2601

ПОРЦИОННАЯ ОЧИСТКА КАКНАПРАВЛЕНИЕМОДЕРНИЗАЦИИ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИПРОДАВЛИВАНИЯ2

А.С. Кондратенко, канд. техн. наук Институт горного дела СО РАН

Общеизвестно, что бестраншейный (закрытый) метод сооружения подземных инженерных коммуникаций является наиболее прогрессивным и экологичным. Этот метод находит все более широкое применение в связи с увеличением плотности застройки и с развитием коммуникационных сетей различного назначения. Большинство бестраншейных переходов совершается под авто и железнодорожными магистралями. В связи с этим к технологии сооружения подземной скважины предъявляются повышенные требования, основным из которых являются исключение просадки или вспучивания дневной поверхности дорожного полотна как в процессе сооружения подземного перехода, так и в процессе последующей эксплуатации соответствующего участка магистрали.

При прокладке коммуникаций под транспортным магистралями, особенно на небольшой глубине заложения, нашел широкое применение метод, основанный на погружении в грунт трубы с открытым передним торцом, поскольку он в наибольшей степени исключает возможность вспучивания или просадки дорожного полотна [1]. Реализация такой проходки возможна двумя различными способами. В первом случае труба забивается в грунтовый массив пневмомолотом, а во втором вдавливается статической силой гидродомкратами.

Виброударное погружение характеризуется высокой скоростью проходки скважины и отсутствием необходимости сооружения подпорной стенки в рабочем котловане. К недостатком виброударного погружения относятся повышенный уровень шума от работы пневмомолота, что не всегда приемлемо в городских условиях, и вибрация, способная не только переуплотнить технологические песчаные и щебеночные «подушки» под авто- и ж/д магистралями, но и привести к разрушению фундаментов близлежащих строений.

Как при статическом, так при динамическом погружении во внутреннюю полость трубы поступает грунт, который постепенно уплотняется, в конечном счете образуя грунтовую пробку. Продвижение трубы с грунтовой пробкой требует больших затрат энергии. Это связано с тем, что оче-

2 Поисковая научно-исследовательская работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы

173

редные порции грунта из забоя уже не могут поступать во внутреннюю полость трубы. Происходит вытеснение грунта в стенки скважины, что приводит к резкому росту деформаций окружающего грунтового массива в радиальном направлении, т.е. труба продолжает перемещаться в грунте с заметно меньшей скоростью аналогично трубе с закрытым передним торцом. Таким образом, своевременное удаление грунтового керна является важным фактором определяющим эффективность технологии в целом.

Существующие технологии промежуточного удаления керна не в полной мере соответствуют достигнутым возможностям, которые обеспечивают современные средства для погружения кожуха.

Наиболее логичным представляется удаление грунтового керна из трубы по мере его поступления без применения дополнительных средств механизации циклического действия [5]. Реализация такой возможности представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Продавливание с порционным удалением керна

Сущность предлагаемого решения заключается в установке на переднем торце трубы насадки, коротая образует с трубой герметичную круговую камеру с одним входным отверстием для подачи выталкивающей среды и несколькими выходными, равномерно распределенными в диаметральной плоскости по внутреннему периметру трубы. При образовании грунтовой пробки в насадку по отдельному трубопроводу под давлением подается выталкивающая среда, которая попадая через выходные отверстия во внутреннюю полость трубы, отсекает часть грунтового керна и образует внутри трубы рабочую камеру. Сила, создаваемая давлением выталкивающей среды, перемещает грунтовую пробку по трубе в рабочий котлован. Важным моментом в технологии порционной очистки является герметичность рабочей камеры, т.е. грунтовая пробка должна быть достаточно плотной и заполнять все поперечное сечение трубы. В противном случае порционная очистка будет невозможна.

Порционное удаление не только повышает эффективность продавливания, но и расширяет границы его применения. Очевидными достоинствами предлагаемого способа являются:

174

Возможность прокладки труб малого диаметра (до 300мм) с открытым передним торцом.

Применимость как при статическом, так и при виброударном продавливании.

Снижение энергоемкости продавливания, за счет гарантированного отсутствия грунтовой пробки и значительного снижения сил трения между внутренней поверхностью трубы и грунтовым керном.

Высокая производительность, независимость от стадии погружения трубы и при некоторых условиях возможность очистки без остановки процесса продавливания.

