Способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием и устройства для его осуществления

 

Сущность изобретения: согласно способу образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникации под препятствием между рабочим и приемным котлованами проходят пионерную скважину, в которой размещают штангу. Штангу соединяют с рабочим органом и перемещают рабочий орган по пионерной скважине, расширяя последнюю до проектного диаметра. При расширении пионерной скважины грунт предварительно измельчают, дополнительно воздействуя на него струями рабочего агента, и направляют в грунтоприемную камеру. В грунтоприемной камере грунт перемешивают с рабочим агентом до образования пульпы, которую с помощью эжекторного насоса транспортируют по пультопроводу. По мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор. Устройства для образования скважин в грунте содержат полый цилиндрический корпус, рассекатель грунта, грунтоприемную камеру, трубопровод для подвода рабочего агента, распределительный патрубок, сопла для истечения рабочего агента, механизм для перемещения корпуса в виде полой штанги, эжекторный насос, пульпопровод и распределительную камеру с отверстиями для выхода тиксотропного раствора и с патрубком для присоединения к трубопроводу для подачи тиксотропного раствора. Один из вариантов выполнения устройства предусматривает выполнение рассекателя грунта в виде пластинчатых ножей. Распределительный патрубок выполнен в виде стакана. При втором варианте выполнения устройства рассекатель грунта выполнен в виде режущей коронки. Распределительный патрубок установлен с возможностью вращения относительно полого цилиндрического корпуса. Технический результат от реализации способа заключается в повышении точности проходки и снижении энергоемкости при одновременном улучшении качества стенок образованной скважины. 3 с. и 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретения относятся к горной промышленности и строительству, в частности к способам и устройствам для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, и могут быть использованы при строительстве бестраншейных переходов под водными преградами, автомобильными или железными дорогами и тому подобными препятствиями.

Известен способ образования скважины в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, согласно которому по проектной оси образуемой скважины перемещают рабочий орган в виде трубы приложением к его заднему торцу осевого усилия, а разработку грунта, поступающего в полость рабочего органа, осуществляют воздействием на него струями рабочего агента под давлением. При этом образовавшуюся при разрушении грунта пульпу транспортируют по дну рабочего органа в рабочий котлован, из которого пульпу с помощью гидроэлеватора перемещают за пределы котлована (см., например, авторское свидетельство СССР N 1693250, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1991).

К недостаткам известной технологии производства работ можно отнести относительно высокую вероятность отклонения рабочего органа от проектной оси образуемой скважины, поскольку при разрушении слабых грунтов не исключается возможность воздействия на грунтовый массив рабочим агентом, что приводит к отклонению рабочего органа от заданного курса. Кроме того, при образовании скважин в сравнительно крепких грунтах, особенно в неоднородных по своему составу грунтах, воздействие на грунт струями рабочего агента под давлением не всегда приводит к его разрушению до размеров, позволяющих осуществить его транспортировку самотеком. Указанное обстоятельство приводит к скапливанию неразрушенного грунта в полости рабочего органа и, следовательно, к нарушению режима его транспортировки. Следует отметить, что транспортировка продуктов разрушения по пульпопроводу, образованному стенками рабочего органа, приводит к необходимости перемещения по образованной скважине рабочего органа большой длины, что существенно ограничивает длину скважины, образуемой с использованием такой технологии, за счет увеличения сил сопротивления грунта перемещению рабочего органа (трение наружных боковых стенок рабочего органа об стенки образованной скважины).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами проходят пионерную скважину, размещают в пионерной скважине штангу, которую соединяют с рабочим органом, перемещают рабочий орган по пионерной скважине приложением к штанге осевого усилия и с помощью рабочего органа производят расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта, а транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью рабочего агента, который подают в зону разрушения (см., например, авторское свидетельство СССР N 1159989, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1985).

Такая технология ведения работ частично устраняет недостатки описанного выше способа, поскольку точность образования скважины значительно повышается за счет кинематически связанной с рабочим органом и расположенной в пионерной скважине штанги, которая не позволяет рабочему органу отклонятся от проектной оси. К недостаткам известного способа, выбранного в качестве ближайшего аналога, можно отнести большую энергоемкость процесса разрушения, которая обусловлена необходимостью разрушения грунта до частиц, размер которых позволяет осуществить их транспортировку через канал, образованный стенками образуемой скважины и наружной боковой поверхностью стенок рабочего органа. При этом следует отметить, что транспортировка продуктов разрушения по затрубному пространству приводит, во-первых, к необходимости образования скважины увеличенного диаметра (для образования указанного транспортного канала) и, во-вторых, к нарушению целостности стенок образуемой скважины из-за абразивного воздействия на них продуктами разрушения. Кроме того, удаление из рабочего котлована пульпы, поступившей в него из затрубного пространства, требует применения дополнительных средств и ухудшает экологическую обстановку.

