Устройство для образования скважин в грунте Советский патент 1993 года по МПК E02F5/16 

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для образования скважин в уплотняемых грунтах преимущественно при вертикальной проходке скважин различного назначения (фор- мовании набивных свай, глубинном уплотнении грунта).

Известны устройства для проходки скважин уплотнением грунта, которые именуются пневмопробойниками. Для извлечения его из глухой скважины используют обратный ход или дополнительную силу, создаваемую на поверхности лебедкой, соединенной тросом с корпусом устройства.

При использовании обратного хода (например, реверсивный пневмопробойник) необходимо преодолеть силу трения о стенку скважины, что предопределяет повышенную энергоемкость процесса, при этом работа в реверсивном режиме практически

приходится на половину ресурса работы. Это приводит к снижению производительности процесса, так как выход устройства из скважины (особенно глубокой) продолжителен.

Известно устройство для образования скважины в грунте, содержащее пневмопробойник, в передней части которого жестко крепится конический расширитель, наружный диаметр которого превышает диаметр корпуса. Недостатком такого устройства является сложность извлечения его из скважины. Особенно этот недостаток ощущается когда проходят вертикальные скважины, так как при каждой проходке осуществляется извлечение устройства из скважины. Прежде всего возникает большое трение по боковой поверхности при извлечении устройства из скважины, так как больший диаметр расширителя имеет поVJ00 00

VI

стоянный размер на протяжении всего процесса извлечения. Кроме того, щелеобразо- ватель создает дополнительное сопротивление при движении за счет обрушения стенки скважины,

Наиболее близким аналогом является устройство для проходки скважин в уплотняемом грунте, у которого при извлечении из скважины изменение радиального размера осуществляется за счет того, что расширитель распадается на отдельные части,

Недостатками известного технического решения являются сложность конструкции, невозможность использования без существенного расширения диаметра проходимой скважины (т.е. невозможно использовать в устройстве, не содержащем расширитель), повышенные размеры проходимой скважины, что приводит к снижению производительности.

Целью изобретения является повышение надежности работы в неоднородных грунтах при одновременном повышении его производительности за счет сокращения затрат времени на вспомогательные операции по сборке расширителя при запуске устройства.

Это достигается за счеттого, что устройство, содержащее цилиндрический корпус с сужающей передней частью, размещенный в корпусе ударный механизм, закрепленный на задней части корпуса трос для присоединения к лебедке при извлечении устройства из скважины, расположенный на корпусе расширитель, наружный диаметр которого превышает максимальный размер корпуса, и приспособление для фиксации расширителя на корпусе, при этом расширитель выполнен в виде установленного на корпусе с возможностью продольного перемещения кольцевого элемента из упругого материала, а приспособление для фиксации расширителя на корпусе выполнено в виде гибкой тяги, при этом кольцевой элемент соединен гибкой тягой с передней частью корпуса.

Такое выполнение обеспечивает извлечение устройства из скважины за трос, при этом его диаметр будет меньше диаметра скважины.

Целесообразно кольцевой элемент выполнять в виде пружинного кольца. Такая конструкция проста в изготовлении.

Целесообразно кольцевой элемент выполнять в виде нескольких шарнирносоеди- ненных между собой кольцевых сегментов. Такое выполнение устройства повышает надежность работы, так как деформирование кольца может происходить по любому из шарниров.

Целесообразно кольцевой элемент выполнять из троса. Такое исполнение предопределяет наипростейшую конструкцию при минимальном диаметре проходимой

5 скважины.

Целесообразно кольцевой элемент выполнять из цепи. Такое выполнение конструкции обеспечивает максимальную надежность работы, так как складывание

0 кольца может происходить по любому из сочленений.

Целесообразно кольцевому элементу придавать форму эллипса, при этом поперечная ось его симметрии расположена под

5 углом менее 90° к продольной оси корпуса. Такое выполнение конструкции обеспечивает совмещение функций кольца (расширение скважины) с тягой (удержание кольца на корпусе), что упрощает конструкцию и повы0 шает надежность работы, так как уменьшается количество деталей.

Целесообразно в наковальне корпуса выполнять отверстие для размещения болта, при этом соединение гибкой тяги с кор5 пусом выполнено в виде болта, который установлен в отверстии наковальни корпуса. Такое выполнение устройства обеспечи- ваетнадежное крепление деформированного в радиальном направле0 нии кольца, что способствует повышению надежности работы,

Целесообразно сегменты выполнять с упорами для ограничения их поворота друг относительно друга, а шарниры, соединяю5 щие сегменты между собой, расположены на торцах сегментов со стороны передней части корпуса.

Такое выполнение устройства обеспечивает складывание кольцевых элементов в

0 переднем направлении и надежное фиксирование в горизонтальном направлении при проходке скважин.

