СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 1995 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бестраншейной прокладке подземных трубопроводов, и может быть использовано при образовании облицованных скважин закрытым способом под действующими инженерными сооружениями.

Известен способ формирования трубопроводов в грунте, включающий проходку скважины и заполнение ее материалом, из которого формируют стенки трубопровода при повторном проходе проходческого приспособления [1]
Известная из /1/ технология ведения работ предусматривает изготовление обделочного слоя скважины из полусухой смеси цемента с песком или асбестом. При образовании скважин в обводненных грунтах не исключено переувлажнение обделочного материала за счет поступления избыточного количества влаги из окружающего массива или при достаточно большой протяженности образуемой скважины не исключено высыхание обделочного материала за счет поглощения влаги окружающим массивом. При этом в обоих случаях недостатком известной технологии является низкая эффективность закрепления стенок образуемой скважины, обусловленная недостаточной прочностью обделочного слоя скважины, которая вызвана отклонением свойств обделочного материала от расчетных.

Наиболее близким к предлагаемому является способ образования скважин в грунте, согласно которому по проектной оси образуют пионерную скважину, во внутреннюю полость скважины подают обделочный материал и с помощью формующего приспособления формируют обделочный слой скважины [2]
При реализации известной из /2/ технологии пионерную скважину заполняют обделочным материалом по всей длине проходки и по мере перемещения формующего приспособления по пионерной скважине осуществляют формирование обделочного слоя скважины. Однако при большой протяженности образуемой скважины по мере формирования обделочного слоя расположенный во внутренней полости пионерной скважины обделочный материал теряет свои свойства (засыхает), что приводит к изменению толщины обделочного слоя по длине скважины и, следовательно, к снижению качества формируемого обделочного слоя. При этом частичное засыхание обделочного материала в скважине приведет к нарушению целостности обделочного слоя скважины.

Цель изобретения повышение качества формируемого обделочного слоя образуемой скважины.

Цель достигается тем, что в способе образования скважин в грунте, согласно которому по проектной оси образуют пионерную скважину, во внутреннюю полость скважины подают обделочный материал и с помощью формующего приспособления формируют обделочный слой скважины, после образования пионерной скважины с помощью рабочего органа осуществляют расширение участка пионерной скважины, при этом в начале расширенного участка пионерной скважины размещают формующее приспособление, а подачу обделочного материала производят во внутреннюю полость расширенного участка пионерной скважины между формующим приспособлением и рабочим органом после окончания расширения участка пионерной скважины, причем после заполнения внутренней полости расширенного участка пионерной скважины подачу обделочного материала прекращают и осуществляют формирование обделочного слоя скважины на расширенном участке пионерной скважины перемещением формующего приспособления в направлении к рабочему органу.

Цель достигается и тем, что при перемещении формующего приспособления в направлении к рабочему органу к формующему приспособлению прикладывают вибрационную нагрузку; кроме того тем, что перед формированием обделочного слоя скважины на расширенном участке пионерной скважины рабочий орган смещают назад по расширенному участку пионерной скважины, затем осуществляют перемещение формующего приспособления в направлении к рабочему органу.

Кроме того тем, что одновременно с перемещением формующего приспособления по расширенному участку пионерной скважины для формирования обделочного слоя скважины рабочий орган перемещают в том же направлении, при этом скорость перемещения рабочего органа поддерживают меньшей, чем скорость перемещения формующего приспособления.

Согласно способу образования скважин в грунте по проектной оси образуемой скважины проходят пионерную скважину, диаметр которой меньше диаметра образуемой скважины. Затем с помощью рабочего органа осуществляют расширение отдельного участка пионерной скважины до проектного диаметра. В начале расширенного участка пионерной скважины размещают формующее приспособление. После окончания расширения участка пионерной скважины во внутреннюю полость расширенного участка пионерной скважины между формующим приспособлением и рабочим органом подают обделочный материал. После заполнения внутренней полости расширенного участка пионерной скважины подачу обделочного материала прекращают и осуществляют формирование обделочного слоя скважины на расширенном участке пионерной скважины перемещением формующего приспособления по расширенному участку пионерной скважины в направлении к рабочему органу. После образования обделочного слоя скважины на расширенном участке пионерной скважины осуществляют расширение пионерной скважины на смежном участке перемещением по последнему рабочего органа.

При этом целесообразно при перемещении формующего приспособления в направлении к рабочему органу к формующему приспособлению прикладывать вибрационную нагрузку, что позволяет осуществлять дополнительное уплотнение обделочного материала в процессе образования обделочного слоя скважины, что улучшает качество и повышает прочность формируемого обделочного слоя образуемой скважины.

