книги / Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа

При погружении сваи в грунт движение частиц происходит лишь в пределах зоны, примыкающей к заостренной части сваи, и уплотненная зона грунта формируется вокруг заостренной части сваи. При этом по мере погружения сваи движется и зона пере­ мещения частиц грунта. Движение частиц грунта происходит в пределах некоторой сферы, при этом считается, что величина радиальных напряжений в зоне уплотнений пропорциональна квадрату расстояния от центра острия сваи. Радиус зоны уплот­ нения грунта определяется расчетным путем.

При вдавливании в грунт горизонтальной трубной конструк­ ции (по своей форме аналогичной свае) требуются весьма большое усилие и затраты значительной мощности механизма. По этой при­ чине прокол грунта (без изъятия породы) применяется лишь для прокладки труб малого сечения (диаметром до 500 мм). При этом скорость вдавливания обычно колеблется в пределах 1—2 м/ч.

Строительство переходов больших сечений способом продавливапия

Трубопроводы диаметром 1000—2000 мм и более прокладыва­ ются способом продавливания с отбором породы непосредственно в забое. В этом случае усилия вдавливания ножа в породу и мощ­ ность механизма, необходимая для проведения работ, снижаются многократно, так как не образуется напряженная зона грунта впереди ножа. Способ прокладки стальных трубопроводов спосо­ бом продавливания был осуществлен в России в 30-х годах ХХ-го столетия. Технология прокладки трубопроводов была разработана К. А. Рабиновичем. По этой технологии в 1932 году впервые была проложенатрубадиаметром 1000 мм на длину 40 м. Способ широко применяется и в настоящее время при прокладке трубопроводов и железобетонных тоннелей.

Принцип прокладкиподземныхтрубопроводовспособомпродавлива­ ниязаключается в последовательном вдавливании в грунт готовых, сопряженных между собой звеньев трубопровода по намеченной траектории. Способ продавливания существенно отличается от других способов тем, что он может применяться в различных геологических и гидрогеологических условиях без привлечения дополнительных строительных мероприятий: понижения уровня грунтовой воды, применения кессонного оборудования, повы­ шенного воздушного давления, замораживания, искусственного закрепления грунтов и ряда других, применяемых при проходке в неустойчивых породах иными способами.

Недостатком этого способа является то, что проходку можно вести только по прямолинейной трассе, поэтому в случае необ­

302

ходимости изменения направления трубопровода или тоннеля в месте поворота необходимо строить новый проходной колодец или шахту, откуда проводится дальнейшее продавливание по новому направлению. Правильность направления проходки кон­ тролируется специальными приборами, а положение ножа при его продвижении исправляется с помощью специальных устройств и приспособлений.

При сооружении трубопровода продавливанием сразу же достигается постоянно закрепленная выработка путем установ­ ки крепи, собираемой в рабочей камере и продвигаемой усилием домкратов в выработке. Элементы тоннельной крепи собираются не в выработке, а в рабочей камере, специально оборудованной для этой цели. Поэтому все внутреннее пространство строящегося тоннеля может быть использовано для транспорта породы от за­ боя, что способствует увеличению скорости проходки.

Способом продавливания (с извлечением разрабатываемо­ го грунта) прокладываются стальные трубопроводы диаметром 700—2000 мм и железобетонные диаметром 1000—4000 мм раз­ личной формы сечения: круглые, сводчатые, трапецеидальные, прямоугольные, одноочковые идвухочковые различных размеров поперечныхсечений. Длины проходок с помощью одной домкрат­ ной установки обычно колеблются в пределах 50—100 м, однако есть примеры прокладки способом продавливания на длину в несколько раз превышающую указанную выше.

Стальные звенья длиной 3—5 м, а также железобетонные звенья обычно изготавливаются длиной 1—3,6 м (в зависимости от заданной им массы) в специальных разборных опалубках и выдерживаются на площадках хранения до достижения бетоном заданной прочности. Вслучае необходимости звенья покрываются гидроизоляцией. На торцы железобетонных звеньев наносится грунтовка и слой битумной мастики с наполнителями.

Поперечное сечение выработки должно быть несколько больше поперечного сечения трубопровода, с тем чтобы между поверхностью крепи и грунтом (за исключением основания) бы­ ла образована щель шириной 10—20 мм; оси домкратов должны быть параллельны оси трубопровода и строго перпендикулярны торцам звеньев.

Длина рабочей камеры устанавливается с учетом размещения в ней секции трубопровода, домкратной установки на специаль­ ной раме или фундаменте, нажимной рамы, звена крепи и ножевой секции; глубина зависит от отметки укладки трубопровода; ши­ рина принимается с учетом размещения оборудования, удобства сборки секций, возможности удаления с применением грузоподъ­ емных механизмов выработанного грунта или пульпы.

