Тема 3.4. Машины для бестраншейной прокладки трубопроводов под дорогами

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ

Прокладывать трубопроводы по автомобильным и железным дорогам можно двумя способами: обычным (открытым) и бестраншейным (закрытым).

В первом случае нормальная работа транспорта нарушаете», так как насыпь подвергается разрытию (рытье траншей) и дорога перекрывается на время работ, а для транспорта устанавливается! временный объезд.

При сооружении перехода трубопровода под объектом открытии применяются обычные машины, используемые при стро- I.CTII0 линейной части трубопровода.

j,mi того чтобы не прерывать движения транспорта, сооружение кода в подавляющем большинстве случаев ведется бестраншей- гмособом (без вскрытия поверхности). Прокладка трубопроводов ив" |вляется в специальные металлические (редко бетонные) ом матроны, выполняющие роль кожухов, защищающих трубо- IIод от воздействия внешних нагрузок, грунтовых вод и блужда- и\ токов, а дорогу от разрушения при авариях трубопровода п 1|1ытия в случае ремонта последнего. Диаметр трубы-патрона нммается на 100—200 мм больше диаметра трубопровода. Сооружение перехода начинается разработкой горизонтальной п.кипы с одновременной или последующей (применяется редко in опасения обвала стенок скважины) закладкой в нее трубы- рома. Затем в патрон помещают рабочую трубу, опирающуюся дно патрона через специальные ползунковые или роликовые >ы, предохраняющие ее изоляцию от повреждения, разработка скважин и прокладка трубы-патрона совместно с соответствующими им подготовительными работами занимает подавляющую долю в общем объеме сооружения перехода. Поэтому, когда говорят о сооружении перехода тем или другим одом, имеют в виду выполнение в основном этих работ. I Го типу разработки скважины можно разделить все имеющиеся годы горизонтальной проходки на три основные группы:

проходка путем радиального уплотнения грунта;

проходка с разрушением (размельчением) и эвакуацией грунта зоны забоя;

смешанная проходка.

Принята следующая классификация методов бестраншейной прокладки трубопроводов:

прокол;

продавливание;

3)проталкивание

МАШИНЫ ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБ МЕТОДАМИ ПРОКОЛА

Процесс прокола характеризуется вдавливанием в грунт мотал ческой трубы, снабженной на забойном конце конусным наконечником. Наконечник смещает грунт в радиальном направлении, обраи вокруг продвигающейся трубы уплотненную зону, величина ради которой зависит от свойств грунта и диаметра наконечника

Таким образом, при проколе возникают два вида грунтового сопротивления:

лобовое — сопротивление грунта внедрению в него конусного наконечника (сопротивление грунта уплотнению);

2)боковое — сопротивление, вызванное силами трения грунт о боковую поверхность трубы

При включении установки труба нажимным усилием домкрата Вдавливается в грунт на определенную величину. После этого шток домкрата возвращается в прежнее положение: между его свободным торцом и заглушкой вставляют нажимной патрубок, и цикл повто- риют до тех пор, пока первое звено трубы не будет почти полностью погружено в грунт. Затем нажимные патрубки убирают, на направля­ющие укладывают второе звено трубы, центруют и сваривают его г первым и продолжают прокол дальше в той же последовательности. II момент выхода забойного конца трубы в приемный котлован про- кодку прекращают, конусный наконечник отрезают, а установку демонтируют.

Таким образом, статический прокол — это циклический процесс идавливания в грунт трубы с последовательным наращиванием ее пи пьев, чья длина ограничивается их продольной устойчивостью.

Для интенсификации процесса прокола в практике бестраншейной прокладки широко применяются установки, в которых передача на at п мпых усилий на трубу осуществляется при помощи зажимных хомутов. В этом случае перехватывание хомута происходит одно- иромонно с возвратным движением штоков домкратов. Напорные усилия в установке создаются двухцилиндровым гидродомк

Рис. 96. Схема установки для статического прокола при помощи зажимных хомутов.

Рис. 97. Схема установки УВП для вибрационного прокола.

