СПОСОБ СОЗДАНИЯ ШПУНТОВОЙ СТЕНКИ КОТЛОВАНА НА БОЛОТАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E02D11/00 E02D7/00 E02D9/00 

Изобретение относится к области технического обслуживания магистральных нефтепроводов, в частности, создания ограждений при сооружении ремонтных котлованов на подземных нефтепроводах, проложенных в болотистой местности.

Известна технология укрепления стенок ремонтных котлованов в условиях болот I и II типов с помощью устройства для забивки шпунтов УЗШ-1 (см. Свиридова Л.Т. и др. "Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов на болотах". Обзорная информация, серия "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов", М. ВНИИОЭНГ, 1982, с. 38-46), представляющего собой копровое оборудование на базе колесного экскаватора, оснащенного навесной копровой мачтой с подвешенным на ней гидромолотом. Копровое рабочее оборудование навешивается на поворотной колонке экскаватора и состоит из стрелы, копровой мачты, гидромолота, управляющих гидроцилиндров. Погружающим элементом устройства УЗШ-1 является гидромолот, который подвешивается на канате и движется по направляющим копровой мачты.

Недостаток - отсутствие вертикальности шпунтовой стенки, а следовательно, и герметичности, при этом не обеспечена возможность извлечения шпунтов.

Известен способ создания шпунтовой стенки котлована на болотах для ремонта магистральных трубопроводов, включающий соединение между собой шпунтов с помощью замковых соединений, подсоединение шпунтов к наголовникам механизма погружения и извлечения, подъем шпунтовой стенки, погружение и извлечение шпунтов (см. Методы ремонта нефтепроводов в условиях Северо-Западной Сибири, Обзор, М., ВНИИОЭНГ, 1974, с. 25-30).

Известно также устройство для создания шпунтовой стенки котлована, содержащее механизм погружения и извлечения шпунтов, механизм подъема и опускания стенки, направляющие стойки, гидроцилиндры и кондуктор (см. там же).

По этому способу перед началом работы по погружению шпунтов выполняются подготовительные работы, которые включают: подготовку участка, разбивку осей шпунтового ограждения, устройство направляющих для вертикального погружения шпунта, проверку готовности к работе вибропогружателей, кранового оборудования и приспособлений, доставку оборудования на место работы, проверку и подготовку шпунта к погружению. Заготовка (сборка) пакетов из 2-х - 3-х шпунтин в зависимости от грузоподъемности крана производится до установки на место погружения. Соединение шпунтин в пакете производится сваркой. При погружении пакета из трех шпунтин наголовник закрепляют на средней шпунтине. В случае значительного отклонения шпунтового ряда от проектного положения производят его выпрямление с помощью троса и тягового крюка трактора или лебедки.

Недостаток - происходит отклонение шпунтового ряда от вертикального направления, вследствие чего требуются дополнительные затраты на его исправление.

Задача изобретения - повышение качества шпунтовой стенки, производительности труда, снижение веса пригрузки и облегчение извлечения шпунтов.

Задача в части способа решается за счет того, что в способе создания шпунтовой стенки котлована на болотах для ремонта магистральных трубопроводов, включающем соединение между собой шпунтов с помощью замковых соединений, подсоединение шпунтов к наголовникам механизма погружения и извлечения, подъем шпунтовой стенки, погружение и извлечение шпунтов, подъем шпунтовой стенки осуществляют в собранном виде после соединения шпунтов между собой на земле, а погружение и извлечение осуществляют нескольких шпунтов одновременно, при этом в качестве опоры при извлечении шпунтов используют неизвлеченные шпунты.