Известно устройство для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, которое содержит рабочий орган в виде кольцевых режущих ножей, расположенную в рабочем органе грунтоприемную камеру, центральный патрубок с расположенными между ножами соплами для истечения рабочего агента, трубопровод для подачи рабочего агента, грунтопровод и механизм перемещения рабочего органа (см., например, авторское свидетельство СССР N 1263769, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1986).

К недостаткам описанного устройства, выбранного в качестве аналога для заявленных устройств, можно отнести относительно низкую точность проходки, обусловленную возможным отклонением рабочего органа от проектной оси скважины. Кроме того, можно отметить сравнительно высокую энергоемкость процесса образования скважины из-за необходимости выполнения рабочего органа большой длины, которая сравнима с длиной образуемой скважины. Перемещение рабочего органа такой длины потребует затрат дополнительной энергии на преодоление сопротивления грунта перемещению в нем рабочего органа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является выбранное в качестве ближайшего аналога (в части устройств) устройство для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями, которое включает полый цилиндрический корпус с закрепленным на его входе пластинчатым рассекателем грунта, расположенную в полом цилиндрическом корпусе грунтоприемную камеру, трубопровод для подвода рабочего агента, который сообщен с коаксиально расположенным внутри полого цилиндрического корпуса распределительным патрубком, размещенные между пластинами рассекателя грунта сопла для истечения рабочего агента, установленный в грунтоприемной камере эжекторный насос, сопло которого сообщено с распределительным патрубком, механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса и сообщенный с диффузором эжекторного насоса пульпопровод (см., например, авторское устройство СССР N 1239227, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1986).

К описанному устройству можно отнести все недостатки, присущие для описанного выше аналога, то есть большую вероятность отклонения рабочего органа от проектной оси скважины, особенно при работе в неоднородных грунтах с твердыми включениями. Сравнительно высокую энергоемкость процесса образования скважины в грунте из-за необходимости преодоления сил трения рабочего органа большой длины о стенки образуемой скважины.

Изобретения направлены на решение задачи по созданию таких способа образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием и устройств для его осуществления, которые обеспечивали бы надежную и эффективную работу по образованию скважины в различных по своему составу грунтах. Технический результат, который может быть получен при реализации способа образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием и устройств для его осуществления, заключается в повышении точности проходки и снижении энергоемкости процесса образования скважины при одновременном улучшении качества стенок образованной скважины, которое обеспечивает снижение затрат на прокладку в нее коммуникации.

Поставленная задача (в части способа) решена за счет того, что в способе образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами проходят пионерную скважину, размещают в пионерной скважине штангу, которую соединяют с рабочим органом, перемещают рабочий орган по пионерной скважине приложением к штанге осевого усилия и с помощью рабочего органа производят расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта, а транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью рабочего агента, который подают в зону разрушения, при разрушении грунта для расширения пионерной скважины его предварительно измельчают и направляют в грунтоприемную камеру рабочего органа, причем при измельчении грунта на него дополнительно воздействуют струями рабочего агента, а в грунтоприемной камере продукты разрушения перемешивают с рабочим агентом до образования пульпы, при этом транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью расположенного в грунтоприемной камере эжекторного насоса по расположенному в образованной скважине пульпопроводу, а по мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор.

Поставленная задача (в части одного из вариантов устройства) решена за счет того, что в устройстве для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями, которое включает полый цилиндрический корпус с закрепленным на его входе пластинчатым рассекателем грунта, расположенную в полом цилиндрическом корпусе грунтоприемную камеру, трубопровод для подвода рабочего агента, который сообщен с коаксиально расположенным внутри полого цилиндрического корпуса распределительным патрубком, размещенные между пластинами рассекателя грунта сопла для истечения рабочего агента, установленный в грунтоприемной камере эжекторный насос, сопло которого сообщено с распределительным патрубком, механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса и сообщенный с диффузором эжекторного насоса пульпопровод, распределительный патрубок выполнен в виде стакана, открытый конец которого ориентирован в направлении входа полого цилиндрического корпуса, а механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса и трубопровод для подвода рабочего агента выполнены в виде соединенной со стаканом полой штанги для размещения в пионерной скважине, при этом полый цилиндрический корпус выполнен с расположенной в его задней части распределительной камерой с отверстиями для выхода тиксотропного раствора и с патрубком для присоединения к трубопроводу для подачи тиксотропного раствора.

