Система и способ подземной прокладки труб

Группа изобретений относится к области бестраншейной прокладки труб. Система содержит пневматический забойник, выполненный с возможностью обеспечения ударной силы для секции трубы, основную домкратную раму, соединенную c пневматическим забойником, один или более гидравлических домкратов, соединенных c основной домкратной рамой и выполненных с возможностью обеспечения статической гидравлической силы для секции трубы, и комплект направляющих, соединенных c основной домкратной рамой, причем комплект направляющих обеспечивает скольжение основной домкратной рамы в продольном направлении. Причем, основная домкратная рама содержит поверхность для прямого контакта с секцией трубы и ее сжатия, а статическая гидравлическая сила объединяется с ударной силой для перемещения секции трубы под землей. Обеспечивается бестраншейная прокладка труб широкого диапазона диаметров в широком диапазоне почвенных условий, в частности в нестабильных, песчаных и несвязных грунтах с присутствием грунтовой воды или сильно гетерогенных грунтах вдоль дорог. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной патентной заявке США No.62/629,865, зарегистрированной 13 февраля, 2018 г. под названием “Trenchless Pipeline Installation Method and Apparatus”, в целом включенной в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Изобретение относится в общем к системам и способам прокладки подземных секций труб, в том числе трубопровода, газовых магистралей, водных и сточных линий, трубопроводов инженерных систем и других инженерных сетей. В частности, изобретение относится к бестраншейной прокладке подземной трубы, например, с применением инструментов и способов, подходящих для прокладки новых труб, с применением усилия одного или более гидравлических домкратов, ударного динамического воздействия пневматических устройств и технологии удаления шлама для почвы, входящей внутрь трубы во время прокладки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Необходимость прокладки подземных труб между двумя пунктами, например, между двумя смотровыми колодцами или двумя боковыми сторонами шоссе без создания траншеи между ними возникает в различных областях.

[0004] Разработано несколько методик для осуществления бестраншейной прокладки рабочих труб (также известных, как продуктовые трубы) или защитных трубных футляров (обычно, стальных футляров). Большинство данных способов основаны на статической толкающей силе, приложенной к трубе, упертой в грунт; то есть, трубы или футляры продавливают через грунт с помощью установки с гидравлическими домкратами от заранее подготовленного начального или входного колодца до являющегося целью колодца. В общем, все данные установки, основанные на продавливании трубы домкратом (например, горизонтальные шнековые бурильные машины, управляемые по направлению бурильные машины и машины для микротоннелирования, среди прочего) требуют вращающегося щита или режущей головной части впереди первой трубы для резки грунта перед трубой, а также системы транспортировки отвального грунта в начальную выемку. Кроме того, для всех данных способов существует общая потребность в больших и мощных гидравлических домкратах для преодоления не только поверхностного трения прокладываемых труб, но также в дополнительной вдавливающей силе, обеспечивающей способность резать грунт перед режущей головной частью, для проходки.

[0005] Один вариант шнековой бурильной машины представлен в патенте США 4,013,134. В общем, машина содержит базу, которая включает в себя разнесенные направляющие элементы, которые устанавливают в траншее смежной с холмом, подлежащим бурению. Машина также включает в себя раму, смонтированную для перемещения вдоль направляющего средства, и такая тележка поддерживает силовой блок для вращения соединенных секций валов шнека, которые представляют собой постепенно выдвигающийся бурильный шнек (см. фиг. 1). Рама поддерживает кольцо толкателя для продавливания секций футляров в пробуренную скважину, и обеспечен связанный толкающий цилиндр н для продвижения вперед и убирания рамы и кольца толкателя вдоль направляющих.

[0006] Один недостаток машины данного типа заключается в необходимости иметь полный комплект шнеков (по меньшей мере с длиной равной длине проходки) с диаметром одинаковым диаметром трубы, подлежащей прокладке, для протаскивания почвы, приходящей от режущей головной части в выемку для работы домкратов или входной колодец. Поэтому, если отличающийся проект требует прокладки труб отличающегося диаметра, в большинстве случаев весь комплект шнека требуется закупать вновь. Другим недостатком применения непрерывного шнека является высокий крутящий момент, требуемый в системе данного типа. Высокий крутящий момент увеличивает вероятность ранения или смерти для персонала, работающего вблизи машины, поскольку имеется риск опрокидывания машины при встрече с прочными грунтами, при котором разбивается все вблизи машины. Высокие крутящие моменты являются следствием необходимости резания природного грунта перед режущей головной частью, энергии требуемой для перемещения всего комплекта шнеков внутри стальных футляров, и/или крутящего момента, требуемого для протаскивания отвального грунта вдоль всех смонтированных труб. Данная система извлечения отвального грунта на основе непрерывного шнека производит протаскивание отвального грунта, как реакцию, производимую вращением таких шнеков, окруженных шламом. В данном способе значительная часть энергии теряется на трение и от радиальной составляющей силы, получаемой от взаимодействия между грунтом и шнеками. Другой проблемой в данном способе является риск генерирования карстовой воронки при мелком заложении или в песчаных грунтах.

