаэанном месте, например в зоне грунтоноса, окантованной изнутри прутком.

Величина растягивающих напряжений обратно пропорциональна скорости разгружающего воздействия V и времени реализации tp накопленной потенциальной энергии

Л О, поскольку F= Л 0 / Vtp.

Зная для каждого типа грунта (ap) и V, необходимое время реализации tp накопленной потенциальной энергии, диаметр трубопровода Р, силовые параметры домкратной установки Л Р, устанавливают минимальное дополнительное перемещение Л 1, которое достаточно для получения избыточного объема грунта .Л V в грунтоносе, приводящего к необходимой величине накопления потенциальной энергии. При этом величина Л I определяется по формуле

fa )SVt

К P

Таким образом, при разгрузке объемносжатого по одному направлению массива деформации упругого восстановления превышают силы сцепления между частицами, вследствие чего в массиве возникают растягивающие микронапряжения, которые приводят к зарождению и последующему росту трещин, преимущественно расположенных параллельно плоскости обнажения, Отдельные микротрещины, прорастая, соединяются в одну магистральную трещину, выход которой на поверхность сопровождается отделением керна от массива, Таким образом, совместную подачу трубопровода и грунтоноса целесообразно осуществлять на длину, определяемую из выражения: где lr — длина грунтоноса, м;

0 — диаметр прокладываемого трубопровода,м;

top) — предел прочности грунта на разрыв, кг/м;

V — скорость раэгружающего воздействия, м/с;

tp — время расфиксации грунтоноса относительно трубопровода, с;

К вЂ” эмпирический коэффициент, зависящий от упругих свойств грунта;

P axc — максимальное значение осевой нагрузки, прикладываемой к трубопроводу, кгс;

P — усилие сопротивления перемещению трубопровода и грунтоноса в грунте, кгс.

После заполнения грунтоноса грунтом его расфиксируют относительно головной части прокладываемого трубопровода и извлекают из трубопровода с помощью механизма для его перемещения для дальнейшей разгрузки в рабочем котловане.

Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, состоит из рамы 1 с силовым механизмом 2 для погружения трубопровода в грунт, устанавливаемых в рабочем котловане 3, головную часть в виде оголовка 4, продавливаемых труб 5 и грунтоноса 6, на днище 7 которого расположен механизм 6 фиксации грунтоноса.

Механизм 6 фиксации грунтоноса расположен на его днище 7 и содержит два диаметрально размещенных силовых привода для перемещения запорных элементов

8, которые установлены с воэможностью взаимодействия с закрепленными на оголовке 4 упорами 9. Каждый силовой привод механизма фиксации грунтоноса выполнен в виде двух соосно расположенных гидроцилиндров 10 и 11 различного диаметра, корпуса которых закреплены на днище 7 грунтоноса 6, а их поршни соединены между собой общим штоком 12.

Во внутренней полости грунтоноса бустановлена с возможностью ограниченного перемещения диафрагма 13, которая кинематически связана с мехачизмом 6 фиксации грунтоноса.

Кинематическая связь диафрагмы 13 с механизмом 6 фиксации грунтоноса выполнена в виде закрепленного на днище 7 грунтоноса 6 аккумулирующего гидроцилиндра

14, шток 15 которого шарнирно соединен с диафрагмой 13, и параллельно установленных предохранительно-разгрузочного клапана 16 и обратного клапана 17.

Штоковые полости 18 гидроцилиндров

10 большего диаметра гидравлически соединены между собой трубопроводом 19, который также соединен с входом клапана 17 и с выходом клапана 16, Штоковые полости

20 гидроцилиндров 11 меньшего диаметра гидравлически соединены между собой трубопроводом 21, который соединен с входом клапана 16, выходом клапача 17 и с поршневой полостью 22 гидроцилиндра 14. Поршень каждого гидроцилиндра 11 с помощью пружины 23 подпружинен относительно его корпуса со стороны полости 20, 1661300

В магистрали на входе клапана 16 может быть установлено измерительное приспособление, например манометр 24.

Для перемещения грунтоноса 6 в трубопроводе используется механизм для его перемещения (не показан), который может быть выполнен, например, в виде реверсивной лебедки, соединенной трособлочным механизмом с грунтоносом 6.

Диафрагма 13 может быть дополнитель но связана с днищем 7 грунтоноса 6 посред, ством штоков 25 пружинных упоров 26.

Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода работает следующим образом.

Перед началом работ предохранительно-разгрузочный клапан 16 с учетом горногеологических условий по трассе прокладываемого трубопровода регулируют на определенное давление срабатыва ния, а гидравлическую систему заполняют рабочей жидкостью с таким расчетом, чтобы при достижении поршнем гидроцилиндра

14 конечного положения (зто происходит при соответствующем уплотнении керна, внутри грунтоноса 6) в гидравлической системе создалось давление, превышающее по величине порог срабатывания предохранительно-разгрузочного клапана 16, Подготовленный таким образом грунтонос 6 подают на забой. При движении грунтоноса 6 в оголовке 4 запорные элементы 8 переходят за упоры 9. 3а счет действия пружин 23 грунтонос 6 фиксируется в оголовке

4 продавливаемого трубопровода.

Силовым механизмом 2 трубопровод с зафиксированным грунтоносом 6 задавли вается в массив. Грунт постепенно наполняет грунтонос 6 и, достигнув диафрагмы 13, перемещает ее к днищу 7.

