Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к устройствам для определения положения в пространстве устройства для образования скважин при их проходке, и может быть использовано преимущественно при прокладке инженерных коммуникаций под препятствиями бестраншейным методом.
Известно приспособление для определения положения устройства для образования скважин (буровой головки), которое содержит размещенный непосредственно на устройстве для образования скважин генератор для излучения электромагнитных колебаний, расположенные на поверхности две неподвижные и одну подвижную катушку искателя, усилитель в батареей питания, индикатор и переключатель (см. , например, Пестов Г.Н. Закрытая прокладка трубопроводов. М.: Стройиздат, 1964, с.51-52, рис.32).
К недостаткам известного устройства можно отнести сравнительно низкую точность определения в пространстве устройства для образования скважин. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что в процессе образования скважины на излучаемые сигналы накладываются помехи, вызванные наличием в грунтовом массиве металлических предметов, например, сигналы от проложенных ранее коммуникаций, кабелей связи, остатков фундамента и тому подобные включения, которые искажают передаваемый сигнал. При этом следует отметить, что при реализации используемой технологии накладываются существенные ограничения по глубине нахождения устройства для образования скважин, которые обусловлены определенным ограничением дальности прохода четкого сигнала в грунтовом массиве.
К недостаткам, ограничивающим область использования известной технологии, можно отнести практически невозможность определения положения устройства для образования скважин в вертикальной плоскости, то есть положения его в пространстве по высоте.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является приспособление для определения положения устройства для образования скважин, которое содержит измерительную базу, измерительный блок для определения взаиморасположения в пространстве устройства для образования скважин и измерительной базы, выполненный в виде цепочки измерительных звеньев, и узел передачи, приема и обработки сигналов датчиков измерительного блока (см., например, патент РФ N 2013499, кл. E 02 F 5/16, опублик. 1994).
Известное устройство, выбранное в качестве ближайшего аналога, частично устраняет недостатки описанного выше устройства, поскольку позволяет осуществлять постоянный контроль за положением в пространстве устройства для образования скважин по мере перемещения его в грунтовом массиве.
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести ограничение по длине проходки, которое обусловлено используемым методом снятия информации. Так, наиболее эффективно известное приспособление может быть использовано при образовании скважин в грунте, длина которых не превышает 15-20 м, тогда как в среднем общая длина формируемой скважины составляет около 50-56 м. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что при использовании известного приспособления для определения положения в пространстве устройства для образования скважин дальнейшее увеличение длины проходки (более 15-20 м) ограничено длиной цепочки измерительных звеньев, которые последовательно затягиваются в образованную скважину с помощью устройства для образования скважин. При дальнейшем наращивании измерительных звеньев скорость проходки резко уменьшается и существенно увеличивается энергоемкость процесса образования скважины, поскольку значительная часть энергии будет тратиться на перемещение измерительных звеньев.
Изобретение направлено на решение задачи по созданию такого приспособления, которое обеспечивало бы определение точного положения в пространстве устройства для образования скважин при формировании им скважин большой протяженности.
Технический эффект, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении точности определения положения в пространстве устройства для образования скважин при одновременном увеличении скорости проходки.
Поставленная задача решена за счет того, что приспособление для определения положения устройства для образования скважин, которое включает измерительную базу, измерительный блок для определения взаиморасположения в пространстве устройства для образования скважин и измерительной базы и узел передачи, приема и обработки сигналов датчиков измерительного блока, снабжено механизмом для фиксации измерительной базы в скважине, при этом измерительная база установлена с возможностью осевого перемещения по скважине и фиксации в промежуточных положениях.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для определения положения устройства для образования скважин снабжено по меньшей мере одной дополнительной измерительной базой и механизмом для фиксации дополнительной измерительной базы в скважине, при этом дополнительная измерительная база установлена с возможностью осевого перемещения по скважине и фиксации в промежуточных положениях. При таком варианте конструктивного выполнения устройства обеспечивается повышение скорости проходки скважины путем снижения затрат времени на определение положения в пространстве измерительной базы за счет совмещения во времени вспомогательных операций по перемещению измерительных баз по скважине.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что в приспособлении для определения положения устройства для образования скважин измерительный блок для определения взаиморасположения в пространстве устройства для образования скважин и измерительной базы выполнен в виде по меньшей мере одного измерительного звена, на одном из концов которого размещено приспособление для его шарнирного соединения с устройством для образования скважин, и по меньшей мере одного датчика для измерения угла поворота измерительного звена. Такой вариант конструктивного выполнения приспособления позволяет повысить точность проводимых измерений и одновременно обеспечить высокую эксплуатационную надежность приспособления за счет упрощения его конструкции.
