Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: согласно способу бестраншейной прокладки трубопровода в грунте в предварительно образованной пионерной скважине размещают нажимную штангу. В прокладываемом трубопроводе размещают желонку для приема грунта, а на его головной части устанавливают ножевую секцию. Затем желонку соединяют с нажимной штангой и осуществляют одновременное погружение в грунтовый массив ножевой секции и желонки приложением к нажимной штанге осевого усилия. После заполнения желонки грунтом ее извлекают для дальнейшей разгрузки. После разгрузки желонки ее перемещают в головную часть прокладываемого трубопровода и соединяют с последним. Затем трубопровод вместе с желонкой перемещают до упора в ножевую секцию. Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте содержит ножевую секцию с упорным выступом, желонку для приема грунта с центральным отверстием в ее днище, нажимную штангу с приспособлениями для перемещения желонки в прямом и обратном направлениях и приспособление для соединения желонки с прокладываемым трубопроводом. Ножевая секция расположена коаксиально снаружи головной части прокладываемого трубопровода. Ножевая секция установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения по трубопроводу. Упорный выступ на ножевой секции установлен с возможностью взаимодействия с желонкой и/или с прокладываемым трубопроводом. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций и сооружении подземных переходов под препятствиями, например под действующими дорогами.

Известен способ бестраншейной прокладки трубопровода, согласно которому трубопровод с расположенной на его переднем конце ножевой секцией внедряют в грунтовый массив приложением к его заднему торцу осевого усилия, а грунт из полости трубопровода удаляют периодически с помощью совка для транспорта грунта. Устройство для реализации указанного способа содержит соединенный с силовыми цилиндрами кожух с подрезным ножом и смонтированный внутри кожуха подвижный в осевом направлении совок для транспорта грунта, который выполнен составным из смонтированных друг в друге подвижных секций.

К недостаткам известных способа и устройства для его реализации можно отнести относительно небольшую длину перехода, сооружаемого с их помощью. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что при внедрении трубопровода в грунтовый массив необходимо преодолеть лобовое сопротивление грунта внедрению ножевой секции и силу трения боковой поверхности трубопровода при его перемещении в скважине, образованной ножевой секцией. При этом следует отметить, что по мере увеличения длины погружаемого в грунтовый массив трубопровода сила трения боковой поверхности трубопровода о грунт увеличивается. С другой стороны, величина усилия, прикладываемого к трубопроводу, ограничена прочностью трубопровода, что не позволяет осуществить прокладку трубопровода на полную длину и требует сооружения промежуточных котлованов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, согласно которому в прокладываемом трубопроводе размещают желонку для приема грунта, на головной части прокладываемого трубопровода устанавливают ножевую секцию и осуществляют погружение трубопровода в грунтовый массив, а удаление грунта из полости прокладываемого трубопровода осуществляют с помощью желонки, которую после заполнения ее грунтом извлекают для дальнейшей разгрузки. Устройство для реализации описанной технологии производства работ содержит ножевую секцию с упорным выступом для взаимодействия с желонкой, установленную в прокладываемом трубопроводе с возможностью осевого перемещения желонку для приема грунта, приспособление для соединения желонки с прокладываемым трубопроводом и механизм для погружения прокладываемого трубопровода в грунтовый массив.

К недостаткам описанных выше технических решений можно отнести ограничение по длине прокладываемого трубопровода, которое обусловлено прочностью трубопровода, с одной стороны, и сопротивлением грунта внедрению трубопровода, с другой стороны. Сопротивление грунта внедрению трубопровода в грунтовый массив складывается из лобового сопротивления грунта вдавливанию ножевой секции, которое является примерно постоянной величиной, и сопротивления грунта перемещению в грунте трубопровода (боковое трение), которое по мере увеличения длины проложенного трубопровода пропорционально увеличивается. Указанное обстоятельство приводит к ограничению области применения указанных технологии и устройства для бестраншейной прокладки трубопровода.

