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

Изобретение относится к горной промышленности и к строительству, в частности к способам образования горизонтальных выработок в грунте, и может быть использовано при образовании горизонтальных скважин под препятствиями с одновременной прокладкой трубы-кожуха для размещения инженерных коммуникаций.

Известен способ образования скважин в грунте, согласно которому рабочий орган в виде трубы-кожуха внедряют в грунт приложением к его заднему торцу осевого усилия на определенное расстояние, а затем к его забойному концу с помощью каната подают желонку, которая под действием ударов вибромолота внедряется в заполнивший трубу-кожух грунтовый керн и забирает основную часть последнего. После этого желонку при помощи другого каната перемещают к заднему торцу трубы-кожуха, где под действием ударов вибромолота грунт высыпается через окна желонки на дно траншей по обе стороны трубы-кожуха [1]
К недостаткам этого способа относятся большую энергоемкость процесса образования скважины, которая обусловлена необоснованным увеличением затрат энергии на преодоление сил бокового и лобового сопротивления грунта внедрению рабочего органа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ образования скважин в грунте, согласно которому рабочий орган с открытым передним концом погружают в грунтовый массив приложением к нему ударной нагрузки с помощью закрепленного на заднем торце рабочего органа вибромолота, желонку с ударным механизмом по внутренней полости рабочего органа перемещают к забойной части рабочего органа, внедряют желонку в поступивший во внутреннюю полость рабочего органа грунтовый керн приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки, а после заполнения желонки грунтом ударный механизм желонки выключают, перемещают желонку по внутренней полости рабочего органа к разгрузочным окнам рабочего органа и осуществляют разгрузку желонки через разгрузочные окна рабочего органа приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки [2]
Согласно известной из /2/ технологии проведения работ при погружении рабочего органа в грунтовый массив ему с помощью вибромолота сообщают негармонические колебания, что позволяет снизить силы лобового и бокового сопротивления грунта и, следовательно, несколько снизить энергоемкость процесса образования скважины по сравнению с известной /1/ технологией. Однако использование двух самостоятельных ударных механизмов: одного для погружения рабочего органа в грунтовый массив и другого для забора грунтового керна желонкой и для разгрузки последней увеличивает длину рабочего котлована за счет необходимости размещения на заднем торце рабочего органа ударного механизма вибромолота. Увеличение длины рабочего котлована, из которого осуществляется образование выработки в грунте, ограничивает область применения известной /2/ технологии, особенно в условиях городской застройки, где габариты рабочего котлована ограничены. Кроме того при реализации известной /2/ технологии возрастают затраты на транспортировку применяемого оборудования за счет необходимости использования двух раздельных металлоемких приводов перемещения соответственно рабочего органа и желонки.

Цель изобретения расширение области применения способа образования скважин в грунте за счет сокращения длины рабочего котлована при одновременном снижении стоимости проводимых работ за счет сокращения затрат на транспортировку используемого при проведении работ оборудования.

Цель достигается тем, что в способе образования скважин в грунте, включающем погружение в грунтовый массив рабочего органа с открытым передним концом приложением к нему ударной нагрузки, перемещение желонки с ударным механизмом по внутренней полости рабочего органа к забойной части рабочего органа, внедрение желонки в поступивший во внутреннюю полость рабочего органа грунтовый керн приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки, выключение ударного механизма желонки после заполнения желонки грунтом, перемещение желонки по внутренней полости рабочего органа к разгрузочным окнам рабочего органа и разгрузку желонки через разгрузочные окна рабочего органа приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки, перед заполнением или разгрузкой желонки ее соединяют с рабочим органом, а погружение рабочего органа в грунтовый массив осуществляют одновременно с заполнением или разгрузкой желонки приложением к нему ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки.

На фиг. 1 изображена схема перемещения желонки к забойной части рабочего органа; на фиг. 2 схема забора грунта желонкой; на фиг. 3 схема перемещения желонки к разгрузочным окнам рабочего органа; на фиг. 4 схема разгрузки желонки с одновременным погружением рабочего органа в грунтовый массив; на фиг. 5 схема перемещения желонки к забойной части рабочего органа; на фиг. 6 схема забора грунта желонкой с одновременным погружением рабочего органа в грунтовый массив.