До этого момента грунтонос 6 удерживается в зафиксированном положении усилием пружин 23. С приходом в движение диафрагмы 13 и связанного с ней штока 15 из поршневой полости 22 аккумулирующего гидроцилиндра 14 выталкивается рабочая жидкость, которая по трубопроводу 21 поступает в полости 20 гидроцилиндров 11, повышая давление в них и тем самым, наряду с пружинами 23, препятствуя перемещению эапорных элементов 8. Поступающие из массива дополнительные порции грунта, уплотняя керн, стремятся сдвинуть грунтонос 6. Усилие пружин 23 и давление. созданное вытесненной иэ гидроцилиндра 14 рабочей жидкости, не обеспечивают удержание грунтоноса 6 в зафиксированном состоянии у забоя, и запорные элементы 8 вместе со штоком 12 постепенно перемещаются, сжимая рабочую жидкость в полостях

20 до порога срабатывания клапана 16. Вытесняемая из этих полостей 20 рабочая жидкость приводит к повышению давления в гидросистеме и срабатыванию предохрани5 тельно-разгрузочного клапана 16 после достижения заданного давления. При этом рабочая жидкость попадает в полости 18, давление в которых сравнивается с давлением в полостях 20. Благодаря разности

10 площадей поршней гидроцилиндров 10 и 11 происходит преодоление силы сопротивления пружин 23 и в эапорных элементах 8.

При расфиксации грунтоноса 6 высвобождается накопленная в керне потенциальная

15 энергия упругой деформации переуплотненного грунта и происходит его отрыв от массива.

Загруженный грунтонос 6 извлекают иэ продавливаемого трубопровода и подают

20 на разгрузочную площадку. При удалении грунта из грунтоноса за счет действия пружинных упоров 26 совместно с керном перемещается от днища 7 диафрагма 13, увлекая за собой связанный с ней поршень гидроци25 линдра 14. В результате этого по трубопроводам 19 и 21 рабочая жидкость из полостей

18 и 20 перекачивается в поршневую полость 22 гидроцилиндра 14. Затем грунтонос 6 подается на забой и цикл работ

30 повторяется.

Формула изобретения

1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода, согласно которому грунтонос размещают в головной части прокладывае35 мого трубопровода и фиксируют его в ней, а затем осуществляют совместную подачу трубопровода и грунтоноса в грунт на величину, превышающую длину грунтоноса, путем приложения к трубопроводу осевой

40 нагрузки для создания напряженного состояния в массиве и после заполнения грунтоноса грунтом его расфиксируют относительно головной части прокладываемого трубопровода и извлекают из трубопровода

45 для дальнейшей разгрузки, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения производительности за счет сокращения затрат времени на вспомогательные операции по отделению грунтового керна от массива при

50 одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода, совместную подачу трубопровода и грунтоноса в грунт осуществляют на длину !з, которую определяют иэ выражения D (О ) 1р

\ где lr — длина грунтоноса, м;

0 — диаметр прокладываемого трубопровода,м;

1661300

Фиг. ((ур) — предел прочности грунта на разрыв, кг/м;

Ч вЂ” скорость разгружающего воздействия, м/с;

tp — время расфиксации гр нтоноса относительно трубопровода, с;

К- эмпирический коэффициент, зависящий от упругих свойств грунта;

Рмакс — максимальное значение осевой нагрузки, прикладываемой к трубопроводу, кгс:

P — усилие сопротивления перемещению трубопровода к грунтоносу в грунте, кгс.

2. Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода, включающее раму, на которой размещен силовой механизм для погружения трубопровода в грунт, установ.ленный s головной части трубопровода с возможностью продольного перемещения грунтонос, расположенный на днище грунтоноса механизм фиксации грунтоноса с двумя диаметрально размещенными силовыми приводами для перемещения запорных элементов, которые установлены с возможностью взаимодействия с закрепленными на головной части трубопровода упорами, установленную во внутренней полости грунтоноса с возможностью ограниченного перемещения диафрагму, которая кинематически связана с механизмом фиксации грунтоноса, и механизм для перемещения грунтоноса 8 трубопроводе, о т л ич а ю щ е е с я тем, что кинематическая связь диафрагмы с механизмом фиксации грунтоноса выполнена в виде закрепленного на днище грунтоноса аккумулирующего

5 гидроцилиндра, шток которого шарнирно соединен с диафрагмой и параллельно установленных предохранительно-разгрузочного и обратного клапанов, а каждый силовой привод механизма фиксации грунтоноса вы10 полнен в виде двух соосно расположенных гидроцилиндров различного диаметра, корпуса которых закреплены на днище грунтоноса, а их поршни соединены между собой общим штоком, при этом штоковые полости

15 гидроцилиндров большего диаметра каждого силового привода гидравлически соединены между собой, с входом обратного клапана и с выходом предохранительноразгрузочного клапана, а штоковые полости

20 гидроцилиндров меньшего диаметра каждого силового привода гидравлически соединены между собой, с входом предохранительно-разгрузочного клапана, с выходом обратного клапана и с поршневой

25 полостью аккумулирующего гидроцилиндра, причем поршень гидроцилиндра меньшего диаметра каждого силового привода подпружинен относительно корпуса соответствующего гидроцилиндра со стороны его

ЗО штоковой полости, а запорные элементы закреплены соответственно на торце поршня гидроцилиндра меньшего диаметра каждого силового привода.

1661300

Редактор И, Дербак

Заказ 2102 Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Фиг. 3

Составитель А. 1олстов

Техред M,Mîðãåíòàë с

Корректор О. Кравцова