Способ бестраншейной прокладки труб в грунте
Владельцы патента RU 2501913:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к горной и строительной технике и может быть использовано при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций. Способ включает погружение трубы в грунт открытым концом, формирование в ней грунтового керна и удаление его из трубы подаваемой текучей средой путем отрыва и выдавливания по частям. Подачу текучей среды в грунтовый керн осуществляют с внешней стороны погружаемой трубы, используя канал связи между трубопроводом для подачи текучей среды и внутренней полостью погружаемой трубы. Техническая задача - повышение эффективности за счет надежности удаления грунтового керна путем создания условий для сохранения целостности отрываемой части грунтового керна. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Техническое решение относится к горной и строительной технике и может быть использовано при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.
Известен способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте (см. Н.Я. Кершенбаум и В.И. Минаев. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом, М. «Недра». 1984, с.36-37), при котором трубу со встроенным в нее грунтопроводом, выполненным также в виде трубы, погружают в грунт открытым концом, формируют в упомянутом грунтопроводе грунтовый керн и удаляют его через тот же грунтопровод путем отрыва и выдавливания по частям по мере его образования текучей средой под давлением (сжатым воздухом), подаваемой в зону отрыва через межтрубное пространство между погружаемой трубой и грунтопроводом.
Недостатком способа является большая энегроемкость процесса погружения трубы из-за значительного совместного лобового сопротивления погружаемой трубы и грунтового керна в грунтопроводе ввиду большой степени его обжатия, что приводит к увеличению сил трения грунтового керна о внутреннюю поверхность погружаемой трубы и росту сопротивлений в процессе погружения.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте по патенту РФ №2116405, Е02F 5/18, опубл. 27.07.1998 г., при котором трубу погружают в грунт открытым концом, формируют в ней грунтовый керн и удаляют его путем отрыва и выдавливания по той же трубе по частям по мере его образования текучей средой под давлением, подаваемой через инъектор, который вводят непосредственно в грунтовый керн.
Недостатком способа является то, что размещение иньектора внутри трубы способствует разрушению грунтового керна в процессе его удаления, приводит к разгерметизации выдавливающей полости, образуемой между забоем и отрываемым грунтовым керном, и, в конечном счете, к остановке грунтового керна в погружаемой трубе. Это снижает надежность процесса очистки трубы от грунтового керна и всего способа бестраншейной прокладки трубопровода в грунте.
Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности способа за счет надежности удаления грунтового керна путем создания условий для сохранения целостности отрываемой части грунтового керна.
Задача решается за счет того, что в способе бестраншейной прокладки труб в грунте, при котором трубу погружают в грунт открытым концом, формируют в ней грунтовый керн и удаляют его из трубы подаваемой текучей средой путем отрыва и выдавливания по частям, подачу текучей среды в грунтовый керн осуществляют с внешней стороны погружаемой трубы, используя канал связи между трубопроводом для подачи текучей среды и внутренней полостью погружаемой трубы.
Отрыв части грунтового керна подачей текучей среды с внешней стороны погружаемой трубы позволяет повысить эффективность способа за счет надежности удаления грунтового керна путем создания условий для сохранения целостности отрываемой части грунтового керна и отсутствия каких-либо элементов внутри погружаемой трубы.
Целесообразно в качестве канала связи использовать радиальное отверстие в стенке переднего конца погружаемой трубы, соединенное с трубопроводом для подачи текучей среды. Это упрощает реализацию способа и снижает временные затраты на подготовительные работы, что повышает эффективность способа.
Целесообразно в качестве канала связи использовать радиальные отверстия в стенке переднего конца погружаемой трубы, соединенные с кольцевой камерой, образованной этим концом и насадкой, установленной на нем, при этом трубопровод для подачи текучей среды соединен с насадкой. Насадка позволит равномерно распределить по периметру текучую среду, что приведет к более надежному отрыву части грунтового керна и сохранению его целостности.
Целесообразно текучую среду подавать в виде порции жидкости с вяжущими свойствами, выдавливаемой газообразной средой. Вяжущая жидкость будет герметизировать зазоры между погружаемой трубой и отрываемой частью грунтового керна, а также, пропитав грунтовый керн, укрепит его внутренние связи и повысит его целостность в процессе удаления. Подача вяжущей жидкости порцией, выдавливаемой газообразной средой, позволит минимизировать ее расход, при этом работу по выдавливанию отрываемой части керна будет выполнять следующая за вяжущей жидкостью по трубопроводу газообразная среда.
