Способ бестраншейной прокладки трубопроводов из неметаллических материалов под препятствием

 

Способ бестраншейной прокладки трубопроводов из неметаллических материалов включает образование в грунтовом массиве между рабочим и приемным котлованами по проектной оси скважины и размещение в скважине трубопровода из неметаллического материала. В скважине размещают стальной футляр, внутренний диаметр которого не менее наружного диаметра трубопровода в его рабочем состоянии. Трубопровод размещают в полости футляра. После прокладки футляра на всю длину его извлекают из скважины. Перед извлечением футляра трубопроводу придают форму, которая соответствует его рабочему состоянию, и поддерживают эту форму во время извлечения футляра из скважины. Предложенный способ позволяет повысить эксплуатационную надежность трубопровода при одновременном обеспечении возможности прокладки трубопровода в грунтах практически любой категории. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к способам бестраншейной прокладки трубопроводов из неметаллических материалов под препятствиями, и может быть использовано при строительстве дренажных систем для осушения обводненных участков и при прокладке подземных коммуникаций под железными и автомобильными дорогами, аэродромами, зданиями, реками и т.п. объектами, под которыми невозможно проведение работ открытым способом.

Известен способ бестраншейной прокладки трубопровода, согласно которому стальной футляр с расположенным на его переднем конце рабочим органом внедряют в грунтовый массив приложением к его заднему торцу осевого усилия, а грунт из полости трубопровода удаляют периодически с помощью совка для транспортера грунта. При этом после прокладки стального футляра между приемным и рабочим котлованами в его полости размещают коммуникацию или используют в качестве транспортной магистрали (см. , например, авторское свидетельство СССР N 397610, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1974).

К недостаткам известной технологии бестраншейной прокладки трубопроводов можно отнести значительную металлоемкость прокладки трубопроводов. Кроме того, при воздействии на проложенный в грунтовом массиве стальной футляр подземных вод срок службы его будет ограничен из-за коррозии металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для прокладки трубопроводов, с помощью которого реализуется способ бестраншейной прокладки трубопроводов из неметаллических материалов под препятствием, включающий образование с помощью рабочего органа в грунтовом массиве между рабочим и приемным котлованами проектной оси скважины и размещение в скважине трубопровода из неметаллического материала, который в дальнейшем может быть использован в качестве транспортной магистрали или в качестве футляра для размещения в нем подземных коммуникаций (см., например, авторское свидетельство СССР N 1530691, кл. F 02 F 5/18, опубл. 1989).

Известное техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, частично устраняет недостатки описанной выше технологии поскольку использование неметаллического материала значительно снижает металлоемкость трубопровода и повышает его сопротивление агрессивному воздействию окружающей среды, что увеличивает срок службы трубопровода. К недостаткам известного способа можно отнести большую вероятность повреждения трубопровода при осадке грунта, особенно содержащего твердые включения с острыми выступами, поскольку сразу после образования рабочим органом скважины в ней размещается трубопровод из неметаллического материала, который полностью воспринимает нагрузки от грунта при его перемещении. Указанное обстоятельство ведет к снижению эксплуатационной надежности трубопровода из-за большой вероятности повреждения его стенок. Кроме того, успешная реализация известной технологии возможна только при работе в относительно слабых грунтах, поскольку передача осевой нагрузки на рабочий орган при образовании скважины осуществляется давлением рабочего агента, находящегося в полости трубопровода, что приводит к необходимости воздействия на трубопровод в процессе его прокладки нагрузками, которые значительно превышают эксплуатационные нагрузки на него. Максимальная величина давления рабочего агента, с одной стороны, ограничена прочностными характеристиками материала, из которого выполнен трубопровод, а, с другой стороны, неоднородностью грунтового массива (наличие пустот и выемок в грунтовом массиве), что накладывает определенные ограничения на величину осевого усилия, прикладываемого к рабочему органу, осуществляющему образование скважины. Указанное обстоятельство приводит к возможности использования известной технологии только при прокладке трубопроводов в слабых грунтах.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию такой технологии бестраншейной прокладки трубопроводов из неметаллических материалов под препятствием, которая обеспечивала бы повышение эксплуатационной надежности трубопровода при одновременном обеспечении возможности прокладки трубопровода в грунтах практически любой категории. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в снижении воздействия на прокладываемый трубопровод грунтового массива и в увеличении длины прокладываемого трубопровода при прокладке последнего в прочных грунтах.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе бестраншейной прокладки трубопроводов из неметаллических материалов под препятствием, согласно которому в грунтовом массиве между рабочим и приемным котлованами по проектной оси с помощью рабочего органа образуют скважину и в скважине размещают трубопровод из неметаллического материала, в скважине размещают стальной футляр, внутренний диаметр которого не менее наружного диаметра трубопровода из неметаллического материала в его рабочем состоянии, при этом трубопровод из неметаллического материала размещают в полости стального футляра, а после прокладки стального футляра на всю длину последней извлекают из скважины, причем перед извлечением стального футляра трубопроводу из неметаллического материала придают форму, которая соответствует его рабочему состоянию, и поддерживают эту форму во время извлечения стального футляра из скважины.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что размещение стального футляра в скважине может быть осуществлено одновременно с образованием последней. При таком варианте использования технологии увеличивается скорость строительства бестраншейного перехода за счет совмещения во времени выполнения двух приемов способа.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что трубопровод из неметаллического материала может быть размещен в полости стального футляра перед размещением последнего в скважине, что позволяет снизить трудоемкость размещения трубопровода в скважинах большой протяженности и/или малого диаметра.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что прокладка стального футляра может быть осуществлена отдельными секциями, которые последовательно соединяют между собой по мере образования скважины. При использовании такого приема в заявленной технологии появляется возможность уменьшить габариты рабочего котлована, что немаловажно при прокладке трубопровода в стесненных условиях, например в условиях городской застройки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что при прокладке стального футляра его передний конец может быть закрыт от проникновения грунта в его полость, при этом конец трубопровода из неметаллического материала может быть закреплен на переднем конце стального футляра, что позволяет снизить объем вспомогательных работ по очистке полости футляра от грунта и по размещению трубопровода в футляре.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен процесс образования скважины и размещения в ней стального футляра, на фиг. 2 - стальной футляр с размещенным в нем трубопроводом из неметаллического материала перед извлечением его из скважины и на фиг. 3 - трубопровод из неметаллического материала в скважине после извлечения из нее стального футляра.