В 1954 г. О. А. Савинов и А. Я. Лускин предложили новую схему производства работ методом вибропрокола, заключающуюся в при- дакии трубе продольных колебаний. Под их руководством в Ленин­градском институте гидротехнических и санитарно-технических работ (ППИИГС) была проведена большая исследовательская и экспе­риментальная работа по созданию и внедрению этого метода бес­траншейной прокладки трубопроводов. Были сконструированы и изготовлены установки для вибропрокола типа УВП-1 и УВП-2.

225

Принципиальная схема такой установки приведена на рис. 97. Она состоит из направляющей рамы 2, тележки 5, вибратора направленного действия 3 и лебедки 1. Перемещение тележки по пи равляющей раме производится тяговым усилием лебедки мер полиспаст при помощи каната 6. Вибратор, расположенный внутр тележки, соединен с ней системой пружин и через ролики, патрон 7, снабженная наконечником 8

а — схема вибратора, б — фазы вращения дебалансов, при которых воз­мущающая сила равна: 1 — нулю, 2 — сумме центробежных сил и направлена влево, 3 — нулю, 4 — сумме центробежных сил и направлена вправо.

Машины для бестраншейной прокладки труб методом виброударного прокола

Метод виброударного прокола заключается в проходке горизонталь­ных скважин путем радиального уплотнения грунта конусным нако­нечником под действием виброимпульсов, сообщаемых наконечнику иибромолотом горизонтального действия.

Существуют две схемы производства работ этим методом:

разработка горизонтальной скважины забойным проходческим снарядом с последующей прокладкой в эту скважину трубы;

проходка горизонтальной скважины с одновременной про­кладкой трубы при помощи ударного механизма, укрепленного на ее ииошнем конце.

Первая схема применяется в однородных связных грунтах, вто- рпн предпочтительна в разнородных с каменистыми включениями и несвязных (осыпающихся) грунтах, а также при повышенных гробованиях к прямолинейности проходки.

Рис. 99. Общий вид и схема пиевмопробойника конструкции Новосибирского ^института горного дела.

Чтобы получить скважину большего диаметра, чем у корпуса пробойника, последний снабжается съемным уширителем

Рис. 100. Схема прокладки трубы-патрона виброударнон установкой: а и б — прокол с конусным наконечником, равным по диаметру трубе- патрону, в — то же, но с конусным ^наконечником, большим по диаметру,

чем труба-патрон, и имеющим удлиненную цилиндрическую часть. 1 — корпус установки; 2 — пружины; з — вибратор направленного дейст­вия с бойком; 4 — наковальня; 5 — труба-патрон; 6 — наконечник.

Рис. 102. Одна из конструкций забойного наконечника

МАШИНЫ ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБ МЕТОДАМИ ПРОДАВЛИВАНИЯ

Принцип продавливания применяется при прокладке труб-патронов большого диаметра (более 500 мм). В этом случае прокладка проко­лом нецелесообразна ввиду значительного лобового сопротивления.

По мере погружения внутренняя полость трубы заполняет, и грунтовым керном, длина которого увеличивается с возрастание заглубления.

Для снижения сил бокового трения, весьма значительных ввид\ сильно развитой поверхности погружаемых элементов, забойны концы труб-патронов снабжаются кольцевыми наконечниками ш сколько большего диаметра, чем диаметр самой трубы-патрона

Машины для прокладки труб методом статического продавливания

Метод статического продавливания подразумевает прокладку тру б открытым концом при помощи статически приложенной напорной силы. Под ее действием труба-патрон врезается в грунтовой массив забойным концом, снабженным кольцевым наконечником или без него. В начале, процесса внедрения трубы-патрона в грунт напорное усилие направлено в основном только .на преодоление сил бокового сопротивления, так как силами лобового сопротивления вполне можно пренебречь вследствие их малости по сравнению с первыми

Эксплуатация установок для продавливания предусмотрена большой объем подготовительно-заключительных работ по отрытию котлованов и укреплению их стенок. Они имеют низкую производительность, характеризуются цикличностью процесса проходки, высоким процентом ручного труда и громоздкостью оборудования

Машины для прокладки труб методом вибрационного продавливания

Отличие метода продавливания вибрационного от статического за ключается в дополнительном сообщении прокладываемой труб продольных или вращательных колебаний (возможно их одновро менное действие), создаваемых одним или несколькими вибраторами, жестко присоединенными к наружному ее концу.