На фиг. 1 - 3 изображена технологическая схема определения положения устройства для образования скважин в грунте при использовании одной измерительной базы; на фиг. 4-6 - то же, при использовании одной дополнительной измерительной базы; на фиг. 7 - устройство для образования скважин с измерительным блоком; на фиг. 8 - один из вариантов конструктивного выполнения узла соединения измерительных звеньев между собой; на фиг. 10 - разрез по А-А на фиг. 9; на фиг. 11 - блок-схема узла передачи приема и обработки сигналов датчиков измерительного блока; на фиг.12 - один из вариантов конструктивного выполнения измерительной базы с механизмом для ее фиксации в скважине; на фиг. 13 - вид по стрелке Б на фиг. 12 при рабочем положении измерительной базы; на фиг.14 - то же, при транспортном положении измерительной базы; на фиг. 15 - один из вариантов конструктивного выполнения измерительного блока.
Приспособление для определения положения устройства для образования скважин содержит измерительную базу 1. В качестве измерительной базы 1 может быть использовано любое устройство, ориентация которого предварительно определена и не изменяется в процессе проведения измерений. Таким образом, измерительная база 1 выполняет функции системы координат (X-Y), относительно которой определяется в дальнейшем изменение положения в пространстве устройства 2 для образования скважин при его перемещении в грунтовом массиве. Измерительная база 1 установлена с возможностью осевого перемещения по скважине 3 и фиксации в последней в промежуточных положениях. Измерительная база 1 может быть выполнена, например, в виде полого корпуса 4 цилиндрической формы с участками 5 конической формы, которые расположены на его торцах. При этом максимальный диаметр корпуса 4 измерительной базы 1 менее максимального диаметра корпуса устройства 2 для образования скважин, то есть менее диаметра образованной скважины 3. Для перемещения измерительной базы 1 она может иметь автономный привод перемещения, который выполнен, например, в виде установленных с возможностью взаимодействия со стенками образованной скважины 3 колес 6, каждое из которых кинематически связано с расположенным в полости корпуса 4 двигателем (на чертежах не изображен). В зависимости от типа привода перемещения устройства 2 для образования скважин целесообразно использовать такой же тип двигателя привода перемещения измерительной базы 1, то есть если, например, в качестве устройства 2 для образования скважин применяется пневмопробойник, то для привода перемещения измерительной базы 1 предпочтительно использовать пневмодвигатель. Использование одного типа энергоносителя (рабочего агента под давлением или электрического тика) для приводов перемещения устройства 2 для образования скважин и измерительной базы 1 позволяет упростить подвод энергоносителя и сократить количество энергомагистралей. Для перемещения измерительной базы 1 по образованной скважине 3 может быть использована расположенная в рабочем котловане 7 лебедка (на чертежах не изображена), свободный конец троса которой закреплен на переднем торце измерительной базы 1. При этом трос огибает установленный на заднем торце корпуса устройства для образования скважин блок (на чертежах не изображен). В качестве устройства 2 для образования скважин в грунте могут быть использованы, например, пневмопробойник, буровое устройство (на чертежах не изображено) или раскатчик грунта (на чертежах не изображен). Приспособление для определения положения устройства для образования скважин содержит измерительный блок для определения взаиморасположения в пространстве устройства 2 для образования скважин и измерительной базы 1, который может быть выполнен, например, в виде размещенного на переднем торце корпуса 4 измерительной базы 1 источника 8 направленного света, в качестве которого может быть использован лазер, и закрепленного на заднем торце корпуса устройства 2 для образования скважин табло 9 с закрепленными на его поверхности светодиодами (на чертежах не изображены). Следует отметить, что источник 8 направленного света может быть размещен на заднем торце корпуса устройства 2 для образования скважин, а табло 9 со светодиодами - на переднем торце корпуса 4 измерительной базы 1.