[0007] Другие способы бестраншейной прокладки связаны с машинами для микротоннелирования. Такие системы включают в себя целое семейство машин с некоторыми вариациями среди них. Многие вариации зависят от способов выемки грунта и транспортировки отвального грунта на поверхность колодца для работы домкратов. В общих чертах, они включают в себя бурильный щит, который продавливают вперед продуктовыми трубами, расположенными сзади и поддомкрачиваемыми большими и прочными гидравлическими домкратами в стартовой выемке. Когда данные бурильные машины для микротоннелирования перемещаются вперед через грунт, отвальный грунт удаляют, обычно смешивая его с текучей средой, чтобы затем откачивать насосом смесь из туннеля в сепарационную установку, в которой твердые частицы сепарируются из текучих сред. Альтернативно, транспортировку вынутого отвального грунта осуществляют с помощью короткого шнека, расположенного непосредственно сзади режущего щита, заполняя ковшовые вагонетки, которые непрерывно перемещаются вперед и назад внутри тоннеля, и вывозят наружу вынутый материал. Данные способы не всегда удовлетворительно работают в вариантах мелкого заложения, в зависимости от типа грунта. В дополнение, проходка тоннеля является медленной и дорогостоящей при требуемом оборудовании, и поскольку режущий щит специально изготавливают или подбирают на основе спецификаций каждого проекта (например, по диаметру трубы и грунтовым условиям).

[0008] Альтернативно, в основе других способов лежат ударные динамические воздействия для забивания стальных труб в грунт вместо применения статических сил при работе домкратов. В большинстве данных случаев стальные трубы являются защитными трубами для завершающего размещения у них внутри рабочих труб. Обычно в данных способах, основанных на динамическом воздействии, имеется режущая кромка переднего открытого конца первой трубы, позволяющего грунту входить внутрь. Когда прокладка завершена, начинают процедуру механического, гидравлического, пневматического или вручную извлечения грунта изнутри трубы. Один пример способа, основанного на динамическом воздействии, предложен в патенте США 4,671,703 на имя Paul Schmidt (пример показан на фиг. 2).

[0009] В одном обычном подходе для забивания трубы применяют ударный пневматический молот, для задавливания трубы горизонтально или под углом в грунт. Кожух молота прикрепляют к концу трубы с помощью подходящего крепежа и в некоторых случаях дополнительно скрепляют тросами. Приводимая в действие поршнем баба ударяет по плите внутри кожуха и ударная сила передается на конец трубы через кожух, при этом обеспечивая продвижение трубы вперед в грунт. Пневматические забойники отличаются тем, что производят несколько ударов в минуту, передавая энергию от малой до средней в каждом ударе. Обычный небольшой ударный пневматический молот передает энергию 0,17 КДж и наносит 580 ударов в минуту при массе меньше 10 кг. Обычный большой молот передает энергию 40 КДж, имеет массу 12 тонн и наносит 180 ударов в минуту.

[0010] Гидравлические (вместо пневматических) молоты часто применяют в вертикальном бурении. Большой молот данного типа в общем работает с меньшей частотой ходов в минуту, но передает ударом гораздо больше энергии. В данном случае ударный поршень проходит снаружи кожуха молота для нанесения удара по кожуху. Обычно один гидравлический молот имеет массу 4 тонны, наносит 65 ударов в минуту с энергией 30 КДж, а молот в 242 тонны передает энергию 2300 КДж при 30 ударах в минуту. В вертикальном бурении кожух молота удерживается в контакте в упор с обсадной колонной, в основном с помощью силы тяжести. Даже если их обычно не применяют для горизонтального забивания трубы, они являются альтернативой при прокладке футляров больших диаметров. Вместе с тем, поскольку баба проходит снаружи кожуха молота, непрактично скреплять кожух с трубой. Поэтому становится важным обеспечения прижатия молота в упор к трубе. Один подход для выполнения указанного раскрыт в патенте США 6,652,190 на имя Verkyk, который основан на системе прижатия тросовой лебедкой (см., например, фиг. 3A).