В соответствии со способом прокладки трубопроводов из неметаллических материалов под препятствием в начале и конце трассы отрывают соответственно рабочий котлован 1 и приемный котлован 2. Затем из рабочего котлована 1 по проектной оси 3 с помощью рабочего органа 4 образуют скважину 5. Образование скважины 5 может быть осуществлено любым известным способом. Например, с помощью бурового устройства (на чертежах не изображено) по проектной оси 3 сначала может быть пробурена пионерная скважина, которая затем повторной проходкой рабочим органом 4, выполненным в виде расширителя, разбурена до проектного диаметра. Скважина 5 может быть образована также за один проход рабочего органа 4. В качестве рабочего органа 4 при образовании скважины 5 в зависимости от физико-механических свойств грунта по трассе проходки может быть использован, например, пневмопробойник, буровая коронка или ножевая секция. В зависимости от выбранного типа рабочего органа 4 разработанный при образовании скважины 5 грунт может транспортироваться на поверхность любым известным способом по полости скважины 5 или уплотняться в окружающий грунтовый массив. В скважине 5 размещают стальной футляр 6. Следует отметить, что размещение в скважине 5 стального футляра 6 может быть осуществлено после выхода рабочего органа 4 в приемный котлован 2, то есть после образования скважины 5 на всю длину, или одновременно с образованием скважины 5, то есть одновременно с перемещением в грунтовом массиве рабочего органа 4 в образованную скважину с такой же или меньшей скоростью затягивают стальной футляр 6. Для затягивания в скважину 5 стального футляра 6 в приемном котловане 2 может быть размещена лебедка (на чертежах не изображена), тяговый трос которой размещен в образованной скважине 5 и соединен со стальным футляром 6. Передний конец стального футляра 6 может быть соединен с рабочим органом 4 и при перемещении последнего в грунтовом массиве он затягивает за собой в образованную скважину 5 стальной футляр 6. Возможен и такой вариант выполнения указанного приема, при котором от расположенного в рабочем котловане 1 нажимного устройства (на чертежах не изображено) через стальной футляр 6 передают осевое усилие на рабочий орган 4. Следует отметить, что перед размещением стального футляра 6 в скважине 5 его отдельные секции могут быть предварительно сварены между собой в плеть, длина которой соответствует длине скважины 5 между приемным 2 и рабочим 1 котлованами, и в скважину 5 погружают целиком всю плеть. Прокладка стального футляра 6 может быть также осуществлена отдельными секциями, которые последовательно соединяются между собой, например, посредством сварки в рабочем котловане 1, то есть по мере погружения в скважину 5 секций стального футляра 6 их наращивают в рабочем котловане 1. Наиболее предпочтительным является такой вариант выполнения указанного приема, при котором передний конец стального футляра 6 (первой секций или всей плети) закрывают от проникновения грунта в его полость либо специальной заглушкой (на чертежах не изображена), либо на переднем конце стального футляра 6 размещают рабочий орган 4, который препятствует проникновению грунта в его полость и дополнительно выполняет функции заглушки. В последнем случае необходимо, чтобы рабочий орган 4 осуществлял образование скважины 5 путем уплотнения грунта или транспортировки разрушенного грунта осуществлялась по специальной магистрали (на чертежах не изображено), которая расположена в полости стального футляра 6. Внутренний диаметр стального футляра 6 должен быть не менее наружного диаметра трубопровода 7 из неметаллического материала в его рабочем состоянии, то есть в состоянии, при котором трубопровод 7 из неметаллического материала имеет максимальное поперечное сечение. В качестве материала для изготовления трубопроводов 7 может быть использован природный или синтетический полимер, например наполненная пластмасса или композиционный полимерный материал. Трубопровод 7 из неметаллического материала размещают в полости стального футляра 6. Для этого трубопровод 7 из неметаллического материала с помощью размещенной в приемном котловане 2 лебедки (на чертежах не изображена) затягивают в полость размещенного в скважине 5 на всю ее длину стального футляра 6 из рабочего котлована 1. Возможен и другой вариант выполнения указанного приема, при котором трубопровод 7 из неметаллического материала размещают в полости стального футляра 6 перед размещением последнего в скважине 5, то есть на поверхности трубопровод 7 из неметаллического материала размещают в стальном футляре 6, который представляет сваренную из отдельных секций единую плеть. Эту плеть совместно с размещенным в ней трубопроводом 7 из неметаллического материала затаскивают в скважину 5, например, с помощью лебедки. При этом расположенная на переднем конце стального футляра заглушка препятствует попаданию грунта как