Возможны и другие варианты конструктивного выполнения измерительного блока, при которых могут быть использованы гироскопы, дифференциально-трансформаторные преобразователи перемещений или уровни. С помощью измерительного блока осуществляют измерение пути, который прошло устройство 2 для образования скважины от устья скважины 3. Для измерения пути, который прошло в грунтовом массиве устройство 2 для образования скважин, может быть использован датчик для измерения пути (на чертежах не изображен) любой известной конструкции или энергоподводящая магистраль 10, по которой к приводу перемещения устройства 2 для образования скважин подводится энергоноситель, например сжатый воздух, рабочая жидкость или электрический ток. Поскольку один конец энергоподводящей магистрали 10 всегда соединен с корпусом устройства 2 для образования скважин, то при перемещении устройства 2 для образования скважин в грунтовом массиве в скважину 3 будет затягиваться и энергоподводящая магистраль 10. При нанесении через определенный интервал разметки, например, рисок или меток на защитной оболочке энергоподводящей магистрали 10 несложно определить путь, который прошло устройство 2 для образования скважин в грунтовом массиве. Измерительный блок может быть выполнен в виде расположенных в сформированном участке скважины 3 датчиков 11 положения, в качестве которых могут быть использованы тензометрические или потенциометрические датчики, конструкция которых более подробно будет раскрыта ниже. Приспособление для определения положения устройства для образования скважин содержит узел 12 передачи, приема и обработки сигналов датчиков измерительного блока. Узел 12 может быть расположен, например, в рабочем котловане 7 или на поверхности. Передача сигнала от датчиков измерительного блока к узлу 12 может быть осуществлена, например, по радио или проводной связью с помощью расположенных в полости скважины 3 кабелей 13, которые электрически связывают датчики измерительного блока с узлом 12 передачи, приема и обработки сигналов. Конструктивно узел 12 передачи, приема и обработки сигналов датчиков измерительного блока может быть выполнен, например, в виде электрически связанных между собой усилителя-преобразователя 14 сигнала датчиков измерительного блока, блока 15 приема информации, блока 16 обработки информации и устройства 17 для отображения информации, например, монитора. При этом все вышеперечисленные элементы узла 12, обеспечивающего передачу, прием и обработку сигналов датчиков измерительного блока, конструктивно могут быть объединены в одном подвижном модуле. Датчики измерительного блока посредством кабелей 13 могут быть электрически соединены с усилителем-преобразователем 14 сигнала.
Приспособление для определения положения устройства для образования скважин может иметь по меньшей мере одну дополнительную измерительную базу 18, которая установлена с возможностью осевого перемещения по скважине 3 и фиксации в ней в промежуточных положениях. Дополнительная измерительная база 18 может иметь аналогичную конструкцию, как и основная измерительная база 1. Перемещение дополнительной измерительной базы 18 по скважине 2 может осуществляться, как с помощью автономного привода для ее перемещения, так и с помощью расположенной в рабочем котловане 7 лебедки (на чертежах не изображена).
Фиксация в скважине 3 основной измерительной базы 1 и дополнительной измерительной базы 18 в промежуточном (рабочем) положении может быть осуществлена с помощью специального приспособления (на чертежах не изображено), которое вводится в скважину 3 до взаимодействия с соответствующей измерительной базой и фиксирует последнюю относительно стенок образованной скважины 3. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения основной 1 и/или дополнительной 18 измерительной базы, при котором их фиксация в скважине 3 может быть осуществлена с помощью расположенного на соответствующей измерительной базе механизма для ее фиксации в промежуточном (рабочем) положении, который может быть выполнен, например, в виде анкеров (на чертежах не изображены), которые по управляющему сигналу оператора с помощью приводного механизма внедряются в стенки образованной скважины 3 и согласно требованиям технологии по соответствующему сигналу оператора с помощью этого же механизма извлекаются из стенок скважины 3 для обеспечения возможности перемещения соответствующей измерительной базы по скважине. Механизм для фиксации основной 1 и/или дополнительной 18 измерительной базы может быть выполнен в виде распорных приспособлений, которые также по управляющему сигналу оператора выдвигаются из полого цилиндрического корпуса 4 соответствующей измерительной базы до взаимодействия со стенками скважины 3 и обеспечивают его фиксацию относительно скважины 3. В качестве распорных приспособлений могут быть использованы, например, закрепленные на наружной поверхности корпуса 4 тороидальные емкости 19 из эластичного материала, полость каждой из которых через распределительную аппаратуру (на чертежах не изображена) сообщена с источником для подачи рабочего агента под давлением. При подаче рабочего агента, в качестве которого может быть использована жидкость или газ, в тороидальные емкости 19 последние увеличиваются в объеме (раздуваются) до взаимодействия со стенками скважины 3 и фиксируют соответствующую измерительную базу в скважине 3 в рабочем положении, предотвращая изменение ее положения в пространстве при проведении соответствующих измерений. При соединении полостей тороидальных емкостей 19 с атмосферой последние за счет упругих свойств материала уменьшаются в объеме и не препятствуют перемещению соответствующей измерительной базы по скважине 3, то есть соответствующая измерительная база переходит из рабочего положения в транспортное.