Поставленная задача (в части второго варианта конструктивного выполнения устройства) решена за счет того, что в устройстве для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями, которое включает полый цилиндрический корпус с расположенным на его входе рассекателем грунта, размещенную в полом цилиндрическом корпусе грунтоприемную камеру, трубопровод для подвода рабочего агента, который сообщен с коаксиально расположенным внутри полого цилиндрического корпуса распределительным патрубком, сообщенные с распределительным патрубком сопла для истечения рабочего агента, установленный в грунтоприемной камере эжекторный насос, сопло которого гидравлически соединено с распределительным патрубком, механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса и сообщенный с диффузором эжекторного насоса пульпопровод, механизм для перемещения корпуса и трубопровод для подвода рабочего агента выполнены в виде полой штанги для размещения в пионерной скважине, а рассекатель грунта выполнен в виде закрепленной на распределительном патрубке режущей коронки, при этом распределительный патрубок установлен с возможностью вращения относительно полого цилиндрического корпуса вокруг своей продольной оси симметрии, а сопла для истечения рабочего агента расположены за режущей коронкой и ориентированы в направлении грунтоприемной камеры, причем полый цилиндрический корпус выполнен с расположенной в его задней части распределительной камерой с отверстиями для выхода тиксотропного раствора и с патрубком для присоединения к трубопроводу для подачи тиксотропного раствора.

Кроме того, поставленная задача (в части второго варианта конструктивного выполнения устройства) решена за счет того, что устройство для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием может быть выполнено с расположенным за режущей коронкой измельчителем грунта, а распределительный патрубок выполнен с дополнительными соплами для истечения рабочего агента, которые расположены за измельчителем грунта и ориентированы в направлении дна грунтоприемной камеры, что позволяет повысить эксплуатационную надежность работы устройства в прочных грунтах за счет обеспечения возможности дополнительного измельчения продуктов разрушения перед их транспортировкой.

Кроме того, поставленная задача (в части второго варианта конструктивного выполнения устройства) решена за счет того, что измельчитель грунта выполнен в виде двух выступов кольцевой формы, один из которых расположен на внутренней поверхности стенок полого цилиндрического корпуса, а другой расположен на наружной поверхности стенок распределительного патрубка, при этом наружные поверхности выступов образуют канал для прохода грунта в грунтоприемную камеру, причем продольные оси симметрии выступов на полом цилиндрическом корпусе и на распределительном патрубке смещены друг относительно друга. При таком варианте конструктивного выполнения измельчителя грунта обеспечивается возможность создания компактного и несложного по конструкции устройства, обеспечивающего выполнение указанных выше дополнительных функции по подготовке разрушенного грунта к его транспортировке.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен один из вариантов конструктивного выполнения устройства для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, на фиг. 2 - то же, на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 1, на фиг. 5 - разрез по В-В на фиг. 2 и на фиг. 6 - разрез по Г-Г на фиг. 2.