Согласно способа образования скважин в грунте желонку с ударным механизмом по внутренней полости рабочего органа перемещают к забойной части рабочего органа. Перед внедрением желонки в поступивший во внутреннюю полость рабочего органа грунтовый керн ее соединяют с рабочим органом и внедряют желонку в грунтовый керн приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки, и одновременно осуществляют погружение рабочего органа в грунтовый массив приложением к нему ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки. После заполнения желонки грунтом ударный механизм желонки выключают и перемещают желонку по внутренней полости рабочего органа к разгрузочным окнам рабочего органа. Перед разгрузкой желонки ее соединяют с рабочим органом и осуществляют разгрузку желонки через разгрузочные окна рабочего органа приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки. При этом одновременно с разгрузкой желонки осуществляют погружение рабочего органа в грунтовый массив приложением к нему ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки. При этом погружение рабочего органа в грунтовый массив осуществляют одновременно или с загрузкой желонки, или с разгрузкой желонки.

П р и м е р. В предварительно открытом рабочем котловане (на чертежах не показан) размещают рабочий орган 1, который может быть выполнен, например, в виде трубы-кожуха с открытым передним концом и с расположенными в ее задней части разгрузочными окнами (на чертежах не показаны). Для поддержания заданного направления перемещения рабочего органа 1, а следовательно и направления образования скважины, последний может быть размещен на установленной на дне рабочего котлована направляющей раме (на чертежах не показана). Во внутренней полости рабочего органа 1 размещают желонку 2 с закрепленным на ее заднем торце ударным механизмом 3, который может быть выполнен, например, в виде вибромолота или пневмоударника. Затем желонку 2 с ударным механизмом 3 по внутренней полости рабочего органа 1 перемещают к забойной части рабочего органа 1 (фиг. 1). Для перемещения желонки 2 может быть использована, например, расположенная в рабочем котловане тяговая лебедка (на чертежах не показана), которая посредством размещенного во внутренней полости рабочего органа 1 троса (на чертежах не показан) кинематически связана с желонкой 2. Желонка 2 может быть выполнена также самоходной, то есть установлена на приводных катках, обеспечивающих ее перемещение во внутренней полости рабочего органа 1 в прямом и обратном направлениях.

На данном этапе технологического цикла может быть осуществлено предварительное погружение рабочего органа 1 в грунтовый массив. Для этого после размещения желонки 2 во внутренней полости рабочего органа 1 желонку 2 соединяют с рабочим органом 1. Для осуществления указанной операции во внутренней полости рабочего органа 1 могут быть установлены утапливаемые упоры (на чертежах не показаны), посредством которых корпус желонки 2 жестко соединяют с рабочим органом 1, или, например, рабочий орган 1 и желонка 2 могут быть выполнены со сквозными радиальными каналами (на чертежах не показаны), в которых размещают закладочные элементы (на чертежах не показаны), обеспечивающие неподвижное (жесткое) соединение корпуса желонки 2 с рабочим органом 1. Затем включают ударный механизм 3 желонки 2. Ударная нагрузка, создаваемая ударным механизмом 3 желонки 2, передается через утапливаемые упоры или закладочные элементы на рабочий орган 1. Под действием ударной нагрузки рабочий орган 1 своим открытым передним концом погружается в грунтовый массив и грунт поступает во внутреннюю полость рабочего органа 1. Предпочтительно соединение желонки 2 с рабочим органом 1 осуществить в районе нахождения разгрузочных окон (на чертежах не показаны) рабочего органа 1, то есть в том месте рабочего органа 1, в котором находится желонка 2 при разгрузке ее грунтоприемной емкости от грунта. Необходимость выполнения указанной операции по предварительному погружению рабочего органа 1 в грунтовый массив появляется при ведении работ по образованию скважин в водонасыщенных грунтах. После предварительного погружения рабочего органа 1 в грунтовый массив и образования во внутренней полости рабочего органа 1 грунтового керна грунтовой пробки производят перемещение желонки 2 к забойной части рабочего органа 1.

