СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ЗАМЕНЫ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E02F5/18 F16L1/28 

Группа изобретений относится к строительному производству и может быть использована при бестраншейной замене изношенных подземных трубопроводов, при ремонте и реконструкции подземных инженерных коммуникаций.

Известен способ (см. патент России N 2034118 кл. E 02 F 5/18, 1992), в котором путем проходки пионерной скважины, расширения пионерной скважины, например, раскатывающим устройством и заполнения расширенной скважины формующим материалом формируют обделочный слой скважины формующим приспособлением, перемешивающимся за раскатывающим устройством.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в известном способе прокладку штанг в пионерной скважине и расширение пионерной скважины затягиваемым в нее раскатывающим устройством осуществляют раздельно, что увеличивает сроки производства работ при формировании трубопровода известным способом.

Наиболее близким способом к заявленному способу в группе изобретений является способ бестраншейной замены подземных трубопроводов (см. патент России N 2003911 кл. F 16 L 1/028, 1993, принят за прототип), в котором замену трубопровода осуществляют путем разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода при помощи пневмоударного механизма.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что в известном способе осевое приложение ударной нагрузки при разрушении заменяемого трубопровода и затягивание в скважину нового трубопровода создают значительное сопротивление движению механизма, а прокладка из рабочего колодца в приемный колодец, создающего тяговое усилие для перемещения механизма, троса лебедки, осуществляемая во время остановки механизма, снижает сроки производства работ при бестраншейной замене подземных трубопроводов.

Наиболее близким устройством к заявленному устройству в группе изобретений является устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов (см. авт. свид. СССР N 829813 кл. E 02 F 5/18, 1981, принято за прототип), содержащее приводной вал, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала с возможностью вращения цилиндрический и конические катки с закрепленными на катках бандажами.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве бандажи выполнены в виде втулок и напрессованы на катки устройства, что делает невозможным замену бандажей без разборки устройства. При таком исполнении известного устройства увеличиваются сроки производства работ, например, при расширении пройденной скважины вторым проходом устройства с закрепленными на катках бандажами.

Техническая задача, решаемая группой заявляемых изобретений, заключается в повышении производительности реализуемого способа и устройства при расширении их технологических возможностей.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении группы изобретений, - повышение скорости бестраншейной замены подземных трубопроводов за счет сокращения времени на прокладку штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода и установку бандажей на катках устройства, а также за счет уменьшения сил сопротивления движению устройства и затягиваемому в скважину новому трубопроводу.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что в известном способе бестраншейной замены подземных трубопроводов путем разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода, особенность заключается в том, что разламывание заменяемого трубопровода, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с помощью раскатывающего устройства, при этом одновременно прокладывают связанные с раскатывающим устройством штанги в последующий отрезок заменяемого трубопровода.

Целесообразно затягивание в скважину нового трубопровода осуществлять с вращением.

Целесообразно также одновременно с прокладыванием связанных с раскатывающим устройством штанг осуществлять разбуривание отложений в заменяемом трубопроводе.

Увеличение скорости бестраншейной замены подземных трубопроводов происходит за счет следующих факторов:
одновременное с прокладыванием штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода разламывание заменяемого трубопровода, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода сокращает сроки производства работ;
обкатывание катками устройства стенок разламываемого трубопровода и образуемой скважины уменьшает сопротивление движению устройства;
возникающее при движении устройства тяговое усилие, обусловленное самозавинчиванием устройства вследствие разворота его катков, ускоряет движение устройства;
радиально направленное приложение усилий, создаваемых катками при разламывании заменяемого трубопровода, снижает сопротивление движению устройства;
вращение затягиваемого в скважину нового трубопровода уменьшает сопротивление затягиванию и облегчает движение раскатывающего устройства;
осуществляемое одновременно с прокладыванием штанг разбуривание грунтовых пробок и отложений в заменяемом трубопроводе также облегчает прокладку штанг и уменьшает сопротивление движению раскатывающего устройства.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается тем, что в известном устройстве для бестраншейной замены подземных трубопроводов, содержащем приводной вал, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала с возможностью вращения цилиндрический и конические катки с закрепленными на катках бандажами, особенность заключается в том, что головной каток выполнен цилиндрическим, а последующие - коническими, при этом бандажи катков устройства выполнены разъемными и снабжены элементами крепления на катках, а катки снабжены ограничителями перемещения бандажей по боковой поверхности катков.

