Изобретение относится к строительной технике и предназначено для бестраншейной прокладки труб большого диаметра при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями.
Известно устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте, которое содержит ножевую секцию с расположенным на ее заднем торце приспособлением для присоединения переднего торца прокладываемого трубопровода, ударный механизм подачи и установленную с возможностью перемещения во внутренней полости прокладываемого трубопровода виброударную желонку для разработки и транспортировки грунта [1] .
При проходке труба открытым концом внедряется в грунт на определенное расстояние, а затем желонка подается канатом к ее забойному концу, внедряется с помощью вибромолота в грунт, забирает его и с помощью каната перемещается к разгрузочным окнам кожуха, где под действием ударов вибромолота грунт высыпается через окна желонки и разгрузочные окна кожуха на дно траншей по обе стороны от установки. Таким образом известное из [1] устройство осуществляет циклическую работу, что существенно снижает темпы проходки.
Известно устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте, включающее ножевую секцию с расположенным на ее заднем торце приспособлением для присоединения к переднему торцу прокладываемого трубопровода, установленный коаксиально с кольцевым зазором внутри ножевой секции полый расширитель, расположенные симметрично внутри ножевой секции радиальные ребра, концы каждого из которых жестко соединены соответственно с расширителем и с ножевой секцией, и механизм подачи [2] .
Известное из [2] устройство является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и частично устраняет недостатки известного из [1] устройства, поскольку при использовании известного из [2] устройства осуществляется непрерывная прокладка трубопровода. Однако, известное из [2] устройство не позволяет осуществлять полное удаление грунта из внутренней полости прокладываемого трубопровода. Указанное обстоятельство требует применения специального устройства для очистки внутренней полости трубопровода от разрушенного грунта, что приводит к снижению производительности работ по прокладке трубопровода. Кроме того, при использовании известного из [2] устройства не исключено забивание внутренней полости трубопровода обломками керна, т. е. не исключена возможность образования грунтовой пробки внутри прокладываемого трубопровода, что приводит к увеличению энергоемкости процесса прокладки трубопровода в грунте.
Изобретение направлено на решение задачи по увеличению производительности работ по прокладке трубопровода за счет улучшения очистки внутренней полости трубопровода от разрушенного грунта при одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода за счет снижения вероятности образования грунтовой пробки из разрушенного грунта во внутренней полости трубопровода.
Указанная задача решена тем, что в устройстве для бестраншейной прокладке трубопроводов в грунте, включающем ножевую секцию с расположенным на ее заднем торце приспособлением для присоединения к переднему торцу прокладываемого трубопровода, установленный коаксиально с кольцевым зазором внутри ножевой секции полый расширитель, расположенные симметрично внутри ножевой секции радиальные ребра, концы каждого из которых жестко соединены соответственно с расширителем и с ножевой секцией, и механизм подачи, последний выполнен в виде размещенного во внутренней полости расширителя газогенератора с ориентированным в сторону внутренней полости прокладываемого трубопровода сопловым аппаратом и расположенных в соответствующих корпусах дополнительных газогенераторов с ориентированными в сторону внутренней полости трубопровода сопловыми аппаратами, при этом корпус каждого дополнительного газогенератора расположен внутри ножевой секции и жестко соединен с ней, а продольная ось каждого газогенератора проходит через плоскость симметрии соответствующего радиального ребра.
Корпус каждого дополнительного газогенератора выполнен с заостренной передней частью.
Корпус каждого дополнительного газогенератора жестко соединен с соответствующим радиальным ребром.
Продольные оси симметрии сопловых аппаратов основного и дополнительных газогенераторов расположены параллельно продольной оси симметрии ножевой секции.
Корпус каждого дополнительного газогенератора смещен относительно заднего торца расширителя по продольной оси ножевой секции в направлении к прокладываемому трубопроводу.
Ножевая секция жестко соединена с передним торцом прокладываемого трубопровода.
Устройство имеет дополнительный механизм подачи.
Дополнительный механизм подачи выполнен в виде группы газогенераторов с ориентированными в сторону, противоположную ножевой секции, сопловыми аппаратами и узла присоединения корпусов газогенераторов к заднему торцу прокладываемого трубопровода.