[0011] Недавнее улучшение изобретения по патенту на имя Verkyk раскрыто в патентной публикации США 2016/0333642 на имя Bachand et al., в котором прижатие лебедкой заменено тележкой, поджимаемой вперед гидравлическими цилиндрами, действующими между тележкой и упором. Работающий на сжатие упругий узел смонтирован на тележке для высвобождения его энергии на гидравлический молот для удержания его в контакте с трубой после каждого удара (см., например, фиг. 3B). Поскольку в данной технологии задействован гидравлический молот, пространство, требуемое для входной выемки, должно быть значительно больше, чем пространство, требуемое для других бестраншейных методик, что делает данную машину наиболее подходящей для прокладки труб большого диаметра (например, труб диаметром больше 72 дюйма (183 см), как в варианте предшественника (патент США 6,652,190 на имя Verkyk). Другим недостатком публикации Bachand является генерирование проходки, по существу, динамическими воздействиями молота. В таком случае гидравлическую силу применяют для удержания большого гидравлического молота на месте (прикрепленным к трубе) и не для противодействия присущей трубе упругости или для заметного увеличения вдавливающей силы. Кроме того, вследствие высоких пиков энергии удара, генерируемых гидравлическим молотом, непрактичным является приложение высокой статической силы к трубе, поскольку это должно приводить к применению стальных футляров со стенками значительной толщины для предотвращения повреждения в трубе.

[0012] Вне зависимости от типа применяемого забойника, одна обычная проблема ударных способов забивания трубы (в том числе по публикации Bachand) состоит в том, что очистку отвального грунта нельзя выполнять одновременно с прокладкой, что приводит к снижению общей производительности. Другой общей проблемой является потребность относительно больших энергозатрат (большие молоты) для прокладки труб или футляров, поскольку значительная часть энергии каждого удара теряется. Одна релевантная часть энергии поглощается, благодаря естественной упругости стальной трубы, а трение наружной и внутренней поверхности трубы (от почвы, поступающей внутрь) поглощает другую важную часть энергии. Дополнительно, вследствие кинетической энергии, передаваемой с забойника на трубу, дополнительная масса, добавленная трубе почвой, поступившей внутрь во время операции, уменьшает ускорение режущей кромки, уменьшая силу продавливания впереди первой трубы. Действие всех данных нежелательных факторов усиливается с увеличением длины продавливания, делая данный способ только ограничено применимым для относительно короткого продавливания (обычно, меньше 300 футов (90 м).

[0013] Кроме того, все описанные выше бестраншейные способы имеют свои собственные ограничения и применимость, в зависимости от длины, диаметра, требуемой точности и грунтовых условий. Кроме того, все данные машины выполнены с возможностью преодоления максимальной длины прокладки и диаметра, которые для них предопределены, даже если это означает избыток мощности для более короткого продавливания или меньших диаметров. Наконец, большинство машин, перечисленных выше (в особенности, основанных на способе продавливании трубы домкратом), имеют свои основные части с размерами для трубы конкретного диаметра, и каждая переделка под новый диаметр требует значительных затрат на заказные части.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Задачей некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения является предложение способа и устройства для прокладки трубных секций (например, стальных футляров), или прокладки новых продуктопроводов без отрывки траншеи в грунте между двумя выемками или колодцами. Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание универсального способа бестраншейного прокладки новых труб, с функциональными возможностями достижения широкого диапазона диаметров (например, до 72 дюймов (183 см) и почвенных условий, в особенности рискованных грунтовых условий для многих сегодняшних технологий. Некоторые из данных трудных условий включают в себя нестабильные грунты (например, галечник), песчаные или несвязные грунты с присутствием грунтовой воды, или сильно гетерогенные грунты вдоль дорог.

[0015] Признаки некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения объединяют преимущества некоторых известных бестраншейных методик. В одном варианте осуществления данного изобретения рама гидравлических домкратов сжимает и толкает стальные трубы, упирая в грунт с постоянной силой, а удары, приходящие от пневматического забойника, генерируют дополнительную продавливающую силу для перемещения труб вперед в грунт. Труба с открытым концом впереди позволяет почве входить внутрь, а независимая линейно смещаемая система очистки от почвы поступательно удаляет шлам, когда установка продвигается вперед, уменьшая общую перемещающуюся массу во время прокладки и, следовательно, повышая эффективность ударов. Поскольку труба с открытым концом имеет минимальную площадь контакта с грунтом перед ним, режущая кромка обеспечивает вход почвы в трубу, при котором требуется малая продавливающая сила, в отличие от устройства в варианте с вращательными режущими головными частями впереди первой трубы. Приложенная сила динамического воздействия максимизируется, поскольку постоянная гидравлическая сила минимизирует потери энергии, обусловленные отскакиванием трубы назад (вследствие присущей трубе упругости), при этом добавляется сила для преодоления поверхностного трения трубы или футляра. Пневматический забойник генерирует более низкие пики энергии в сравнении с гидравлическим молотом, на более высокой частоте (например, от 160 до 580 ударов в минуту), и данные более низкие пики энергии обеспечивают приложение более высокой статической силы к трубе, не требуя применять стальную трубу с более толстой стенкой.