Целесообразно упоры выполнять со стороны торцов сегментов, а их контактиру5 ющую поверхность ориентировать вдоль продольной оси устройства. Такое выполнение устройства обеспечивает проходку скважины диаметром, превышающим диаметр устройства, что позволяет извлекать

0 его из скважины тросом, т.е. прикладывая дополнительную силу с поверхности через трос.

На фиг. 1 показано устройство с кольцом, выполненным из троса в грунте; на

5 фиг.2 - устройство с деформируемым в радиальном направлении кольцевым элементом; на фиг.З - деформируемый пружинный разрезной кольцевой элемент; на фиг.4 - составное кольцо из нескольких шарнирно

соединенных элементов; на фиг.5 - устройство с цепями, служащими одновременно как кольца и тяга; фиг.б - устройство с расширителем, на котором монтировано кольцо и на нем же оно закреплено; на фиг.7 - составное кольцо с упорами.

Ударное устройство для проходки скважин в грунте содержит ударный узел 1, в качестве которого может использоваться широко известный в промышленности пневмопробойник, в корпусе которого име- ется ударник, наносящий удары по передней части корпуса в режиме работы прямого хода и по задней части в режиме обратного хода (чтобы не усложнять чертеж внутренние элементы конструкции не пока- заны). Корпус 2 ударного узла 1 выполнен заостренным в передней части (фиг.1, 2, 5). На нем может быть закреплен расширитель 3 (фиг.6),также выполненный с конической поверхностью в передней части. На цилин- дрической поверхности или на конической поверхности у максимального диаметра установлен расширитель в виде деформируемого в радиальном направлении кольцевого элемента, который выполнен Ъ внешним диаметром, превышающим диаметр корпуса (расширителя) ударного узла 1. При уста- новке кольцевого элемента 4 на цилиндрической поверхности корпуса 2 его внутренний диаметр соответствует диамет- ру корпуса 4, при установке кольцевого элемента на конической поверхности (впереди цилиндрической) его внутренний диаметр меньше диаметра корпуса 2, но в любом случае внешний диаметр кольцевого эле- мента 4 превышает диаметр корпуса 2.

Кольцевой элемент 4 прикреплен гибкой тягой 5 к передней части корпуса 2 или расширителя 3 (фиг. 1, 2, 5, 6), Он может быть выполнен из скрученного троса (фиг.1), цепи (фиг.5), пружинным (фиг.З), либо жестким, состоящим из нескольких элементов, соединенных между собой шарнирно (фиг. 4,7). Возможно использование нескольких (двух) кольцевых элементов, выполненных в виде цепи (троса), один из концов которых закреплен в передней части корпуса 2 ударного узла 1, для чего в наковальне 6 (расширителе 3) выполнено отверстие 7. В это отверстие 7 продета гибкая тяга 5, либо воз- можнз установка в нем болта, к которому прикреплена гибкая тяга 5. При выполнении кольцевого элемента 4 составным его элементы 8 (фиг.7) соединены между собой шарнирами 9, которые выполнены с пере- днего торца. Элементы 8, 9 снабжены упорами 10, расположенными у их контактируемых торцов, причем упоры 10 ориентированы вдоль продольной оси устройства. Позицией 11 обозначен трос для

извлечения устройства из скважины 12. Позицией 13 обозначена петля, посредством которой усилие со стороны закрепленного в его центре троса 11 передается симметрично по обе стороны от продольной оси. Грунт обозначен позицией 14.

Принцип работы предлагаемого устройства для проходки скважин в грунте.

При вертикальном запуске устройства в грунт по мере углубления его кольцевой элемент 4 будет грунтом сдвигаться в сторону хвостовой части корпуса 2 ударного узла 1. Продвижение вперед осуществляется за счет ударных импульсов, создаваемых устройством. После натяжения гибкой тяги 5 кольцевой элемент 4 будет зафиксирован в крайнем своем положении. У составного кольца 5 составные злеме нты 8 займут положение, перпендикулярное продольной оси устройства (фиг.7). В случае использования гибкого кольцевого элемента 4, выполненного из троса или цепи, оно приобретает эллиптическую форму. Если внутренний размер кольцевого элемента 4 меньше диаметра цилиндрического участка корпуса 2 (или расширителя 3), то он установится на конической поверхности у перехода ее в цилиндрическую. Длина упругой тяги 5 будет иметь размер от точки крепления ее переднего конца до кольцевого элемента 4. В случае;если внутренний размер кольцевого элемента 4 равен диаметру цилиндрической поверхности корпуса 2 ударного узла 1, то кольцевой элемент будет зафиксирован за пределами конической поверхности корпуса 2 (фиг.б).

При движении устройства вниз сначала образуется скважина 12 диаметром, соответствующим диаметру корпуса 2, а затем кольцевой элемент 4 увеличивает его диаметр.

