Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте (варианты)

Группа изобретений относится к технологии строительных работ и может быть использована для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций. Технический результат - повышение надежности и производительности работы за счет принудительного перемешивания продуктов разрушения и образования их высокой концентрации в очистном агенте. Способ по первому варианту включает образование пионерной скважины между рабочим и приемным котлованами по проектной оси прокладываемой коммуникации, одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения потоком очистного агента через трубопровод, который размещают в расширенной части скважины, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси. Способ по второму варианту отличается от способа по первому варианту тем, что трубопровод монтируют внутри буровой штанги. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Технические решения относятся к технологии строительных работ и могут быть использованы для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.

Известен способ образования скважин в грунте по а.с. СССР №533057, E02F 5/20, F16L 1/00, опубл. в БИ №36 за 1979 г., включающий предварительное образование пионерной скважины с помощью самодвижущегося пневмопробойника для последующего ее расширения. Грунт удаляют через пионерную скважину в направлении движения пневмопробойника посредством сжатого воздуха под давлением, обеспечивающим образование взвеси грунта.

Недостатками известного способа являются низкая надежность транспортирования грунта по пионерной скважине и высокая энергоемкость. Грунтовый канал обладает гораздо худшими аэродинамическими и прочностными свойствами по сравнению с металлическими трубами, применяемыми в пневмотранспортных системах. Поэтому для выноса грунта необходимо большее количество сжатого воздуха. Кроме того, скоростным воздушным потоком разрушаются стенки скважины. Это приводит к образованию каверн и местных полостей, которые являются причиной зашламовывания скважины. Из-за невозможности дальнейшего пневмотранспортирования грунта происходит аварийная остановка процесса.

Известен способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, реализованный в устройстве для бестраншейной прокладки трубопроводов по а.с. СССР №1159989, E02F 5/18, опубл. в БИ №21 за 1985 г., согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами бурят пилотную скважину, в которой после бурения остается колонна бурильных труб. К колонне бурильных труб крепят раздвижной расширитель. Скважину предварительно расширяют им, а затем устанавливают колонну обсадных труб. Расширитель складывают и вытягивают через эту колонну наружу и к нему с помощью шпинделя крепят шток, к которому подведена магистраль высокого давления. Бурильной колонной передают к расширителю крутящий момент и тяговое усилие, создаваемые любым известным способом, по ней же прокачивают промывочный агент, который поступает в расширитель, проходит через его промывочное отверстие и уносит на поверхность шлам по затрубному пространству.

Недостатком известного способа является большая энергоемкость процесса разрушения, которая обусловлена необходимостью разрушения грунта до частиц, размер которых позволяет осуществить их транспортировку через канал, образованный стенками скважины и наружной боковой поверхностью стенок рабочего органа. При этом следует отметить, что транспортировка продуктов разрушения по затрубному пространству приводит к необходимости образования скважины увеличенного диаметра (для образования указанного канала) и к нарушению целостности стенок образуемой скважины из-за абразивного воздействия на них продуктами разрушения. Большая площадь проходного сечения канала приводит к снижению скорости потока очистного агента и способствует выпадению транспортируемых им продуктов разрушения в осадок. В результате чего эти продукты разрушения вдавливаются в стенки скважины. Это приводит к увеличению энергоемкости технологического процесса. Кроме того, удаление из рабочего котлована пульпы, поступившей в него из затрубного пространства, требует применения дополнительных средств и ухудшает экологическую обстановку.

Наиболее близким решением по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием по патенту РФ №2127348, E02F 5/18, опубл. в БИ №7 за 1999 г., включающий проходку пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами, размещение в пионерной скважине штанги, которую соединяют с рабочим органом, перемещение рабочего органа по пионерной скважине приложением к штанге осевого усилия, расширение пионерной скважины с помощью рабочего органа до проектного диаметра разрушением грунта, транспортировку продуктов разрушения с помощью рабочего агента, который подают в зону разрушения. При разрушении грунта для расширения пионерной скважины его предварительно измельчают и направляют в грунтоприемную камеру рабочего органа, причем при измельчении грунта на него дополнительно воздействуют струями рабочего агента, а в грунтоприемной камере продукты разрушения перемешивают с рабочим агентом до образования пульпы, при этом транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью расположенного в грунтоприемной камере эжекторного насоса по расположенному в образованной скважине пульпопроводу, а по мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор.

Недостатками данного технического решения являются низкие производительность и надежность работы. Производительность эжекторного насоса мала по определению. Струя чистого рабочего агента увлекает за собой часть пульпы, находящейся в грунтоприемной камере. Концентрация твердой фазы, то есть грунта, в пульпопроводе неизбежно будет низкой. Следовательно, будет низкой и пропускная способность пульпопровода. Кроме того, для транспортирования определенного объема продуктов разрушения необходим большой объем жидкости. В местах прокладки подземных коммуникаций часто встречается неоднородный по составу грунт с включениями в виде обломков камней, кирпича, щебня и прочего строительного мусора. При попадании таких твердых нерастворимых в жидкости включений внутрь грунтоприемной камеры происходит закупоривание эжекторного насоса или пульпопровода. Это приводит к аварийной остановке процесса. Если при этом подачу жидкости в грунтоприемную камеру не прекращают, она выходит наружу и размывает грунт, образуя каверны. Это приводит к провалу поверхности над скважиной.

Технической задачей предлагаемых способов является повышение надежности и производительности работы за счет принудительного перемешивания продуктов разрушения и образования их высокой концентрации в очистном агенте.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте по первому варианту, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют потоком очистного агента через трубопровод, который размещают в расширенной части скважины, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси.

