Способ выполнения подземного туннеля и установка для осуществления Советский патент 1993 года по МПК E21D9/00 

Изобретение касается способа изготовления туннеля для подземных трубопроводов без выемки грунта над трубопроводом, а также установки для его осуществления. Земля и горная порода, которые должны удаляться, разрыхляются одним из известных способов. Разрыхленный материал удаляется из туннеля с помощью вращающегося транспортирующего барабана. Последний вращается на роликах внутри трубы, предназначенной для размещения под землей.

Строительство подземных трубопроводов может осуществляться в соответствии с несколькими различными принципами. Наиболее простой способ заключается в выкапывании грунта на месте укладки трубы,, укладку трубы и закапывание ее. Однако это не всегда может быть осуществлено с помощью открытых земляных работ, например, из-за наличия дорог или озер. В таком случае необходимо искать способы подземной укладки.

Для труб небольшого диаметра и коротких расстояний могут использоваться способы смешения грунта, при которых труба вдавливается в требуемом направлении под действием достаточно большого усилия. На конце трубы используется формирующийся наконечник, который вытесняет грунт настолько, настолько этого требует труба. Установка, базирующаяся на таком вытеснении земли, представлена в патентном документе F1-51726, в котором говорится, что с помощью такого способа довольно просто получить небольшие отверстия, тогда как в случае с большим отверстиями со00

00 О

сл

Os

сл

со

противление вытеснению становится настолько большим, что имеющийся в этом случае источник энергии не а состоянии создать необходимое усилие, или же их использование становится неэкономичным. В связи с этим, в случае с отверстиями больт шого диаметра необходимо использовать механические молоты или режущие устройства или врубовые машины.

При выполнении отверстий большого диаметра разрыхляемый грунт должен удаляться из отверстия. Так например, в патентном документе FH51726 показан способ удаления отколотого грунта из отверстия через трубу с помощью сжатого воздуха.

Другим ранее известным способом удаления разрыхленного грунта является например, транспортирующий шнек, встроенный в трубу за бурильной головкой, как, например, это показано в патенте ФРГ ДЕ 3.306.047. В системе по этому патенту бурильная головка установлена в опорной трубе, которая содержит транспортирующий шнек. Диаметр этого шнека таков, что его наружный диаметр почти равен внутреннему диаметру опорной трубы. В этой конструкции транспортирующий шнек перемещается относительно опорной трубы.

В патенте ФРГ ДЕ 3.228.684 представлена конструкция, в которой транспортирующий шнек установлен в опорной трубе, диаметр которой по существу меньше, чем диаметр устанавливаемой трубы. В этом случае определение расположения или направления бурильной головки может осуществляться через верхнюю часть трубы, которая остается свободной.

В качестве недостатков существующих способов можно отметить, что визуальное наблюдение за бурильной головкой является ограниченным и кроме того, для ремонта бурильная головка должна выниматься, что является трудоемкой операцией, требующей много времени.

Недостатком является также то, что конструкция транспортирующего шнека ограничивает диаметр горной породы, которая может транспортироваться шнеком. Кроме того, разгрузка забившегося транспортирующего шнека затруднен, так как его конструкция является закрытой.

С помощью установки и способа настоящего изобретения достигаются существенные улучшения в упомянутых недостатках. Характеристики установки и способа настоящего изобретения приведены в его формуле.

В качестве важного преимущества настоящего изобретения можно отметить, что

за бурильной головкой обеспечивается хорошее наблюдение и имеется обширный и небольшой отрезок пути для транспортировки разрыхленной земли. Благодаря так- же большому диаметру транспортирующей трубы обеспечивается передача большого вращающего момента на бурильную головку. Свободный центр транспортирующей трубы является большим и через барабан

можно транспортировать, например, инструменты и т.п. Это является преимуществом, поскольку, когда после бурения только с помощью бурильной головки в мягком грунте, встречается горная порода, то тре5 буется доставить отбойный молоток к бурильной головке и установить его. Кроме того, куски горной породы, диаметр которых почти равен диаметру барабана, могут транспортироваться через него. В процессе

0 бурения можно следить за концом, туннеля и качеством грунта, который может исследоваться через трубу, через нее могут собираться и удаляться инструменты в том случае, если свободное отверстие достаточ5 но большое, чтобы через него мог пройти человек.

На фиг.1 показаны в сечении транспортирующий барабан и защитная труба; на фиг.2- в сечении бурильная головка итранс0 портирующий барабан; на фиг.З - бурильная головка с вращающейся врубовой головкой; на фиг.4 - вид сбоку концевой части устройства, установленного в исходном отверстии; на фиг.5 - вид сверху конце5 вой части устройства, установленного в исходном отверстии; на фиг.6 - другой способ крепления бура.

