СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА В ГРУНТЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к строительной технике, а в частности, к способу бестраншейной прокладки трубопровода в грунте и устройству для его реализации и могут быть применены для прокладки труб-кожухов, в которые помещают различного рода коммуникации.

В настоящее время широко известны способы прокладки трубопроводов в грунте, включающие забивание в грунт трубы открытым торцем, очистку ее внутренней полости желонированием самоходным устройством ударного действия (см. например, Х. Б. Ткач, В.В. Григоращенко, В.В. Климашко "Прокладка трубопроводов под дорогами с помощью пневмопробойников". Передовой опыт в строительстве. Минстрой. Ярославль. 1976, N 10). Недостатком известных способов прокладки трубопроводов в грунте является циклическая очистка внутренней его полости от грунта.

Широко известны различной конструкции желонки, предназначенные для циклической очистки внутренней полости трубы, см. например, а.с. 1507925, содержащее ударный узел, служащий приводом, и цилиндрическую капсулу. Недостатками известных конструкций является: а) цикличность процесса очистки; б) малая скорость движения устройства в режиме прямого хода до забоя, что вызвано существенным влиянием сил отдачи при малой силе трения, предназначенной для компенсации отдачи; в) малая производительность процесса, связанная с перечисленными выше факторами.

Известны способ бестраншейной прокладки трубопроводов и устройство для его осуществления (а.с. N 1392213, кл. E 02 F 5/18, 1988), взятое в качестве наиболее близкого аналога. Согласно данному способу трубу погружают с открытым передним торцом в грунт за счет одновременного воздействия статического и динамического усилий, затем осуществляют очистку внутренней полости от грунта путем проходки продольной полости (скважины) на всю длину трубы.

Задачей, решаемой предлагаемым техническим решениям, является повышение эффективности процесса за счет непрерывности процесса очистки внутренней полости трубопровода. Такая операция позволяет осуществлять очистку трубы при использовании небольшой мощности привода очистителя.

Это достигается за счет того, что увеличение диаметра продольной полости осуществляют протягиванием сквозь нее очистителей, которые закрепляют друг за другом посредством тяги. Такая операция позволяет уменьшить вспомогательные работы, связанные с закреплением очистителей различного диаметра, т. к. эту операцию можно выполнить заранее до начала работ, что увеличит производительность в процессе самой очистки.

Целесообразно также последовательно увеличивать диаметр продольной полости в забитой трубе протягиванием очистителя грунта вдоль трубы по меньшей мере два раза. Такая операция позволяет осуществлять очистку трубы при использовании небольшой мощности привода очистителя.

Целесообразно закрепление последующего очистителя с большим диаметром осуществлять на расстоянии, равном длине забиваемой трубы. Такая операция позволяет при использовании многократных проходок ограничиться небольшой мощностью привода и одновременно уменьшить вспомогательные операции, связанные с закреплением очистителей различного диаметра в процессе очистки.

Целесообразно перед протяжкой очистителя увлажнить грунт в трубе. Эта операция уменьшит силу трения грунта о поверхность трубы, что, в конечном счете, уменьшит энергоемкость процесса и, использовать привод с неизменной мощностью.

Целесообразно задний торец забитой в грунт трубы герметизировать и в образованную между очистителем и герметизированным торцем полость закачивать рабочую среду в виде жидкости или газа. Такое выполнение операции повышает эффективность очистки внутренней полости трубы, и, следовательно, ускоряет процесс прокладки коммуникации.

Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, содержащее ударный узел и переходник, снабжено тросом с лебедкой, причем трос прикреплен к ударному узлу, а лебедка с закрепленным к ней другим концом троса смонтирована с другой стороны забиваемой трубы, причем трос размещен в трубе. Такое выполнение конструкции обеспечивает реализацию способа бестраншейной прокладки трубопровода, т. е. лебедка создает дополнительное усилие, препятствующее перемещению трубы от забоя и удерживающее ударный узел в постоянном контакте с задним торцем забиваемой трубы.

Целесообразно трос выполнять с дополнительными креплениями, размещенными на расстоянии друг от друга по оси, к которым закреплены очистители, причем у каждого последующего очистителя диаметр превышает предыдущий. Такое выполнение конструкции обеспечивает повышение производительности процесса очистки трубы от заполненного грунта, т.к. исключается вспомогательное время, связанное с подачей очистителя на забой.

Целесообразно гибкую тягу выполнять замкнутой и часть ее размещать вне забитой трубы. Такое выполнение конструкции обеспечивает непрерывность процесса очистки.

Совокупность заявляемых признаков является, по мнению авторов, новой и существенной, т.к. обеспечивает решение поставленной задачи.

