УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 1998 года по МПК E21B7/28 

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для образования скважин различного назначения в уплотняемых грунтах и формования набивных свай.

Известно устройство по авт. св. 214413, включающее пневмопробойник и расширитель, состоящий из продольных секций, соединенных между собой и пневмопробойником гибкой связью для извлечения расширителя из образованной скважины. На корпусе пневмопробойника имеется выступ для осевой фиксации продольных секций расширителя. На носовой части расширителя установлено разжимное пружинное кольцо, служащее для радиальной фиксации продольных секций расширителя при монтаже его на корпусе пневмопробойника. Жесткость разжимного пружинного кольца должна быть небольшой, чтобы расширитель разъединялся на отдельные секции при извлечении устройства из скважины. При движении устройства вперед усилия со стороны грунта сжимают расширитель, препятствуя радиальному и осевому его перемещению вдоль корпуса пневмопробойника. Последнее достигается за счет того, что минимальные радиальные размеры расширителя гарантируют его взаимодействие с буртом корпуса, препятствуюя его осевому смещению. После окончания расширения скважины тросом извлекается пневмопробойник, а за ним последовательно извлекаются в неоднородных и слабых грунтах усилия со стороны грунта, препятствующие разъединению продольных секций расширителя, могут оказаться недостаточными. Продольные секции расширителя, разжав пружинное кольцо, будут вдавлены в грунт. Целостность расширителя нарушается и дальнейшее продвижение устройства вперед, а следовательно, и расширение скважины станет невозможным.

Таким образом, недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надежность работы. Другим недостатком его работы является из-за невозможности регулирования площади сцепления с грунтом оптимизировать скорость проходки. Это приводит к тому, что необходимо изготовлять устройство с максимальной площадью поверхности, обеспечивающей работу его в самых слабых грунтах. Из-за этого при работе в плотных грунтах или при расширении скважины большего диаметра несколькими проходками происходит уменьшение скорости проходки. Кроме того, наличие в прототипе специального элемента фиксации - кольца, крепящегося на наружной боковой поверхности расширителя, клинит устройство в скважине при извлечении на дневную поверхность, что также снижает надежность работы.

Наиболее близким аналогом является устройство для расширения скважин в грунте по заявке N 94006691/03, включающее пневмопробойник с упорным буртом на корпусе и расширитель, состоящий из продольных секций, соединенных между собой и пневмопробойником гибкими связями. Наружная боковая поверхность выполнена двухступенчатой, а элемент радиальной фиксации продольных секций выполнен в виде кольца, размещенного на боковой цилиндрической поверхности продольных секций меньшего диаметра.

Недостатками известного устройства являются невозможность регулирования площади сцепления его с грунтом, что предопределяет уменьшение скорости расширения скважин в плотных грунтах, так как для универсальности работы устройства в различных грунтах необходимо выполнять переднюю часть корпуса пневмопробойника с наибольшей боковой поверхностью. Другим недостатком известного устройства является его заклинивание в скважине при извлечении из-за острого торца задней части расширителя. Следующим недостатком известного устройства является необходимость извлечения кольца из скважины и его монтаж на продольные элементы секций расширителя, что предоставляет определенное неудобство в работе.

Предлагаемое изобретение устраняет вышеназванные недостатки, а именно обеспечивает регулирование поверхности сцепления устройства с грунтом, что позволяет оптимизировать скорость проходки скважин в зависимости от плотности грунта. Кроме того, элемент фиксаций продольных элементов выполнен заодно с корпусом пневмопробойника, что упрощает монтаж расширителя на корпусе пневмопробойника и извлечение его из скважины.

Это достигается за счет того, что бурт корпуса пневмопробойника выполнен с поверхностью, охватывающей поверхность меньшей ступени продольных секций расширителя. Такое конструктивное решение исключает необходимость специального элемента конструкции - фиксирующего кольца, так как бурт корпуса пневмопробойника одновременно выполняет две функции - осевой и радиальной фиксации продольных секций расширителя.

Целесообразно сопрягаемые поверхности бурта корпуса пневмопробойника и меньшей ступени продольных секций расширителя выполнять коническими, причем вершина конической поверхности обращена к хвостовой части устройства. Такое конструктивное исполнение устройства обеспечивает быстрый монтаж и демонтаж расширителя на корпусе пневмопробойника и как следствие уменьшается время работы пневмопробойника в режиме реверса необходимого для демонтажа расширителя.