303

Домкратная установка, состоящая из нескольких домкратов, закрепляется в специальной раме. Врабочей камере, или снаружи ее, устанавливаются насосы с двигателями и баки с маслом.

Дом кратная установка — домкраты, насосы, распредели­ тельные коробки, переключатель хода штоков домкратов и бак с маслом — связываются между собой гидравлическими коммуни­ кациями из труб высокого давления. Масло в домкраты подается через центральную распределительную коробку, вследствие чего домкраты развивают одинаковые усилия.

Подготовленные звенья крепи кранами опускаются в рабо­ чую камеру и устанавливаются точно на соответствующее место перед домкратами. Для того чтобы звенья можно было вдавить в породу, к переднему торцу первого звена присоединяют стальной клиновидный нож. Этот нож, имеющий форму поперечного сече­ ния трубопровода, устанавливают в рабочей камере и скрепляют с первым звеном подвижными связями.

Клиновидный нож и скрепленное с ним звено домкратами вдавливается в грунт через портальное отверстие в стене каме­ ры. Грунт под действием ножа сжимается, дробится и поступает внутрь трубопровода.

После того как нож врежется в грунт на глубину, равную длине хода штока домкрата (обычно на 1—2 м), штоки отодви­ гаются в исходное положение и в пространство между ножевой секцией (нож с одним или несколькими звеньями) и домкратами устанавливается нажимная рама или рама нажимных патрубков, передающую усилиедомкратов ножу. Длину нажимных патрубков делают равной длине хода штока домкрата.

Устанавливаемые последовательно одно за другим звенья крепи вдавливают в грунт, при этом трубопровод все время на­ ращивают со стороны рабочей камеры.

Примерная схема размещения оборудования представлена на рис. 6.29.

Вслучаях, когда усилие, развиваемое домкратной установкой, недостаточно для вдавливания на всю заданную длину (в случа­ ях прокладки трубопроводов большой длины без осуществления дополнительных шахт), применяются так называемые промежу­ точные дожимные камеры.

Промежуточная камера представляет собой домкратную установку, помещенную в стальную обойму, внешние очертания и размеры которой совпадают с размерами обычного звена трубо­ провода. Промежуточная камера устанавливается в шахте перед домкратами и вдавливается в грунт так же, как и обычное звено. Когда усилие, развиваемое основной продавливающей установ-

304

Рис. 6.29Схемаразмещения оборудования при строительстве прохода методом вдавливания:

1 — часть выработки для размещения секции трубопровода. II — рабочая ка­ мера. III — материк, гдедолжен пройти тоннель. 1— домкратная установка; 2 — промежуточная нажимная рама (вставка); 3—секция крепи; 4—клино­ видный нож; 5— направляющая рама; б— окно для входа ножа

кой, близко к расчетному значению, вводится в действие проме­ жуточная камера. Усилиемдомкратов промежуточной камеры нож вдавливается в грунт и продвигаются все звенья трубопровода, находящиеся между промежуточной камерой и ножом. Основная домкратная установка рабочей камеры продвигает секцию крепи, наращиваемую после вдавливания промежуточной камеры. При этом домкраты рабочей камеры упираются в вертикальную опор­ ную плиту (заднюю стенку) рабочей камеры, а домкраты проме­ жуточной камеры — в переднее звено секции крепи, находящейся между камерами.

Ножевые секции крепи тоннелей оборудуются различными приспособлениями, обеспечивающими возможность проходки в различных геологических и гидрогеологических условиях, ис­ ключающими непредвиденное поступление воды и разжиженно­ го грунта в тоннель. При помощи этих приспособлений грунт погружается на транспортные средства, подается по тоннелю к рабочей камере, перегружается на средства вертикального транс­ порта и затем выдается на поверхность земли.

При применении гидротранспорта грунт в ножевой секции превращается в пульпу и затем по наращиваемым трубопроводам, идущим по тоннелю и рабочей камере, с помощью гидроэлеватора подается в отвал.

Пластичный грунт, прошедший клиновидный нож и посту­ пивший в ножевую секцию, обычно находится в сильно уплот-

305

ненном состоянии. Поэтому он режется специальным ножомрешеткой на брикеты. Несвязный грунт, наоборот, находится в разрыхленном состоянии, так как, пройдя клиновидный нож и попадая врасширенную часть секции, он обрушивается, распола­ гаясь под углом естественного откоса. Поэтому для механизации погрузки связанных и несвязанных грунтов на транспортные средства применяются различные грузоподъемные устройства, машины и приспособления — механические, электрические, пневматические и гидравлические.

