Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: способ бестраншейной прокладки подземных коммуникаций включает образование пионерной скважины, размещение в ней нажимной штанги, которую соединяют с рабочим органом. Затем перемещают рабочий орган и расширяют участок пионерной скважины. На расширенном участке размещают формующее приспособление и перемещают его к рабочему органу, формируя обделочный слой скважины. Формирование обделочного слоя скважины осуществляют в формовочной камере уплотнением обделочного материала с помощью гидродомкратов прессующего кольца. Перемещение формующего приспособления осуществляют с помощью гидродомкратов прессующего кольца. При формировании обделочного слоя скважины величину давления прессующего кольца на обделочный материал регулируют. Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций содержит рабочий орган с механизмом для его перемещения, формующее приспособление с формовочной камерой и трубопровод для подачи обделочного материала. Формовочная камера образована наружной и внутренней обечайками и прессующим кольцом. Между обечайками расположены гидродомкраты. Штоки гидродомкратов соединены с прессующим кольцом. Корпус гидродомкратов соединен с внутренней обечайкой. Наружная обечайка соединена с корпусом рабочего органа. Внутренняя обечайка установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения и с возможностью взаимодействия с упорным выступом на наружной обечайке. Механизм для перемещения рабочего органа выполнен в виде нажимной штанги, которая соединена с корпусом рабочего органа. 2 с. и, 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2103447
Класс(ы) патента: E02F5/18
Номер заявки: 96113452/03
Дата подачи заявки: 08.07.1996
Дата публикации: 27.01.1998
Заявитель(и): Минаев Всеволод Иоакимович
Автор(ы): Минаев Всеволод Иоакимович
Патентообладатель(и): Минаев Всеволод Иоакимович
Описание изобретения: Изобретение относится к горной промышленности и строительству и может быть использовано при сооружении переходов под препятствиями, а также при прокладке и ремонте трубопроводов для транспортировки различных материалов.
Известен способ бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, который включает отрыв рабочего и приемного котлованов, проходку скважины с прокладкой защитного кожуха и последующее извлечение кожуха с одновременным образованием бетонной обделки стенок скважины. При этом торец проложенного кожуха упирают в упорную стенку, которую устанавливают в приемном котловане, а извлечение кожуха осуществляют формующим приспособлением в направлении, противоположном ходу проходки (например, авт.св. СССР N 1271944, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1986).
К недостаткам описанной технологии можно отнести сравнительно низкую скорость образования трубопровода, которая обусловлена наличием большого объема дополнительных работ, связанных с необходимостью предварительной прокладки защитного кожуха. Указанное обстоятельство приводит также и к существенному удорожанию строительства.
Известен способ бестраншейной прокладки подземной коммуникации, который является наиболее близким к предлагаемой технологии по технической сущности и достигаемому результату. Согласно известному способу по проектной оси образуют пионерную скважину, во внутреннюю полость скважины подают обделочный материал и с помощью формующего приспособления формируют обделочный слой скважины (трубопровод). При этом после образования пионерной скважины с помощью рабочего органа расширяют участок пионерной скважины. В начале расширенного участка пионерной скважины размещают формующее приспособление и подачу обделочного материала осуществляют во внутреннюю полость расширенного участка пионерной скважины между формующим приспособлением и рабочим органом после окончания расширения участка пионерной скважины. После заполнения внутренней полости расширенного участка пионерной скважины подачу обделочного материала прекращают и формуют обделочный слой скважины перемещением формующего приспособления в направлении к рабочему органу (например, патент РФ N 2034118, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1995).
Известный способ частично устраняет недостатки описанного выше за счет того, что образование коммуникации осуществляется при перемещении рабочего органа и формующего приспособления в одну сторону, т.е. из рабочего в приемный котлован. К недостаткам известной технологии можно отнести низкое качество получаемого обделочного слоя стенок скважины. Так как при наличии в грунтовом массиве, который пересекает трасса проходки, рыхлых грунтов или пустот обделочный материал заполняет эти пустоты, что приводит к его повышенному расходу, а также к обрушению стенок сформированной коммуникации из-за невозможности быстрого затвердения большого объема обделочного материала. При этом следует отметить, что реализация известной технологии при использовании в качестве обделочного материала бетона, который в настоящее время является одним из наиболее дешевых строительных материалов для сооружений подобного типа, затруднена из-за невозможности достаточного уплотнения бетона, что снижает прочность и, следовательно, эксплуатационную надежность проложенной коммуникации.