Изобретение направлено на создание такого способа бестраншейной прокладки трубопровода и устройства для его осуществления, которые позволили бы увеличить длину прокладываемого трубопровода. Технический результат, который может быть получен при их реализации, заключается в снижении энергоемкости процесса бестраншейной прокладки трубопровода в грунте.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, включающем размещение в прокладываемом трубопроводе желонки для приема грунта, установку на головной части прокладываемого трубопровода ножевой секции, погружение трубопровода в грунтовый массив и удаление грунта из полости прокладываемого трубопровода с помощью желонки, которую после заполнения ее грунтом извлекают для дальнейшей разгрузки, предварительно между приемным и рабочим котлованами проходят пионерную скважину, в которой размещают нажимную штангу, при этом нажимную штангу соединяют с желонкой и осуществляют одновременное вдавливание в грунтовый массив ножевой секции и желонки приложением к нажимной штанге осевого усилия, а после разгрузки желонки ее перемещают в головную часть прокладываемого трубопровода и соединяют с последним, причем погружение трубопровода в грунтовый массив осуществляют до упора переднего торца прокладываемого трубопровода в ножевую секцию приложением к нажимной штанге осевого усилия, а после погружения трубопровода в грунтовый массив желонку отсоединяют от трубопровода и осуществляют погружение в грунтовый массив ножевой секции.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что при погружении трубопровода в грунтовый массив к его заднему торцу дополнительно прикладывают осевое усилие в направлении, совпадающем с направлением усилия, которое прикладывают к нажимной штанге при погружении трубопровода в грунтовый массив. Использование такого приема позволяет, во-первых, увеличить усилие, действующее на трубопровод при его погружении в грунтовый массив, и, во-вторых, разгрузить трубопровод от сжимающих усилий, то есть практически снять ограничения по прочности трубопровода.

Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, которое содержит ножевую секцию с упорным выступом для взаимодействия с желонкой, установленную в прокладываемом трубопроводе с возможностью осевого перемещения желонку для приема грунта, приспособление для соединения желонки с прокладываемым трубопроводом и механизм для погружения прокладываемого трубопровода в грунтовый массив, механизм для погружения прокладываемого трубопровода в грунтовый массив выполнен в виде нажимной штанги с приспособлениями для перемещения желонки в прямом и обратном направлениях, а ножевая секция расположена коаксиально снаружи головной части прокладываемого трубопровода и установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения по трубопроводу, при этом желонка выполнена с расположенным в ее днище центральным отверстием для прохода нажимной штанги, а прокладываемый трубопровод установлен с возможностью взаимодействия своим торцом с упорным выступом на ножевой секции.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что упорный выступ на ножевой секции выполнен в виде рассекателя грунта. При таком варианте конструктивного выполнения устройства улучшается процесс поступления грунта в желонку, а также облегчается выгрузка грунта из последней.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что рассекатель грунта выполнен с центральным отверстием для пропуска нажимной штанги. Такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет увеличить точность прокладки трубопровода за счет дополнительного центрирования ножевой секции при погружении ее в грунтовый массив.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для перемещения желонки в прямом или обратном направлении выполнено в виде выступа на нажимной штанге, который установлен с возможностью взаимодействия с желонкой, что позволяет упростить конструкцию указанного узла и, следовательно, снизить стоимость изготовления устройства в целом.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что желонка выполнена с расположенным в ее полости центральным выступом трубчатой формы, который образует канал для размещения нажимной штанги, при этом выступ на нажимной штанге установлен с возможностью взаимодействия с торцом центрального выступа на желонке. При таком варианте конструктивного выполнения заявленного устройства улучшается центрирование желонки относительно нажимной штанги и нажимной штанги относительно прокладываемого трубопровода, что снижает вероятность отклонения прокладываемого трубопровода от проектной оси прокладки.