В соответствии с заявленным способом образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием в начале и в конце проектной оси прокладываемой коммуникации обустраивают соответственно рабочий и приемный котлованы. Затем по проектной оси прокладываемой коммуникации проходят пионерную скважину. Образование пионерной скважины может быть осуществлено любым известным способом, например, бурением с помощью буровой головки, которая размещена на переднем конце вращающейся штанги, или уплотнением грунта с помощью пневмопробойника или раскатчика грунта. Следует отметить, что диаметр образуемой пионерной скважины значительно меньше проектного диаметра образуемой скважины для прокладки подземной коммуникации. После образования пионерной скважины в ней размещают штангу. Размещение штанги в пионерной скважине может быть осуществлено одновременно с ее проходкой или после ее образования, например, с помощью размещенного в одном из котлованов нажимного устройства или лебедки. При одновременной проходке пионерной скважины и размещении в ней штанги последняя может быть соединена с устройством, осуществляющим образование скважины, то есть с пневмопробойником или с раскатчиком грунта. В случае использовании для образования пионерной скважины буровой головки в качестве штанги может быть использована буровая штанга после отсоединения от нее буровой головки. После размещения в пионерной скважине штанги в одном из котлованов к одному из ее концов присоединяют рабочий орган, максимальный диаметр корпуса которого соответствует проектному диаметру скважины для прокладки подземной коммуникации. В другом котловане размещают тяговое приспособление, например, лебедку или гидродомкратную батарею, с выходным звеном которого соединяют свободный конец штанги. С помощью тягового приспособления к штанге прикладывают осевое усилие, действующее в направлении от котлована, в котором размещен рабочий орган, к котловану, в котором размещено тяговое приспособление, и перемещают рабочий орган по пионерной скважине в указанном направлении. Перемещая рабочий орган по пионерной скважине, с его помощью осуществляют расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта. При этом при разрушении грунтового массива вокруг пионерной скважины с помощью рабочего органа грунт в зоне разрушения предварительно измельчают, то есть разделяют его на отдельные крупные куски. Предварительное измельчение грунта может быть осуществлено, например, с помощью закрепленных на головной части рабочего органа радиальных и/или кольцевых ножей. В этом случае грунтовый массив в зоне разрушения разделяется с помощью ножей на отдельные полосы, размер и форма которых определяются схемой расстановки ножей. Предварительное измельчение грунта в зоне перемещения рабочего органа может быть осуществлено также, например, с помощью вращающихся фрезы, режущей коронки или ножей, которые установлены перед рабочим органом или в его головной части. Для их вращения может быть использован, например, установленный в корпусе рабочего органа двигатель, выходной вал которого кинематически связан с режущей коронкой, или штанга, вращение которой осуществляют с помощью расположенного в соответствующем котловане двигателя, выходной вал которого кинематически связан с штангой. В этом случае грунтовый массив в зоне разрушения разделяется с помощью режущей коронки на отдельные куски, крупность которых определяется схемой расстановки породоразрушающих инструментов на режущей коронке или формой последней. Одновременно с механическим измельчением грунта в зоне разрушения на него дополнительно воздействуют струями рабочего агента под давлением. В качестве рабочего агента, осуществляющего дополнительное измельчение грунта, может быть использована жидкость, например, вода или газ, например, воздух. В зону разрушения рабочий агент подается через сопла, которые расположены в зависимости от выбранной схемы предварительного измельчения грунта - или в промежутках между ножами, или на режущей коронке и/или после нее. Истекающие под давлением струи рабочего агента осуществляют разрушение кусков грунта на более мелкие. После предварительного измельчения грунта в зоне разрушения и последующего и/или одновременного воздействия на него струями рабочего агента разрушенный грунт направляют в расположенную в корпусе рабочего органа грунтоприемную камеру. При этом следует отметить, что грунтоприемная камера может быть выполнена в виде отдельного узла, представляющего собой открытую в сторону головной части рабочего органа емкость, или образована непосредственно стенками корпуса рабочего органа. Затем в грунтоприемной камере поступающую в нее смесь продуктов разрушения и рабочего агента перемешивают до образования пульпы. Для перемешивания в полость грунтоприемной камеры через сопла дополнительно подают рабочий агент под давлением, который изменяет направление движения поступающей смеси продуктов разрушения и рабочего агента и разжижает ее до образования пульпы. Следует отметить, что перемешивание поступающей в грунтовую камеру смеси продуктов разрушения и рабочего агента может быть осуществлено путем ориентации определенным образом сопел, осуществляющих дополнительное воздействие рабочего агента на предварительно измельченный грунт, то есть указанные сопла ориентируют таким образом, чтобы поток осуществлял в полости грунтоприемной камеры винтовое движение, способствующее образованию пульпы. Образовавшуюся в грунтовой камере рабочего органа пульпу (взвесь частиц разрушенного грунта и рабочего агента) с помощью расположенного в грунтовой камере эжекторного насоса по расположенному в образованной скважине пульпопроводу транспортируют в соответствующий котлован для дальнейшей эвакуации в отвал. По мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор. Подача тиксотропного раствора может быть осуществлена путем закачки его в образованную скважину из соответствующего котлована. Подача тиксотропного раствора в образованную скважину может быть осуществлена по размещенному в ней трубопроводу, из которого он поступает в расположенную в задней части рабочего органа распределительную камеру и далее через выполненные в ней отверстия на стенки образованной скважины. После образования скважины из нее извлекают рабочий орган и любым известным способом в ней размещают коммуникацию, например, кабель связи или транспортный трубопровод.

Более подробно конкретные примеры приемов, с помощью которых реализуется заявленная технология, будут раскрыты ниже при описании работы устройств для реализации заявленного способа.