[0016] В одном варианте осуществления основная домкратная рама содержит гидравлические цилиндры, действующие на смонтированной на рельсах нажимной пластине в которой ударный пневматический забойник прочно прикреплен с помощью подходящего крепежа. Нажимная пластина работает, как средство для объединения динамических воздействий и статической силы для трансформации их энергии в продавливающую силу для труб впереди нее, при этом, поддерживая трубу на требуемой оси. Крепеж гидравлического забойника имеет небольшой эксцентриситет относительно осевой линии трубы, чтобы обеспечить штангам системы очистки (которые выставлены по осевой линии) проход через окно в нажимной пластине для очистки труб от шлама внутри.

[0017] В другом варианте осуществления система очистки от почвы включает в себя штанги системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, и линейно перемещающуюся раму, несущую гидравлический двигатель. Данная рама смонтирована на тех же рельсах основной домкратной системы, но с независимым комплектом гидравлических исполнительных механизмов для продвижения вперед и назад по данным рельсам или направляющим. Система извлечения шлама данного изобретения отличается от существующих шнековых систем поскольку, вместо протаскивания шлама с применением только вращения непрерывного шнекового комплекта, в системе применяется вращение (при продвижении вперед) нескольких разнесенных на равные расстояния шнековых сегментов только для захвата почвы внутри трубы, аналогично захвату штопором пробки в бутылке. Затем, сегментированные шнеки вытягивают назад с шламом, применяя гидравлические домкраты; данный процесс осевого действия является энергосберегающим, как и процесс его аналога, стандартного штопора, где применяются рычаги для извлечения пробки из бутылки вместо применения только вращения. Данный процесс поступательно повторяется так, что каждый шнек оставляет за собой шлам после убирания системы, и затем стартует вновь, перемещаясь вперед (с вращением) для сбора шлама, оставленной сзади, следующим шнековым сегментом. Отмечается, что чем больше разделение между шнековыми сегментами, тем длиннее смещение всей очищающей системы для выполнения данной координированной задачи. Как альтернативный вариант осуществления, данную систему очистки от почвы можно заменить непрерывным шнеком, с приводом от большего гидравлического двигателя, неподвижно закрепленного на основной домкратной раме, аналогично стандартной шнековой бурильной машине. Данная последняя конфигурация может требовать большего крутящего момента и может нуждаться в замене всего шнекового набора каждый раз, когда меняется диаметр трубы, вместо замены всего нескольких шнековых сегментов. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы может содержать по меньшей мере одну штангу устройства очистки с одной шнековой секцией или, альтернативно, всего одну шнековую секцию, прикрепленную напрямую к гидравлическому двигателю.

[0018] Другим признаком настоящего изобретения является возможность оптимизации по мощности, в которой независимая линейно смещаемая система очистки от почвы применяется для генерирования дополнительной силы гидравлического домкрата, только когда нужна дополнительная толкающая сила. То есть, толкание, своими собственными гидравлическими цилиндрами, основной домкратной рамы для увеличения общей толкающей силы для преодоления препятствий, высокого поверхностного трения длинных продавливаний или условий твердой почвы. Извлечение вынутого материала временно приостанавливают, когда систему очистки от почвы применяют для толкания домкратной рамы.

[0019] В одном аспекте изобретением предложена система для прокладки трубы под землей. Система содержит пневматический забойник, выполненный с возможностью передачи ударной силы на секцию трубы. Система также содержит основную домкратную раму, соединенную c пневматическим забойником, причем основная домкратная рама содержит поверхность для контакта с секцией трубы. Система также содержит один или более гидравлических домкратов, соединенных c основной домкратной рамой и выполненных с возможностью передачи гидравлической силы на секцию трубы. Система также содержит комплект направляющих, соединенных c основной домкратной рамой, причем комплект направляющих обеспечивает скольжение основной домкратной рамы в продольном направлении.