На фиг. 1 изображена схема установки желонки в головной части прокладываемого трубопровода; на фиг.2 - схема вдавливания в грунтовый массив ножевой секции; на фиг. 3 - схема удаления грунта из полости прокладываемого трубопровода; на фиг.4 - схема погружения трубопровода в грунтовый массив; на фиг.5 - устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте; на фиг.6 - разрез А-А на фиг.5; на фиг.7 - разрез Б-Б на фиг.5.

Согласно способа бестраншейной прокладки трубопровода в грунте в начале и конце проектной оси прокладываемого трубопровода обустраивают соответственно рабочий и приемный котлованы (на чертежах не изображены). Из рабочего котлована по проектной оси прокладываемого трубопровода проходят пионерную скважину. Диаметр пионерной скважины значительно меньше диаметра прокладываемого трубопровода. Пионерная скважина может быть образована любым известным методом, например бурением, проколом или с помощью пневмопробойника. После образования пионерной скважины в ней размещают нажимную штангу 1, в качестве которой может быть использована, например, буровая штанга, с помощью которой была пробурена пионерная скважина. В приемном котловане размещают силовую установку (на чертежах не изображено), выходной элемент которой кинематически соединяют с нажимной штангой. В качестве силовой установки может быть использована гидродомкратная батарея или податчик бурового станка, с помощью которого была образована пионерная скважина. В рабочем котловане размещают прокладываемый трубопровод 2 или отдельную секцию трубопровода 2, на головной части которого устанавливают ножевую секцию 3. Ножевую секцию 3 устанавливают коаксиально снаружи прокладываемого трубопровода 2 с возможностью ограниченного перемещения по трубопроводу 2. В головной части прокладываемого трубопровода 2 размещают желонку 4 для приема грунта и соединяют ее с нажимной штангой 1 (фиг. 1). Затем с помощью силовой установки к нажимной штанге 1 прикладывают осевое усилие в направлении от рабочего к приемному котловану. Под действием осевого усилия происходит одновременное вдавливание в грунтовый массив желонки 4 и ножевой секции 3. Совместное перемещение желонки 4 и ножевой секции 3 может быть достигнуто, например, выполнением упорного выступа 5 на ножевой секции 3, который установлен с возможностью взаимодействия с передним торцом желонки 4, или с помощью стопорного механизма (на чертежах не изображен), который по управляющему сигналу обеспечивает фиксацию желонки 4 с ножевой секцией 3. При одновременном вдавливании в грунтовый массив ножевой секции 3 и желонки 4 осуществляется перемещение ножевой секции 3 относительно прокладываемого трубопровода 2 (фиг.2), а грунт из полости ножевой секции 3 попадает в желонку 4 и заполняет ее. Следует заметить, что заполнение грунтом желонки 4 может контролироваться путем измерения величины перемещения нажимной штанги 1 в приемный котлован. После заполнения грунтом желонки 4 приложение к нажимной штанге 1 осевого усилия прекращают и осуществляют разгрузку желонки 4 от грунта. Для этого к нажимной штанге 1 прикладывают осевое усилие в обратном направлении, то есть в направлении от приемного котлована к рабочему котловану. Под действием указанного осевого усилия происходит отрыв расположенного в желонке 4 грунтового керна от грунтового массива и желонка 4 перемещается по полости трубопровода 2 для дальнейшей разгрузки (фиг.3). При этом следует отметить, что ножевая секция 3 остается неподвижной относительно перемещающейся желонки 4 с грунтом, поскольку упорный выступ 5 не препятствует перемещению желонки 4. В случае использования стопорного механизма для осуществления указанной операции подают управляющий сигнал, по которому происходит расфиксация желонки 4 и ножевой секции 3. Перемещение желонки по полости прокладываемого трубопровода 2 для разгрузки ее от грунта может быть осуществлено с помощью нажимной штанги 1 или при большой длине трубопровода 2 с помощью расположенного в рабочем котловане трособлочного механизма (на чертежах не изображен), который соединяют с желонкой 4 после отсоединения ее от нажимной штанги 1. После разгрузки желонки 4 от грунта ее перемещают с помощью нажимной штанги 1 или с помощью трособлочного механизма в головную часть прокладываемого трубопровода 2 и соединяют с последним (фиг.4). Затем приложением к нажимной штанге 1 осевого усилия в направлении от рабочего котлована к приемному котловану осуществляют погружение прокладываемого трубопровода 2 в грунтовый массив. При этом совместном перемещении нажимной штанги 1, желонки 4 и прокладываемого трубопровода 2 в желонку 4 попадает грунт, просыпавшийся при вдавливании в грунтовый массив ножевой секции 3. Причем погружение трубопровода 2 в грунтовый массив осуществляют до упора его переднего торца в ножевую секцию 3, а именно до взаимодействия переднего торца трубопровода 2 в упорный выступ 5 на ножевой секции 3. Перемещение трубопровода 2 осуществляется по внутренней полости ножевой секции 3, свободной от грунта, то есть трубопровод 2 не испытывает лобового сопротивления грунта своему внедрению. Перемещению трубопровода 2 противодействует только сила трения его наружной боковой поверхности о стенки скважины, образованной ножевой секцией 3 и желонкой 4. После погружения трубопровода 2 в грунтовый массив желонку 4 отсоединяют от трубопровода 2 и осуществляют погружение в грунтовый массив ножевой секции 3 описанным выше образом (фиг.1). Если погружение трубопровода 2 в грунтовый массив осуществляют отдельными секциями, то после погружения в грунт первой секции трубопровода 2 ее наращивают следующей и работу продолжают до выхода головной части прокладываемого трубопровода в приемный котлован.