В части устройства задача решается за счет того, что в устройстве для создания шпунтовой стенки котлована, содержащем механизм погружения и извлечения шпунтов, механизм подъема и опускания стенки, направляющие стойки, гидроцилиндры и кондуктор, механизм погружения и извлечения выполнен в виде нескольких гидроцилиндров, причем корпуса гидроцилиндров снабжены общей рамой, установленной в направляющих стойках с возможностью перемещения по ним, при этом длина рамы равна длине шпунтовой стенки.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в сокращении времени и облегчении труда, затрачиваемого на выполнение ремонтного котлована по сравнению с существующим способом, когда ограждение котлована создается забивкой круглых деревянных свай в два ряда по периметру котлована.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для возведения шпунтовой стенки по 1-му варианту; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 фиксатор для стопорения рамы в направляющих стойках; на фиг. 4 - общий вид устройства для сооружения шпунтовой стенки по 2-му варианту; на фиг. 5 - вид в плане фиг. 4; на фиг. 6 - погружение шпунтов над трубой и герметизация вокруг трубы; на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 6; на фиг. 8 - положение сухариков при погружении шпунта по стрелке В; на фиг. 9 - положение сухариков при заклинивании непогружаемых шпунтов; на фиг. 10 - положение сухариков при извлечении шпунта по стрелке Г; на фиг. 11 - положение сухариков при заклинивании неизвлекаемых шпунтов.

Устройство для сооружения шпунтовой стенки по 1-му варианту (фиг. 1) состоит из пакета гидроцилиндров 1, шарнирно подвешенных на металлической раме 2, длина которой равна длине шпунтовой стенки, имеющей возможность передвигаться вверх и вниз по направляющим стойкам 3, которые, в свою очередь, с помощью катков 4 имеют возможность передвигаться по кондуктору 5. Для закрепления стойки с рамой и гидроцилиндрами к кондуктору имеются быстросъемные болты 6. Штоки 7 гидроцилиндров через наголовники 8 шарнирно соединяются со шпунтами 9.

Для ограничения хода рамы при вдавливании и извлечении шпунтов в направляющих стойках имеются фиксаторы 10. Для захвата рамы крюком подъемного механизма на ней предусмотрена серьга 11. Шпунты соединяются между собой с помощью замков 12 (см. фиг. 2).

Работа по созданию шпунтового ограждения с помощью предлагаемого способа по 1-му варианту производится следующим образом. Определив место аварии на нефтепроводе, производят разметку по контуру котлована. По разметке укладывают кондуктор 5 и на нем устанавливают направляющие стойки 3. На земле подсоединяют шпунты 9 к наголовникам 8, подъемным краном за серьгу 11 поднимают раму 2 с гидроцилиндром 1 и шпунтами 9 и устанавливают в направляющих стойках 3.

Соединив гидроцилиндры 1 рукавами высокого давления 21 с источником гидравлической энергии 22, производят погружение шпунтов в грунт. При первоначальном погружении в качестве пригрузки используется вес самого устройства. В дальнейшем погруженные на некоторую глубину шпунты будут являться якорем для погружаемых шпунтов. В этом случае отпадает необходимость иметь пригрузы как специальные анкерные устройства.

Вдавив все шпунты в пакете на длину хода поршня, рама 2 опускается до следующего фиксатора 10, после чего операции по погружению шпунтов повторяют до тех пор, пока не будет достигнута необходимая глубина погружения. Когда все шпунты будут погружены, устройство разбирают, за исключением кондуктора 5, роют котлован и производят работу по ремонту трубопровода.

После окончания ремонта и засыпки котлована на кондуктор снова устанавливают направляющие стойки 3, в которые вставляется рама 2 с гидроцилиндрами 1 и приступают к работе по извлечению шпунтов путем изменения направления хода поршня гидроцилиндров. При этом рядом расположенные неизвлеченные шпунты служат опорой при извлечении шпунтов.

Устройство для сооружения шпунтовой стенки по 2-му варианту (фиг. 4, 5) состоит из шпунтов 9, собранных в стенку, механизма 13 погружения и извлечения шпунтов, угловых шпунтов 14, хомутов 15, механизма 16 подъема и опускания шпунтовой стенки, верхней балки 17, нижней балки 18, стоек 19, винтовых пальцев 20, рукавов высокого давления 21, источника гидравлической энергии 22, плиты 23, сухариков 24, быстросъемных пальцев 31.