в полость стального футляра 6, так и в полость размещенного внутри стального футляра 6 трубопровода 7 из неметаллического материала. Для предотвращения смещения трубопровода 7 из неметаллического материала в полости стального футляра 6 и/или его повреждения при размещении в скважине 5 один конец трубопровода 7 из неметаллического материала закрепляют на переднем торце стального футляра 6, например соединяют с помощью разъемного соединения с заглушкой или с рабочим органом 4. После прокладки стального футляра 6 на всю длину, то есть его передний конец находиться в приемном котловане 2, а его задний конец соответственно в рабочем котловане 1, расположенному в полости стального футляра 6 трубопроводу 7 из неметаллического материала придают форму, которая соответствует его рабочему состоянию. Для этого в трубопровод 7 из неметаллического материала подают рабочий агент, например жидкость или газ, под давлением, которое не превышает давления транспортируемого по трубопроводу 7 материала, в качестве рабочего агента может быть использован, например, тот агент, который предполагают в дальнейшем транспортировать по трубопроводу 7. Возможен и другой вариант выполнения указанного приема, согласно которому в трубопровод 7 из неметаллического материала вводят стержень 8 с закрепленными на нем опорными элементами 9, форма наружной боковой поверхности которых соответствует форме трубопровода 7 из неметаллического материала в его рабочем состоянии. Стержень 8 и опорные элементы 9 могут быть выполнены, например, из композиционного полимерного материала в виде отдельных секций, соединенных между собой с помощью разъемного соединения. Опорные элементы 9 размещают на равном расстоянии друг от друга по длине стержня 8. Таким образом, расположенный в стальном футляре 6 трубопровод 7 из неметаллического материала при взаимодействии с опорными элементами 9 принимает форму, соответствующую его рабочему состоянию, которая поддерживается либо рабочим агентом, либо опорными элементами 9. Затем осуществляют извлечение стального футляра 6 из скважины 5, например, в приемный котлован 2. При этом один конец трубопровода 7 из неметаллического материала закрепляют, например, с помощью анкера в рабочем котловане 1 и, следовательно, при извлечении стального футляра 6 в приемный котлован 2 трубопровод 7 из неметаллического материала останется в скважине 5. Следует отметить, что до полного излечения стального футляра 6 из скважины 5 поддерживают форму трубопровода 7 из неметаллического материала, соответствующую его рабочему состоянию. После извлечения стального футляра 6 из скважины 5 трубопровод 7 из неметаллического материала оказывается размещенным в скважине 5. Затем из проложенного трубопровода 7 из неметаллического материала извлекают стержень 8 с опорными элементами 9. При извлечении стержня 8 к его концу может быть присоединена размещаемая в трубопроводе 7 коммуникация, например силовой или управляющий кабель (на чертеже не изображен), и одновременно с извлечением стержня 8 осуществляется размещение коммуникации в трубопроводе 7, который в этом случае будет выполнять функции защитного кожуха для коммуникации.

Формула изобретения

1. Способ бестраншейной прокладки трубопроводов из неметаллических материалов под препятствием, согласно которому в грунтовом массиве между рабочим и приемным котлованами по проектной оси с помощью рабочего органа образуют скважину и в скважине размещают трубопровод из неметаллического материала, отличающийся тем, что в скважине размещают стальной футляр, внутренний диаметр которого не менее наружного диаметра трубопровода из неметаллического материала в его рабочем состоянии, при этом трубопровод из неметаллического материала размещают в полости стального футляра, а после прокладки стального футляра на всю длину последний извлекают из скважины, причем перед извлечением стального футляра трубопроводу из неметаллического материала придают форму, которая соответствует его рабочему состоянию, и поддерживают эту форму во время извлечения стального футляра из скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размещение стального футляра в скважине осуществляют одновременно с образованием последней.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что трубопровод из неметаллического материала размещают в полости стального футляра перед размещением последнего в скважине.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что прокладку стального футляра осуществляют отдельными секциями, которые последовательно соединяют между собой по мере образования скважины.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что при прокладке стального футляра его передний конец закрывают от проникновения грунта в его полость, при этом один конец трубопровода из неметаллического материала закрепляют на переднем конце стального футляра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3