Способ бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием

 

Использование: строительство подземных трубопроводов под препятствием. Сущность изобретения: в способе бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием проходят скважину, облицовывают ее стенки и подают в нее трубопровод. Предварительно скважину заполняют суспензией, которую перемешивают перед торцом трубопровода при его введении в скважину. Трубопровод центрируют в скважине, а суспензию из кольцевого зазора вытесняют суспензией большей плотности. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области подземного строительства и может быть использовано при бестраншейной прокладке трубопроводов большей протяженности и большего диаметра под препятствиями, например под водными преградами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бестраншейной прокладки трубопровода, с помощью которого реализуется способ бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием, согласно которому по проектной оси прокладываемого трубопровода проходят скважину, облицовывают стенки скважины обделочным материалом с образованием оболочки, внутренний диаметр которой превышает наружный диаметр прокладываемого трубопровода, и осуществляют подачу трубопровода в облицованную отделочным материалом скважину приложением к нему осевого усилия (см. например, авторское свидетельство СССР N 1127951, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1984).

Известный способ бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием частично устраняет недостатки известной технологии производства работ, поскольку прокладка трубопровода осуществляется в облицованную отделочным материалом, а именно бетонной смесью, скважину с зазором между трубопроводом и оболочкой. Однако наличие воздушного зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины приводит к тому, что ухудшается теплоотвод от трубопровода в окружающую среду, то есть в грунтовый массив. Поскольку при эксплуатации трубопровода происходит его нагрев, и как следствие этого процесса удлинение трубопровода, которое компенсируется специальными приспособлениями на практике, то наличие воздушного зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины приводит к ухудшению условий эксплуатации трубопровода из-за его чрезмерного перегрева. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что в виду того, что воздух является плохим проводником тепла и, следовательно, зазор между трубопроводом и оболочкой стенок скважины выполняет функции теплоизолирующей оболочки. Дополнительный нагрев трубопровода приводит к его дополнительному удлинению и, следовательно, к появлению в трубопроводе дополнительных напряжений, которые отрицательно сказываются на надежности его работы.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности уложенного трубопровода.

Поставленная задача решена тем, что в способе бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием, согласно которому по проектной оси прокладываемого трубопровода проходят скважину, облицовывают ее стенки с образованием оболочки, подают в скважину трубопровод с приложением к нему осевого усилия, предварительно перед подачей трубопровода заполняют полость скважины суспензией, которую перемешивают перед торцом подаваемого трубопровода и последний центрируют в скважине с образованием кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой, при этом суспензию из кольцевого зазора вытесняют суспензией большей плотности.

Кроме того, тем, что облицовку стенок скважины осуществляют одновременно с проходкой скважины.

Кроме того, тем, что перед подачей трубопровода в заполненную суспензией скважину его передний торец заглушают.

Кроме того, тем, что заполнение кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины суспензией осуществляют путем ее подачи по расположенному в кольцевом зазоре материалопроводу с открытым передним кольцом.

Кроме того, тем, что по мере заполнения суспензией кольцевого зазора материалопровода перемещают по скважине вдоль проложенного трубопровода.

Кроме того, тем, что заполнение суспензией кольцевого зазора осуществляют начиная с середины скважины путем подачи суспензии по расположенным в кольцевом зазоре материалопроводам, открытые концы которых ориентированы навстречу друг другу.

Кроме того, тем, что по мере заполнения суспензией кольцевого зазора каждый материалопровод перемещают по скважине в направлении от середины скважины к соответствующему ее устью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена проходка скважины и облицовка ее стенок с образованием оболочки, на фиг. 2 заполненная суспензией скважина, на фиг. 3 подача трубопровода в скважину, на фиг. 4 подача суспензии в кольцевой зазор по материалопроводу, на фиг. 5 разрез по А-А на фиг. 3 и на фиг. 6 разрез по Б-Б на фиг. 4.

Согласно способу бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием по проектной оси прокладываемого трубопровода проходят скважину. Образование скважины может быть осуществлено в два этапа. Сначала по проектной оси прокладываемого трубопровода проходят пионерную скважину, которую на втором этапе при последующем проходе рабочего органа по пионерной скважине расширяют до необходимого диаметра. Образование скважины необходимого диаметра может быть осуществлено и за один проход рабочего органа по проектной оси прокладываемого трубопровода. После образования скважины в грунте осуществляют облицовку стенок образованной скважины отделочным материалом с образованием монолитной оболочки, внутренний диаметр которого превышает наружный диаметр прокладываемого трубопровода. Для сокращения сроков строительства перехода облицовку стенок скважины отделочным материалом целесообразно осуществлять одновременно с проходкой скважины. После облицовки стенок скважины отделочным материалом внутреннюю полость скважины заполняют суспензией и осуществляют подачу трубопровода в заполненную суспензией скважину приложением к нему осевого усилия. Перед подачей трубопроводов в заполненную суспензией скважину его передней торец может быть заглушен. Суспензию перемешивают перед торцом подаваемого трубопровода. Трубопровод центрируют в скважине с образованием кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой, при этом суспензию из кольцевого зазора вытесняют суспензией большей плотности.