Устройство для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями (фиг. 1 и 2) содержит полый цилиндрический корпус 1 с открытым передним концом. В полом цилиндрическом корпусе 1 расположена грунтоприемная камера 2, которая может быть образована стенками полого цилиндрического корпуса 1 и/или закрепленными на последнем, например, с помощью разъемного или неразъемного соединения металлическими листами 3. Внутри полого цилиндрического корпуса 1 коаксиально расположен распределительный патрубок 4, на котором установлены сопла 5 для истечения рабочего агента, через которые полость распределительного патрубка 4 сообщена с окружающей средой. В грунтоприемной камере 2 установлен эжекторный насос 6, сопло 7 которого сообщено с распределительным патрубком 4. С диффузором 8 эжекторного насоса 6 сообщен пульпопровод 9. Устройство содержит механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса 1 и трубопровод для подвода рабочего агента, которые выполнены в виде полой штанги 10 для размещения в пионерной скважине (на чертежах не изображена). Полая штанга 10 может быть выполнена в виде нескольких соединенных между собой разъемным соединением секций. Полость штанги 10 сообщена с расположенным на поверхности источником для подачи рабочего агента под давлением (на чертежах не изображен). При использовании в качестве рабочего агента газа, например, воздуха в качестве источника для подачи рабочего агента под давлением может быть использован, например, компрессор. При использовании в качестве рабочего агента жидкости, например, воды в качестве источника для подачи рабочего агента под давлением может быть использован, например, водяной насос. Полая штанга 10 кинематически связана с расположенным на поверхности тяговым приспособлением, которое в зависимости от выбранного варианта конструктивного выполнения устройства обеспечивает приложение к полой штанге 10 осевого усилия или осевого усилия и вращающего момента. В качестве тягового приспособления для приложения к полой штанге 10 только осевого усилия может быть использован, например, установленный в одном из котлованов податчик бурового станка, с помощью которого была осуществлена проходка пионерной скважины, или гидродомкратная батарея. В случае необходимости передачи на полую штангу 10 одновременно осевого усилия и крутящего момента в качестве тягового приспособления может быть использован, например, установленный на поверхности буровой станок для бурения горизонтальных скважин известной конструкции. Полый цилиндрический корпус 1 выполнен с расположенной в его задней части распределительной камерой 11, которая может быть образована стенками полого цилиндрического корпуса 1 и перегородки 12. Полость распределительной камеры 11 через патрубок 13 сообщена с трубопроводом для подачи тиксотропного раствора (на чертежах не изображен), второй конец которого соединен с нагнетательным патрубком расположенного на поверхности насоса для подачи тиксотропного раствора под давлением. В стенках распределительной камеры 11 выполнены отверстия 14 для выхода тиксотропного раствора в образованную скважину.

Первый вариант (фиг. 1, 3 и 4) конструктивного выполнения устройства для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями предусматривает установку на входе полого цилиндрического корпуса 1 пластинчатого рассекателя грунта, например, в виде радиальных пластин 15. Радиальные пластины 15 равномерно расположены по периметру полого цилиндрического корпуса 1 и могут быть выполнены с заостренными передними кромками. Радиальные пластины 15 одним своим концом закреплены на полом цилиндрическом корпусе 1, а другим своим концом закреплены на распределительном патрубке 4. Сопла 5 для истечения рабочего агента расположены в промежутках между пластинами 15 рассекателя грунта. Распределительный патрубок 4 выполнен в виде стакана, имеющего цилиндрическую форму, открытый конец которого ориентирован в направлении входа полого цилиндрического корпуса 1. Полая штанга 10 соединена с распределительным патрубком 4 с помощью разъемного соединения, например, винтового соединения.

При втором варианте ( фиг. 2, 5 и 6) конструктивного выполнения устройства для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями расположенный на входе полого цилиндрического корпуса 1 рассекатель грунта выполнен в виде закрепленной на распределительном патрубке 4 режущей коронки 16, которая может иметь форму фрезы или ножей с породоразрушающими инструментами 17. Полая штанга 10 соединена с распределительным патрубком 4 с помощью разъемного соединения, например, винтового соединения. Распределительный патрубок 4 установлен с возможностью вращения относительно полого цилиндрического корпуса 1 вокруг своей продольной оси симметрии. Для обеспечения указанного вращения распределительный патрубок 4 может быть установлен на подшипниковых узлах 18, которые установлены на опорных стойках 19 полого цилиндрического корпуса 1. Сопла 5 для истечения рабочего агента расположены за режущей коронкой 16 и ориентированы в направлении емкости 2 для приема грунта. Для обеспечения прохода рабочего агента из полости вращающегося в процессе работы распределительного патрубка 4 к неподвижному соплу 7 эжекторного насоса 6 они могут быть гидравлически соединены между собой с помощью муфты 20 любой известной конструкции, которая обеспечивает проход рабочего агента из полой вращающейся детали к полой неподвижной детали.