Одним из наиболее предпочтительных вариантов конструктивного выполнения измерительного блока для определения взаиморасположения в пространстве устройства 2 для образования скважин и соответствующей измерительной базы является тот, при котором измерительный блок выполнен в виде по меньшей мере одного измерительного звена 20, на одном из концов которого размещено приспособление для его шарнирного соединения с устройством 2 для образования скважин, и по меньшей мере одного датчика 11 положения измерительного звена 20. Приспособление для шарнирного соединения измерительного звена 20 с устройством 2 для образования скважин может быть выполнено в виде шарнира с по меньшей мере одной степенью свободы. Другой конец измерительного звена 20 с помощью шарнирного соединения может быть соединен с дополнительными измерительными звеньями 21. Дополнительные измерительные звенья 21 могут быть выполнены в виде шарнирно соединенных между собой мерных стержней. Основное измерительное звено 20 также может быть выполнено в виде мерного стержня. При таком варианте конструктивного выполнения измерительного блока целесообразно, чтобы основная 1 и/или дополнительная 18 измерительная база была выполнена с приспособлением для ориентации по меньшей мере основного измерительного звена 20. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде размещенного в полости корпуса 4 соответствующей измерительной базы стола 22, на котором установлен с возможностью перемещения для пропуска основного 20 и/или дополнительного 21 измерительных звеньев прижим 23. Стол 22 и прижим 23 могут быть выполнены с фигурными пазами 24 для ориентирования измерительных звеньев 20 и 21. Длина фигурных пазов 24 может быть кратка длине мерных стержней, то есть на столе 22 может быть размещен по меньшей мере один мерный стержень. В прижиме 23 могут быть выполнены каналы 25 для размещения направляющих 26, которые одним своим концом закреплены на столе 22. Для определения ориентации продольной оси симметрии фигурного паза 24, а следовательно, и соответствующей измерительной базы 1 и 18 в пространстве при ее фиксации в скважине 3 на столе 22 может быть установлен датчик для определения ориентации стола 22 в вертикальной плоскости и датчик для определения ориентации стола 22 в горизонтальной плоскости (на чертежах не изображены), которые могут быть электрически связаны с узлом 12 передачи, приема и обработки сигналов датчиков измерительного блока. На столе 22 может быть размещен счетчик 27 для определения количества мерных стержней, прошедших через стол 22 на соответствующей измерительной базе, что позволяет определить путь, пройденный устройством 2 для образования скважин в грунтовом массиве. Счетчик 27 может быть электрически соединен с усилителем-преобразователем 14 сигнала.
Шарнирное соединение, соединяющее основное измерительное звено 20 с корпусом устройства 2 для образования скважин, может иметь одну и более степеней свободы, обеспечивающих поворот основного измерительного звена 20 относительно корпуса устройства 2 для образования скважин в одной или по меньшей мере двух плоскостях. Для обеспечения поворота основного измерительного звена 20 относительно корпуса устройства 2 для образования скважин в грунте в двух плоскостях шарнирное соединение может быть выполнено, например, карданного типа, то есть включать в себя два шарнира 28 и 29, каждый из которых обеспечивает поворот основного измерительного звена 20 в одной плоскости. Взаимное расположение плоскостей поворота шарниров 28 и 29 друг относительно друга определяют в зависимости от выбранной системы координат, в которой определяют положение устройства 2 для образования скважин в пространстве. Предпочтительно расположить плоскости поворота шарниров 28 и 29 взаимно перпендикулярно, то есть осуществлять определение положения устройства 2 для образования скважины в декартовой системе координат.
В зависимости от выбранной системы измерений и необходимой точности результатов измерений в качестве датчиков 11 положения может быть использован любой известный тип датчиков для измерения угла поворота одного элемента относительно другого элемента, например, тензометрические датчики, дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещений, оптический датчик и тому подобные датчики для измерения угла. Для повышения надежности работы и упрощения конструкции предпочтительным является использование потенциометрических датчиков, которые обеспечивают при этом достаточно высокую точность измерения.
Наиболее рациональным по технологичности и простоте изготовления является вариант конструктивного выполнения шарнирных соединений 28 и 29, при котором каждое шарнирное соединение мерных стержней между собой выполнено в виде закрепленной на конце одного мерного стержня вилки 30 с соосно расположенными радиальными каналами на каждом из ее выступов 31, закрепленного на конце второго мерного стержня осевого выступа 32 с гнездами на его боковых поверхностях и двух втулок 33. В этом случае в качестве датчиков 11 положения предпочтительно использовать потенциометрические датчики, в корпусе 34 каждого из которых расположен подвижный выходной элемент 35. Подвижный выходной элемент 35 кинематически связан с ползуном (на чертежах не изображен) потенциометра. Каждая втулка 33 расположена в радиальном канале соответствующего выступа 31 вилки 30 и в соответствующем гнезде осевого выступа 32. Осевой выступ 32 расположен между выступами 31 вилки 30 и установлен с возможностью поворота относительно последних. Корпус 34 потенциометрического датчика жестко соединен с одним из выступов 31 вилки 30, а подвижный выходной элемент 35 потенциометрического датчика размещен внутри соответствующей втулки 33 и жестко соединен с осевым выступом 32. Таким образом, при изменении взаимного расположения смежных мерных стержней друг относительно друга происходит поворот вилки 30 относительно осевого выступа 32, а следовательно, и поворот друг относительно друг корпуса 34 потенциометрического датчика и его подвижного выходного элемента 35. При изменении положения выходного элемента 35 происходит перемещение ползуна потенциометра по его катушке, что приводит к изменению выходного параметра потенциометрического датчика на величину, пропорциональную величине угла поворота мерных стержней друг относительно друга.