Заполнение суспензией кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины может быть осуществлено по внутренней полости прокладываемого материала трубопровода. Кроме того, заполнение суспензией кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины может быть осуществлено путем подачи суспензии по расположенному в кольцевом зазоре между трубопроводом и оболочкой стенок скважины материалопроводу с открытым передним концом. В этом случае предпочтительно по мере заполнения суспензией кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины перемещать материалопровод по скважине вдоль трубопровода. Заполнение суспензией кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины может быть осуществлено с середины скважины путем подачи суспензии по расположенным в кольцевом зазоре между трубопроводом и оболочкой стенок скважины двум материалопроводам, открытые концы которых ориентированы навстречу друг другу. В этом случае целесообразно по мере заполнения суспензией кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины перемещать каждый материалопровод по скважине в направлении от середины скважины к соответствующему ее устью.

Пример реализации способа бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием.

На берегу водной преграды, под которой осуществляется прокладка трубопровода, устанавливают направляющую раму 1. На направляющей раме 1 монтируют вращатель 2 с механизмом его подачи, который может быть выполнен, например, в виде силовых цилиндров ( на чертеже не показаны), концы которых шарнирно соединены соответственно с направляющей рамой 1 и с вращателем 2. Затем с помощью буровой головки (на чертеже не показана), которая кинематически связана с вращателем 2, осуществляют бурение пионерной скважины 3 по проектной оси 4 прокладываемого трубопровода. Проектный радиус кривизны проходки пионерной скважины 3 обеспечивают заданной кривизной перемещаемого бурового става (на чертеже не показан), посредством которого буровая головка кинематически связана с вращателем 2. Образовавшиеся при проходке пионерной скважины 3 продукты разрушения могут транспортироваться по внутренней полости пионерной скважины 3, например с помощью шнекового транспортера (на чертеже не показан) или любым другим известным способом. После выхода буровой головки на поверхность на другом берегу водоема и образования таким образом пионерной скважины 3 по проектной оси прокладываемого трубопровода осуществляют расширение пионерной скважины 3 до необходимого диаметра. Расширение пионерной скважины 3 производят с помощью рабочего органа 5, например, в виде раскатчика грунта или буровой головки, который перемещают по пионерной скважине 3 в прямом или в обратном направлении. При перемещении рабочего органа 5 производят либо радиальное уплотнение грунта в пионерной скважине 3, либо соответственно разрушение грунта с выносом продуктов разрушения по внутренней полосе пионерной скважины 3, например, с помощью шнекового транспорта (на чертеже не показан). Следует отметить, что проходка скважины по проектной оси 4 прокладываемого трубопровода может быть осуществлена и без предварительной проходки пионерной скважины 3, то есть скважину необходимого диаметра образуют перемещением рабочего органа 5 (на чертеже не показано).

После образования скважины необходимого диаметра производят облицовку стенок образованной скважины отделочным материалом с образованием оболочки 6, внутренний диаметр которой превышает наружный диаметр прокладываемого трубопровода. В качестве отделочного материала может быть использована бетонная смесь или быстротвердеющий состав на основе пластической массы. Для образования оболочки 6 в виде монолитно-прессованной отделки наполненный бетонной смесью контейнер (на чертеже не показан) перемещают по образованной скважине. Затем с помощью бетононасоса (на чертеже не показан) бетонную смесь из контейнера подают в формовочную камеру (на чертеже не показана). С помощью гидродомкратов (на чертеже не показаны), которые отталкиваются от скользящей опалубки (на чертеже не показана), сжимают бетонную смесь в формовочной камере, формируя (прессуя) тем самым очередное кольцо отделки После этого гидродомкраты перемещают скользящую опалубку вперед по скважине, освобождая место в формовочной камере для следующей порции бетонной смеси, доставленной контейнером. Технологии облицовки стенок образованной скважины многочисленны, хорошо отработаны на практике и для реализации указанного приема в заявленном способе может быть выбрана любая из них. Облицовка стенок образованной скважины отделочным материалом может быть осуществлена одновременно с проходкой скважины, что позволит совместить во времени выполнение этих операций и, следовательно, увеличить прокладки трубопровода под препятствием.

После завершения работ по облицовке стенок скважины отделочным материалом внутреннюю полость скважины заполняют суспензией (фиг. 2), в качестве которой целесообразно использовать тиксотропный раствор. Глинистую суспензию приготовляют в расположенной на берегу водоема специальной емкости (на чертеже не показана) и по мере ее готовности с помощью насоса (на чертеже не показан) подают во внутреннюю полость образованной скважины.