На фиг.1 схематично показан транспортирующий барабан (1), вращающийся на ро0 ликах 14 опорного роликового устройства 13, закрепленных в собранной трубе 8. Питание гидравлических цилиндров 9, направляющих буровую головку, осуществляется с помощью шлангов 15, проходящих через

5 нижнюю часть трубы 8. Роликовое устройство 13 может быть закреплено в трубе 8.

На фиг.2 показана головка устройства, входящая в грунт, молоткового типа инструменты для грунта или горной породы 19 за0 креплены во вращающейся конической части 3 с помощью приспособлений 33, 34 и винтов 45, 46, при этом инструменты в приспособлениях могут скользить на участках 16 под действием цилиндров 10 или 35.

5 Ударные инструменты могут перемещаться против действия усилия, создаваемого средой под давлением в цилиндрах 10, 35. Вхождение в горную породу наиболее благоприятное осуществляется тогда% когда один инструмент 36 сверлит отверстие большого диаметра в центре туннеля, а другой инструмент 17 сверлит круг в наружной части отверстия. Опорные ролики 11 имеют осевую опору. Ролики 11 поддерживаются фланцем 6, который регулируется в требуемом направлении относительно цилиндрической части 7 с помощью гидроцилиндра 9. Гидроцилиндры 9 соединены с частями 43 и 44. Регулирование направления проникновения осуществляется с помощью цилиндра

9путем поворота фланца 6 в требуемое направление. Опорные ролики 12 закреплены в цилиндрической части 4, которая поворачивается относительно цилиндрической части 7 в то время когда поворачивается головная часть. Фланец 6 прикреплен к цилиндрической части 5, которая может скользить и когда нужно поворачиваться относительно цилиндрической части 7. Гидравлические цилиндры 9 прикреплены одним своим концом к цилиндрической части 7, а другим своим концом к направляющей цилиндрической части 5 и к фланцу 6. Вращательное движение головки 3 осуществляется внутренней трубой 1, соединенной с головкой 3 даже в случае небольшого внутреннего различия в направлении. Внутренняя-труба 1 имеет внутреннюю спираль 2, которая осуществляет транспортировку разрыхленного грунта 19 в заднюю часть устройства. Энергия для ударного инструмента 17, 36 подается по пневмошлангам 18, которые расположены с задней стороны спирали 2, где они защищены от абразивного действия грунта. Сжатый воздух подается также к цилиндрам 10 и 35, которые расположены с задней стороны спирали 2, где они защищены от абразивного действия грунта. Сжатый воздух подается также к цилиндрам

10и 35, которые перемещают инструменты 17 и 36. Наружная труба 8 обычно изготавливается бетонной и остается в туннели. Движение и усилие, требующиеся головке, передаются наружной трубой 8. Эти движение и усилие изменяются в зависимости от качества грунта.

На фиг.З показана головка устройства, проникающего в грунт, вращающиеся буры 20 и 21 установлены во вращающейся конической части 3 головки с помощью подшипников и вращаются на собственном валу в связи с тем, что коническая часть 3 вращается, а они сами установлены под углом.

На фиг.4 показана задняя часть исходного или стартового отверстия, где имеется рамная конструкция 23, на которую новые части наружной 8 и внутренней 1 труб поднимаются в то время, как головка устройства входит вглубь, а толкающие цилиндры 28 проталкивают ранее установленные трубные части в отверстие. Толкающие цилиндры поддерживаются листами 31 и 32, упирающимися в заднюю стенку исходного отверстия. Цилиндры 28 соединены с рамной конструкцией с помощью частей 29 так, что цилиндры могут скользить на частях 29 назад в случае( когда грунт на задней стенке стартового отверстия перемещается из-за толкающего усилия, и рамная конструкция

23 может сохранять свое первоначальное положение, так как с ее помощью было отрегулировано точное стартовое направление туннеля. Цилиндры толкают наружную трубу 8 со специальным фланцем 24 с помощью

адаптеров 30. На фланце 24 имеется вращающийся зубчатый элемент 26, приводящийся в действие двигателем 27 и зубчатым колесом 25. Вращающийся зубчатый элемент 26 является быстросоединяющимся

известным способом с внутренней трубой 1, которая в свою очередь должна толкаться. Каждая внутренняя труба соединена со следующей с помощью известного способа быстрого соединения, например, с помощью

цепи, так, что вращательное движение передается головной части 3. Транспортирующая спираль 2 перемещает разрыхленный грунт к стартовому отверстию, из которого он затем может удаляться. В течение всего

0 рабочего периода заполняющая скорость спирали является низкой, а поэтому, даже при непрерывном бурении обеспечивается возможность наблюдения за головкой.

На фиг,6 показан режущий инструмент

5 38, который закреплен в буровой головке 3. Режущий инструмент 38 содержит буровую головку 39 и цилиндр 37, который может смешаться в другое направление или отводиться для повторной обработки в другом

0 направлении. Инструмент крепится с помощью винтов 42 в отверстиях 41 поперечины 40, соединенной с буровой головкой. Инструмент может бурить в горной породе кольцевые отверстия различного диаметра.