Для образования обделочного слоя скважины одинаковой толщины по всей длине образуемой скважины предпочтительно перед формированием обделочного слоя скважины на расширенном участке пионерной скважины рабочий орган сместить по расширенному участку пионерной скважины в направлении к формующему приспособлению, а после этого осуществить перемещение формующего приспособления в направлении к рабочему органу.

Целесообразно для образования обделочного слоя скважины равномерной толщины одновременно с перемещением формующего приспособления по пионерной скважине для формирования обделочного слоя скважины осуществлять перемещение рабочего органа в том же направлении со скоростью меньшей, чем скорость перемещения формующего приспособления.

На фиг. 1 изображена схема процесса расширения скважины; на фиг. 2 схема процесса заполнения расширенного участка пионерной скважины обделочным материалом; на фиг. 3 схема процесса формирования обделочного слоя скважины на расширенном участке пионерной скважины; на фиг. 4 схема процесса расширения смежного участка пионерной скважины.

П р и м е р. В конечных пунктах трассы образуемой скважины отрывают соответственно рабочий котлован 1 и приемный котлован 2, которые затем обустраивают. Из рабочего котлована 1 по проектной оси образуемой скважины проходят пионерную скважину 3. Пионерная скважина 3 может быть образована, например, с помощью пневмопробойника (на чертежах не показан), с помощью рабочего органа грунтопрокалывающей установки (не показана) или с помощью раскатчика грунта (не показан). После образования пионерной скважины 3 с помощью рабочего органа 4 осуществляют расширение пионерной скважины 3 до проектного диаметра образуемой скважины на локальном участке пионерной скважины 3. Целесообразно выбрать длину локального участка пионерной скважины 3-кратной общей длине образуемой скважины. В качестве рабочего органа 4 для расширения пионерной скважины 3 может быть использован, например, раскатчик грунта, привод которого осуществляют через расположенную во внутренней полости пионерной скважины 3 штангу 5. При этом штанга 5 кинематически связана с расположенным в приемном котловане 2 вращателем 6, который установлен с возможностью принудительного перемещения по раме 7 с помощью механизма подачи (не показан), например в виде гидроцилиндра. В качестве рабочего органа 4 для расширения пионерной скважины 3 могут быть использованы пневмопробойник с расширителем (не показан) или рабочий орган грунтопрокалывающей установки (не показана). После расширения участка пионерной скважины 3 или одновременно с расширением пионерной скважины 3 в начале расширенного участка пионерной скважины 3 размещают формующее приспособление 8, которое может быть выполнено, например, в виде тела вращения с хвостовой частью цилиндрической формы. При этом наружный диаметр хвостовой части формующего приспособления 8 соответствует внутреннему диаметру проходного сечения обделки образуемой скважины. Формующее приспособление 8 кинематически связано с расположенным в рабочем котловане 1 механизмом 9 подачи, который может быть выполнен, например, в виде силового гидроцилиндра, шток которого через нажимную штангу 10 соединен с формующим приспособлением 8. Механизм 9 подачи осуществляет перемещение формующего приспособления 8. Затем из емкости 11 для размещения обделочного материала с помощью подающей станции 12 по расположенному в канале формующего приспособления 8 материалопроводу 13 обделочный материал подают в полость 14, образованную стенками расширенного участка пионерной скважины 3, задним торцом рабочего органа 4 и передним торцом формующего приспособления 8. Обделочный материал, например цементный раствор, подают в полость 14 под невысоким давлением и после заполнения полости 14 расширенного участка пионерной скважины 3 подачу обделочного материала прекращают. Затем с помощью механизма 9 подачи осуществляют перемещение формующего приспособления 8 по расширенному участку пионерной скважины 3 в направлении к рабочему органу 4, осуществляя формирование обделочного слоя скважины на расширенном участке пионерной скважины 3. При этом под действием напорного усилия, создаваемого формующим приспособлением 8, давление обделочного материала в полости 14 увеличивается и под действием распирающих усилий, воздействующих на обделочный материал, формируется обделочный слой скважины, который окончательно калибруется хвостовой частью формующего приспособления 8. Для обеспечения более точного центрирования формующего приспособления 8 относительно стенок расширенного участка пионерной скважины 3 рабочий орган 4 и формующее приспособление 8 могут быть кинематически связаны между собой направляющими (не показаны). Для предотвращения вытеснения обделочного материала из полости 14 при перемещении формующего приспособления 8 в материалопроводе 13 может быть установлен клапан 15, который может быть выполнен, например, в виде обратного клапана. Для обеспечения перемещения формующего приспособления 8 по всей длине расширенного участка пионерной скважины 3 и для обеспечения формирования обделочного слоя скважины одинаковой толщины на всем участке формирования внутренняя полость 14 может быть сообщена посредством дополнительного материалопровода через напорный клапан 16 с емкостью 11 для размещения обделочного материала. Напорный клапан 16 обеспечивает поддержание в полости 14 определенной величины давления обделочного материала по мере перемещения формующего приспособления 8 по расширенному участку пионерной скважины 3, а постоянное давление обделочного материала в полости 14 обеспечивает постоянную толщину обделочного слоя скважины на формируемом участке. При достижении давления обделочного материала в полости 14 при перемещении формующего приспособления 8 определенной величины, при которой обеспечивается формирование обделочного слоя проектной величины, напорный клапан 16 срабатывает и соединяет полость 14 с емкостью 11 для размещения обделочного материала. По дополнительному материалопроводу через напорный клапан 16 обделочный материал поступает из полости 14 в емкость 11, давление в полости 14 падает и напорный клапан 16 закрывается, изолируя полость 14 от емкости 11. После образования обделочного слоя на расширенном участке пионерной скважины подачу формующего приспособления прекращают и перемещением рабочего органа 4 по пионерной скважине 3 осуществляют расширение смежного участка пионерной скважины 3. Затем вышеуказанные приемы повторяют и осуществляют формирование обделочного слоя скважины на смежном расширенном участке пионерной скважины 3. Таким образом последовательно отдельными смежными участками осуществляют формирование обделочного слоя по всей длине образуемой скважины.