Узел присоединения корпусов газогенераторов дополнительного механизма подачи к заднему торцу прокладываемого трубопровода выполнен в виде кольцевого элемента, при этом корпуса газогенераторов расположены на нем равномерно по периметру и жестко с ним соединены.
Кольцевой элемент снабжен крыльями, симметричными относительно вертикальной плоскости симметрии, на которых также установлены газогенераторы или группы газогенераторов.
Кольцевой элемент жестко соединен с прокладываемым трубопроводом.
Продольные оси симметрии сопловых аппаратов газогенераторов дополнительного механизма подачи расположены параллельно продольной оси симметрии кольцевого элемента.
Дополнительный механизм подачи имеет расположенные в соответствующих корпусах дополнительные газогенераторы, которые размещены во внутренней полости прокладываемого трубопровода и жестко соединены с последним, при этом сопловые аппараты дополнительных газогенераторов дополнительного механизма подачи ориентированы в сторону, противоположную торцу прокладываемого трубопровода, на котором размещена ножевая секция.
Продольные оси симметрии сопловых аппаратов дополнительных газогенераторов дополнительного механизма подачи расположены к проходящей через продольную ось симметрии прокладываемого трубопровода плоскости под углом менее 90о.
Ножевая секция установлена с возможностью вращения относительно прокладываемого трубопровода вокруг продольной оси последнего.
Кольцевой элемент установлен с возможностью вращения относительно прокладываемого трубопровода вокруг продольной оси последнего.
Дополнительные газогенераторы дополнительного механизма подачи расположены группами, каждая из которых содержит по меньшей мере два газогенератора, при этом продольные оси симметрии сопловых аппаратов газогенераторов одной группы расположены симметрично относительно проходящей через продольную ось симметрии прокладываемого трубопровода плоскости и под углом менее 90о к последней.
Дополнительные газогенераторы дополнительного механизма подачи или группы дополнительных газогенераторов дополнительного механизма подачи смещены друг относительно друга по продольной оси прокладываемого трубопровода.
Дополнительные газогенераторы дополнительного механизма подачи или группы дополнительных газогенераторов дополнительного механизма подачи смещены друг относительно друга по периметру прокладываемого трубопровода.
Газогенератор выполнен в виде твердотопливного газогенератора.
Газогенератор выполнен в виде порохового газогенератора.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 4 - ножевая секция устройства для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте; на фиг. 5 - дополнительный механизм подачи устройства для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте; на фиг. 6 - схема расположения дополнительных газогенераторов дополнительного механизма подачи; на фиг. 7 - схема расположения дополнительных газогенераторов дополнительного механизма подачи группами.
Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте содержит ножевую секцию 1 с расположенным на ее заднем торце приспособлением для присоединения к переднему торцу прокладываемого трубопровода 2. На переднем торце ножевой секции может быть закреплен кольцевой нож 3. Приспособление для присоединения ножевой секции 1 к прокладываемому трубопроводу 2 может быть выполнено, например, в виде кольцевого выступа, который расположен на заднем торце ножевой секции 1 и размещается во внутренней полости прокладываемого трубопровода, или в виде соединительной муфты. Внутри ножевой секции 1 установлен коаксиально с кольцевым зазором полый расширитель 4 и радиальные ребра 5, концы каждого из которых жестко соединены соответственно с расширителем 4 и ножевой секцией 1. Механизм подачи выполнен в виде размещенного во внутренней полости расширителя 4 основного газогенератора 6 с ориентированным в сторону внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 сопловым аппаратом 7 и расположенных в соответствующих корпусах 8 дополнительных газогенераторов 9 с ориентированными в сторону внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 сопловыми аппаратами 10. Корпус 8 каждого дополнительного газогенератора 9 расположен внутри ножевой секции 1 и жестко соединен с последней. При этом продольная ось симметрии корпуса 8 каждого дополнительного газогенератора 9 проходит через продольную ось симметрии соответствующего радиального ребра 5, т. е. корпус 8 каждого дополнительного газогенератора 9 расположен симметрично относительно продольной оси симметрии соответствующего радиального ребра 5.
Для снижения сопротивления грунта при перемещении устройства в грунтовом массиве целесообразно корпус 8 каждого дополнительного газогенератора 9 выполнить с заостренной передней частью.
