5.8.2 Основные технические показатели и требования предъявляемые к трубоукладчикам

Основные технические показатели трубоукладчиков должны соответствовать требованиям, которые предъявляются к ним в процессе выполнения изоляционно-укладочных работ. К этим требованиям относится прежде всего обеспечение необходимой грузоподъемности на технологически обоснованном вылете стрелы (крюка). Исходя из этого основными техническими показателями трубоукладчика являются максимальная грузоподъемность и мак­симально допустимый грузовой момент, гарантируемый устойчи­востью трубоукладчика. Необходимая грузоподъемность трубоук­ладчика определяется диаметром укладываемого трубопровода, высотой его подъема, взаимным расположением (расстановкой) машин, зависящим от способа производства изоляционно-укладоч­ных работ.

Преимущественное распространение получил совмещенный способ изоляционно-укладочных работ, являющийся более прог­рессивным, чем раздельный. Однако он характеризуется более вы­сокими нагрузками, действующими на трубоукладчики. Поэтому максимальная грузоподъемность трубоукладчика определяется со­ответственно этому способу производства работ.

Правильный выбор максимальной грузоподъемности имеет очень большое значение для расчета элементов навесного обору­дования, в первую очередь канатов, крюков, тормозов, барабанов лебедок и др. Ее завышение неизбежно приведет к увеличению диаметра канатов, блоков и барабанов, утяжелению и усложне­нию деталей лебедки и ее привода.

Проведенные исследовательские работы, а также большой объем непосредственных замеров нагрузок на крюке трубоуклад­чиков в трассовых условиях позволяют тщательно обосновать мак­симальные грузоподъемности трубоукладчиков.

Другой важный показатель трубоукладчика — максимально до­пустимый грузовой момент — характеризует возможный вылет при работе с данным грузом или максимальный груз при работе с данным вылетом. Этот показатель равен произведению макси­мально допустимых величин вылета стрелы и веса груза на этом вылете. Рабочий вылет стрелы равен расстоянию от вертикаль­ной оси подвески груза до ребра опрокидывания трубоукладчика (внешней реборды ходовых катков его левой гусеницы). Его ве­личина определяется местом трубоукладчика в колонне, разме­рами траншеи и способом производства работ.

Важным условием надежной работы трубоукладчика является обеспечение его устойчивости, т. е. способность работать без оп­рокидывания. Различают грузовую, собственную и продольную ус­тойчивость трубоукладчика. Под грузовой понимают устойчивость против опрокидывания в сторону стрелы (груза), под собствен­ной — в сторону контргруза, а под продольной — взад или вперед по ходу. Показателем этого важного параметра является коэф­фициент запаса устойчивости.

Наибольший вылет стрелы L имеет последний по счету трубо­укладчик в колонне при работе совмещенным способом (рис. 22). Этот вылет может быть определен по формуле L=α(B/2+H), где В — ширина траншеи; Н — глубина траншеи; α — коэффици­ент, учитывающий, что ребром опрокидывания является не внеш­ний край левой гусеницы, а реборда ходового катка (α=1,1). Тогда максимальный грузовой момент M_г=PL, где Р — максимальная нагрузка на последний трубоукладчик.

Рис. 22. Определение максимального вылета стрелы трубоукладчика

Равновесие трубоукладчика достигается тем, что момент его опрокидывания в рабочих условиях должен быть меньше восста­навливающего момента. Коэффициентом запаса устойчивости на­зывается отношение восстанавливающего момента к моменту оп­рокидывания. Наибольшее значение имеет коэф­фициент запаса грузовой устойчивости.

Трубоукладчики предназначенные для работ в районах с холодным климатом должны сохранять работоспособность в условиях низких температур, с этой целью в конструкции таких машин должны быть использованы соответствующие марки стали требуемой термообработки, обеспечивающие высокие показатели ударной вязкости при низких температурах. Сварные соединения должны выполнятся конструктивно и технологически с учетом предотвращение в них хрупких трещин.

Трубоукладчики предназначены для работ в условиях обводненной местности должны быть оборудованы развитой опорной поверхностью (ширина гусеничной ленты 700-920 мм), для создания наименьшего давления на грунт.

Трубоукладчики используемые для сооружения трубопроводов на склонах и на грунтах со слабой несущей способностью должны обладать хорошим сцеплением с грунтом для этого оборудуют машину гусеницами с высокими грунтозацепами.

Технические характеристики наиболее часто применяемых трубоукладчиков приведены в таблице 19.

5.9 Машины для бестраншейной прокладки труб методом прокола

5.9.1 Машины для прокладки труб методом статического прокола

Горизонтальный прокол грунтовых препятствий при помощи статически приложенной напорной силы — один из наиболее про­стых и давно применяемых способов бестраншейной прокладки труб. С его помощью обычно образуют скважины диаметром до 300—400 мм.