[0020] В некоторых вариантах осуществления система дополнительно содержит систему очистки от почвы, имеющую базовую раму, соединенную c комплектом направляющих. Система очистки от почвы выполнена с возможностью извлечения шлама изнутри секции трубы во время подземной прокладки секции трубы. Базовая рама выполнена с возможностью скольжения по комплекту направляющих независимо от основной домкратной рамы. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит узел из штанг и шнеков, с приводом от гидравлического двигателя или другого вращательного исполнительного механизма для протаскивания шлама во время работы. В некоторых вариантах осуществления основная домкратная рама содержит нажимную плacтину, имеющую по меньшей мере одно окно для обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы.

[0021] В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к штанге системы очистки, и аксиально смещаемую смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама несет гидравлический двигатель. В некоторых вариантах осуществления смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна штанга системы очистки, по меньшей мере одна шнековая секция и аксиально смещаемая, смонтированная на рельсах рама, выполнены с возможностью извлечения шлама из последовательных секций трубы. В некоторых вариантах осуществления пневматический забойник является высокочастотным молотом, производящим от 160 до 580 ударов в минуту. В некоторых вариантах осуществления секция трубы является стальной. В некоторых вариантах осуществления стальная труба действует, как стальной футляр для несения другой трубы внутри. В некоторых вариантах осуществления секция трубы имеет диаметр 72 дюйма (183 см) или меньше.

[0022] В другом аспекте изобретение предлагает способ прокладки трубы под землей. Способ содержит сжатие с помощью основной домкратной рамы, соединенной c комплектом направляющих, при помощи по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, секции трубы на грунтовой поверхности. Способ также содержит генерирование пневматическим молотом, прикрепленным к основной домкратной раме, ударного динамического воздействия для продвижения секции трубы в грунт. Способ также содержит толкание домкратной рамой и пневматическим забойником труб в грунт.

[0023] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит извлечение с применением системы очистки от почвы, соединенной c комплектом направляющих, шлама изнутри секции трубы во время прокладки секции трубы, причем система очистки от почвы перемещается по отношению к основной домкратной раме. В некоторых вариантах осуществления основная домкратная рама содержит нажимную пластину, имеющую по меньшей мере одно окно обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы. В некоторых вариантах осуществления в способе дополнительно задействуют гидравлическую силу для предварительного сжатия секции трубы для противодействия упругой работе секции трубы для обеспечения эффективной передачи энергии от пневматического забойника через секцию трубы.

[0024] В некоторых вариантах осуществления постоянная сила прикладывается с упором в грунт домкратной рамой. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит после прокладки секции трубы под землей присоединение одной или более дополнительных секций к секции трубы для создания подземного тоннеля между местом входа под поверхностью грунта и являющейся целью выемкой. В некоторых вариантах осуществления пневматический забойник имеет высокую частоту от 160 до 580 ударов в минуту. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к штанге системы очистки, и аксиально смещаемую смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама содержит гидравлический двигатель.

[0025] В некоторых вариантах осуществления смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит по меньшей мере две штанги системы очистки, причем Каждая штанга системы очистки имеет по меньшей мере одну шнековую секцию, аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, выполненную с возможностью извлечения шлама последовательно, в координированном перемещении по меньшей мере двух штанг системы очистки и шнековых секций. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит узел с непрерывным шнеком с приводом от гидравлического двигателя для протаскивания шлама во время работы.

[0026] в другом аспекте изобретением предложена система для очистки от почвы секции трубы во время подземной прокладки. Система содержит основную домкратную раму, включающую в себя поверхность для контакта с секцией трубы. Система также содержит комплект направляющих, соединенных c основной домкратной рамой, причем комплект направляющих обеспечивает скольжение основной домкратной рамы в продольном направлении. Система также содержит систему очистки от почвы, имеющую базовую раму, соединенную c комплектом направляющих, причем система очистки от почвы выполнена с возможностью извлечения шлама изнутри секции трубы во время подземной прокладки секции трубы, система очистки от почвы может перемещаться в продольном направлении независимо от основной домкратной рамы и включает в себя по меньшей мере один шнек, смонтированный в раме, соединенной c комплектом направляющих, которые могут перемещаться вперед и назад в продольном направлении независимо от основной домкратной рамы.

[0027] В другом аспекте изобретением предложен способ очистки секции трубы от почвы внутри нее во время подземной прокладки. Способ содержит извлечение с применением системы очистки от почвы, соединенной c комплектом направляющих, шлама изнутри секции трубы во время прокладки секции трубы, причем система очистки от почвы выполнена с возможностью скольжения по комплекту направляющих. Система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к штанге системы очистки, и аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама включает в себя гидравлический двигатель.