Ограничители перемещения бандажей могут быть выполнены в виде пазов, расположенных диаметрально противоположно в плоскости, параллельной основанию катка на его боковой поверхности.

Элементы крепления бандажей на катках устройства также можно выполнить в виде болтов, установленных в пазах катков.

Целесообразно снабдить устройство прикрепленным через шарнирное соединение к последнему катку переходным элементом для соединения устройства с затягиваемым в скважину новым трубопроводом.

Увеличение скорости замены подземного трубопровода в этом случае происходит за счет следующих факторов:
предложенная конструкция крепления бандажей дает возможность не разбирая устройства, что сокращает сроки производства работ, устанавливать на катках бандажи с наружным диаметром применительно к конкретному внутреннему диаметру заменяемого трубопровода. Оптимальное соотношение этих диаметров позволяет начать разламывание заменяемого трубопровода уже головной парой катков устройства - цилиндрическим и следующим за ним коническим. Тогда последующие конические катки, взаимодействуя с грунтом и обкатывая стенки образуемой скважины по спиральной траектории, создают осевое усилие, которое увеличивает скорость движения устройства, а возможность устанавливать на катках бандажи с различными наружными диаметрами для соответствующих внутренних диаметров заменяемых трубопроводов расширяет технологические возможности устройства;
соединение последнего катка устройства с затягиваемым в скважину новым трубопроводом позволяет затягивать в скважину новый трубопровод с медленным вращением (в сравнении с частотой вращения приводного вала устройства), что уменьшает сопротивление затягиванию и, следовательно, ускоряет движение устройства;
шарнирное соединение переходного элемента с последним катком обеспечивает при движении устройства уменьшение изгибающих усилий, действующих на элементы устройства со стороны затягиваемого трубопровода, что облегчает протягивание трубопровода и ускоряет движение устройства.

Предлагаемые изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 изображена схема прокладки штанг в заменяемом трубопроводе; на фиг. 2 - схема замены подземного трубопровода, начало процесса; на фиг. 3, 4 - схемы замены подземного трубопровода с одновременным прокладыванием штанг в заменяемом трубопроводе; на фиг. 5 - раскатывающее устройство с закрепленными на катках бандажами и переходным элементом, прикрепленным через шарнирное соединение к последнему катку устройства, продольный разрез; на фиг. 6 - каток с закрепленным на нем бандажом, разрез по А-А.

Способ реализуется следующим образом.

С помощью привода из колодца в колодец прокладывают штанги в заменяемом трубопроводе. Затем в колодце к штангам со стороны головного катка присоединяют раскатывающее устройство с закрепленными на нем бандажами требуемого диаметра и размещают раскатывающее устройство в заменяемом трубопроводе. Далее к последнему катку устройства присоединяют секцию нового трубопровода и двигающимся из колодца в колодец под действием тягового усилия привода и самозавинчивания вследствие разворота взаимодействующих с грунтом катков, раскатывающим устройством разламывают заменяемый трубопровод, вдавливают его осколки в массив грунта, образуют скважину и затягивают в нее новый трубопровод.

Одновременно с процессом разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода через полый сквозной шпиндель привода, выполненного по схеме "ходовой винт - гайка", прокладывают штанги в последующий отрезок заменяемого трубопровода для дальнейшего продвижения раскатывающего устройства.

При этом целесообразно одновременно с прокладыванием штанг производить разбуривание грунтовых пробок и отложений в заменяемом трубопроводе, а новый трубопровод затягивать в образованную скважину с вращением.

Пример конкретного выполнения способа.