На фиг. 1 показана операция по проходке пионерной скважины; на фиг.2 - забивка с одновременным затягиванием трубы в грунт; на фиг. 3 - взаимоположение элементов конструкции после прокладки трубы в грунте; на фиг. 4 операция по проходке продольной полости (скважины) в грунте; фиг. 5-6 - двухкратная проходка продольной полости последовательными проходками очистителями разных диаметров и параллельными проходками; на фиг. 7 операция по увлажнению грунта; на фиг. 8 операция по очистке трубы от грунта рабочей средой (сжатым воздухом).

По обе стороны проходки (фиг. 1) откапывают приямки 1,2, между которыми обычно размещаются автодорога или железнодорожное полотно 3. Из одного приямка 1 осуществляют любым из известных способов проходку пионерной скважины 4 небольшого диаметра. Наиболее целесообразно осуществить проходку пневмопробойником 5. В настоящее время этот механизм широко применяется для проходки скважины в грунте путем радиального его уплотнения ударным способом. После этого устанавливают трубу 6 (фиг. 2). В приямке 1 и сквозь нее и пионерную скважину протягивают трос 7, один конец которого закреплен к лебедке 8, монтированной в приямке 2. Затем другой конец троса 7 закрепляют к ударному узлу, в качестве которого можно использовать пневмопробойник 5.

На переднюю часть ударного узла 5 смонтирована втулка 9, которая своим передним торцем контактирует с задним торцем трубы. Следующей операцией является натяжение троса 7 лебедкой 8. При включении ударного узла 5 он начнет наносить удары по трубе 6. За счет одновременного воздействия ударных импульсов и статического воздействия усилия, создаваемого тросом 7 с лебедкой 8, труба 6 будет проложена в грунте (фиг. 3). Силы отдачи, возникающие от работы ударного узла 5 и от упругих свойств грунта, будут компенсироваться статической силой, создаваемой тросом 7. Для уменьшения силы трения грунта о поверхность трубы 6 на внешней и внутренней ее поверхности в передней части трубы выполнены выступы 11, 12. Кольцевой выступ 11 обеспечивает образование полости в грунте большого диаметра, чем диаметр проталкиваемой в грунт трубы 6, поэтому часть поверхности трубы 6 не будет контактировать с грунтом, что и уменьшает силу трения. Выполнение внутреннего кольцевого выступа 12 исключает переуплотнение грунта внутри трубы 6, что будет способствовать повышению эффективности последующих операций. Не исключено использование одного из двух выступов 11, 12.

Следующей операцией является отсоединение ударного узла 5 от проложенной в грунте трубы 6. В силу того, что втулка 9 контактирует с трубой 6 торцевой поверхностью, с одной стороны, не происходит радиального деформирования трубы 6, а, с другой стороны, не происходит заклинивание трубы 6 с втулкой 9, поэтому при ослаблении троса 7 и его отсоединения от ударного узла 5 происходит самопроизвольный демонтаж ударного узла 5 с втулкой 9 от забитой трубы 6. Возможно жесткое закрепление втулки 9 на ударном узле 5. В этом случае они вместе будут использоваться в качестве единого устройства для погружения трубы в грунт.

Следующей операцией будет присоединение к тросу 7 очистителя 13 (фиг. 4). Он может иметь диаметр близкий к диаметру внутренней полости проложенной в грунте трубы 6. В этом случае очистка трубы 6 от грунта произойдет за один проход, для чего необходимо лебедкой 8 протащить очиститель 13 сквозь трубу 6. Двигаясь вперед очиститель 13 вытолкнет грунт из трубы 6. В случае большой длины трубы 6 и сравнительно маломощной лебедки 8 очистка ее внутренней полости может осуществляться за несколько проходок (фиг. 5,6). Возможны два варианта. Сначала проходится скважина небольшого диаметра, а затем параллельно ей вторая скважина такого же диаметра (фиг. 5), либо последовательным расширением одной скважины (фиг. 6). В последнем случае сначала протягивается очиститель 13 с небольшим диаметром, к нему на некотором расстоянии при помощи гибкой тяги закрепляется другой очиститель 13 большего диаметра (фиг. 6). Целесообразно подбирать соотношение диаметров очистителя таковым, чтобы их поверхность, взаимодействующая с грунтом, была одинаковой, при этом сила, создаваемая сопротивлением грунта, соответствовала бы максимальной тяге лебедки 8.

При этом расстояние между двумя закрепленными к тросу 7 очистителями 12 и 13 должно соответствовать длине проложенной в грунте трубы 6. При очистке длинных труб 6 большого диаметра можно использовать несколько (больше двух) очистителей. Если мощность лебедки 8 большая, то очистители могут быть расположены близко друг от друга, при малой мощности они должны быть расположены на расстоянии соответствующем длине прокладываемой трубы 6. Для уменьшения силы сопротивления со стороны грунта целесообразно до операции по очистке трубы от грунта увлажнить последний (фиг. 7). В этом случае сам грунт становится менее прочным, что уже уменьшает сопротивления, кроме того уменьшается сила трения о внутреннюю поверхность трубы 6, что в еще большей степени снижает силу сопротивления со стороны грунта.