Для увеличения жесткости ножевой секции 1 предпочтительно корпус 8 каждого дополнительного газогенератора 9 механизма подачи жестко соединить с соответствующим радиальным ребром 5.
Для снижения вероятности отклонения устройства от проектной оси проходки продольные оси симметрии соплового аппарата 7 основного газогенератора и сопловых аппаратов 10 дополнительных газогенераторов 9 могут быть расположены параллельно продольной оси симметрии ножевой секции 1.
Для снижения сопротивления грунта перемещению устройства в грунтовом массиве и улучшения условий транспортировки разрушенного грунта по внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 корпус 8 каждого дополнительного газогенератора 9 целесообразно сместить относительно заднего торца расширителя 4, который выполняет функции корпуса основного газогенератора 6, по продольной оси ножевой секции 1 в направлении к прокладываемому трубопроводу 2, т. е. к заднему торцу ножевой секции 1 (см. фиг. 4).
Ножевая секция 1 может быть жестко соединена, например, посредством сварки с передним торцом прокладываемого трубопровода 2. Такое конструктивное выполнение устройства обеспечивает более точную прокладку трубопровода 2 по заданной проектной оси.
Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте может быть снабжено дополнительным механизмом подачи. Он может быть выполнен, например, в виде вибромолота или силовых цилиндров, которые установлены с возможностью взаимодействия с задним торцом прокладываемого трубопровода 2 для передачи последнему толкающего усилия.
Целесообразно дополнительный механизм подачи выполнить в виде размещенных в соответствующих корпусах 11 газогенераторов 12 с ориентированными в сторону, противоположную ножевой секции 1, сопловыми аппаратами 13 и узла присоединения корпусов 11 газогенераторов 12 к заднему торцу прокладываемого трубопровода 2. Ориентация сопловых аппаратов 13 газогенераторов 12 в одном направлении с сопловыми аппаратами 7 и 10 соответственно основного 6 и дополнительных 9 газогенераторов основного механизма подачи кроме создания дополнительного воздействия на прокладываемый трубопровод 2 в направлении перемещения устройства в грунтовый массив обеспечивает также снижение напряжений в трубопроводе 2, поскольку при воздействии основного механизма подачи на передний торец трубопровода 2 возникают растягивающие напряжения, которые компенсируются одновременным воздействием на задний торец прокладываемого трубопровода 2 дополнительным механизмом подачи.
Узел присоединения корпусов 11 газогенераторов 12 дополнительного механизма подачи к заднему торцу трубопровода 2 может быть выполнен например в виде специальных захватов или муфты, которые соединяют соответствующий корпус 11 с трубопроводом 2. Наиболее целесообразным является выполнение указанного выше узла в виде кольцевого элемента 14. В этом случае корпусы 11 газогенераторов 12 дополнительного механизма подачи расположены равномерно по периметру кольцевого элемента 14 (см. фиг. 3) и жестко соединены с последним, например, посредством сварки.
Для увеличения толкающего усилия, создаваемого дополнительным механизмом подачи, целесообразно снабдить его двумя или более группами газогенераторов 15, установленных на крыльях 16, симметрично расположенных относительно вертикальной плоскости симметрии трубопровода 2 и жестко прикрепленных к кольцу 14.
При этом также для обеспечения высокой точности прокладки трубопровода 2 по проектной оси трассы целесообразно продольные оси сопловых аппаратов 13 газогенераторов 12 дополнительного механизма подачи расположить параллельно продольной оси симметрии кольцевого элемента 14.
Для улучшения выноса разрушенного грунта из внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 в процессе перемещения последнего дополнительный механизм подачи может быть выполнен с расположенными в соответствующих корпусах дополнительными газогенераторами 17, которые размещены во внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 и жестко соединены с последним, например, разъемным болтовым соединением. При этом сопловые аппараты 18 дополнительных газогенераторов 17 дополнительного механизма подачи ориентированы в сторону, противоположную торцу трубопровода 2, на котором размещена ножевая секция 1, т. е. сопловые аппараты 18 дополнительных газогенераторов 17 и сопловые аппараты 13 основных газогенераторов 12 дополнительного механизма подачи ориентированы в одном направлении.