При вращении трубопровода в нем происходит принудительное перемешивание продуктов разрушения с подаваемым потоком очистного агента. Это предотвращает возможность выпадения продуктов разрушения в осадок, исключает образование подстилающего слоя и закупоривание трубопровода, что позволяет повысить надежность работы. Принудительное перемешивание продуктов разрушения позволяет надежно транспортировать их при гораздо большей концентрации в потоке очистного агента без риска выпадения в подстилающий слой. Следовательно, производительность предлагаемого способа будет повышена.

Целесообразно при этом использовать рабочий орган в виде полого усеченного конуса, внутри которого смонтированы радиально расположенные лопасти. Эти лопасти одновременно являются лезвиями, разрушающими грунт, и элементами крепления и фиксации сопла, подводящего очистной агент. Такое решение обеспечивает наиболее благоприятные условия подачи продуктов разрушения в трубопровод для дальнейшего транспортирования.

По второму варианту решение технической задачи достигается тем, что в способе бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют потоком очистного агента через трубопровод, который монтируют внутри буровой штанги, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси. Это упрощает технологию производства работ из-за возможности одновременного монтажа и демонтажа трубопровода и буровой штанги.

Целесообразно при этом использовать рабочий орган в виде полого усеченного конуса, внутри которого смонтированы радиально расположенные лопасти. Эти лопасти одновременно являются лезвиями, разрушающими грунт, и элементами крепления и фиксации сопла, подводящего очистной агент. Такое решение обеспечивает наиболее благоприятные условия подачи продуктов разрушения в трубопровод для дальнейшего транспортирования.

Сущность предлагаемого способа бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте поясняется примером его реализации и чертежами. Схема реализации показана на фиг.1, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2, на фиг.4 - схема размещения трубопровода внутри буровой штанги.

Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте (далее - способ) по первому варианту реализуют следующим образом. По проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим 1 (фиг.1) и приемным 2 котлованами образуют пионерную скважину 3. Проходка пионерной скважины 3 может быть осуществлена любым известным способом, например с помощью пневмопробойника или установки горизонтального бурения. Диаметр образуемой пионерной скважины 3 значительно меньше проектного диаметра скважины, образуемой для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте. Одновременно с образованием пионерной скважины 3 в ней размещают буровую штангу 4. После размещения в пионерной скважине 3 буровой штанги 4 в приемном котловане 1 к ней присоединяют рабочий орган 5, диаметр корпуса которого равен проектному диаметру скважины. К свободному концу рабочего органа 5 присоединяют трубопровод 6, который монтируют звеньями. Буровую штангу 4 вращают вместе с рабочим органом 5 и трубопроводом 6 и одновременно перемещают поступательно в направлении, обратном проходке пионерной скважины 3. Вращение и перемещение буровой штанги 4 может быть осуществлено буровым станком 7. При перемещении рабочего органа 5 по пионерной скважине 3 происходит ее расширение до проектного диаметра разрушением грунта. По мере продвижения рабочего органа 5 периодически осуществляют демонтаж звеньев буровой штанги 4 и наращивание звеньев трубопровода 6, при этом буровая штанга 4 укорачивается, а трубопровод 6, соответственно, удлиняется. Внутри рабочего органа 5, выполненного в виде полого усеченного конуса, смонтированы радиально расположенные лопасти 8 (фиг.2, фиг.3), которые разрушают грунт и измельчают продукты разрушения и одновременно являются элементами крепления и фиксации сопла, подводящего очистной агент. Продукты разрушения поступают в полость 9 (фиг.2) рабочего органа 5. При этом через полость буровой штанги 4 подают очистной агент под давлением Р_м от насоса или компрессора 10. При вращении рабочего органа 5 с присоединенным к нему трубопроводом 6 происходит перемешивание и пересыпание частиц продуктов разрушения, способствующее непрерывному движению вместе с потоком очистного агента. Поток очистного агента подхватывает продукты разрушения и увлекает их в трубопровод 6. После прохождения через трубопровод 6 продукты разрушения П_р попадают в емкость 11 (например, разгрузочный циклон), установленную в приемном котловане 2. После образования скважины из нее извлекают рабочий орган 5 вместе с трубопроводом 6 и размещают в ней коммуникацию.

По второму варианту способ реализуют следующим образом. Трубопровод монтируют внутри буровой штанги соосно. В этом случае буровая штанга 4 (фиг.4) имеет диаметр больший, чем у трубопровода 6. Пространство между внутренней цилиндрической поверхностью полой буровой штанги 4 и наружной цилиндрической поверхностью трубопровода 6 (межтрубное пространство) используют для подачи очистного агента под давлением Р_м. Такое решение упрощает технологию предлагаемого способа.

Предлагаемый способ эффективен при сооружении тупиковых горизонтальных скважин или в стесненных городских условиях, где невозможно иметь приемный котлован 2 достаточных размеров для размещения в нем звена трубопровода 6.

1. Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, отличающийся тем, что транспортировку продуктов разрушения осуществляют потоком очистного агента через трубопровод, который размещают в расширенной части скважины, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют рабочий орган в виде полого усеченного конуса, внутри которого смонтированы радиально расположенные лопасти.

3. Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, отличающийся тем, что транспортировку продуктов разрушения осуществляют потоком очистного агента через трубопровод, который монтируют внутри буровой штанги, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют рабочий орган в виде полого усеченного конуса, внутри которого смонтированы радиально расположенные лопасти.