Существует значительное число различных конструкций ма­шин и оборудования для горизонтального прокола. Это объясня­ется прежде всего тем, что большинство их создавалось непосред­ственно в строительных организациях или компоновалось из узлов имеющегося оборудования.

Несмотря на обилие конструкций машин, последовательность операций по прокладке труб прокалыванием практически не ме­няется. На рис. 23 показана схема производства работ по бес­траншейной прокладке труб под железнодорожным полотном ме­тодом прокола при помощи гидравлических домкратов. Такая прокладка выполняется в следующем порядке. По обе стороны насыпи отрывают рабочий и приемный котлованы длиною соот­ветственно от 8 до 13 и от 2,5 до 4 м.

Рис. 23. Схема прокладки трубопровода установкой статического про­кола

В торцовой части рабочего котлована сооружают прочную упорную стенку из деревянных брусьев или бревен. Боковые стенки котлована крепят досками. На его дно вплотную к упор­ной стенке устанавливают домкратное оборудование, состоящее из одного или нескольких гидравлических домкратов типа ГД-170/1150, смонтированных на специальной раме. На поверх­ности вблизи рабочего котлована располагают гидравлический насос высокого давления с приводом, а также сварочный аппарат, грузоподъемные и прочие устройства, необходимые в процессе работы.

Подготовленную для прокладки трубу с приваренным конус­ным наконечником на забойном конце опускают в котлован и вы­кладывают на специальные роликовые или скользящие направ­ляющие, которые часто изготовляются из уголков. На другой ко­нец трубы крепится торцовая нажимная заглушка, в которую упирается шток домкрата.

При включении домкрата труба вдавливается его нажимным усилием в грунт на определенную величину. После этого шток домкрата возвращается в прежнее положение: между его сво­бодным торцом и заглушкой вставляют нажимной патрубок, и цикл повторяют 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 с первым и продолжают прокол в той же последовательности. В момент выхода забойного конца трубы в приемный котлован проходку прекращают, конусный наконеч­ник отрезают, а оборудование демонтируют.

Таким образом, статический прокол — это циклический про­цесс вдавливания в грунт трубы с последовательным наращива­нием ее звеньев, длина которых ограничивается их продольной устойчивостью.

Для интенсификации процесса прокола в практике бестран­шейной прокладки широко применяется оборудование, в котором передача нажимных усилий на трубу осуществляется при помощи зажимных хомутов. В этом случае перехватывание хомута происходит одновременно с возвратным движением штоков дом­кратов. Напорные усилия создаются двухцилиндровым гидродом­кратом (рис. 24).

Рис. 24. Схема установки для статического прокола при помощи зажим­ных хомутов:

1-труба; 2,4-зажимные хомуты; 3-гидроцилиндры домкрата; 5-башмак;

6-поперечные балки; 7-деревянные брусья

Для производства работ перед прокалываемым препятствием, как и в первом случае, отрывают рабочий котлован, задние стенки которого крепят деревянными брусьями 7, на которые опи­раются поперечные балки 6. В образованную таким образом стенку упирается башмак 5, в центре которого имеется отверстие для прохождения трубы 1. К опорному башмаку крепится дом­крат, состоящий из гидроцилиндров 3 и имеющий два зажимных хомута 2 и 4. Первый из них служит для передачи трубе напор­ных усилий, а второй - для заклинивания трубы во время об­ратного хода штоков гидроцилиндров. Гидроцилиндры питает масляный насос высокого давления, приводимый в действие бен­зиновым двигателем. При включении домкрата его штоки, пере­мещаясь вперед, нажимают на обойму переднего хомута 2, ко­торая зажимает клиновыми сухарями трубу и продвигает ее к забою. При обратном ходе штоков домкрата клиновые сухари пе­реднего хомута освобождают трубу и, скользя по ней, переме­щаются в противоположном направлении. Затем труба зажима­ется в новом месте, и процесс проходки повторяется.

Скорость прокола составляет 6—12 м в смену при бригаде из четырех человек. Необходимые напорные усилия при прокладке труб способом прокола достигают 2000 кН и более. Для воспри­ятия реактивных усилий в задней части котлована, как указывалось, устраиваются упорные стенки.

На открытие котлованов, укрепление их стенок и сооружение упоров затрачивается времени больше, чем на сам процесс про­кола. Кроме того, вероятность искривления скважины в процессе прокола способом статически приложенной осевой напорной силы наибольшая по сравнению со всеми известными способами.

Одним из способов снизить величину напорной силы, прило­женной к колонне прокладываемых труб гидродомкратами из рабочего котлована, является расчленение силы на отдельные со­ставляющие и их последовательное приложение для преодоления также отдельных составляющих комплексной силы грунтового сопротивления. Например, отдельно прикладывать силу для пре­одоления лобового сопротивления к забойному наконечнику и от­дельно силу для преодоления бокового сопротивления (рис. 25). При этом силы надо прикладывать попеременно к различным участкам трубы-патрона таким образом, чтобы в качестве источника реактивного усилия использовать другие ее участки.