В последнем случае целесообразно использовать в качестве рабочей среды жидкость, которая с одной стороны, будет создавать усилие, направленное на вытеснение грунта из трубы 6, а с другой уменьшить силу трения грунта о поверхность трубы.

Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода 6 в грунте, содержащее ударный узел 5 и втулку 9, снабжено тросом 7 с лебедкой 8, причем трос прикреплен к ударному узлу 5, а лебедка 8 с закрепленным к ней другим концом троса 7 смонтирована с другой стороны забиваемой трубы 6, причем трос 7 размещен в трубе 6.

Кроме того, трос 7 выполнен с дополнительными креплениями, размещенными на расстоянии друг от друга по оси, к которым закреплены очистители 12, 13, причем у каждого последующего очистителя 13 диаметр превышает предыдущий. Гибкая тяга 7 размещается вне уложенной в грунт трубы 6 и внутри ее (фиг. 6).

Принцип работы данного устройства заключается в том, что трос 7 протягивает сквозь забиваемую трубу 6 и пионерную скважину 4 и закрепляют к ударному узлу 5 и лебедке 8. Включая ударный узел 5 наносят удары по трубе 6 и одновременно натягивают трос 7. После внедрения трубы 6 в грунт к тросу 7 закрепляют очиститель 13 и протягивают его сквозь забитую трубу 6, тем самым очищая ее внутреннюю полость от грунта. Если длина и диаметр забитой трубы 6 в грунт большая, то для уменьшения силы трения осуществляют многократную проходку.

Целесообразно использовать рабочую среду (сжатый воздух или жидкость) для повышения эффективности процесса очистки (фиг. 7). В этом случае образуют в трубе полость, для чего герметизируют торец забитой трубы 6 приваркой фланца 14, имеющего канал 15 для подачи рабочей среды. В образованную полость 16, находящуюся между фланцем 14 и очистителем 13, подается, например, сжатый воздух. При этом возникает дополнительное усилие, действующее на очиститель 13, которое равно произведению давления сжатого воздуха на площадь очистителя 13. В итоге грунт из трубы 6 будет вытесняться силой, равной тяге лебедки 8 плюс равнодействующей от давления рабочей среды.

Сопротивления при очистке полости трубы от грунта уменьшают за счет нескольких проходок либо одним диаметром очистителя, но параллельно пройденной первоначально полости (фиг. 5), либо осуществляют последовательное расширение полости за счет многократного (более одного раза) протягивания сквозь нее очистителя 13 с увеличенным диаметром (фиг. 6). В последнем случае для уменьшения мощности привода закрепляют последующие расширители (очистители) 13 на расстоянии друг от друга равным длине забитой в грунт трубы 6.

Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте и устройство для его реализации предназначены для строительства переходов под дорогами под различного рода коммуникации. Способ включает операции по погружению в грунт трубы с открытым передним торцем с последующей очисткой ее полости от грунта при этом последнюю операцию осуществляют проходкой продольной полости (скважины) на всю длину проходки путем протягивания сквозь нее очистителей, которые закрепляют друг за другом посредством тяги. Устройство для реализации способа содержит ударный узел, втулку и оно снабжено тросом с лебедкой, причем трос прикреплен к ударному узлу, а лебедка с закрепленным к ней другим концом троса смонтирована с другой стороны забиваемой трубы, причем трос размещен в трубе. Предложенные способ и устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте позволяют повысить эффективность проходки за счет уменьшения вспомогательных работ, связанный с цикличностью очистки. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, включающий погружение трубы с открытым передним торцом в грунт за счет одновременного воздействия динамического и статического усилий с последующей очисткой внутренней полости трубы от грунта, осуществляемой проходкой продольной полости (скважины) на всю длину трубы, отличающийся тем, что проходку продольной полости осуществляют протягиванием сквозь нее очистителей, которые закрепляют друг за другом посредством тяги. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закрепление последующего очистителя с большим диаметром осуществляют на расстоянии, равном длине забиваемой трубы. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед протяжкой очистителя увлажняют грунт в трубе. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после забивки трубы в грунт заглушают и герметизируют ее торец, после чего в образованную между очистителем и герметизированным торцом трубы полость закачивают рабочую среду в виде жидкости или газа. 5. Устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, включающее ударный узел и втулку, отличающееся тем, что оно снабжено тросом с лебедкой, причем трос прикреплен к ударному узлу, а лебедка с закрепленным к ней другим концом троса монтирована с другой стороны забиваемой трубы, причем трос размещен в трубе. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что трос выполнен с дополнительными креплениями, размещенными на расстоянии друг от друга по оси, к которым закреплены очистители, причем у каждого последующего очистителя диаметр превышает предыдущий. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что гибкая тяга выполнена замкнутой и часть ее размещена вне забитой трубы.