Следует отметить, что при прокладке трубопроводов 2 большой протяженности при каждом очередном погружении трубопровода 2 в грунтовый массив к его заднему торцу дополнительно может быть приложено осевое усилие в направлении, совпадающем с направлением усилия, которое прикладывают к нажимной штанге 1 при погружении трубопровода 2 в грунтовый массив. Для этого в рабочем котловане может быть размещена дополнительная силовая установка (на чертежах не показана), например, в виде гидродомкратной батареи, которая через нажимное приспособление (на чертежах не показано) передает осевое усилие на задний торец трубопровода 2.

Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте (фиг.5) содержит механизм для погружения прокладываемого трубопровода, который выполнен в виде нажимной штанги 1. Коаксиально снаружи головной части прокладываемого трубопровода 2 расположена ножевая секция 3. В прокладываемом трубопроводе 2 установлена с возможностью осевого перемещения желонка 4 для приема грунта. Ножевая секция 3 выполнена с упорным выступом 5 для взаимодействия с желонкой 4. Приспособление 6 для соединения желонки 4 с прокладываемым трубопроводом 2 устанавливается на желонке 4 и может быть выполнено, например, в виде установленного с возможностью перемещения и фиксации в крайних положениях штыря 7, который в выдвинутом положении размещается в гнезде, выполненном на стенке трубопровода 2, и не допускает взаимного перемещения желонки 4 и трубопровода 2. Следует отметить, что возможны и другие варианты конструктивного выполнения приспособления 6 для соединения желонки 4 с трубопроводом 2, которые обеспечивают дистанционное управление исполнительным органом приспособления 6. Нажимная штанга 1 выполнена с приспособлением 8 для перемещения желонки 4 в прямом направлении и с приспособлением 9 для перемещения желонки 4 в обратном направлении. Указанные приспособления 8 и 9 предназначены для поочередного соединения и разъединения нажимной штанги 1 с желонкой 4 при перемещении последней в соответствующем направлении. Приспособления 8 и 9 могут иметь различные варианты конструктивного выполнения, и каждое из них может быть выполнено, например, в виде съемного клина, который устанавливается в прорезь на нажимной штанге 1 с возможностью взаимодействия с днищем 10 желонки 4 и выполняет функции съемного упора, обеспечивающего передачу осевого усилия от нажимной штанги 1 желонке 4 в соответствующем направлении. Желонка 4 выполнена с расположенным в ее днище 10 центральным отверстием для прохода нажимной штанги 1. Прокладываемый трубопровод установлен с возможностью взаимодействия своим передним торцом с упорным выступом 5 на ножевой секции 3.