При втором варианте конструктивного выполнения устройства оно может быть выполнено с расположенным за режущей коронкой 16 измельчителем грунта. Измельчитель грунта может быть выполнен, например, в виде закрепленной на распределительном патрубке 4 или кинематически связанной с ним дополнительной режущей коронки (на чертежах не изображена) или пластинчатых ножей (на чертежах не изображены). При этом распределительный патрубок 4 выполнен с дополнительными соплами 21 для истечения рабочего агента (на чертеже изображены условно), которые расположены за измельчителем грунта и ориентированы в направлении дна грунтоприемной камеры 2.

Наиболее целесообразным является конструктивное выполнение измельчителя грунта в виде двух выступов 22 и 23 кольцевой формы. Выступ 22 расположен на внутренней поверхности стенок полого цилиндрического корпуса 1 и может быть выполнен в виде закрепленной на полом цилиндрическом корпусе 1 отдельной детали или за одно целое с полым цилиндрическим корпусом 1. Выступ 23 расположен на наружной поверхности стенок распределительного патрубка 4 и также может быть выполнен в виде закрепленной на распределительном патрубке 4 отдельной детали или за одно целое с распределительным патрубком 4. Выступы 22 и 23 расположены друг против друга и их наружные поверхности образуют канал 24 для прохода грунта в грунтоприемную камеру 2. При этом продольные оси симметрии выступов 22 и 23 соответственно на полом цилиндрическом корпусе 1 и на распределительном патрубке 4 смещены друг относительно друга, то есть выступы расположены с эксцентриситетом друг относительно друга.

Устройства для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций работают следующим образом.

При образовании скважин в непрочных грунтах преимущественно используют первый вариант (фиг. 1, 3 и 4) конструктивного выполнения устройства. После образования в грунтовом массиве по проектной оси прокладываемой коммуникации пионерной скважины в последней размещают полую штангу 10, один конец которой в одном из котлованов соединяют с распределительным патрубком 4. В другом котловане полую штангу 10 соединяют с тяговым приспособлением, обеспечивающим передачу осевого усилия на полую штангу 10, а полость штанги 10 сообщают с источником для подачи рабочего агента под давлением. Затем с помощью тягового приспособления к полой штанге 10 прикладывают осевое усилие, которое через распределительный патрубок 4 передается на полый цилиндрический корпус 1. Под действием осевого усилия полый цилиндрический корпус 1 начинает внедряться в грунтовый массив, осуществляя расширение пионерной скважины до проектного диаметра. При внедрении в грунтовый массив полого цилиндрического корпуса 1 поступающий в него грунт с помощью пластин 15 рассекателя грунта предварительно разделяется на отдельные полосы, то есть измельчается. При дальнейшем перемещении грунта в полость цилиндрического корпуса 1 на каждую полосу грунта воздействует струя рабочего агента под давлением, которая истекает из соответствующего сопла 5. Под действием энергии рабочего агента каждая полоса грунта измельчается на отдельные кусочки (частицы), размер которых зависит от параметров (давления и скорости истечения) воздействующего на грунт рабочего агента. Смесь измельченного грунта и рабочего агента поступает в грунтоприемную камеру 2, где перемешивается до образования пульпы. Следует отметить, что для образования пульпы перемешивание смеси измельченного грунта и рабочего агента может осуществляться путем ориентации сопел 5 таким образом, чтобы путь движения смеси в грунтоприемной камере 2 был максимально длинным. Возможен и такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором для более качественного перемешивания смеси измельченного грунта и рабочего агента распределительный патрубок 4 выполняют с дополнительными соплами (на чертежах не изображены), которые расположены непосредственно в грунтоприемной камере 2. С помощью расположенного в грунтоприемной камере 2 эжекторного насоса 6 пульпу по расположенному в образованной скважине пульпопроводу 9 транспортируют в котлован и далее продукты разрушения эвакуируют в отвал. По мере перемещения полого цилиндрического корпуса 1 по трубопроводу для подачи тиксотропного раствора через патрубок 13 в полость распределительной камеры 11 подают тиксотропный раствор. Из распределительной камеры 11 через отверстия 14 тиксотропный раствор поступает в образованную скважину, воздействуя на ее стенки и способствуя их укреплению для облегчения прокладки коммуникации в образованной скважине.