Шарнирное соединение основного измерительного звена 20 с дополнительным измерительным звеном 21 и шарнирное соединение дополнительных измерительных звеньев 21 между собой также может быть выполнено с одной и более степенями свободы. При варианте конструктивного выполнения шарнирных соединений с двумя степенями свободы они могут быть выполнены карданного типа, то есть идентично описанному выше шарнирному соединению.
Смежные мерные стержни могут быть соединены между собой с возможностью поворота друг относительно друг в одной плоскости, что существенно упрощает конструкцию приспособления. В этом случае для обеспечения возможности измерения положения мерных стержней в двух плоскостях целесообразно расположить плоскости поворота соседних смежных пар мерных стержней взаимно перпендикулярно, то есть шарнирное соединение обеспечивает поворот одной пары мерных стержней друг относительно друга в одной плоскости, а смежное шарнирное соединение обеспечивает поворот соседней пары мерных стержней друг относительно друга в плоскости, которая расположена перпендикулярно плоскости поворота первой пары смежных мерных стержней.
Приспособление для определения положения устройства для образования скважин работает следующим образом.
В начале трассы проходки открывают рабочий котлован 7, в котором монтируют лафет (на чертежах не изображен) для запуска устройства 2 для образования скважин. Лафет для запуска устройства 2 для образования скважин ориентируют по проектной оси формируемой скважины 3, например, с помощью уровня и угломера. Затем осуществляют запуск устройства 2 для образования скважин, которое начинает погружаться в грунтовый массив под действием ударной нагрузки (в случае использования пневмопробойника) или ввинчиванием в грунтовый массив катков рабочего органа (при использовании раскатчика грунта). После заглубления в грунт корпуса (или рабочего органа) устройства 2 для образования скважин на величину, превышающую половину его длины, проходку прекращают и устройство 2 для образования скважин с помощью шарниров 28 и 29 соединяют с основным измерительным звеном 20. Дополнительные измерительные звенья 21 могут быть предварительно соединены с основным измерительным звеном 20 и в собранном виде размещены в рабочем котловане 7. Возможна и другая последовательность выполнения указанных работ, при которой наращивание мерных стержней осуществляют в процессе формирования скважины 3. Следует отметить, что основное измерительное звено 20 может быть соединено с устройством 2 для образования скважин и перед запуском последнего. После присоединения к корпусу устройства 2 для образования скважин основного измерительного звена 20 включают привод перемещения устройства 2 для образования скважин и оно продолжает внедряться в грунтовый массив, формируя своим корпусом стенки скважины 3. Поскольку основное измерительное звено 20 кинематически связано с устройством 2 для образования скважин, то при внедрении в грунтовый массив устройства 2 для образования скважин в скважину 3 будет затягиваться вся цепочка, состоящая из основного 20 и дополнительных 21 измерительных звеньев. По мере внедрения в грунтовый массив устройства 2 для образования скважин каждый мерный стержень последовательно проходит через фигурный паз 24 на столе 22 и фигурный паз 24 на прижиме 23 соответствующей измерительной базы, положение в пространстве которой предварительно определяют с помощью соответствующих датчиков. Поскольку прижим 23 подпружинен и установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно стола 22, то под действием пружины прижим 23 воздействует на соответствующий мерный стержень, прижимая его к столу 22, и тем самым ориентирует мерный стержень относительно стола 22, а следовательно, и относительно соответствующей измерительной базы, положение которой определено относительно проектной оси скважины 3. В процессе формирования участка скважины 3 осуществляют снятие информации о положении в пространстве на сформированном в данный момент участке скважины 3 устройства 2 для образования скважин. Для этого с помощью датчиков 11 положения определяют положение в пространстве каждого мерного стержня, который в данный момент расположен во внутренней полости сформированного участка скважины 3, друг относительно друга и относительно расположенного в данный момент на столе 22 соответствующей измерительной базы мерного стержня. Сигналы от датчиков 11 положения поступают в усилитель-преобразователь 14 сигнала и далее через блок 15 приема информации в блок 16 обработки информации, где запоминаются.