Упорный выступ 5 на ножевой секции 3 может быть выполнен в виде рассекателя грунта с ножевыми пластинами 11 (фиг. 6), которые могут быть расположены радиально или образовывать решетку (на чертежах не изображено).

При таком варианте конструктивного выполнения упорного выступа 5 на ножевой секции 3 целесообразно рассекатель грунта выполнить с центральным отверстием для пропуска нажимной штанги 1. Указанное центральное отверстие в рассекателе может быть образовано втулкой 12, к которой одним концом прикреплены ножевые пластины 11 (фиг. 6), другой конец которых закреплен на ножевой секции 3.

Одно из приспособлений 8 или 9 для перемещения желонки 4 в прямом или обратном направлении может быть выполнено в виде выступа кольцевой формы на нажимной штанге 1 (приспособление 8, изображенное на фиг.5, является примером такого конструктивного выполнения устройства), который установлен с возможностью взаимодействия с желонкой 4.

Желонка 4 может быть выполнена с расположенным в ее полости центральным выступом 13 трубчатой формы, который образует канал для размещения нажимной штанги 1. При таком варианте конструктивного выполнения желонки 4 целесообразно чтобы выступ кольцевой формы, который, например, образует приспособление 8 для перемещения желонки 4, был расположен с возможностью взаимодействия с торцом центрального выступа 13 на желонке 4, то есть диаметр выступа на нажимной штанге 1 превышал диаметр канала для размещения нажимной штанги, образованного центральным выступом 13 на желонке 4.

Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте работает следующим образом.

По проектной оси прокладываемого трубопровода 2 проходят пионерную скважину, в которой размещают нажимную штангу 1. На головной части прокладываемого трубопровода 2 монтируют ножевую секцию 3. В полости прокладываемого трубопровода 2 устанавливают желонку 4, в центральном отверстии днища 10 которой размещают нажимную штангу 1. С помощью приспособления 9 для перемещения желонки 4 в обратном направлении последнюю соединяют с нажимной штангой 1. К нажимной штанге 1 с помощью размещенной в котловане силовой установки (на чертежах не изображена) прикладывают осевое усилие, под действием которого желонка 4 и ножевая секция 3 внедряются в грунтовый массив. Передача осевого усилия от желонки 4 на ножевую секцию 3 осуществляется через упорный выступ 5. Одновременное вдавливание желонки 4 и ножевой секции 3 в грунтовый массив осуществляется до полного заполнения желонки 4 грунтом. Следует отметить, что при максимальном вдавливании ножевой секции 3 в грунтовый массив она не сходит с головной части прокладываемого трубопровода 2, то есть длина ножевой секции 3 по продольной оси устройства превышает длину желонки 4 по той же оси. После заполнения грунтом желонки 4 к нажимной штанге 1 прикладывают осевое усилие в противоположном направлении и желонка 4 с грунтом перемещается в противоположном направлении. Передача усилия от нажимной штанги 1 к желонке осуществляется через приспособление 8 для перемещения желонки в прямом направлении, то есть в конкретном примере выполнения выступ кольцевой формы на нажимной штанге 1 упирается в торец центрального выступа 13 на желонке 4. Затем с помощью нажимной штанги 1 желонку 4 с грунтом перемещают по полости трубопровода 2 для разгрузки. При этом следует отметить, что при разгрузке желонки 4 ножевая секция 3 и трубопровод 2 остаются неподвижными. Для ускорения разгрузки желонки 4 ее могут перемещать для разгрузки с помощью трособлочного механизма (на чертежах не изображен), который соединяют с желонкой 4, предварительно отсоединив ее от нажимной штанги 1 путем демонтажа приспособления 9 . После разгрузки желонки 4 ее с помощью нажимной штанги 1 или с помощью трособлочного механизма перемещают в головную часть прокладываемого трубопровода 2 и соединяют с последним. Для этого штыри 7 приспособления 6 для соединения желонки 4 с прокладываемым трубопроводом 2 размещают в соответствующих гнездах на трубопроводе 2. После соединения желонки 4 с прокладываемым трубопроводом 2 к нажимной штанге 1 прикладывают осевое усилие, которое через приспособление 9, желонку 4 и приспособление 6 передается на трубопровод 2. Под действием указанного усилия трубопровод 2 перемещается в направлении к упорному выступу 5 на ножевой секции 3 до взаимодействия его переднего торца с упорным выступом 5. После этого штыри 7 приспособления 6 выводят из гнезд на трубопроводе 2, то есть освобождают желонку 4 от связи с прокладываемым трубопроводом 2, и приложением к нажимной штанге 1 осевого усилия осуществляют одновременное вдавливание в грунтовый массив желонки 4 и ножевой секции 3, которая для облегчения ее внедрения в грунтовый массив может быть выполнена с кольцевой режущей кромкой (на чертежах не изображена). Таким образом цикл повторяется до выхода головной части трубопровода 2 в приемный котлован.