В колодце 1 закрепляют домкратами 2, 3 привод 4, ориентируя при этом шпиндель привода 4 по оси заменяемого трубопровода 5. Привод 4 выполнен по схеме передач "ходовой винт - гайка" (см. Кучер Н.М. Металлорежущие станки. Основы конструирования и расчета. 2-е изд.перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1969, 267 с), имеет полый сквозной шпиндель, осевую подачу и тяговое усилие с вращением. С помощью привода 4 в заменяемом трубопроводе 5 из колодца 1 в колодец 6 прокладывают штанги 7, одновременно разбуривая при этом грунтовые пробки и отложения установленным на штанге 7 буровым инструментом 8. Далее в колодце 6 буровой инструмент 8 заменяют раскатывающим устройством с закрепленными на его катках 9, 10, 11 бандажами 12 с наружными диаметрами применительно к конкретному внутреннему диаметру заменяемого трубопровода 5. Затем приводной вал 13 устройства присоединяют со стороны головного цилиндрического катка 9 к штангам 7 и тяговым усилием привода 4 и натяжением штанг 7 размещают раскатывающее устройство в заменяемом трубопроводе 5. Далее присоединяют секцию нового трубопровода 14 через переходной элемент 15 к последнему катку 11 раскатывающего устройства, включают в работу привод 4 и двигающимся из колодца 6 в колодец 1 под действием тягового усилия привода и самозавинчивания, вследствие разворота взаимодействующих с грунтом катков, раскатывающим устройством, воздействующим на стенки трубопровода 5 радиально направленными усилиями, разламывают заменяемый трубопровод 5, вдавливают его осколки в массив грунта, образуют скважину и затягивают в нее с вращением секции нового трубопровода 14. Наращивание при этом секций нового трубопровода 14 осуществляют без остановки устройства.

Одновременно с процессом разламывания раскатывающим устройством заменяемого трубопровода 5, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода 14 в заменяемом трубопроводе 5 из колодца 1 в колодец 16 через полый шпиндель привода 4 прокладывают штанги 7 для дальнейшего продвижения раскатывающего устройства по следующему отрезку заменяемого трубопровода 5. При этом одновременно с прокладыванием штанг 7 буровым инструментом 8, установленным на лидерной штанге 7, разбуривают грунтовые пробки и отложения в заменяемом трубопроводе 5
Движение раскатывающего устройства заканчивают после вывода из заменяемого трубопровода 5 в колодец 1 соединенной с приводным валом 13 штанги 7 и оставляют устройство в заменяемом трубопроводе 5. Затем шпиндель привода 4 отсоединяют от штанги 7, а привод 4 устанавливают в колодце 16. Далее предварительно проложенные штанги 7 соединяют с одной стороны со шпинделем привода 4, а с другой стороны с приводным валом 13 раскатывающего устройства. Затем включают в работу привод 4 и тяговым усилием с вращением выводят раскатывающее устройство из заменяемого трубопровода 5 в колодец 1 с разламыванием заменяемого трубопровода 5, вдавливанием его осколков в массив грунта, образованием скважины и затягиванием в скважину нового трубопровода 14. Далее раскатывающее устройство с закрепленными на нем бандажами 12 размещают в следующем отрезке заменяемого трубопровода 5 и повторяют цикл замены трубопровода 5 с одновременным прокладыванием штанг 7 в заменяемом трубопроводе 5.

Раскатывающее устройство для замены подземных трубопроводов содержит приводной вал 13, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала 13 с возможностью вращения головной цилиндрический каток 9 и конические катки 10, 11 с закрепленными на катках 9, 10, 11 разъемными бандажами 12. Катки 9, 10 11 снабжены ограничителями перемещения бандажей 12 по боковой поверхности катков, выполненными в виде пазов 17. Бандажи 12, состоящие из двух половин, снабжены элементами крепления на катках, выполненными в виде болтов 18, которые установлены в пазах 17 катков 9, 10, 11. К последнему катку 11 раскатывающего устройства через шарнирное соединение прикреплен переходной элемент 15, который жестко соединен с новым трубопроводом 14.

Раскатывающее устройство работает следующим образом.