Рис. 25. Схема прокладки трубопровода статическим проколом с попеременным раздельным преодолением лобового и бокового сопротивления:

1 - забойный наконечник; 2 - гидроцилиндр; 3 - шланги для энергопитания гидроци­линдра; 4 - труба-кожух; 5 - основной гидроцилиндр подачи; 6 - гидрораспределитель; 7 - упорная стенка; 8 - гидронасосная станция

Снижение напорных усилий возможно возбуждением в трубе-патроне колебаний (вибрационный прокол), обеспечивающих уменьшение сил бокового трения относительно прилегающих слоев грунта.

5.9.2 Машины для бестраншейной прокладки труб методом вибрационного прокола

Для снижения напорных усилий и повышения скорости про­ходки применяют вибропрокол. Суть его состоит в том, что на вдавливаемую в грунт трубу в процессе прокола кроме статиче­ской действует знакопеременная (вибрационная) нагрузка.

При этом к основному оборудованию, применяемому для про­кола, добавляется вибратор, встроенный в рабочую головку или присоединяемый к наружному концу трубы.

Первоначальные попытки использовать при проколе высоко­частотные ненаправленные колебания прокладываемой трубы в плоскости, перпендикулярной к оси проходки, оказались не­удачными. В результате вовлечения в колебательный процесс значительных масс прилегающего грунта насыпь оседала, зажи­мая трубу в скважине. Как показали последующие исследования, снижение тягового усилия наиболее эффективно в том случае, когда направление колебаний совпадает с направлением движе­ния разрушающего инструмента в деформируемой среде. Следо­вательно, для максимального снижения тягового усилия необхо­димо развивать колебания в направлении движения рабочего ор­гана.

Принципиальная схема такой машины приведена на рис. 26. Она состоит из направляющей рамы 2, тележки 5, вибратора направленного действия 3 и лебедки 1. Перемещение тележки по направляющей раме осуществляется тяговым усилием лебедки через полиспаст при помощи каната 6. Вибратор, расположенный внутри тележки, соединен с ней системой пружин и через ролики. Привод вибратора осуществляется электродвигателем 4 посред­ством клиноременной передачи.

Рис. 26. Схема установки вибрационного прокола:

1-лебедка; 2-направляющая рама; 3-вибратор направленного действия;

4-электродвигатель; 5-тележка; 6-канат; 7-труба-патрон; 8-наконечник

Собственно вибратор представляет собой сварной металличе­ский корпус со сквозным отверстием внутри, через которое мо­жет проходить труба-патрон 7, снабженная наконечником 8. На передней и задней стенках корпуса имеется зажим для жесткого крепления трубы, чтобы в процессе прокола она вместе с вибра­тором составляла одно целое. Внутри вибратора в подшипниках вращаются валы с закрепленными на них дебалансами — неурав­новешенными массами. Число валов обязательно четное: два, че­тыре и более в зависимости от конструкции установки. Валы каждой пары соединены между собой шестернями, обеспечива­ющими их совместное синхронное и синфазное вращение в раз­ные стороны (рис. 27). При вращении дебалансов возникают центробежные силы, которые, складываясь, создают знакопере­менную суммарную силу, называемую возмущающей силой виб­ратора. Эта сила, изменяясь по гармоническому закону, заставляет вибратор и присоединенную к нему трубу-патрон совершать вынужденные гармонические колебания вдоль оси трубы.

Рис. 27. Принцип работы двухвального вибратора направленного действия:

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

Процесс прокола протекает следующим образом. Трубу, снаб­женную конусным наконечником, диаметр которого превышает ди­аметр трубы на 15—30 мм, заводят в вибратор так, чтобы ее на­конечник уперся в переднюю стенку котлована, а тележку с ви­братором устанавливают в крайнее заднее положение. Вибратор соединяют с трубой, включают его и начинают проходку. Когда тележка достигает переднего края рамы, лебедку и вибратор вы­ключают, освобождают трубу, передвигают тележку вновь в зад­нее положение. Цикл работ повторяют до выхода наконечника в приемный котлован.

Создаваемые вибратором направленные колебания вдоль оси трубы уменьшают силы бокового трения и содействуют более ус­пешному преодолению лобового сопротивления, в результате чего скорость проходки в несколько раз возрастает, а необходимые на­порные усилия снижаются по сравнению с проколом гидродом­кратами.

Однако метод вибропрокола, несмотря на свои несомненные преимущества, не лишен недостатков, заставляющих искать новые решения для способа бестраншейной прокладки труб. К этим недостаткам следует отнести все еще значительное время подго­товительно-заключительных работ, необходимость в напорном усилии (хотя и меньшем, чем при домкратном способе прокола), а также громоздкость оборудования (особенно для прокола тру­бами диаметром свыше 300 мм).