Сооружение шпунтовой стенки по 2-му варианту происходит следующим образом. Все четыре шпунтовые стенки ремонтного котлована собираются на земле по периметру котлована. Шпунты, скрепленные между собой замковыми соединениями, (фиг. 2) вставляются в направляющие пазы балок 17 и 18, скрепленных со стойками 19 посредством винтовых пальцев 20. Стойки шарнирно соединяются с помощью хомутов 15 с угловыми шпунтами 14, заранее погруженными в грунт по углам разметки периметра котлована. На верхней балке устанавливается механизм 13 погружения и извлечения шпунтов, затем механизмом 16 подъема и опускания стенки поднимаются до вертикального положения и скрепляются между собой быстросъемными пальцами 31, образуя устойчивую конструкцию. Далее механизм 13 погружения, соединенный рукавом высокого давления 21 с источником гидравлической энергии 22, производит поочередное задавливание шпунтов в грунт на длину хода поршня. Когда все шпунты, находящиеся в одной стенке, погружены на длину хода поршня, механизм 13 погружения и извлечения вместе с верхней балкой 17 опускается на длину погруженной части шпунтов и действия по дальнейшему погружению шпунтов повторяются. При этом погруженные на некоторую глубину шпунты, за исключением тех, к которым подсоединены механизмы погружения, являются якорными, вследствие того, что сухарики 24 (фиг. 9) заклинивают погруженные шпунты при стремлении балки 17 подняться вверх по стрелке Д (фиг. 9) от усилия погружения очередного шпунта.

Механизм погружения и извлечения 13, перемещаясь к погружаемому шпунту 9, одновременно освобождает последний от действия сухариков 24, которые принимают положение, показанное на фиг. 8. После того, как все шпунты во всех четырех стенках погружены до конца, устройство разбирают и приступают к выемке грунта внутри огражденного пространства.

Для извлечения шпунтов (фиг. 10, 11) балка 17 устанавливается сухариками 24 вверх. Пружина 32 прижимает сухарик 24 к шпунту 9. При извлечении очередного шпунта сухарики 24 заклинивают остальные шпунты при стремлении балки 17 опуститься вниз (фиг. 11) по стрелке Ж. В этом случае все шпунты кроме извлекаемого являются опорой при создании усилия для извлечения шпунта. Извлекаемый шпунт, также как и при погружении, освобождается от действия сухариков 24 механизмом 13 погружения и извлечения.

Создание стенки вокруг ремонтируемого трубопровода осуществляется приспособлением (фиг. 6, 7), состоящим из шпунта 23, тяги 25, секторообразных направляющих 26, в которые вставлены шиберы 27, имеющие на краях пальцы 23.

Работает приспособление следующим образом. На трубу 29 с помощью гидроцилиндра 30 сажается шпунт 23. Затем гидроцилиндрами 1 производится погружение шпунтов 9, которые при своем движении по стрелке "Е" находят на пальцы 23 шиберов 27 и производят поворот их вокруг трубы по стрелке "Д" до смыкания под трубой. Для снижения монтажных нагрузок на трубопровод шпунт 23 соединен тягой 25 с гидроцилиндром 30.

При демонтаже приспособления шиберы 27 раскрываются также гидроцилиндрами 1, только вместо шпунтов 9 к ним подсоединяются тросы, которые вторыми концами зацепляются за пальцы 28. После раскрытия шиберов приспособление гидроцилиндром 30 через тягу 25 снимается с трубы 29.

Пример конкретного выполнения.

На полигоне цеха экспериментально-производственных работ проводились испытания на опытном образце устройства для погружения и извлечения шпунтов.

Каркас шпунтов был изготовлен из уголкового и листового железа. Во внутреннюю часть каркаса вставлялись доски.