Целесообразно бурт корпуса пневмопробойника выполнять подвижным вдоль продольной оси устройства с возможностью фиксации относительно корпуса пневмопробойника. Такое выполнение устройства позволяет регулировать площадь боковой поверхности устройства, которая взаимодействует с грунтом, что обеспечивает эффективность его применения в различных по плотности грунтах.

Целесообразно подвижность бурта осуществлять за счет выполнения корпуса пневмопробойника и сопрягаемой с ним поверхности бурта с резьбой, при этом за подвижным буртом со стороны хвостовой его части монтирована контргайка. Такое выполнение конструкции устройства обеспечивает плавную регулировку величины площади сцепления устройства с грунтом, что повышает эффективность его применения в различных грунтах.

Целесообразно большую ступень расширителя выполнять с конической поверхностью, размещенной в задней его части и примыкающей к цилиндрической поверхности. Такое выполнение конструкции повышает надежность извлечения устройства из скважины.

На фиг. 1 изображено устройство в продольном сечении; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - устройство с подвижным буртом, имеющим цилиндрическую сопрягаемую поверхность с продольными секциями расширителя; на фиг. 4 - устройство с подвижным буртом, имеющим коническую сопрягаемую поверхность с продольными секциями расширителя; на фиг. 5 - расположение элементов конструкции при извлечении устройства из скважины (масштаб уменьшенный).

Устройство для расширения скважины в грунте (фиг. 1) включает пневмопробойник 1 и составной расширитель 2, который состоит из продольных осей 3-6 (фиг. 2). Меньшая ступень любой из продольных секций может быть выполнена цилиндрической (фиг. 1) или конической (фиг. 3, 4) и размещена в хвостовой части секции. Корпус 8 пневмопробойника 1 имеет неподвижный бурт 9, который может быть выполнен с помощью резьбового соединения 10 на корпусе пневмопробойника 8 (фиг. 3, 4). В последнем случае для его фиксации на корпусе 8 в нужном положении используется контргайка 11. Бурт 9 имеет цилиндрическую 7 (фиг. 1) или коническую 12 (фиг. 4) посадочные поверхности, сопрягаемые с посадочными поверхностями продольных секций 3-6. Продольные секции 3 - 6 могут иметь расточку 13 (фиг. 4) в передней части. Гибкая связь для извлечения устройства из образованной скважины выполнена в виде отрезков троса 14, концы которых закреплены на корпусе 8 пневмопробойника 1 и на соответствующих продольных секциях 3 - 6 расширителя 2. Гибкая связь на фиг. 1-4 условно не показана. До начала работы устройства продольные секции 3 - 6 расширителя 2 монтируются на корпусе 8 пневмопробойника 1, при этом бурт 9 охватывает меньшую ступень 7 каждой из продольных секций 3 - 6 расширителя 2. Коническая поверхность, примыкающая к поверхности большей ступени, обозначена позицией 15; трос для извлечения устройства из скважины - 16.

Принцип работы устройства.

При проходке или расширении скважины устройство запускается в работу в собранном виде (фиг. 1). Под действием ударов, наносимых пневмопробойником 1, устройство продвигается вперед, оставляя за собой скважину диаметром, равным диаметру расширителя 2. Сцепление устройства с грунтом осуществляется за счет боковой поверхности передней цилиндрической части пневмопробойника. Длина передней цилиндрической части пневмопробойника зависит от того, в каком месте хвостовой части пневмопробойника находится элемент фиксации - "бурт". Навинчивая или отвинчивая бурт, регулируют длину цилиндрической части пневмопробойника в зависимости от категории или плотности грунта. Бурт 9 на корпусе 8 пневмопробойника 1 препятствует продольному перемещению расширителя 2 вдоль корпуса 8 пневмопробойника 1 и одновременно исключает радиальное смещение продольных секций 3 - 6 расширителя 1, т.е. у расширителя сохраняется форма тела вращения. После окончания расширения скважины включают реверсивный механизм и пневмопробойник движется в вертикальном (вверх) направлении, и тем самым передняя часть корпуса 8 пневмопробойника 1 теряет сцепление с грунтом. Затем тросом 16 поднимают пневмопробойник 1. Происходит рассоединение сопрягаемых поверхностей 7 бурта 9 и меньшей ступени продольных секций 3 - 6 расширителя 2. В случае выполнения сопрягаемых поверхностей 7 цилиндрическими (фиг. 1) время на рассоединение требуется большим, чем при выполнении их коническими 12 (фиг. 3, 4). Вслед за пневмопробойником 1 из скважины последовательно извлекают отдельные секции 3 - 6 расширителя 2, которые, неудерживаемые буртом 9 корпуса 8 пневмопробойника 1, распадаются (фиг. 5). При движении устройства вверх коническая поверхность 15 сдвигает грунт в радиальном направлении (при отсутствии конической поверхности происходит разрушение стенки скважины, диаметр которой после проходки ужимается за счет упругих свойств грунта. Разрушенные частицы грунта препятствуют распаду элементов расширителя, т.е. снижают надежность извлечения устройства из скважины).