Для повышения эффективности транспортировки разрушенного грунта во внутренней полости трубопровода 2 целесообразно продольные оси симметрии сопловых аппаратов 18 дополнительных газогенераторов 17 дополнительного механизма подачи расположить к проходящей через продольную ось симметрии прокладываемого трубопровода 2 плоскости под углом менее 90о (см. фиг. 6). Такая ориентация сопловых аппаратов 18 позволяет создать во внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 вращающийся вокруг продольной оси трубопровода 2 двухфазный поток, который состоит из частиц разрушенного грунта и продуктов сгорания, истекающих из сопловых аппаратов 7, 10 и 18 соответствующих газогенераторов. Именно закручивание двухфазного потока во внутренней полости трубопровода 2 позволяет предотвратить образование грунтовой пробки в последнем, а также обеспечить более полную очистку трубопровода 2 от разрушенного грунта.
При таком конструктивном выполнении устройства является целесообразным осуществить развязку между прокладываемым трубопроводом 2 и соответственно ножевой секцией 1 и кольцевым элементом 14, поскольку вращение трубопровода 2 вокруг его продольной оси влечет за собой нежелательное вращение и ножевой секции 1, и кольцевого элемента 14. Для исключения такого явления целесообразно ножевую секцию 1 установить с возможностью вращения относительно прокладываемого трубопровода 2 вокруг продольной оси последнего. Такой вариант конструктивного выполнения устройства представлен на фиг. 4. При этом кольцевой элемент 14 также целесообразно установить с возможностью вращения относительно прокладываемого трубопровода 2 вокруг продольной оси последнего (см. фиг. 5).
Для улучшения транспортировки разрушенного грунта из внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 дополнительные газогенераторы 15 дополнительного механизма подачи могут быть расположены группами, каждая из которых содержит по меньшей мере два газогенератора (см. фиг. 7). При этом продольные оси симметрии сопловых аппаратов 18 газогенераторов 17 одной группы расположены симметрично относительно проходящей через продольную ось симметрии прокладываемого трубопровода 2 плоскости и под углом менее 90о к последней.
Целесообразно при большой протяженности прокладываемого трубопровода 2 дополнительные газогенераторы 17 или группы дополнительных газогенераторов 17 дополнительного механизма подачи расположить со смещением друг относительно друга по продольной оси прокладываемого трубопровода 2, т. е. рассредоточить их по длине трубопровода 2.
Дополнительные газогенераторы 17 дополнительного механизма подачи или группы дополнительных газогенераторов 17 дополнительного механизма подачи могут быть смещены друг относительно друга по периметру прокладываемого трубопровода 2, что позволяет более равномерно распределить газовый поток, транспортирующий разрушенный грунт, по площади поперечного сечения трубопровода 2.
Газогенератор для выработки рабочего агента может быть выполнен в виде жидкостного газогенератора или в виде твердотопливного газогенератора. Выполнение газогенератора в виде твердотопливного газогенератора является более предпочтительным, поскольку при таком конструктивном выполнении газогенератора отсутствует необходимость в подводящих магистралях для подачи топливных компонентов к газогенераторам. Наличие указанных подводящих магистралей может привести к сужению проходного сечения трубопровода 2 и, следовательно, к ухудшению условий транспортирования разрушенного грунта. Наиболее оптимальным является выполнение газогенератора в виде порохового газогенератора.
Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте работает следующим образом.