Размеры шпунта: толщина - 50 мм; ширина - 300 мм; длина - 1500 мм. Вес - 25 кг. Шпунты соединяются меду собой замковыми соединениями (фиг. 2). Задавливание шпунтов производилось гидроцилиндрами с внутренним диаметром 1000 мм и ходом поршня 800 мм. Фиксаторы 10 были установлены через 700 мм.

Испытания проводились следующим образом.

Вдоль будущей траншеи был установлен кондуктор 5, представляющий собой два параллельных швеллера с зазором между ними 60-70 мм для возможности прохождения шпунтов. Грунт - песчаный мелкий средней плотности. Затем на кондуктор 5 были установлены стойки 3 с катками 4, с помощью которых устройство может передвигаться по кондуктору 5 по мере погружения пакета шпунтов. Далее, на земле к раме 2 подвешивались гидроцилиндры 1, а к ним шпунты 9 через наголовники 8. Шпунты между собой соединены замками 12. После чего все это поднималось автокраном, вставлялось в стойки 3 и закреплялось фиксаторами 10.

Гидроцилиндры 1 соединялись рукавами высокого давления с гидросистемой трактора "Беларусь". Масляным насосом трактора "Беларусь" рабочая жидкость под давлением 60-70 кгс/см² подавалась в гидроцилиндры. Усилие на шпунты определялось по давлению масла, показываемого манометрами. Изменение направления потока рабочей жидкости осуществлялось через гидрораспределитель трактора "Беларусь". После погружения всех шпунтов в пакете на длину хода поршня фиксатором 10 освобождались и рама 2 опускалась до следующих фиксаторов.

Проводилось извлечение одновременно двух шпунтов. При этом осадка кондуктора не наблюдалось, так как наибольшая часть усилия извлечения шпунтов воспринималась рядом расположенными шпунтами.

В результате проведенных испытаний была подтверждена возможность погружения шпунтов с помощью гидроцилиндров, проверен эффект действия погруженных шпунтов в качестве анкеров (якорей) при погружении и в качестве дополнительной опоры при извлечении шпунтов.

Изобретение может быть использовано для создания ограждений при сооружении ремонтных котлованов на подземных нефтепроводах, проложенных в болотистой местности. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении качества шпунтовой стенки, производительности труда, снижении веса пригрузки и облегчении извлечения шпунтов. Способ создания шпунтовой стенки состоит в том, что подъем шпунтовой стенки осуществляют в собранном виде после соединения шпунтов между собой на земле, а погружение и извлечение осуществляют нескольких шпунтов одновременно, при этом в качестве опоры при извлечении шпунтов используют неизвлеченные шпунты. Устройство для создания шпунтовой стенки котлована содержит механизм погружения и извлечения шпунтов, механизм подъема и опускания стенки, направляющие стойки и кондуктор. Отличие состоит в том, что механизм погружения и извлечения выполнен в виде нескольких гидроцилиндров, причем корпуса гидроцилиндров снабжены общей рамой, установленной в направляющих стойках с возможностью перемещения по ним, при этом длина рамы равна длине шпунтовой стенки. 2 с.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ создания шпунтовой стенки котлована на болотах для ремонта магистральных трубопроводов, включающий соединение между собой шпунтов с помощью замковых соединений, подсоединение шпунтов к наголовникам механизма погружения и извлечения, подъем шпунтовой стенки, погружение и извлечение шпунтов, отличающийся тем, что подъем шпунтовой стенки осуществляют в собранном виде после соединения шпунтов между собой на земле, а погружение и извлечение осуществляют нескольких шпунтов одновременно, при этом в качестве опоры при извлечении шпунтов используют неизвлеченные шпунты. 2. Устройство для создания шпунтовой стенки котлована, содержащее механизм погружения и извлечения шпунтов, механизм подъема и опускания стенки, направляющие стойки, гидроцилиндры и кондуктор, отличающееся тем, что механизм погружения и извлечения выполнен в виде нескольких гидроцилиндров, причем корпуса гидроцилиндров снабжены общей рамой, установленной в направляющих стойках с возможностью перемещения по ним, при этом длина рамы равна длине шпунтовой стенки.