В трубопроводах больших сечений и тоннелях средних сече­ ний могут применяться последовательно устанавливаемые кон­ вейеры, работающие в комплексе с породопогрузочной машиной и подъемником, находящимся в рабочей камере, или элеватором для мелкокусковой породы или несвязных грунтов, а также со скиповым или клетьевым подъемником. Наиболее эффективным является гидравлический транспорт породы, превращаемой в но­ жевой секции в пульпу, которая по трубопроводу гидроэлеватором направляется в рабочую камеру и затем на поверхность земли.

6.8.5. Строительство переходов трубопроводов бурением

Горизонтальное бурение скважин осложняется тем, что при этом необходимо предусматривать дополнительные механизмы для продольного горизонтального перемещения буровой трубы с коронкой и удаления разработанного грунта. При бурении вертикальных скважин известно, что продольное вертикальное перемещение буровой колонны осуществляется под действием силы тяжести самой колонны, а вынос породы осуществляется буровым раствором.

Горизонтальные скважины для прокладки труб поддорогами бурятся механическим или гидравлическим способом. Вынос по­ роды осуществляется гидравлическим способом или с помощью механических приспособлений — скребков, ковшей и шнеков.

При механическом бурении прокладка труб осуществляется тремя способами:

—бурением с одновременным продвижением трубы;

—бурением с последующим протаскиванием трубы в гото­ вой скважине;

—бурением пилотной (пионерной) скважины малого диа­ метра с последующим протаскиванием трубы с расширителем через пилот-скважину.

При механическом бурении с одновременным продвижением трубы в качестве бурового устройства используются специальные сверла, разбуривающие в грунте скважину несколько большего

306

диаметра (на 20—30 мм), чем прокладываемая труба. Процесс бурения может осуществляться с вращением и без вращения про­ талкиваемой трубы.

При горизонтальном бурении с вращением проталкиваемой трубы бурильная головка (коронка) крепится жестко на кон­ це трубы. В настоящее время разработано много конструкций станков для бурения скважин этим способом для строительства переходов трубами различного диаметра. Практически все они имеют одну принципиальную схемудействия и отличаются лишь размещением на раме станков узлов и агрегатов и, соответственно мощностью силовых установок.

Всостав таких бурильных установок входят механизмы: силовая установка; редуктор; трансмиссия; шпиндель; соедини­ тельная муфта между шпинделем и проталкиваемой бурильной трубой; механизм продольного перемещения бурильной трубы; набор промежуточных вставок на длину звена бурильной трубы; сама проталкиваемая бурильная труба с бурильной головкой и механизм удаления грунта из трубы.

Вкачестве силовой установки используется электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с коробкой передач, соединенной трансмиссией (карданным валом или цепной пере­ дачей) со шпинделем.

Шпиндель — основной механизм, через который передается вращательное и продольное движение буровой трубе. Устанавли­ вается шпиндель на общей раме на специальных опорах с под­ шипниками скольжения.

Продольное перемещение вращающегося шпинделя пере­ дается или под действием усилия домкратов, или через тросовую систему от лебедки. Для проходки труб небольшого диаметра применяются ручные лебедки. Для большого диаметра — ме­ ханические, с приводом от основной силовой установки через раздаточную коробку, или применяются электролебедки с само­ стоятельным приводом.

Соединяется шпиндель с буровой трубой через специальные полые вставки из отрезков труб с помощью жесткого соединения, как правило, болтового. Длина каждой вставки равна длине хода плунжерадомкрата или рабочей длине тросовой системы лебедки. После каждого рабочего хода шпиндель возвращается в исходное положение, вставляется новая дополнительная вставка, затем процесс проходки повторяется. Когда набор вставок достигнет длины звена буровой трубы, они заменяются трубным звеном. Новое трубное звено приваривается к предыдущему, и процесс проходки повторяется.

307

Рис. 6.30. Схемаустановки горизонтального бурения скважины способом вращения трубы:

1—упорнаястенка; 2—двигатель; 3—редуктор; 4—домкрат; 5—трансмиссия привода шпинделя: б— шпиндель; 7— вставки; 8 —труба; 9 — рама

Удаление грунта из буровой трубы осуществляется механи­ ческим или гидравлическим способами. В первом случае внутри буровой трубы размещается скребковый транспортер, работаю­ щий по принципу бесконечного троса. Во втором случае грунт размывается под действием струи гидромонитора, а пульпа от­ качивается насосом. На рисунке 6.30 приведена принципиальная схема установок горизонтального бурения скважин.

Во второй половине XX столетия широко применялись при таком способе бурения буровые станки ГБ-01, ГБ-02, ГБ-1 и ГБ-2. Длина прокладки труб этими стйнками зависела от диаметра труб и категории грунтов. В таблице 6.28 приведена техническая характеристика станка ГБ-01. Масса станка равна примерно 1,4 т. Масса двигателя 0,5 т.