По мере необходимости, в зависимости от свойств грунта и используемого обделочного материала при формировании обделочного слоя скважины к формующему приспособлению 8 может быть приложена вибрационная нагрузка. Для этого во внутренней полости формующего приспособления 8 может быть установлен вибратор направленного действия (не показан). Под действием вибрационной нагрузки формующее приспособление 8 совершает колебания в заданном направлении, осуществляя дополнительное уплотнение грунта и обделочного материала, улучшая качество и повышая прочность формируемого обделочного слоя скважины.

Поскольку напорный клапан 16 в процессе эксплуатации может быть засорен из-за абразивных свойств обделочного материала, то постоянная толщина обделочного слоя по длине скважины может быть обеспечена следующими технологическими приемами. Для этого после расширения участка пионерной скважины 3 до проектного диаметра рабочий орган 4 смещают с помощью штанги 5 в направлении к рабочему котловану 1 по расширенному участку пионерной скважины, а затем полость 14 заполняют обделочным материалом. При перемещении формующего приспособления 8 по расширенному участку пионерной скважины 3 давление обделочного материала в полости 14 поддерживается за счет перемещения рабочего органа 4 по расширенному участку пионерной скважины 3 под действием давления обделочного материала на задний торец рабочего органа 4.

Постоянство толщины обделочного слоя по длине скважины может быть обеспечено одновременным перемещением формующего приспособления 8 по пионерной скважине для формирования обделочного слоя скважины и рабочего органа 4 в том же направлении. При этом перемещение рабочего органа 4 осуществляют с меньшей скоростью, чем скорость перемещения формующего приспособления 8 в том же направлении.

Сущность изобретения: согласно способа образования скважин в грунте по проектной оси проходят пионерную скважину и с помощью рабочего органа расширяют участок пионерной скважины. В начале расширенного участка пионерной скважины размещают формующее приспособление. Во внутреннюю полость расширенного участка пионерной скважины между рабочим органом и формующим приспособлением подают обделочный материал. После заполнения внутренней полости расширенного участка пионерной скважины обделочным материалом осуществляют формирование обделочного слоя скважины перемещением формующего приспособления в направлении к рабочему органу. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, согласно которому по проектной оси образуют пионерную скважину, во внутреннюю полость скважины подают обделочный материал и с помощью формующего приспособления формируют обделочный слой скважины, отличающийся тем, что после образования пионерной скважины с помощью рабочего органа расширяют участок пионерной скважины, при этом в начале расширенного участка пионерной скважины размещают формующее приспособление, а подачу обделочного материала осуществляют во внутреннюю полость расширенного участка пионерной скважины между формующим приспособлением и рабочим органом после окончания расширения участка пионерной скважины, причем после заполнения внутренней полости расширенного участка пионерной скважины подачу обделочного материала прекращают и формируют обделочный слой скважины на расширенном участке пионерной скважины перемещением формующего приспособления в направлении к рабочему органу. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при перемещении формующего приспособления для формирования обделочного слоя скважины к нему прикладывают вибрационную нагрузку. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед заполнением внутренней полости расширенного участка пионерной скважины обделочным материалом рабочий орган смещают по расширенному участку пионерной скважины в направлении к формующему приспособлению. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что одновременно с перемещением формующего приспособления по расширенному участку пионерной скважины для формирования обделочного слоя скважины осуществляют перемещение рабочего органа по смежному участку пионерной скважины в том же направлении. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что перемещение рабочего органа по смежному участку пионерной скважины осуществляют со скоростью, меньшей скорости перемещения формующего приспособления.