Высокая точность скважины за счет постоянного режима резания грунта и отсутствия вдавливания грунта в стенки скважины.

Отсутствие гидротранспортирующего оборудования, лебедки или шнекового транспортера, не происходит обводнения котлованов.

Экспериментально подтверждена возможность порционного удаления керна сжатым воздухом или воздушно-жидкостной смесью. Эксперименты проводились в условиях максимально приближенных к реальности. Труба длиной 2м и диаметром 100мм погружалась в грунтовый массив на глубине 1м от дневной поверхности (рис.2). Фиксировалось нарастание длины грунтового керна по мере продвижения трубы в грунтовый массив. Очистка осуществлялась после прекращения роста грунтового керна, т.е. после образования грунтовой пробки, путем подачи сжатого воздуха или воздушножидкосной смеси по специальному каналу внутри основной трубы. После удаления первой порции процесс погружения возобновлялся до момента образования новой пробки, которая впоследствии также удалялась. Так продолжалось до полного погружения трубы в грунтовый массив.

Рис. 2. Экспериментальное оборудование для проверки работоспособности способа очистки трубы от грунтового керна

В результате выявлен ряд особенностей, влияющих на эффективность процесса:

1. При диаметре трубы 100 мм максимально возможная длина грунтовой пробки составляет 300мм.

175

2.При виброударном погружении трубы грунтовая пробка значительно длиннее. В этом случае на первый план выходит равенство между выталкивающей силы и силами трения в паре «труба-керн».

3.Для увеличения длины грунтового керна и уменьшения сил трения

впаре «труба-керн» в процессе погружения в зону контакта трубы и керна можно подавать под незначительным давлением жидкость.

4.При виброударном погружении трубы насадка должна быть установлена на некоторое расстояние от переднего торца трубы. В противном случае происходит разгерметизация рабочей камеры через переднюю часть трубы.

5.Расположение канала для подачи выталкивающей среды внутри трубы уменьшает герметичность рабочей камеры и целостность движущейся грунтовой пробки. В случае, когда этот канал расположен на внешней поверхности трубы на первый план выходит проблема его надежного крепления к насадке.

Полученные результаты позволяют рассчитывать на получение в конечном счете современного способа удаления грунтового керна из внутренней полости трубы при сооружения протяженных бестраншейных переходов высокой точности на основе метода продавливания. Основными направлениями дальнейших исследований являются:

Выявление взаимосвязи факторов влияющих на образование грунтовой пробки (свойства грунтового массива, размеры трубы и качество ее внутренней поверхности, энергия и частота ударов пневмомолота).

Исследование процесса перемещения грунтовой пробки в трубе с целью: оптимизации давления выталкивающей жидкости при очистке и ее состава, определения влияния стыков секций трубы и длины транспортирования на целостность движущейся грунтовой пробки.

Библиографический список

1.Кондратенко А.С., Петреев А.М. Особенности процесса удаления грунтового керна при виброударном воздействии на трубу и статическом воздействии на керн// Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых – Новосибирск, 2008-№6.

2.Патент 2116405 Российской Федерации, МПК Е02F5/18 C1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте и устройство для его осуществления / Костылев А.Д., Курленя М.В., Маслаков П.А.,Смолянский Б.Н.,Терсков А.Д.; заявитель и правообладатель Институт горного дела СО РАН; заявл. 28.11.1996; опубл. 27.07.1998, Бюл. №2 - 5с.: 2 ил.

УДК 621.868.2

ВОЗМОЖНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОДКОПОЧНЫХ МАШИН

Д.В. Лазутина, студентка; С.И.Волченко, студент

176

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Введение

На сегодняшний день одной из основных задач нефтегазовой индустрии является повышение эффективности находящихся в эксплуатации магистральных трубопроводов. Но поскольку к настоящему времени износ трубопроводов составляет более чем 50% , не могут остаться без внимания сервисные работы по ремонту нефтегазопроводов.

Вприменение традиционных методов ремонта трубопроводов сдерживающим фактором повышения производительности ремонта является несовершенство средств выполнения земляных работ. Поэтому для сокращения сроков ремонта трубопроводов необходимо внедрять новые разработки машин, которые бы в полной мере отвечали всем современным требованиям по увеличению производительности, снижению энергозатрат и безопасности проводимых земляных работ, к таким машинам относиться подкопочная машина.