[0028] Приведенное выше охватывает только некоторые из аспектов изобретения. Другие аспекты станут понятными из следующего описания по меньшей мере одной предпочтительной конфигурации для осуществления изобретения в контексте одного или более примеров. Следующий вариант осуществления изобретения не является его определением, но только примером, осуществления его патентоспособных признаков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0029] Прилагаемые чертежи в составе подробного описания иллюстрируют один вариант осуществления изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов данного изобретения. На чертежах показано следующее.

[0030] На фиг. 1 показан вид сбоку по уровню техники для способа шнекового бурения, показана прокладка стальной трубы под землей, при этом комплект шнеков передает крутящий момент на режущую головную часть, одновременно шнеки очищают футляр от шлама внутри.

[0031] На фиг. 2 показан вид сбоку по уровню техники для способа забивания трубы, показана прокладка стальной трубы под землей.

[0032] На фиг. 3A показан вид в плане по уровню техники для способа забивание трубы с применением гидравлического молота и поджимающей системы с канатной лебедкой.

[0033] На фиг. 3B показана в изометрии существующая техника для способа забивания трубы с применением гидравлического молота и гидравлической поджимающей системы.

[0034] На фиг. 4A показана в изометрии схема системы для прокладки трубы под землей иллюстративного варианта осуществления изобретения.

[0035] На фиг. 4B показана на виде сбоку схема системы для прокладки трубы под землей, иллюстративного варианта осуществления изобретения.

[0036] На фиг. 5A показан вид в плане деталей независимой линейной смещаемой системы очистки от почвы, иллюстративного варианта осуществления изобретения.

[0037] На фиг. 5B показан вид сбоку деталей независимой линейной смещаемой системы очистки от почвы, иллюстративного варианта осуществления изобретения.

[0038] На фиг. 6A показан вид сбоку с сечением и детали компоновки прерывистого шнека для системы очистки от почвы иллюстративного варианта осуществления изобретения.

[0039] На фиг. 6B показан в изометрии вид деталей разобранной компоновки прерывистого шнека для системы очистки от почвы иллюстративного варианта осуществления изобретения.

[0040] На фиг. 7A показан вид сбоку с частью в виде сечения деталей самоанкерующейся системы для гидравлических домкратов основной домкратной рамы, иллюстративного варианта осуществления изобретения.

[0041] На фиг. 7B показан вид в плане с частью в виде сечения с деталями самоанкерующейся системы для гидравлических домкратов независимой линейно смещаемой системы очистки от почвы иллюстративного варианта осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0042] Как показано на фиг. 4A, забойник 10 применяют для генерирования циклической силы (например, последовательности ударных динамических воздействий) на смонтированную на рельсах основную домкратную раму 12. Забойник 10 может иметь привод ударного действия от ударного пневматического молота или другого высокочастотного приводного устройства, действующего на основной домкратной раме 12 с применением любого подходящего крепежного средства (не показано). Забойник 10 может представлять собой Model No. 12-(300)-AR производства Hammerhead Trenchless Equipment. Также можно применять забойники других моделей. Домкратная рама работает при помощи комплекта гидравлических домкратов 14, который добавляет гидравлическую толкающую силу к основной домкратной раме 12. Основная домкратная рама 12 имеет поверхность для контакта с футляром 16 и передает ударную силу и гидравлическую силу на футляр 16. Секция 16 футляра может быть замещена любой продуктовой трубой, способной выдерживать и передавать ударную силу, генерируемую молотом 10. Основная домкратная рама 12 соединена с модульными основными направляющими 18 и скользит по ним, направляющие собраны вместе для достижения требуемого хода для линейного смещения основной домкратной рамы 12, зависящего от имеющегося пространства во входной выемке 20. Во время прокладки трубы систему 22 очистки от почвы (например, независимую смещающуюся систему очистки от почвы) применяют для очистки от почвы, поступающей внутрь футляра 16 по ходу прокладки. Система 22 очистки от почвы приносит вынутый материал к входной выемке 20, протаскивая его через открытую секцию или окно в основной домкратной раме 12, что обеспечивает сбор материала в являющуюся опцией ковшовую тележку 24, прикрепленную к основной домкратной раме 12. Когда ковшовая тележка 24 заполнена материалом, ее можно удалить с основной домкратной рамы 12 для разгрузки материала в назначенном месте на поверхности. Альтернативно, отвальный грунт можно сбрасывать во входной выемке без такой, являющейся опцией ковшовой тележки 24, для последующего сбора вручную или с помощью экскаватора.