В случае необходимости эти сигналы могут быть вызваны на устройство 17 для отображения информации, на котором полученные данные отображаются, например, в виде таблицы или соответствующего графика. Полученная информация представляет собой данные как о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин, так и о траектории сформированного в данный момент участка скважины 4, поскольку известно положение устройства 2 для образования скважин в пространстве через отрезки пути, равные длине мерного стержня. Следует отметить, что в случае необходимости, то есть при отклонении траектории перемещения в грунтовом массиве устройства 2 для образования скважин от ее проектной оси, информация о положении в пространстве которой может быть предварительно введена в устройство 17 для отображения информации, на устройство 1 для образования скважин воздействуют любым известным методом, например, грунтовыми рулями, осуществляя корректировку направления его перемещения. После снятия информации о положении в пространстве на сформированном в данный момент участке скважины 3 устройства 2 для образования скважин и передачи этой информации на узел 12 осуществляют последующее периодическое измерение положения в пространстве устройства 2 для образования скважин в процессе ее формирования относительно соответствующей измерительной базы. Указанные последующие измерения осуществляют описанным выше образом и в той же последовательности. Полученная при последующих измерениях информация также поступает в блок 16 обработки информации, где она запоминается и сравнивается с полученной ранее информацией о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин. По полученным в результате сравнения данным о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин в процессе его перемещения в грунтовом массиве делается вывод об изменении его положения в пространстве относительно соответствующей измерительной базы. Замер углов отклонения устройства 2 для образования скважин в пространстве от соответствующей измерительной базы целесообразно осуществлять через равные отрезки перемещения устройства 2 для образования скважин в грунтовом массиве, величина которых кратна длине мерного стержня. В этом случае определение положения в пространстве устройства 1 для образования скважин осуществляется относительно одних и тех же точек в скважине 3 и относительно соответствующей измерительной базы, что значительно повышает точность проводимых измерений. При перемещении в грунтовом массиве по заданной траектории устройства 2 для образования скважины за ним образуется скважина 3. При этом по мере образования скважины 3 грунт может любым известным способом транспортироваться на поверхность непрерывно или циклически с помощью приспособления для транспортировки грунта (на чертежах не изображено). Формирование скважины 3 в грунтовом массиве с помощью пневмопробойника может осуществляться и без транспортировки грунта на поверхность, то есть уплотнением последнего в стенки образуемой скважины 3. Траектория формируемой скважины 3 зависит от многих параметров - месторасположения по трассе проходки подземных коммуникаций или фундаментов строений, плотности грунта, однородности грунтового массива по трассе, то есть наличия в нем твердых включений. Снятие информации о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин осуществляют относительно основной измерительной базы 1, которую на первом этапе размещают вне скважины 3, например, в рабочем котловане 7 (фиг. 1). В качестве измерительной базы 1 может быть использовано любое устройство, ориентация которого предварительно определена и не изменяется в процессе проведения измерений. Таким образом, измерительная база 1 выполняет функции системы координат (X - Y), относительно которой определяется в дальнейшем изменение положения в пространстве устройства 2 для образования скважин. Затем осуществляют последующее периодическое измерение положения в пространстве устройства 2 для образования скважин в процессе формирования скважины 3 относительно расположенной в рабочем котловане 7 измерительной базы 1. Указанное повторное измерение может быть осуществлено либо по окончании проходки участка скважины 3 определенной длины, либо после прохождения устройством 2 для образования скважин части указанного участка скважины 3. Снятую информацию передают на узел 12, где осуществляют обработку полученного сигнала и сравнение параметров первоначально полученного сигнала с параметрами повторного сигнала. Если в результате сравнения этих сигналов получают расхождения, то делают вывод об изменении положения в пространстве устройства 2 для образования скважин. Зная при этом величину пути, который прошло устройство 2 для образования скважин в грунтовом массиве, и его ориентацию в каждом положении, при котором было осуществлено измерение, можно с большой степенью точности определить траекторию перемещения устройства 2 в грунтовом массиве, а следовательно, и траекторию образованной скважины 3. Для обработки полученных сигналов и сравнения их между собой может быть использована расположенная на поверхности в передвижном модуле вычислительная машина, которая может выдавать обработанные сигналы, например, в виде графиков или таблиц измерения положения в пространстве устройства 2 для образования скважин при проведении каждого замера. После формирования скважины 3 на части ее длины проходку прекращают, то есть останавливают привод перемещения устройства 2 для образования скважин. После прекращения проходки