При необходимости проходки скважины в более плотных грунтах бурт 9 сдвигается по резьбе 10 (фиг. 3) к передней части устройства и фиксируется контргайкой 11 в этом положении. Суммарная площадь боковой поверхности расширителя 2 и передней части корпуса 8 пневмопробойника 1, выдвинутой впереди расширителя 1, уменьшается. При таких грунтах необходима меньшая площадь для компенсирования сил отдачи, возникающих при работе пневмопробойника 1. В менее плотных грунтах наоборот бурт 9 сдвигают к хвостовой части, увеличивая тем самым площадь боковой поверхности устройства, которая взаимодействует с грунтом. Это позволяет оптимизировать скорость проходки в зависимости от грунтовых условий.

В случае выполнены резьбы на внутренней поверхности продольных секций расширителя при сборке последних на корпус пневмопробойника резьба 10 выполняет функцию радиального упора 9. Коническая поверхность 12 препятствует радиальному сдвигу секций 3 - 6 и служит одновременно контргайкой 11. Выполнение бурта 9, закрепленном на корпусе 8 пневмопробойника 1, уменьшает количество распадающихся элементов устройства, что повышает надежность и эффективность его работы.

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для образования скважин в грунте. Техническая задача - повышение скорости проходки и упрощение монтажа и эксплуатации. Это достигается за счет выполнения бурта подвижным в осевом направлении относительно корпуса пневмопробойника и с возможностью его фиксирования в любом требуемом положении. Бурт выполнен с поверхностью, охватывающей меньшую ступень продольных секций расширителя, причем эта поверхность может быть выполнена цилиндрической или конической. Такое выполнение конструкции устройства одновременно обеспечивает оптимизацию скорости проходки скважины в зависимости от плотности грунта, исключает радиальное или осевое смещение расширителя относительно корпуса пневмопробойника и упрощает монтаж расширителя на пневмопробойнике и извлечение устройства из скважины. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для расширения скважин в грунте, включающее пневмопробойник с упорным буртом, установленный на пневмопробойник и выполненный в виде продольных секций, соединенных между собой и с пневмопробойником при помощи гибких связей и взаимодействующих при осевом перемещении с упорным буртом корпуса пневмопробойника, расширитель, элемент радиальной фиксации продольных секций расширителя, при этом наружная поверхность продольных секций выполнена с двумя ступенями, отличающееся тем, что бурт корпуса пневмопробойника выполнен с поверхностью, охватывающей поверхность меньшей ступени продольных секций расширителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сопрягаемые поверхности бурта корпуса пневмопробойника и меньшей ступени продольных секций расширителя выполнены коническими, причем вершина конической поверхности обращена в сторону хвостовой части устройства. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что бурт корпуса пневмопробойника выполнен подвижным вдоль продольной оси устройства с возможностью фиксации относительно корпуса. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подвижность бурта осуществляется за счет выполнения корпуса пневмопробойника и сопрягаемой с ним поверхности бурта с резьбой, при этом за подвижным буртом со стороны хвостовой его части монтирована гайка. 5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что большая ступень расширителя выполнена с конической поверхностью, размещенной в задней его части и примыкающей к цилиндрической поверхности.