После перемещения желонки 2 к забойной (передней) части рабочего органа 1 осуществляют внедрение желонки 2 в грунт. Для внедрения желонки 2 включают ударный механизм 3, который передает ударную нагрузку на желонку 2. Под действием ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом 3, желонка 2 погружается в грунтовый массив и ее грунтоприемная емкость по мере погружения желонки 2 заполняется грунтом. При этом в передней (забойной) части грунтоприемная емкость желонки 2 может быть оборудована уширенным кольцевым наконечником, исключающим обжатие грунтоприемной емкости желонки 2 грунтом, как при разработке грунтового массива, так и при разработке грунтового керна внутри рабочего органа 1.

Для поддержания постоянной длины грунтовой пробки во внутренней полости рабочего органа 1 одновременно с заполнением грунтоприемной емкости желонки 2 грунтом может быть осуществлено погружение рабочего органа 1 в грунтовый массив. Для этого перед заполнением грунтом грунтоприемной емкости желонки 2 последнюю соединяют с рабочим органом 1 с помощью установленных во внутренней полости рабочего органа 1 утапливаемых упоров (на чертежах не показаны), посредством которых корпус желонки 2 жестко соединяют с рабочим органом 1. Указанные упоры целесообразно разместить в забойной части рабочего органа 1. Расстояние между утапливаемыми упорами и передним торцом рабочего органа 1 выбирают из условия обеспечения необходимой длины грунтовой пробки, что есть определенного расстояния между передним торцом грунтоприемной емкости желонки 2 и передним торцом рабочего органа 1. Для соединения рабочего органа 1 с корпусом желонки 2 может быть использовано любое неподвижное разъемное соединение. Затем включают ударный механизм 3 желонки 2. Ударная нагрузка, создаваемая ударным механизмом 3 желонки 2, передается одновременно через утапливаемые упоры на желонку 2 и рабочий орган 1. Под действием ударной нагрузки происходит одновременное заполнение грунтом грунтоприемной емкости желонки 2 и погружение в грунтовый массив рабочего органа 1, то есть происходит совместное перемещение желонки 2 и рабочего органа 1.

После заполнения грунтоприемной емкости желонки 2 грунтом ударный механизм 3 желонки 2 отключают и с помощью, например, расположенной в рабочем котловане второй тяговой лебедки (на чертежах не показана), трос которой кинематически связан с желонкой 2, последнюю перемещают по внутренней полости рабочего органа 1 к его разгрузочным окнам, то есть к заднему торцу рабочего органа 1. Перемещение желонки 2 к разгрузочным окнам рабочего органа 1 может быть осуществлено реверсированием приводных катков в случае выполнения желонки 2 самоходной. Перед разгрузкой грунтоприемной емкости желонки 2 ее корпус соединяют разъемным неподвижным соединением с рабочим органом 1. Для осуществления указанной операции во внутренней полости рабочего органа 1 могут быть установлены утапливаемые упоры, посредством которых корпус желонки 2 жестко соединяют с рабочим органом 1, или рабочий орган 1 и желонка 2 могут быть выполнены со сквозными радиальными каналами, в которых размещают закладочные элементы, обеспечивающие неподвижное соединение корпуса желонки 2 с рабочим органом 1. Затем включают ударный механизм 3 желонки 2. Ударная нагрузка, создаваемая ударным механизмом 3 желонки 2, передается одновременно через утапливаемые упоры или закладные элементы на желонку 2 и рабочий орган 1. То есть на данном этапе технологического цикла используются те же приемы и механизмы, как и при проведении работ по предварительному погружению рабочего органа 1 в грунтовый массив. Под действием ударной нагрузки рабочий орган 1 погружается в грунтовый массив и грунт заполняет переднюю часть внутренней полости рабочего органа 1. Одновременно с погружением рабочего органа 1 в грунтовый массив под действием ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом 3 желонки 2, происходит разгрузка грунтоприемной емкости желонки 2 от грунта. Под действием ударов ударного механизма 3 желонки 2 грунт из внутренней полости грунтоприемной емкости желонки 2 высыпается через окна (на чертежах не показаны) желонки 2 и разгрузочные окна рабочего органа 1 на дно рабочего котлована по обе стороны от рабочего органа 1. После погружения рабочего органа 1 на необходимую величину и разгрузки грунтоприемной емкости желонки 2 от грунта ударный механизм 3 желонки 2 выключают и рассоединяют желонку 2 и рабочий орган 1 путем вывода утапливаемых упоров из взаимодействия с удерживаемым элементом или путем извлечения закладных элементов из соответствующих сквозных радиальных каналов. Затем с помощью тяговой лебедки или с помощью привода ходовой части желонки 2 последнюю перемещают по внутренней полости рабочего органа 1 к его забойной части и внедряют желонку 2 в поступивший во внутреннюю полость рабочего органа 1 грунтовый керн приложением к желонке 2 ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом 3 желонки 2. В дальнейшем операции повторяют в вышеуказанной последовательности до погружения рабочего органа 1 в грунтовый массив на глубину, равную проектной длине образуемой скважины. После окончания работ рабочий орган 1 может быть либо извлечен в рабочий или приемный котлован, либо оставлен в образованной скважине и использован в качестве обсадной трубы или кожуха-футляра для прокладываемых инженерных коммуникаций.