Известно устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, которое содержит оголовок в виде двух коаксиально расположенных обечаек, которые жестко соединены между собой кольцевым ножом, установленные в кольцевом зазоре между обечайками насосную станцию и домкраты, штоки которых соединены с прессующим кольцом, и бетонопровод. (например, авт. св. СССР N 1803500, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1993).
К недостаткам известного устройства можно отнести невозможность создания подземной коммуникации со стенками, которые имели бы одинаковую прочность по всей ее длине в независимости от физико-технических характеристик грунта, по которому проходит трасса коммуникации. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что при задавливании оголовка в грунтовый массив рабочий орган испытывает не одинаковое сопротивление своему внедрению, которое обусловлено характеристикой находящегося перед ним грунта, и, следовательно, не может создать одинаковый упор для домкратов прессующего кольца. То есть величина давления прессующего кольца на обделочный материал изменяется в зависимости от характеристик грунта по трассе прокладке коммуникации, что приводит к неравномерному уплотнению обделочного материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, которое содержит рабочий орган с механизмом для его перемещения, формующее приспособление с формировочной камерой, которая образована коаксиально расположенными наружной и внутренней обечайками и установленным с возможностью перемещения прессующим кольцом, и с расположенными в кольцевом зазоре между наружной и внутренней обечайками гидродомкратами, шток каждого из которых соединен с прессующим кольцом, и трубопровод для подачи обделочного материала, который сообщен с полостью формовочной камеры (например, авт.св. СССР N 1677191, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1991).
Известному устройству, выбранному в качестве ближайшего аналога, присущи такие же недостатки, как и описанного выше аналога, образованный обделочный слой стенок скважины имеет не одинаковую по длине коммуникации прочность, что снижает эксплуатационную надежность коммуникации.
Изобретение направлено на решение задачи по созданию таких способа для бестраншейной прокладки подземной коммуникации и устройства для его реализации, которые обеспечивали высокую эксплуатационную надежность проложенной коммуникации в независимости от физико-технических характеристик грунта, в котором осуществляется прокладка подземной коммуникации. Технический результат, который может быть получен при реализации предложенных способа и устройства для его реализации, заключается в повышении качества обделочного слоя скважины за счет воздействия при прессовании на обделочный материал оптимальным давлением.
Поставленная задача решена за счет того, что в способе бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами образуют пионерную скважину и размещают в ней нажимную штангу, которую соединяют с рабочим органом, затем перемещают рабочий орган приложением к нажимной штанге осевого усилия и расширяют участок пионерной скважины, на расширенном участке пионерной скважины размещают формующее приспособление, перемещают его в направлении к рабочему органу и формируют на расширенном участке пионерной скважины обделочный слой скважины, формирование обделочного слоя скважины осуществляют в формовочной камере формирующего приспособления уплотнением обделочного материала с помощью гидродомкратов прессующего кольца, а перемещение формующего приспособления осуществляют с помощью гидродомкратов прессующего кольца при упоре последнего в обделочный материал, при этом при формировании обделочного слоя скважины величину давления прессующего кольца на обделочный материал регулируют в зависимости от физико-технических характеристик грунта по трассе прокладки подземной коммуникации.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что при формировании обделочного слоя скважины одновременно с перемещением формующего приспособления по расширенному участку пионерной скважины осуществляют перемещение рабочего органа в том же направлении. При таком варианте заявленной технологии появляется возможность снизить величину давления гидродомкратов прессующего кольца на обделочный материал, что позволяет несколько повысить скорость прокладки подземной коммуникации в прочных грунтах.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что рабочий орган перемещают со скоростью, меньшей скорости перемещения формующего приспособления. Реализация указанного приема в предложенном способе позволяет обеспечить в процессе прессования обделочного материала постоянную величину давления на него прессующего кольца.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что после расширения участка пионерной скважины рабочий орган перемещают по нему к формирующему приспособлению, а при формировании обделочного слоя скважины к нажимной штанге прикладывают осевое усилие, действующее в направлении к формующему приспособлению, величина которого меньше суммарного усилия гидродомкратов прессующего кольца, обеспечивающего перемещение формующего приспособления. В этом случае в процессе прессования обделочного материала к усилию, создаваемому гидродомкратами прессующего кольца, добавляется осевое усилие, передаваемое нажимной штангой на рабочий орган, что позволяет в случае необходимости повысить величину давления прессующего кольца на обделочный материал.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что при расширении пионерной скважины грунтовый массив разрушают, при этом разрушенный грунт удаляют. При таком варианте реализации предложенной технологии повышается скорость расширения пионерной скважины, а также появляется возможность прокладки подземной коммуникации в прочных породах.