Под действием тягового усилия с вращением, создаваемого приводом 4, соединенным штангами 7 с приводным валом 13 раскатывающего устройства со стороны головного цилиндрического катка 9, устройство, ввинчиваясь в заменяемый трубопровод 5 и создавая дополнительное тяговое усилие при взаимодействии с грунтом, перемещается вперед. По мере входа устройства в заменяемый трубопровод 5 катками 9, 10, 11 устройства с закрепленной на их боковой поверхности бандажами 12, воспринимающими при движении устройства радиальные и осевые нагрузки, осуществляются разламывание заменяемого трубопровода 5, вдавливание его осколков в массив грунта и образование скважины с затягиванием в нее нового трубопровода 14. При этом болты 18, находящиеся в пазах 17 катков 9, 10, 11 устройства и стягивающие две половины бандажей 12, упираются в боковые стенки пазов 17, что препятствует смещению бандажей 12 по боковой поверхности катков 9, 10, 11 при прямом, а в случае необходимости, обратном ходе устройства. Новый трубопровод 14, жестко скрепленный с переходным элементом 15, связанным через шарнирное соединение с последним катком 11 устройства, затягивается в образованную устройством скважину с вращением. По мере возрастания сопротивления затягиванию нового трубопровода 14 соединенный с трубопроводом 14 каток 11 начинает проскальзывать по стенке образуемой скважины, что не нарушает режима работы устройства. Шарнирное соединение переходного элемента 15 с последним катком 11 устройства обеспечивает при движении устройства уменьшение изгибающих усилий, действующих на элементы раскатывающего устройства со стороны затягиваемого трубопровода 14.

Группа изобретений относится к строительному производству и может быть использована при бестраншейной замене изношенных подземных трубопроводов, при ремонте и реконструкции полезных инженерных сооружений. Технический результат - повышение скорости бестраншейной замены подземных трубопроводов за счет сокращения времени на прокладку штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода (ЗТ) и установку бандажей на катках раскатывающего устройства (РУ), а также за счет уменьшения сил сопротивления движению РУ и затягиваемому в скважину новому трубопроводу. Разламывание ЗТ, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с помощью РУ, при этом одновременно прокладывают связанные с РУ штанги в последующий участок ЗТ. Прокладку штанг совмещают с разбуриванием грунтовых пробок и отложений в ЗТ, а новый трубопровод затягивают в образованную скважину с вращением. Катки РУ с закрепленными на них бандажами, головной - цилиндрический, а последующие - конические, снабжены ограничителями перемещения бандажей по боковой поверхности катков, выполненными в виде пазов, расположенных диаметрально противоположно в плоскости, параллельной основанию катка, на его боковой поверхности, а бандажи выполнены разъемными и имеют элементы крепления на катках, выполненные в виде болтов, установленных в пазах катков. При этом последний каток РУ снабжен прикрепленным к нему через шарнирное соединение переходным элементом для соединения РУ с затягиваемым в скважину новым трубопроводом. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ бестраншейной замены подземных трубопроводов путем разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода, отличающийся тем, что разламывание заменяемого трубопровода, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с помощью раскатывающего устройства, при этом одновременно прокладывают связанные с раскатывающим устройством штанги в последующий отрезок заменяемого трубопровода. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с вращением. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокладывание связанных с раскатывающим устройством штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода осуществляют одновременно с разбуриванием отложений в заменяемом трубопроводе. 4. Раскатывающее устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов, содержащее приводной вал, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала с возможностью вращения цилиндрический и конические катки с закрепленными на катках бандажами, отличающееся тем, что головной каток выполнен цилиндрическим, а последующие катки - коническими, при этом бандажи катков устройства выполнены разъемными и снабжены элементами крепления на катках, а катки снабжены ограничителями перемещения бандажей по боковой поверхности катков. 5. Раскатывающее устройство по п.4, отличающееся тем, что ограничители перемещения бандажей выполнены в виде пазов, расположенных диаметрально противоположно в плоскости, параллельной основанию катка, на его боковой поверхности. 6. Раскатывающее устройство по любому из пп.4 и 5, отличающееся тем, что элементы крепления бандажей на катках выполнены в виде болтов, установленных в пазах катков. 7. Раскатывающее устройство по любому из пп.4 - 6, отличающееся тем, что оно снабжено прикрепленным через шарнирное соединение к последнему катку переходным элементом для соединения устройства с затягиваемым в скважину новым трубопроводом.