Вибрация погружаемого элемента способствует более успешному преодолению сил бокового и лобового сопротивления и снижает ип тенсивность уплотнения грунтового керна, улучшая условия его разрушения и удаления из трубы-патрона. Однако уплотнение груп тового керна все равно происходит, что при отсутствии его принудн тельной разработки и эвакуации приводит к возникновению сваи ного эффекта (хотя и на большей длине проходки по сравнению со статическим продавливанием). Прокладка труб методом вибрацион ного продавливания характеризуется повышенными скоростями проходки и меньшей величиной необходимого напорного усилия.

При строительстве переходов магистральных трубопроводов под автомобильными и железными дорогами этот метод не получил широ­кого распространения и был ограничен лишь экспериментальными работами ввиду повышенной энергоемкости и громоздкости при­меняемого оборудования.

При прокладке труб-патронов небольшого диаметра под проез­жей частью улиц в городах и населенных пунктах и свое время получила распространение вибровакуумная проходка скважин, являющаяся разновидностью метода вибрационного продавливания.

В этом случае вначале разрабатывают горизонтальную скважину желонкой, погружающейся в грунт под действием вибрации и пере­пада давления, создаваемого отсосом из нее воздуха, а затем протас­кивают через скважину трубу-патрон.

Машины для прокладки труб методом виброударного продавливания

При статическом и вибрационном методах продавливания увеличе­ние длины грунтового керна в трубе (перемещение его вдоль трубы) происходит лишь благодаря увеличению сил лобовой реакции, при­чем длина керна всегда меньше глубины внедрения в грунтовой массив трубы-патрона. На определенной длине проходки погруже­ние происходит так, как будто труба заглубляется в грунт закрытым сечением (свайный эффект).

МАШИНЫ ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБ С ЛИДИРУЮЩЕЙ РАЗРАБОТКОМашины, прокладывающие трубы проталкиванием

Для снижения усилий проходки и ее интенсификации иногда при меняют гидромеханическую разработку и транспортировку грунт! С этой целью на забойном конце прокладываемой трубы устами ид вают конусный наконечник, вершина которого заканчивается сопл (установка В. И. Хлудеева), через которое на грунт воздействие струя воды, прокачиваемой через трубу насосом. Вода размывки грунт и транспортирует его на поверхность по кольцевому зази между трубой и стенками скважины (рис. 108). Для уменьшен размыва водой боковых стенок скваяшны часто внутри прокладыиа емой трубы располагают другую трубу меньшего диаметра, по кот рой подается вода к соплу, а образующаяся в результате размыв грунта пульпа попадает в специально сделанные для этого боковы вырезы в наконечнике и транспортируется от забоя самотеком и межтрубному пространству.

Этот метод отличается от ранее приведенных ликвидацией лобо вого сопротивления, так как разработка забоя производится вперед наконечника. Труба фактически прокладывается в уже готовую скин жину, что дало основание классифицировать его как метод протал­кивания.

Установки для прокладки труб методом бурения

Метод горизонтального бурения — один из наиболее механизирован ных. Сущность его состоит в механической разработке горизонтальной скважины с одновременной или последующей прокладкой в трубы- патрона.

Рис. 110. Сооружение перехода установкой горизон­тального бурения.

Выполнение большого объема работ по сооружению свайных опор требует создания специализированных высокопроизводительных, надежных и долговечных буровых машин, основанных на перечислен ных выше методах разрушения грунта.

Принята следующая классификация установок:

ударно-канатного бурения;

вращательного бурения;

вибрационного бурения;

виброударного бурения;

для предварительного пропаривания грунта;

термического бурения;

термомеханического бурения.

Возможность и эффективность использования этих машин в строи­тельстве магистральных трубопроводов оценивается такими вая;- ными технико-эксплуатационными качествами и показателями, как:

способность разработки различных грунтов (I—У категории, талых и мерзлых);

высокие скорости проходки;

малое время подготовительно-заключительных (вспомогатель­ных) работ;

минимально возможная энергоемкость процесса разработки грунта;

повышенная проходимость;

способность работать в условиях низких температур;

маневренность, заключающаяся в легкости установки на сква­жину;

устойчивость при движении по трассе в рабочем положении;

надежность в работе при низких температурах окружающего воздуха;

долговечность (имея в виду не абсолютное время работы, а число разработанных скважин)