Формула изобретения

1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, согласно которому в прокладываемом трубопроводе размещают желонку для приема грунта, на головной части прокладываемого трубопровода устанавливают ножевую секцию, осуществляют погружение трубопровода в грунтовый массив, а удаление грунта из полости прокладываемого трубопровода осуществляют с помощью желонки, которую после заполнения ее грунтом извлекают для дальнейшей разгрузки, отличающийся тем, что предварительно между приемным и рабочим котлованами проходят пионерную скважину, в которой размещают нажимную штангу, при этом нажимную штангу соединяют с желонкой и осуществляют одновременное вдавливание в грунтовый массив ножевой секции и желонки приложением к нажимной штанге осевого усилия, а после разгрузки желонки ее перемещают в головную часть прокладываемого трубопровода и соединяют с последним, причем погружение трубопровода в грунтовый массив осуществляют до упора переднего торца прокладываемого трубопровода в ножевую секцию приложением к нажимной штанге осевого усилия, а после погружения трубопровода в грунтовый массив желонку отсоединяют от трубопровода и осуществляют погружение в грунтовый массив ножевой секции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при погружении трубопровода в грунтовый массив к его заднему торцу дополнительно прикладывают осевое усилие в направлении, совпадающем с направлением усилия, которое прикладывают к нажимной штанге при погружении трубопровода в грунтовый массив.

3. Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, включающее ножевую секцию с упорным выступом для взаимодействия желонкой, установленную в прокладываемом трубопроводе с возможностью осевого перемещения желонку для приема грунта, приспособление для соединения желонки с прокладываемым трубопроводом и механизм для погружения прокладываемого трубопровода в грунтовый массив, отличающееся тем, что механизм для погружения прокладываемого трубопровода в грунтовый массив выполнен в виде нажимной штанги с приспособлениями для перемещения желонки в прямом и обратном направлениях, а ножевая секция расположена коаксиально снаружи головной части прокладываемого трубопровода и установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения по трубопроводу, при этом желонка выполнена с расположенным в ее днище центральным отверстием для прохода нажимной штанги, а прокладываемый трубопровод установлен с возможностью взаимодействия своим торцом с упорным выступом на ножевой секции.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что упорный выступ на ножевой секции выполнен в виде рассекателя грунта.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что рассекатель грунта выполнен с центральным отверстием для пропуска нажимной штанги.

6. Устройство по одному из пп. 3 5, отличающееся тем, что приспособление для перемещения желонки в прямом или в обратном направлении выполнено в виде выступа на нажимной штанге, который установлен с возможностью взаимодействия с желонкой.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что желонка выполнена с расположенным в ее полости центральным выступом трубчатой формы, который образует канал для размещения нажимной штанги, при этом выступ на нажимной штанге установлен с возможностью взаимодействия с торцом центрального выступа на желонке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7