Целесообразно подавать текучую среду с антифрикционными свойствами в процессе погружения трубы. Подача текучей среды с антифрикционными свойствами в зону контакта внутренней поверхности погружаемой трубы и грунтового керна по мере погружения трубы в грунт позволит снизить сопротивление, создаваемое трением, и увеличить длину отрываемой части грунтового керна. Это позволит повысить эффективность способа за счет уменьшения циклов очистки погружаемой трубы от грунтового керна.
Сущность технического решения иллюстрируется примерами конкретной реализации способа бестраншейной прокладки труб в грунте и чертежами фиг.1-3.
На фиг.1 изображена схема отрыва текучей средой части грунтового керна и удаления его из погружаемой трубы с каналом связи в виде радиального отверстия в стенке переднего торца погружаемой трубы. Вертикальная стрелка показывает подачу текучей среды в трубопровод, а горизонтальная - направление приложения силы к трубе в процессе ее погружения.
На фиг.2 изображена та же схема с каналом связи в виде радиальных отверстий в стенке переднего конца погружаемой трубы, соединенных с кольцевой камерой, образованной этим концом и насадкой на нем.
На фиг.3 изображена та же схема с емкостью для подачи порции жидкости с вяжущими свойствами, выдавливаемой газообразной средой.
Способ бестраншейной прокладки труб в грунте реализуют следующим образом.
Погружаемую трубу 1 (далее - труба 1) открытым концом погружают в грунт любым известным способом (вдавливанием силой F, ударами и т.д.). Грунт входит во внутреннюю полость трубы 1 (фиг.1) и образует грунтовый керн 2 (далее - керн 2). По мере увеличения длины керна 2 из-за образования грунтовой пробки погружение трубы 1 замедляется вплоть до полной остановки. Для устранения пробки в керн 2 через канал связи в виде радиального отверстия 3 по трубопроводу 4 подают текучую среду, которая отрывает часть керна 2. На оторванную часть керна 2 действует сила, создаваемая давлением в образовавшейся выдавливающей камере 5. Под действием этой силы оторванную часть керна 2 выдавливают в сторону конца трубы 1, противоположного забою, вплоть до выхода из нее. Далее описанный процесс повторяют до полного погружения трубы 1.
При использовании в качестве канала связи радиальных отверстий 3 (фиг.2) в стенке переднего конца трубы 1, соединенных с кольцевой камерой 6, образованной этим концом и насадкой 7, установленной на нем, текучая среда по трубопроводу 4 поступает в кольцевую камеру 6 и далее в керн 2 через радиальные отверстия 3 в трубе 1. Это способствует более надежному отрыву части керна 2.
При использовании в качестве текучей среды жидкости с вяжущими свойствами, выдавливаемой газообразной средой, ее из емкости 8 (фиг.3) подают по трубопроводу 4 через канал связи в керн 2 для отрыва его части. Жидкостью с вяжущими свойствами герметизируют зазор между внутренней поверхностью трубы 1 и оторванной частью керна 2, а также, пропитывая керн 2, укрепляют его внутренние связи. Далее выдавливание части керна 2 осуществляют газообразной средой.
Возможно также применение текучей среды с антифрикционными свойствами. Под незначительным давлением, исключающим отрыв керна 2, текучую среду подают через канал связи в зону контакта керна 2 с внутренней поверхностью трубы 1 в процессе ее погружения. Это способствует снижению энергоемкости погружения трубы 1 за счет уменьшения силы трения в паре «труба - керн» и увеличивает длину отрываемой части керна 2. Чем больше керна 2 поступает во внутреннюю полость трубы 1 до момента образования грунтовой пробки, тем реже необходимо производить его удаление.
1. Способ бестраншейной прокладки труб в грунте, при котором трубу погружают в грунт открытым концом, формируют в ней грунтовый керн и удаляют его из трубы подаваемой текучей средой путем отрыва и выдавливания по частям, отличающийся тем, что текучую среду подают в грунтовый керн с внешней стороны погружаемой трубы, используя канал связи между трубопроводом для подачи текучей среды и внутренней полостью погружаемой трубы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве канала связи используют радиальное отверстие в стенке переднего конца погружаемой трубы, соединенное с трубопроводом для подачи текучей среды.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве канала связи используют радиальные отверстия в стенке переднего конца погружаемой трубы, соединенные с кольцевой камерой, образованной этим концом и насадкой, установленной на нем, при этом трубопровод для подачи текучей среды соединен с насадкой.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что текучую среду подают в виде порции жидкости с вяжущими свойствами, выдавливаемой газообразной средой.
5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что подают текучую среду с антифрикционными свойствами в процессе погружения трубы.