Описание задачи

ВГОУ СибАДИ на кафедре «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктуры» введется исследовательская

иконструктивная проработка подкопочной машины.

Большое внимание уделяется вопросу использования различного навесного оборудования для подкопочной машины при проведении сервисных работ по ремонту нефтегазопровода для разных видов грунта и норм недокопа от стенки трубы до вскрытия траншеи.

Сегодня при проведение сервисных работ по ремонту трубопроводов из-за несовершенства средств, участвующих в земляных работах, в частности и подкопочной машины, приходиться сталкиваться со следующими трудностями:

1.По данным ВСН004-88(Миннефтегазстрой, м., 1989) недокоп от стенки трубы до вскрытия траншеи составляет 25 сантиметров, но на сегодняшний день в целях увеличения безопасности проведения сервисных работ по ремонту нефтегазопроводов ОАО «Газпром» увеличил это расстояние до 50 сантиметров, а это значит, что с резко возрастающими сопротивлениями копанию, скорость передвижения машины будет снижаться, что уменьшит производительность подкопочной машины.

2.Сервисные работы по ремонту нефтегазопровода приходиться проводить в очень трудных природных и климатических условиях, и как правило встречаются различные типы грунтов, с задачей очистки трубопровода от грунта в таких условиях более качественно справилась бы подкопочная машина, у которой навесное оборудование было бы предназначено именно для определенного типа грунта.

Методы решения

177

В ходе исследовательской и конструкторской проработки поставленных вопросов, предлагаются следующие их решения:

1. В 2006 году получен Патент на изобретение № 64312. Подкопочная машина состоит из рабочей тележки, двухроторного рабочего органа, двух тяговых тележек, гидросистемы, электрооборудования, пульта управления и бака масляного (рис. 1). Машина предназначена для работы на суглинистых грунтах.

Рис. 1. Машина для удаления грунта из-под магистрального трубопровода 1 - магистральный трубопровод; 2 – рама-тележка; 3 – колесо; 4 - поперечная рама;

5 – ось; 6 – корпус; 7 – электродвигатель; 8 – редуктор; 9, 10 - рабочие роторы; 11 – гидроцилиндры; 12 – резец; 13 – шайба; 14 - обрушитель

Отличительной чертой данной машины от серийно выпускаемой является то, если раньше направление вращения роторов было против хода движения машины, то теперь вращение роторов осуществляется по ходу ее движения, что облегчает движение машины, машина теперь сама себя подтягивает вперед. Так же предлагаемая коническая форма роторов, вместо цилиндрической, позволяет более качественно удалять грунт из-под трубопровода, грунт задерживается на поверхности конуса и затем переносится в боковые приямки.

2. В 2009 году был получен патента на полезную модель «Машина для удаления грунта из-под магистрального трубопровода» № 93126. Главной задачей данной подкопочной машины является (рис 2.): понижение сопротивления и возможность регулирования скорости машины. Предназначена для работы на малосвязных грунтах.

178

В зависимости от типа грунта меняется высота гребня H и h и шаг анкера n.

Рис. 5. Машина для удаления грунта из-под магистрального трубопровода (вид сверху, вид спереди) 1 – рама -тележка; 2 – опорные ролики; 3 – тяговая тележка;

4 – задняя тележка; 5 – трубопровод; 6 – роторы; 7 – ножи; 8 – электродвигатель; 9 – монтажное разведение; 10 – блок контроля; 11-пульт управления;

12рыхлители;13 – анкерное оборудование; 14 – балки; 15 – режущий метатель; 16 – патрон;17нож метателя;18защитный кожух;

19гидромотор; 20гидроцилиндр

4.Другим конструкторским решением подкопочной машины является модель, конструкция которой позволит вести ремонтные работы не только на разных типах грунта, но и сможет обеспечить непрерывность рабочего процесса за счет послойной разработки, экскавации и транспортировки грунта из - под подтрубного пространства.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве рабочих органов устанавливаются шнеки, которые обеспечат косое резание и более полный вынос срезанного грунта из зоны подтрубного пространства. Кроме того установка шнекового оборудования позволит создать тяговое усилие за счет сил резания и тем самым тянуть машину по ходу ее движения.

Выводы

Использование дополнительного навесного оборудования на основную базу подкопочной машины позволяет вести качественные ремонтные работы по вскрытию траншеи на любых типах грунта.

181