После достижения требуемой глубины ударный узел 1 переключают в режим обратного хода, в результате чего ударные импульсы осуществляются по хвостовой части корпуса 2 и он движется вверх до тех пор, пока имеется сцепление корпуса 2 с грунтом 14, т.е. когда имеется контакт между грунтом 14 и корпусом 2,

В силу того, что гибкая тяга 5 передает только одностороннее усилие при движении устройства вверх, кольцевой элемент 4 удерживается силами трения о грунт 14 и при движении устройства вверх оно остается на месте. Гибкая тяга 5 при этом складывается. После этого ударный узел - пневмопробойник 1 извлекается из скважины тросом 11, закрепленным к хвостовой части корпуса 2 ударного узла.

Обычно для обеспечения вертикального извлечения ударного узла 1 из скважины 12 трос 11 закрепляют к корпусу 2 через петлю 13, оба конца которого симметрично прикреплены к корпусу 2. При извлечении удар- ного узла 2 из скважины 12 в силу того, что гибкая тяга 5 закреплена к корпусу 2, ударного узла 1 (к его наковальне 6 (фиг.2) либо к расширителю 3 (фиг.6)). При ее натяжении сила передается на деформируемый кольце- вой элемент 4, который изменяет свой радиальный размер (у пружинного кольцевого элемента-4 (фиг.З) один из его концов заходит за другой, у складывающегося кольцевого элемента 4 один элемент 8 конструкции разворачивается относительно другого по шарнирному соединению 9). В итоге все устройство извлекается из скважины 12. Обратный ход (реверс) используется только для движения устройства на длину гибкой тяги 5, т.е. примерно 30% длины устройства, а затем подачу сжатого воздуха в ударный узел 1 прекращают. На фиг.4 показан кольцевой элемент с 4-мя шарнирами.

Применение предлагаемого устройства позволяет упростить извлечение устройства из скважины и одновременно упрощает конструкцию.

По отношению к базовому устройству- пневмопробойнику ИП 4603, у которого об- ратный ход осуществляется на протяжении всей глубины проходки, у предложенного - примерно на 0,5 м. При глубине проходки 5 м базовый образец работает 10 мин (5 туда и 5 назад), предлагаемый - 5,5 мин. Следо- вательно, для выполнения одного объема работ необходимо на 45% больше базовых машин.

Формула изобретения

1. Устройство для образования скважин в грунте, включающее цилиндрический корпус с сужающейся передней частью, размещенный в корпусе ударный механизм, закрепленный на задней части корпуса трос для присоединения к лебедке при из- влечении устройства из скважины, расположенный на корпусе расширитель, наружный диаметр которого превышает максимальный диаметр корпуса, и приспособление для фиксации расширителя на корпусе, отличающееся тем, что, с

целью повышения надежности его в работе в неоднородных грунтах при одновременном повышении его производительности за счет сокращения затрат времени на вспомогательные операции по сборке расширителя при запуске устройства, расширитель выполнен в виде установленного на корпусе с возможностью продольного перемещения кольцевого элемента из упругого материала, а приспособление для фиксации расширителя на корпусе выполнено в виде гибкой тяги, при этом кольцевой элемент соединен гибкой тягой с передней частью корпуса.

2. Устройство по п. отличающееся тем, что кольцевой элемент выполнен в виде разрезного пружинного кольца.

3. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что кольцевой элемент выполнен в виде нескольких шарнирно соединенных между собой кольцевых сегментов.

4. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что кольцевой элемент выполнен в виде троса.

5. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что кольцевой элемент выполнен в виде цепи.

6. Устройство по пп. 1,4 и 5, от л и ч а ю- щ е е с я тем, что кольцевой элемент имеет форму эллипса, при этом поперечная ось симметрии кольцевого элемента расположена под углом менее 90° к продольной оси корпуса.

7. Устройство по п.6, отличающее- с я тем, что наковальня корпуса выполнена с отверстием для размещения болта, при этом соединение гибкой тяги с корпусом выполнено в виде болта, который установлен в отверстии наковальни корпуса.

8. Устройство по п.З, отличающее- с я тем, что сегменты выполнены с упорами для ограничения их поворота друг относительно друга, а шарниры, соединяющие сегменты между собой, расположены на торцах сегментов со стороны передней части корпуса.

9. Устройство по п.8, отличающее- с я тем, что упоры расположены на контактирующих друг с другом торцах сегментов, при этом опорные поверхности смежных упоров ориентированы вдоль продольной оси устройства.

Сущность изобретения: устройство содержит цилиндрический корпус с сужающейся передней частью, ударный механизм, трос для присоединения к лебедке при извлечении устройства из скважины, расширитель и приспособление для фиксации расширителя на корпусе. Ударный механизм размещен в корпусе. Трос закреплен на задней части корпуса. Наружный диаметр расширителя превышает максимальный диаметр корпуса. Расширитель выполнен в виде установленного на корпусе с возможностью продольного перемещения кольцевого элемента из упругого материала. Приспособление для фиксации расширителя на корпусе выполнено в виде гибкой тяги. Кольцевой элемент соединен гибкой тягой с передней частью корпуса. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.