[0043] На фиг. 4B показано, как основной узел направляющих упирается в подпорную стенку 26 для противодействия реактивным силам, генерируемым, при задавливании домкратами секций 16 футляра в грунт. Можно также применять другие способы заанкеривания для удержания основных направляющих 18 неподвижно закрепленными во входной выемке 20. Когда одна секция 16 футляра уложена, последнюю вставленную штангу 28 отцепляют от системы 22 очистки от почвы, и обе, систему 22 очистки от почвы и основную домкратную раму 12 убирают в их начальное положение для предоставления достаточного пространства для укладки другой секции 16 футляра. В качестве опции можно применять сварочную траншею 30 для представления места сварщику при сварке двух секций 16 футляра между собой. Можно также применять другие методики для соединения секций 16 футляра. Процесс повторяют до достижения первой секцией 16 футляра выходной выемки 32.

[0044] На фиг. 5A и фиг. 5B показаны детали системы 22 очистки от почвы, которая является смонтированным на рельсах узлом других подсистем, описанной ниже. Базовую раму 22A применяют для несения всей системы очистки от почвы, и рама выполнена с возможностью скольжения по основным направляющим 18, не создавая помех пути домкратной рамы 12. Базовая рама 22A имеет короткие направляющие, прикрепленные для обеспечения скольжения поверх нее верхней рамы 22B. Относительный линейное смещение между базовой рамой 22A и верхней рамой 22B генерируется с помощью другого комплекта дополнительных гидравлических домкратов 22C. Для предотвращения относительного перемещения между базовой рамой 22A и основными направляющими 18 показана дополнительная самоанкерующаяся система 22D. Вместе с тем, самоанкерующуюся систему можно заменить любыми другими заанкеривающими системами, такими как управляемые вручную блокирующие рычаги, гидравлические замки, электрические соленоиды или другие блокирующие средства. Верхняя рама 22B также содержит футляр и ротор, смонтированный на конических роликовых подшипниках для восприятия радиальных и осевых сил. Ротор верхней рамы 22B прикреплен к валу гидравлического двигателя 22E, который обеспечивает вращение для системы очистки от почвы. Как показано на фиг. 6A, крутящий момент, обеспеченный гидравлическим двигателем 22E и толкающая /тянущая сила передаются через съемные штанги 28 системы очистки. Каждая штанга 28 системы очистки обеспечена охватываемым и охватывающим соединением и отверстием в каждом соединении для вставления штифта 38 для блокирования штанги 28 системы очистки со следующей штангой. Комплект дополнительных шнеков 34 можно последовательно добавлять в узел штанг 28 системы очистки по ходу прокладки футляра. Для бурения уплотненной почвы, входящей внутрь первой секции 16 футляра, шнековое долото 36 установлено впереди первой штанги 28 системы очистки.

[0045] На фиг. 6A показано сечение узла штанги 28 системы очистки с дополнительным шнеком 34. Как показано, дополнительные шнеки 34 имеют кольцевое пространство для размещения у них внутри штанги 28 системы очистки. Здесь две детали соединяются вместе с помощью резьбовых штифтов 38. Можно также применять другие способы блокировки для скрепления двух частей вместе. На фиг. 6B показан пример сборки штанг 28 системы очистки и дополнительного шнека 34 с применением резьбовых штифтов 38.

[0046] На фиг. 7A показана с частью в виде сечения основная самоанкерующаяся система 40 основной домкратной рамы 12, в которой основные гидравлические домкраты 14 упираются для толкания или убирания основной домкратной рамы 12. Данный компонент изобретения можно заменить любыми другими заанкеривающими системами, такими, как управляемые вручную блокирующие рычаги, гидравлические замки, электрические соленоиды или другие блокирующие компоненты для обеспечение опоры для продавливания для основных гидравлических домкратов 14. На фиг. 7B также показано сечение с видом деталей для дополнительной самоанкерующейся системы 22D, описанной выше. В обеих самоанкерующихся системах, принцип работы основан на высвобождении замков (также называемых зацепами) из основных направляющих 18, и втягивания или выдвижения гидравлических домкратов для перехода на другую точку заанкеривания.

[0047] Другим признаком данного изобретения является возможность увеличения гидравлической мощности, применяемой для толкания основной домкратной рамы 12, когда требуется, задействовав дополнительные гидравлические домкраты 22C системы 22 очистки от почвы. Данное является возможным, поскольку система 22 очистки от почвы может перемещаться независимо от основной системы домкратов.

[0048] Выше описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Вместе с тем, следует понимать, что возможен отход от них и что очевидные модификации могут быть разработаны специалистом в данной области техники в технике не выходя за объем изобретения.