После заполнения внутренней полости скважины глинистой суспензией осуществляют подачу трубопровода 7 в скважину приложением к нему осевого усилия, которое может быть создано, например, с помощью расположенного на направляющей раме 1 механизма подачи в виде силовых цилиндров. Погружаемый трубопровод 7 может быть предварительно сварен в плеть из отдельных секций и размещен на специальной эстакаде (на чертеже не показана) или по мере подачи трубопровода 7 в скважину трубопровода 7 наращивают отдельными звеньями на направляющей раме 1. Перед погружением трубопровода 7 в заполненную глинистой суспензией скважину на его боковой поверхности через определенные интервалы закрепляют, например с помощью хомутов (на чертеже не показаны), опорные элементы 8, которые обеспечивают центрирование трубопровода 7 относительно оболочки 6 при его перемещении внутри скважины. На переднем торце прокладываемого трубопровода 7 перед его погружением в скважину монтируют лопасти 9 для перемешивания суспензии в скважине, которые могут приводиться во вращение с помощью, например, установленного во внутренней полости трубопровода 7 двигателя 10. Необходимость перемешивания глинистой суспензии в скважине перед погружением трубопровода вызвана тем фактом, что из-за большой протяженности перехода и цикличности подачи трубопровода 7 в скважину частицы глины в суспензии осаждаются на дно скважины. При этом следует отметить, что глинистая суспензия выполняет одновременно роль смазки, снижающей силы трения между погружаемым трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины. По мере погружения трубопровода 7 в скважину кольцевой зазор между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины заполняют суспензией. Для этого по специальному материалопроводу (на чертеже не показан), который может быть размещен во внутренней полости прокладываемого трубопровода, подают суспензию, плотность которой превышает плотность глинистой суспензии в скважине. Суспензия заполняет по мере перемещения трубопровода 7 кольцевой зазор между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины, вытесняя при этом глинистую суспензию.

Для более качественного заполнения суспензией кольцевого зазора между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины целесообразно осуществлять подачу ее в кольцевой зазор после окончания прокладки трубопровода 7. Для этого материалопровод 11 для подачи суспензии закрепляют с помощью хомута 12 на наружной боковой поверхности трубопровода 7 и после окончания прокладки трубопровода 7 заполнение суспензией кольцевого зазора между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины осуществляют путем подачи ее по расположенному в кольцевом зазоре между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины материалопроводу 11 с открытым передним концом. Другой конец материалопровода 11 соединен через насос (на чертеже не показан) с емкостью 13 для размещения суспензии. При этом по мере заполнения кольцевого зазора между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины суспензией материалопровод 11 перемещают с помощью лебедки (на чертеже не показана) по скважине вдоль трубопровода 7.

Заполнение суспензией кольцевого зазора между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины может быть осуществлено, начиная с середины скважины путем подачи суспензии по расположенным в кольцевом зазоре между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины двумя материалопроводами (на чертеже не показаны), открытые концы которых ориентированы навстречу друг другу. Другие концы материалопроводов соединены через соответствующий насос (на чертеже не показаны) с расположенной на соответствующем берегу водной преграды емкостью (на чертеже не показана) для размещения суспензии. По мере заполнения суспензией кольцевого зазора между трубопроводом 7 и оболочкой 6 стенок скважины каждый материалопровод перемещают с помощью лебедки (на чертеже не показаны) в направлении от середины скважины к соответствующему ее устью.

Для регулирования плавучести трубопровода 7 при перемещении его в заполненной глинистой суспензией скважине передний торец трубопровода 7 может быть заглушен. При этом подача трубопровода 7, имеющего положительную плавучесть, в заполненную суспензией скважину позволяет снизить механические нагрузки на трубопровод 7, а также механическое воздействие на оболочку 6 стенок скважины.

Таким образом, после прокладки трубопровода 7 последний оказывается окружен двумя оболочками, одна из которых (внутренняя) образована суспензией, а другая (наружная) бетонной смесью. Такая технология прокладки трубопровода позволяет повысить его эксплуатационную надежность.

Формула изобретения

1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием, заключающийся в проходке скважины, облицовке ее стенки с образованием оболочки, подаче в скважину трубопровода с приложением к нему осевого усилия, отличающийся тем, что предварительно перед подачей трубопровода заполняют полость скважины суспензией, которую перемешивают перед торцом подаваемого трубопровода и последний центрируют в скважине с образованием кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой, при этом суспензию из кольцевого зазора вытесняют суспензией большей плотности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облицовку стенок скважины осуществляют одновременно с проходкой скважины.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед подачей трубопровода в заполненную суспензией скважину его передний торец заглушают.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что заполнение кольцевого зазора между трубопроводом и оболочкой стенок скважины суспензией осуществляют путем ее подачи по расположенному в кольцевом зазоре материалопроводу с открытым передним концом.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что по мере заполнения суспензией кольцевого зазора материалопровод перемещают по скважине вдоль трубопровода.

6. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что заполнение суспензией кольцевого зазора осуществляют, начиная с середины скважины, путем подачи суспензии по расположенным в кольцевом зазоре материалопроводам с открытыми передними концами, которые ориентированы навстречу друг другу.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что по мере заполнения суспензией кольцевого зазора каждый материалопровод перемещают по скважине в направлении от середины скважины к соответствующему ее устью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6