5 Можно иметь несколько инструментов, закрепленных на поперечине 40 и можно выбирать диаметр и положение инструмента на поперечине, которое регулируется за счет перемещения инструментов на попере0 чине 40, например, с помощью гидравлического или пневматического давления.

Хотя была описана только одна конструкция настоящего изобретения, однако, могут иметь место различные модификации

5 и изменения, не выходящие за область данного изобретения.

Формула изобретения 1. Способ выполнения туннеля, включающий разрушение горной массы вращающимся инструментом, удаление разрушенной горной массы вращающимся транспортирующим шнеком, размещенным в защитной трубе, которую собирают в туннеле по мере его выполнения, перемещение инструмента к забою и осуществление наблюдения за проводимой выработкой через,свободную центральную часть защитной трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, в защитной трубе размещают механизм с роликами для поддержания транспортирующего шнека и устанавливают его с возможностью опоры на внутреннюю поверхность защитной трубы, туннель бурят с помощью одного или нескольких инструментов, которые доставляются к забою и от забоя транспортирующим шнеком, при этом диаметр свободного отверстия в средней части транспортирующего шнека составляет по крайней мере 40% от внутреннего диаметра защитной трубы и выполнен равным или большим диаметра самого большого транспортируемого инструмента.

2.Способ по п. 1,о т л и ч а ю щи и с я тем, что для защиты рамы поддерживающего транспортирующего шнек механизма к бурильной головке подводят рукава.

3.Способ по пп.1 и2,отличающий- с я тем, что бурение выполняют по меньшей мере одним инструментом, причем радиальное положение инструментов корректируют.

4.Способ по пп.1 и 2, от л и ч а ю щи й- с я тем, что бурение выполняют двумя или более инструментами, при этом бурильную головку вращают, причем по меньшей мере одним инструментом вырезают круглое отверстие в центре туннеля и по меньшей мере одним инструментом вырезают кольцеобразную наружную часть туннеля.

5.. Способ по пп.1-4, отличающий- с я тем, что рамы инструментом способны

совершать возвратное движение под действием силы, вызванной сжатием материала. 6. Способ по пп.1-5, отличающи и с я тем, что в туннель, выполняемый бурением.

проталкивают один за другим связанные вместе элементы, которые размещают у защитной трубы, и имеют такую же длину, как транспортирующий барабан, снабженный системой с роликами и рамой между ними.

7. Способ по пп.1-6, отл и ч а ющи и с я тем, что энергия для инструментов под давлением подается через пневмошланги, которые размещают с задней стороны спирали транспортирующего шнека.

8. Способно пп.1-7, отл ича ющи йся тем, что диаметр свободного отверстия в .центре транспортирующего барабана составляет по меньше мере половину наружного диаметра защитной трубы.

9. Устройство для выполнения туннеля, включающее установленный с возможностью вращения рабочий орган, цилиндры для подачи рабочего органа, транспортирующий шнек, двигатель, цилиндры с рамой

для обеспечения толкающего движения бурильной головке и защитной трубе, отличающееся тем, что трубопровод транспортирующего шнека выполнен из связанных одна с другой частей, расположенных

последовательно одна за другой, имеет свободное отверстие с диаметром, составляющим по меньше мере 40% внутреннего диаметра защитной трубы, а рамы с роликами, поддерживающие транспортирующий

шнек, размещены в нижней части защитной трубы и поддерживаются последней или прикреплены к ней.

10. Устройство по п.9, отличающее- с я тем, что приспособления одного или

более инструментов имеют салазки для перемещения инструментов в осевом направлении под действием цилиндров.

n к

W « to,, К 8

V

3 ч 12 11 Л5 3 7

фса2

УЗ

W /5

Использование: создание подземных трубопроводов и установка для его осуществления. Сущность изобретения: способ выполнения туннеля включает разрушение горной массы вращающимся инструментом, удаление разрушенной горной массы вращающимся транспортирующим шнеком. Последний размещен в защитной трубе, которую собирают в туннеле по мере его выполнения. В защитной трубе размещают механизм с роликами для поддержания транспортирующего шнека и устанавливают его с возможностью опоры на внутреннюю поверхность защитной трубы. Туннель бурят с помощью одного или нескольких инструментов, которые доставляются к забою и от забоя транспортирующим шнеком. Диаметр свободного отверстия в средней части транспортирующего шнека составляет по крайней мере 40% от внутреннего диаметра защитной трубы и выполнен равным или больше диаметра самого большого транспортируемого инструмента. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

9999Ш

ч

in

UD U) tD CO

oo

oo

CM

0

x

i

CO

Р

I