При работе в прочных грунтах преимущественно используют устройство для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, выполненное по второму варианту его конструктивного выполнения (фиг. 2, 5 и 6). Устройство по второму варианту его конструктивного выполнения работает аналогичным образом с некоторыми дополнениями и изменениями, то есть после образования в грунтовом массиве по проектной оси прокладываемой коммуникации пионерной скважины в последней размещают полую штангу 10, один конец которой в одном из котлованов соединяют с распределительным патрубком 4. В другом котловане полую штангу 10 соединяют с тяговым приспособлением, обеспечивающим передачу осевого усилия и вращающего момента на полую штангу 10, а полость штанги 10 сообщают с источником для подачи рабочего агента под давлением. Затем с помощью тягового приспособления, в качестве которого может быть использован, например, станок для бурения к полой штанге 10 прикладывают осевое усилие и вращающий момент. Осевое усилие от тягового приспособления через распределительный патрубок 4 передается на полый цилиндрический корпус 1. Одновременно под действием крутящего момента начинает вращаться полая штанга 10 и соединенный с ней распределительный патрубок 4. Следует отметить, что поскольку распределительный патрубок 4 установлен в полом цилиндрическом корпусе 1 на подшипниковых узлах 18, крутящий момент не будет передаваться на полый цилиндрический корпус 1. Под действием осевого усилия полый цилиндрический корпус 1 начинает внедряться в грунтовый массив, осуществляя расширение пионерной скважины до проектного диаметра. При внедрении в грунтовый массив полого цилиндрического корпуса 1 поступающий в него грунт с помощью закрепленной на распределительном патрубке 4 и, следовательно, вращающейся совместно с ним режущей коронки 16 рассекателя грунта предварительно разрушается на отдельные куски, размер которых определяется формой режущей коронки и схемой расстановки породоразрушающих инструментов 17 на ней, то есть измельчается. При дальнейшем перемещении грунта в полость цилиндрического корпуса 1 на предварительно измельченный грунт воздействует струя рабочего агента под давлением, которая истекает из соответствующего сопла 5. Под действием энергии рабочего агента грунт дополнительно измельчается на отдельные кусочки (частицы), размер которых зависит от параметров (давления и скорости истечения) воздействующего на грунт рабочего агента. Смесь измельченного грунта и рабочего агента поступает в грунтоприемную камеру 2, где перемешивается до образования пульпы. Следует отметить, что для образования пульпы перемешивание смеси измельченного грунта и рабочего агента может осуществляться путем ориентации сопел 5 таким образом, чтобы путь движения смеси в грунтоприемной камере 2 был максимально длинным. Возможен и такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором для более качественного перемешивания смеси измельченного грунта и рабочего агента распределительный патрубок 4 выполняют с дополнительными соплами 21, которые расположены непосредственно в грунтоприемной камере 2. С помощью расположенного в грунтоприемной камере 2 эжекторного насоса 6 пульпу по расположенному в образованной скважине пульпопроводу 9 транспортируют в котлован и далее продукты разрушения эвакуируют в отвал. По мере перемещения полого цилиндрического корпуса 1 по трубопроводу для подачи тиксотропного раствора через патрубок 13 в полость распределительной камеры 11 подают тиксотропный раствор. Из распределительной камеры 11 через отверстия 14 тиксотропный раствор поступает в образованную скважину, воздействуя на ее стенки и способствуя их укреплению для облегчения прокладки коммуникации в образованной скважине.

При образовании скважины в грунтах, содержащих включения, или при использовании режущей коронки 16, не обеспечивающей достаточное предварительное измельчение грунта, установленный за режущей коронкой 16 измельчитель грунта выполняет дополнительное его измельчение до получения частиц грунта такого размера, который позволяет осуществить их транспортировку. Куски грунта после механического воздействия на них породоразрушающим инструментом 17 на режущей коронке 16 и гидравлического воздействия на них струями рабочего агента под давлением, истекающими из сопел 5, поступает в канал 24 для прохода грунта. Поскольку продольные оси симметрии выступов 22 и 23, которые расположены соответственно на полом цилиндрическом корпусе 1 и на распределительном патрубке 4, расположены с эксцентриситетом, то расстояние между наружной поверхностью выступов 22 и 23 при вращении распределительного патрубка 4 будет последовательно изменяться от максимального размера, равного удвоенной величине эксцентриситета, до минимального размера, равного величине эксцентриситета. В результате такого изменения сечения канала 24 для прохода грунта в процессе вращения распределительного патрубка 4 выступы 22 и 23 будут осуществлять раздавливание находящегося в канале 24 грунта до частиц, размер которых не превышает минимального размера между ними. В дальнейшем работа устройства, имеющего измельчитель грунта, не изменится.