измерительную базу 1 перемещают по образованной скважине 3 к устройству 2 для образования скважин (фиг.2). После перемещения измерительной базы 1 по полости скважины 3 в новое положение ее переводят в рабочее положение, например, фиксируют в скважине 3, и определяют ее новое положение в пространстве, например, относительно ориентации измерительной базы 1 в пространстве в прежнем положении (при расположении ее в рабочем котловане 2) или относительно устройства 2 для образования скважин, положение которого в пространстве известно в результате ранее проведенных измерений. Фиксацию измерительной базы 1 в новом положении осуществляют путем подачи рабочего агента в тороидальные емкости 19 из эластичного материала, которые увеличиваются в объеме (раздуваются) до взаимодействия со стенками скважины 3 и фиксируют измерительную базу 1 в новом положении, предотвращая изменение ее положения в пространстве при проведении дальнейших измерений. Следует отметить, что измерительная база 1 после определения ее нового положения продолжает выполнять функции системы координат (X1 - Y1), относительно которой производятся последующие измерения. После определения нового положения измерительной базы 1 (фиг.3) продолжают формирование смежного участка скважины 3, т.е. включают привод перемещения устройства 2 для образования скважин, и осуществляют описанным выше образом периодические измерения положения в пространстве устройства 2 для образования скважин на смежном участке скважины 3 при ее формировании относительно нового положения измерительной базы 1. В зависимости от протяженности формируемой скважины 3 указанные операции повторяют до выхода устройства 2 для образования скважин в приемный котлован (на чертежах не изображен). При отклонении устройства 2 для образования скважин от заданного курса в зависимости от условий проходки (расположения на трассе проходки действующих подземных коммуникаций) проходку или прекращают для извлечения устройства 2 из грунтового массива, или, воздействуя на устройство 2 для образования скважин, изменяют направление его перемещения в грунтовом массиве для выхода на заданный курс.
При использовании основной измерительной базы 1 и по меньшей мере одной дополнительной измерительной базы 18 определение положения в пространстве устройства 2 для образования скважин может осуществляться без остановки проходки на период перемещения основной измерительной базы 1 в новое положение, как это происходило при использовании только основной измерительной базы 1. При таком варианте конструктивного выполнения приспособления совместно с устройством 2 для образования скважин по формируемой скважине 3 в том же направлении перемещают по меньшей мере одну дополнительную измерительную фазу 18 (фиг. 4). Дополнительная измерительная база 18 может иметь аналогичную конструкцию как и основная измерительная база 1. Для перемещения дополнительной измерительной базы 18 совместно с устройством 2 для образования скважин она может иметь автономный привод с колесами 6 или соединена с устройством 2 для образования скважин посредством тяги (на чертежах не изображена). Указанная тяга одним своим концом соединена с задним торцом корпуса устройства 2 для образования скважин, а другим - c передним торцом корпуса 4 дополнительной измерительной базы 18. При этом тяга имеет приспособление (на чертежах не изображено) для его отсоединения от корпуса устройства 2 для образования скважин или от корпуса 4 дополнительной измерительной базы 18, которое срабатывает по управляющему сигналу оператора. При использовании нескольких дополнительных баз 18 они могут быть последовательно соединены между собой и с устройством 2 для образования скважин аналогичными тягами (на чертежах не изображены) или каждая из них может иметь автономный привод для перемещения. Определение положения в пространстве устройства 2 для образования скважин при формировании начального участка осуществляется относительно расположенной в рабочем котловане 7 основной измерительной базы 1 описанным выше образом. После формирования начального участка скважины 3 дополнительную измерительную базу 18 отсоединяют от устройства 2 для образования скважин или включают привод ее перемещения. Для этого оператор подает управляющий сигнал, по которому тяга 9 освобождает дополнительную измерительную базу 8 от связи с корпусом устройства 2 для образования скважин. В случае использования дополнительной измерительной базы 18, которая имеет автономный привод для ее перемещения, оператор подает управляющий сигнал на включение этого привода. При использовании нескольких дополнительных измерительных баз 18, которые перемещаются по формируемой скважине 3 совместно с устройством 2 для образования скважин, останавливают только последнюю по ходу их перемещения дополнительную измерительную базу 18, а остальные дополнительные измерительные базы 18 продолжают перемещение по скважине 3 в направлении перемещения устройства 2 для образования скважин. После остановки дополнительной измерительной базы 18 осуществляют перевод ее в рабочее положение, то есть фиксируют ее в скважине 3, и определяют положение в пространстве дополнительной измерительной базы 18 относительно основной измерительной базы 1, положение которой в пространстве определено в начале проведения работ, и/или относительно устройства 2 для образования скважин, положение которого в пространстве известно в результате ранее проведенных измерений. Следует отметить, что до определения положения в пространстве дополнительной