1. Система для прокладки трубы под землей, содержащая:

пневматический забойник, выполненный с возможностью обеспечeния ударной силы для секции трубы;

основную домкратную раму, соединенную c пневматическим забойником, причем основная домкратная рама содержит поверхность для прямого контакта с секцией трубы и ее сжатия;

один или более гидравлических домкратов, соединенных c основной домкратной рамой и выполненных с возможностью обеспечeния статической гидравлический силы для секции трубы, причем, статическая гидравлическая сила объединяется с ударной силой для перемещения секции трубы под землей; и

комплект направляющих, соединенных c основной домкратной рамой, причем комплект направляющих обеспечивает скольжение основной домкратной рамы в продольном направлении.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая систему очистки от почвы, имеющую базовую раму, соединенную c комплектом направляющих, причем система очистки от почвы выполнена с возможностью извлечения шлама изнутри секции трубы во время подземной прокладки секции трубы, базовая рама выполнена с возможностью скольжения по комплекту направляющих независимо от основной домкратной рамы.

3. Система по п. 2, в которой система очистки от почвы содержит узел из штанг и шнеков с приводом от гидравлического двигателя или другого вращательного исполнительного механизма для протаскивания шлама во время работы.

4. Система по п. 2, в которой основная домкратная рама содержит нажимную пластину, имеющую по меньшей мере одно окно для обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы.

5. Система по п. 2, в которой система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, и аксиально смещаемую смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама несет гидравлический двигатель.

6. Система по п. 5, в которой смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой.

7. Система по п. 5, в которой по меньшей мере одна штанга системы очистки, по меньшей мере одна шнековая секция, и аксиально смещаемая, смонтированная на рельсах рама, выполнены с возможностью извлечения шлама из последовательных секций трубы.

8. Система по п. 1, в которой пневматический забойник является высокочастотным забойником, производящим от 160 до 580 ударов в минуту.

9. Система по п. 1, в которой секция трубы является стальной.

10. Система по п. 1, в которой секция трубы имеет диаметр 72 дюйма (183 см) или меньше.

11. Способ прокладки трубы под землей, в котором:

производят сжатие, с помощью основной домкратной рамы, соединенной c комплектом направляющих, и при помощи статической гидравлический силы от по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, секции трубы в упор к грунтовой поверхности, причем основная домкратная рама находится в прямом контакте с секцией трубы;

генерируют пневматическим забойником, присоединенным к основной домкратной раме, ударное динамическое воздействие для продвижения секции трубы в грунт; и

проталкивают основной домкратной рамой и пневматическим забойником секцию трубы в грунт, при этом

ударное динамическое воздействие и статическая гидравлическая сила объединяются для перемещения секции трубы под землей.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором осуществляют извлечение с применением системы очистки от почвы, соединенной c комплектом направляющих, шлама изнутри секции трубы во время прокладки секции трубы, причем система очистки от почвы может перемещаться по отношению к основной домкратной раме.

13. Способ по п. 12, в котором основная домкратная рама содержит нажимную пластину, имеющую по меньшей мере одно окно для обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы.

14. Способ по п. 11, дополнительно содержащий использование гидравлической силы для предварительного сжатия секции трубы для противодействия упругой работе секции трубы для обеспечения эффективной передачи энергии от пневматического забойника через секцию трубы.

15. Способ по п. 11, в котором постоянная сила прикладывается на грунт домкратной рамой.

16. Способ по п. 11, дополнительно содержащий после прокладки секции трубы под землей присоединение одной или более дополнительных секций трубы к секции трубы для создания подземного тоннеля между входной точкой под поверхностью грунта и являющейся целью выемкой.

17. Способ по п. 11, в котором пневматический забойник является высокочастотным забойником, производящим от 160 до 580 ударов в минуту.

18. Способ по п. 12, в котором система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, присоединенную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, и аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, присоединенную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама включает в себя гидравлический двигатель.

19. Способ по п. 18, в котором смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой.

20. Способ по п. 18, в котором система очистки от почвы содержит по меньшей мере две штанги системы очистки, причем каждая штанга системы очистки имеет по меньшей мере одну шнековую секцию, аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, выполненную с возможностью извлечения шлама последовательно в координированном перемещении по меньшей мере двух штанг системы очистки и по меньшей мере одной шнековой секции.

21. Способ по п. 12, в котором система очистки от почвы содержит узел с непрерывным шнеком с приводом от гидравлического двигателя для протаскивания шлама во время работы.