Формула изобретения

1. Способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами проходят пионерную скважину, размещают в пионерной скважине штангу, которую соединяют с рабочим органом, перемещают рабочий орган по пионерной скважине приложением к штанге осевого усилия и с помощью рабочего органа производят расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта, а транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью рабочего агента, который подают в зону разрушения, отличающийся тем, что при разрушении грунта для расширения пионерной скважины его предварительно измельчают и направляют в грунтоприемную камеру рабочего органа, причем при измельчении грунта на него дополнительно воздействуют струями рабочего агента, а в грунтоприемной камере продукты разрушения перемешивают с рабочим агентом до образования пульпы, при этом транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью расположенного в грунтоприемной камере эжекторного насоса по расположенному в образованной скважине пульпопроводу, а по мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор.

2. Устройство для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями, включающее полый цилиндрический корпус с закрепленным на его входе пластинчатым рассекателем грунта, расположенную в полом цилиндрическом корпусе грунтоприемную камеру, трубопровод для подвода рабочего агента, который сообщен с коаксиально расположенным внутри полого цилиндрического корпуса распределительным патрубком, размещенные между пластинами рассекателя грунта сопла для истечения рабочего агента, установленный в грунтоприемной камере эжекторный насос, сопло которого сообщено с распределительным патрубком, механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса и сообщенный с диффузором эжекторного насоса пульпопровод, отличающееся тем, что распределительный патрубок выполнен в виде стакана, открытый конец которого ориентирован в направлении входа полого цилиндрического корпуса, а механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса и трубопровод для подвода рабочего агента выполнены в виде соединенной со стаканом полой штанги для размещения в пионерной скважине, при этом полый цилиндрический корпус выполнен с расположенной в его задней части распределительной камерой с отверстиями для выхода тиксотропного раствора и с патрубком для присоединения к трубопроводу для подачи тиксотропного раствора.

3. Устройство для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями, включающее полый цилиндрический корпус с расположенным на его входе рассекателем грунта, размещенную в полом цилиндрическом корпусе грунтоприемную камеру, трубопровод для подвода рабочего агента, который сообщен с коаксиально расположенным внутри полого цилиндрического корпуса распределительным патрубком, сообщенные с распределительным патрубком сопла для истечения рабочего агента, установленный в грунтоприемной камере эжекторный насос, сопло которого гидравлически соединено с распределительным патрубком, механизм для перемещения полого цилиндрического корпуса и сообщенный с диффузором эжекторного насоса пульпопровод, отличающееся тем, что механизм для перемещения корпуса и трубопровод для подвода рабочего агента выполнены в виде полой штанги для размещения в пионерной скважине, а рассекатель грунта - в виде закрепленной на распределительном патрубке режущей коронки, при этом распределительный патрубок установлен с возможностью вращения относительно полого цилиндрического корпуса вокруг своей продольной оси симметрии, а сопла для истечения рабочего агента расположены за режущей коронкой и ориентированы в направлении грунтоприемной камеры, причем полый цилиндрический корпус выполнен с расположенной в его задней части распределительной камерой с отверстиями для выхода тиксотропного раствора и с патрубком для присоединения к трубопроводу для подачи тиксотропного раствора.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно выполнено с расположенным за режущей коронкой измельчителем грунта, а распределительный патрубок - с дополнительными соплами для истечения рабочего агента, которые расположены за измельчителем грунта и ориентированы в направлении дна грунтоприемной камеры.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что измельчитель грунта выполнен в виде двух выступов кольцевой формы, один из которых расположен на внутренней поверхности стенок полого цилиндрического корпуса, а другой расположен на наружной поверхности стенок распределительного патрубка, при этом наружные поверхности выступов образуют канал для прохода грунта в грунтоприемную камеру, причем продольные оси симметрии выступов на полом цилиндрическом корпусе и на распределительном патрубке смещены относительно друг друга.

РИСУНКИ

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