Таким образом процесс образования скважины в грунте состоит из отдельных, периодически повторяющихся циклов, в которых каждое внедрение в грунтовый массив рабочего органа 1 на длину, равную 1 5 его диаметров, с одновременным заполнением грунтом желонки 2 или с разгрузкой желонки 2 от грунта чередуется с выбором грунтового керна желонкой 2. При необходимости в забойной части рабочего органа 1 всегда может остаться грунтовая пробка длиной 1-3 диаметра рабочего органа 1, исключающая отбор лишнего грунта и тем самым возможность образования пустот в грунтовом массиве, вызывающих осадку поверхности.

При необходимости возможно использование технологии образования скважины, при которой погружение рабочего органа 1 в грунтовый массив осуществляют одновременно с заполнением желонки 2 грунтом и с разгрузкой желонки 2 приложением к рабочему органу 1 ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом 3 желонки 2.

Сущность изобретения: согласно способу образования скважин в грунте рабочий орган с открытым передним концом погружают в грунтовый массив приложением к нему ударной нагрузки. Желонку с ударным механизмом по внутренней полости рабочего органа перемещают к забойной части рабочего органа. Затем внедряют желонку в поступивший во внутреннюю полость рабочего органа грунтовый керн приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ее ударным механизмом, и после заполнения желонки грунтом ударный механизм желонки выключают. Перемещают желонку к разгрузочным окнам рабочего органа и осуществляют разгрузку желонки приложением к ней ударной нагрузки, создаваемой ее ударным механизмом. При этом перед заполнением желонки или перед ее разгрузкой желонку соединяют с рабочим органом, а погружение рабочего органа в грунтовой массив осуществляют одновременно с заполнением желонки грунтом или с разгрузкой желонки приложением к нему ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки. 6 ил.

СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, согласно которому рабочий орган с открытым передним концом погружают в грунтовый массив приложением к нему ударной нагрузки, желонку с ударным механизмом по внутренней полости рабочего органа перемещают к забойной части рабочего органа, внедряют желонку в поступивший во внутреннюю полость рабочего органа грунтовый керн приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки, а после заполнения желонки грунтом ударный механизм желонки выключают, перемещают желонку по внутренней полости рабочего органа к разгрузочным окнам рабочего органа и осуществляют разгрузку желонки через разгрузочные окна рабочего органа приложением к желонке ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки, отличающийся тем, что перед заполнением желонки грунтом или перед разгрузкой желонки ее соединяют с рабочим органом, а погружение рабочего органа в грунтовый массив осуществляют одновременно с заполнением желонки грунтом или с разгрузкой желонки приложением к нему ударной нагрузки, создаваемой ударным механизмом желонки.