В предварительно отрытом рабочем котловане на направляющих размещают прокладываемый трубопровод 2 с присоединенной к его переднему торцу ножевой секцией 1. Затем с пульта управления осуществляют дистанционный запуск основного 6 и дополнительных 9 газогенераторов. Для этого с помощью запального приспособления воспламеняют твердотопливный (пороховой) заряд, который расположен во внутренней полости расширителя 4 и корпусах 8. При сгорании заряда образующиеся продукты сгорания истекают со сверхзвуковой скоростью из сопловых аппаратов 7 и 10 и создают тяговое усилие, которое заставляет перемещаться ножевую секцию 1 и соединенный с последней трубопровод 2 в направлении к грунтовому массиву. После разгона устройства до необходимой скорости ножевая секция 1 внедряется в грунт. Расширитель 4 и передний торец ножевой секции 1 с кольцевым ножом 3, врезаясь в грунт, под действием усилия механизма подачи частично уплотняют грунт в массив, а большую часть направляют в щель, образованную расширителем 4 и ножевой секцией 1. Поступающая в щель, образованную расширителем 4 и ножевой секцией, часть грунта разрезается радиальными ребрами 5 на отдельные части, которые частично подвергаются измельчению от воздействия истекающих из сопловых аппаратов 7 и 10 соответственно основного газогенератора 6 и дополнительных газогенераторов 9 механизма подачи скоростных струй продуктов сгорания порохового заряда. При этом образуется двухфазный поток из частиц разрушенного грунта и продуктов сгорания пороховых зарядов основного 6 и дополнительных 9 газогенераторов, который перемещается по внутренней полости прокладываемого трубопровода 2 к его заднему торцу и далее грунт поступает в рабочий котлован, откуда при необходимости удаляется.
При прокладке трубопровода 2 на большие расстояния или при производстве работ в плотных грунтах перед началом работ к заднему торцу прокладываемого трубопровода 2 присоединяют дополнительный механизм подачи в виде кольцевого элемента 14 с закрепленными на нем газогенераторами 12. При этом запуск газогенераторов основного и дополнительного механизмов подачи осуществляют одновременно. Работа устройства с дополнительным механизмом подачи не отличается от описанной. При этом следует отметить, что выходу разрушенного грунта из внутренней полости трубопровода 2 дополнительный механизм не препятствует, поскольку кольцевой элемент 14 не перекрывает проходное сечение прокладываемого трубопровода 2.
Дополнительные газогенераторы 17 дополнительного механизма подачи, которые размещены во внутренней полости прокладываемого трубопровода 2, запускаются либо одновременно с основными газогенераторами 12 дополнительного механизма подачи, либо с некоторой задержкой по времени. Дополнительные газогенераторы 17 дополнительного механизма подачи осуществляют как бы подпитку двухфазного потока, поступающего во внутреннюю полость трубопровода 2, дополнительно создают осевое усилие, перемещающее трубопровод в грунтовом массиве, и обеспечивают транспортировку разрушенной породы по всей длине трубопровода 2.
При ориентации сопловых аппаратов 18 дополнительных газогенераторов 17 дополнительного механизма подачи под углом к продольной оси симметрии прокладываемого трубопровода 2 (см. фиг. 6) возникает тангенциально направленная составляющая силы тяги, развиваемой газогенераторами 17, которая создает вращающий момент на прокладываемом трубопроводе 2. Под действием вращающего момента трубопровод 2 начинает вращаться вокруг своей продольной оси и скопляющийся на дне трубопровода грунт поднимается вверх и подхватывается струями продуктов сгорания, истекающими из сопловых аппаратов 18 газогенераторов 17. При этом вращение трубопровода 2 не передается на ножевую секцию 1 и на кольцевой элемент 14, поскольку предусмотрена развязка трубопровода 2 с указанными узлами (см. фиг. 4 и 5).
После выхода ножевой секции 1 в приемный котлован она отсоединяется от трубопровода 2 и может быть использована после заправки газогенераторов при строительстве другого перехода. (56) Руководство по проходке горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций. М. : Стройиздат, 1982, с. 59 и 60, рис. 32.
Авторское свидетельство СССР N 1399410, кл. E 02 F 5/18, 1988.
Сущность изобретения: устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте содержит ножевую секцию, полый расширитель, радиальные ребра и механизм подачи. Расширитель установлен коаксиально с кольцевым зазором внутри ножевой секции. Ребра жестко соединены с расширителем и ножевой секцией. Механизм подачи выполнен в виде основного газогенератора с сопловым аппаратом и дополнительных газогенераторов с сопловыми аппаратами. Основной газогенератор размещен во внутренней полости расширителя. Дополнительные газогенераторы размещены в соответствующих корпусах. Корпус каждого дополнительного газогенератора расположен внутри ножевой секции и жестко соединен с последней. Продольная ось симметрии корпуса каждого дополнительного газогенератора проходит через продольную ось симметрии соответствующего радиального ребра. 19 з. п. ф-лы, 7 ил.