измерительной базы 18 расположенная в рабочем котловане 7 основная измерительная база 1 остается неподвижной и продолжает выполнять функции системы координат (X - Y) при снятии информации о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин, а после определения положения в пространстве дополнительной измерительной базы 18 последняя начинает выполнять функции новой системы координат (X1 - Y1), относительно которой производятся последующие измерения положения в пространстве устройства 2 для образования скважин при его перемещении в грунтовом массиве (фиг. 5). Дальнейшие периодические измерения положения в пространстве устройства 2 для образования скважин при его последующем перемещении в грунтовом массиве осуществляют относительно дополнительной измерительной базы 18, а расположенная в рабочем котловане 7 основная измерительная база 1 не принимает участия в дальнейших измерениях по определению положения в пространстве устройства 2 для образования скважин. В зависимости от протяженности формируемой скважины 3 указанные операции по отсоединению очередной дополнительной измерительной базы 18 повторяют до выхода устройства 2 для образования скважин в приемный котлован (на чертежах не изображен). При этом в каждом случае происходит смена координат отсчета, относительно которой осуществляют дальнейшие измерения положения в пространстве устройства 2 для образования скважин, то есть одновременно с перемещением в грунтовом массиве устройства 2 для образования скважин по сформированной скважине перемещается и система координат, относительно которой осуществляют измерения. После проходки скважины 3 на полную длину основную 1 и дополнительную 18 измерительные базы извлекают из образованной скважины 3, например, с помощью расположенной в рабочем котловане 7 лебедки. При отклонении устройства 2 для образования скважин от заданного курса в зависимости от условий проходки (расположения на трассе проходки действующих подземных коммутаций) проходку или прекращают для извлечения устройства 2 из грунтового массива, или, воздействуя на устройство 2 для образования скважин, изменяют направление его перемещения в грунтовом массиве для выхода на заданный курс.
При использовании основной измерительной базы 1 и по меньшей мере одной дополнительной измерительной базы 18 может быть использована и другая технология по определению положения в пространстве устройства 2 для образования скважин. Отличия от описанного выше варианта заключаются в том, что после перевода дополнительной измерительной базы 18 в рабочее положение, определения ее положения в пространстве и начала снятия ею информации о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин расположенную в рабочем котловане 7 основную измерительную базу 1 переводят в транспортное положение и перемещают по скважине 3 в направлении к дополнительной измерительной базе 18. После перемещения по скважине основной измерительной базы 1 ее переводят в рабочее положение, то есть фиксируют в скважине 3, и определяют ее новое положение относительно дополнительной измерительной базы 18 и/или относительно устройства 2 для образования скважин в грунте, положение которых в пространстве определено ранее. Дальнейшее определение положения устройства 2 для образования скважин при формировании им скважины на смежном участке грунтового массива осуществляют относительно нового положения основной измерительной базы 1. После определения нового положения основной измерительной базы 1 дополнительную измерительную базу 18 переводят в транспортное положение и перемещают по образованной скважине 3 в направлении к устройству 2 для образования скважин. После перемещения дополнительной измерительной базы 18 в новое положение ее фиксируют в нем. После перевода дополнительной измерительной базы 18 в рабочее положение определяют ее новое положение в пространстве относительно основной измерительной базы 1 и/или устройства 2 для образования скважин, положение которых в пространстве известно. Далее описанные выше приемы повторяют до выхода устройства 2 для образования скважин в приемный котлован. После окончания работ основную 1 и дополнительную 18 измерительные базы извлекают из образованной скважины в ближайший котлован.
Таким образом, снятие информации о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин осуществляют относительно по меньшей мере двух измерительных баз 1 и 18. При этом одну из измерительных баз перемещают по скважине 3 к устройству 2 для образования последней, а другую измерительную базу перемещают по скважине 3 к предыдущей измерительной базе после начала снятия ею информации о положении в пространстве устройства 2 для образования скважин. Причем каждую измерительную базу после перемещения ее в новое положение фиксируют в скважине 3 и определяют ее положение относительно устройства 2 для образования скважин и/или другой измерительной базы.
Приспособление для определения положения устройства для образования скважин содержит измерительную базу, измерительный блок определения взаиморасположения в пространстве устройства для образования скважин и измерительной базы и узел передачи, приема и обработки сигналов датчиков измерительного блока. Измерительная база установлена с возможностью осевого перемещения по скважине и фиксации в промежуточных положениях. При этом повышается точность определения положения в пространстве устройства при одновременном увеличении скорости проходки скважин. 3 з.п. ф-лы, 15 ил.
| RU, патент, 2013499, E 02 F 5/16, 1994. |