Т а б л и ц а 6.28

Длина прокладки труб станком ГБ-01 в супесчаных грунтах

Преимуществами станка являются его небольшая масса и размеры.

Кнедостаткам относятся малая длина проходки, особенно

впесчаных грунтах, и частые отклонения труб при проходке от заданного направления.

308

Станок мог применяться для прокладки труб малогодиаметра преимущественно при устройстве коротких пересечений.

По типу этого же станка Ленинградским механическим за­ водом был выпущен станок, который обладал почти теми же по­ казателями, но длина проходки трубами диаметром 630 мм этим станком была увеличена до 40 м.

В станке ГБ-01 проталкиваемая конструкция состоит из трубы с жестко посаженной буровой колонкой и полого шпин­ деля, соединенного одним концом с помощью фланцев с трубой, другим — с двумя домкратами. Длина хода плунжеров домкратов равна 1,8 м. Вся указанная конструкция приводится во враща­ тельное движение от электродвигателя мощностью 40 квт через карданную и цепную передачи, а в поступательное—домкратами. После продвижения шпинделя на полную длину хода домкратов его отсоединяют от трубы и возвращают в исходное положение; затем между торцом трубы и шпинделем устанавливают патрубок длиной 1,8 м и закрепляют болтами. После этого цикл работы повторяется до тех пор, пока суммарная длина вставленных па­ трубков не достигнет длины стандартного звена трубы. Затем па­ трубки вынимают и вместо них вставляют звено трубы, которое сваривают или соединяют на муфте с ранее продвинутой трубой. Фланец трубы прикрепляют к фланцу шпинделя болтами.

Грунт из трубы удаляется с помощью воды. Для этого через полый шпиндель и прокладываемую трубу вводится перфори­ рованная труба, которая соединяется шлангом с водопроводной линией. Вода подается в трубу под давлением 0,3 кг/см2 после того как она продвинется на 0,8—1,0 м в грунте. Вода, выходя из от­ верстий промывочной трубы, вымывает грунт. Для обеспечения устойчивости станка его раму упирают в брусчатую деревянную стенку и сваи.

Двигатель мощностью 40 квт, приводящий вдействие станок, обычно устанавливали на площадке у котлована на расстоянии, соответствующем длине карданного вала. Средняя скорость про­ кладки труб составляет 0,7—0,8 м/ч.

Станок ГБ-01 в песчаных грунтах работал менее удовлетво­ рительно, так как при увеличении длины проходки вследствие происходящих обвалов стенок скважины и заклинивания трубы в скважине мощность электродвигателя оказывалась недоста­ точной.

Близки по принципу работы, но отличны по конструктив­ ному решению машины ГБ-1 и ГБ-2. Вращающая труба с буро­ вой колонкой по конструкции такая же, какая применялась в станках ГБ-01 и ГБ-02. Машина ГБ-2 состоит из бурового меха­ низма, контрпривода и силовой установки. В буровой механизм

309

входят: червячный редуктор; шпиндель, изготовленный из трубы диаметром 212 мм. Сцепление шпинделя с червячным колесом осуществляется с помощью шпонок. Шпиндель совершает по­ ступательное и вращательное движение одновременно. Враща­ тельное движение — от двигателя внутреннего сгорания через коробку передач посредством карданного вала. Поступательное движение — с помощью лебедки через тросовую систему. Контр­ привод имеет стойку, которой он скрепляется с рамой рабочего механизма. Силовая установка станка от двигателя внутреннего сгорания ГАЗ-МК с коробкой передач ГАЗ-51 установлена на общей раме станка. Длина проходки этой машиной в песчаных грунтах достигает 20 м, а в глинистых — 30 м. Грунт удаляется после размыва в потоке воды, подаваемой по трубе малого диа­ метра (диаметр 32 мм). Технические характеристики машин ГБ-1 и ГБ-2 приведены в табл. 6.29.

Принципиальным отличием способа бурения без вращения проталкиваемой трубы от предыдущего является то, что про­ талкиваемая труба получает только продольное перемещение от домкратной установки или от полиспастной системы лебедки, а разработка грунта осуществляется буровой коронкой, полу­ чающей вращательное и поступательное движение от шпинделя посредством штанги. При вращении штанги буровая головка раз­ буривает скважину, в которую продвигается труба. Одновременно скребковым механизмом или штоком, выполненным в виде шне­ ка, грунт выводится из трубы.

310

Буровой снаряд состоит из буровой (обсадной) трубы, внутри которой на опорах по оси трубы проходит штанга в подшипниках скольжения. На переднем конце штанги с помощью штифтов кре­ пится буровая коронка — режущий нож. Диаметр ножа больше, примерно на 20—30 мм, внешнего диаметра буровой (обсадной) трубы. Ниже приводятся технические характеристики некоторых бурильных станков.

311