Поставленная задача решена также за счет того, что в устройстве для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, включающем рабочий орган с механизмом для его перемещения, формующее приспособление с формовочной камерой, которая образована коаксиально расположенными наружной и внутренней обечайками и установленным с возможностью перемещения прессующим кольцом, и с расположенными в кольцевом зазоре между наружной и внутренней обечайками гидродомкратами, шток каждого из которых соединен с прессующим кольцом, и трубопровод для подачи обделочного материала, который сообщен с полостью формовочной камеры, наружная обечайка формующего приспособления закреплена на корпусе рабочего органа и выполнена с упорным выступом, а внутренняя обечайка формующего приспособления установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения и с возможностью взаимодействия с упорным выступом на наружной обечайке, при этом корпус каждого гидродомкрата формующего приспособления соединен с внутренней обечайкой, а механизм для перемещения рабочего органа выполнен в виде нажимной штанги, которая соединена с корпусом рабочего органа.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что устройство имеет приспособление для транспортировки разрушенного грунта. При таком варианте конструктивного выполнения предложенного устройства появляется возможность прокладки подземной коммуникации в прочных породах, что расширяет область применения устройства.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что рабочий орган выполнен в виде открытой в сторону забоя рабочей камеры и закрепленного на конце нажимной штанги соплового аппарата, который посредством магистрали сообщен с источником для подачи рабочего агента под давлением, а приспособление для транспортировки разрушенного грунта выполнено в виде пульпопровода, который сообщен с полостью рабочей камеры. Такой вариант конструктивного выполнения предложенного устройства целесообразно использовать при прокладке подземной коммуникации в сыпучих грунтах и позволяет увеличить скорость расширения пионерной скважины.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что днище рабочей камеры установлено с возможностью осевого перемещения и фиксации в промежуточных положениях. При таком варианте конструктивного выполнения предложенного устройства появляется возможность регулирования объема рабочей камеры, что целесообразно осуществлять при проходке плывунов.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что днище рабочей камеры выполнено с люком для осмотра полости камеры и для извлечения из нее негабаритов. Такой вариант конструктивного выполнения предложенного устройства позволяет повысить скорость расширения пионерной скважины за счет возможности разрушения или извлечения негабаритов (обломков кладки или валунов), встретившихся на трассе прокладки.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что пульпопровод выполнен со вставкой для обеспечения изменения его длины в пределах перемещения внутренней обечайки формующего приспособления относительно корпуса рабочего органа. Наличие в пульпопроводе вставки позволяет повысить скорость прокладки за счет сокращения затрат времени на выполнение монтажных работ при транспортировке разрушенного грунта.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что нажимная штанга выполнена с осевым каналом, который образует магистраль для подачи рабочего агента к сопловому аппарату. При таком варианте конструктивного выполнения устройства упрощается его конструкция и, следовательно, стоимость оборудования.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что рабочий орган выполнен с рассекателем грунта, который размещен на входе в рабочую камеру. Установка рассекателя грунта на рабочем органе позволяет улучшить процесс транспортировки разрушенного грунта и снизить затраты энергии на разрушение и транспортировку грунта.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что рассекатель грунта выполнен в виде радиальных ножей, каждый из которых одним концом закреплен на корпусе рабочего органа, а другим - на корпусе соплового аппарата и/или нажимной штанге. Такой вариант конструктивного выполнения рассекателя грунта улучшает центрирование соплового аппарата рабочего органа относительно его корпуса при одновременном упрощении конструкции рабочего органа.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что корпус рабочего органа выполнен в виде трубы, концевой участок которой образует наружную обечайку формующего приспособления. Такой вариант конструктивного выполнения предложенного устройства позволяет снизить стоимость устройства за счет улучшения технологичности его изготовления и повысить точность прокладки коммуникации за счет увеличения жесткости устройства.
На фиг. 1 изображено исходное положение рабочего органа и формующего приспособления; на фиг. 2 - расширение пионерной скважины; на фиг. 3 - заполнение формовочной камеры обделочным материалом; на фиг. 4 - формирование обделочного слоя стенок скважины; на фиг. 5 - устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 5, на фиг. 8 - разрез В-В на фиг. 5.
В соответствии со способом бестраншейной прокладки подземных коммуникаций в начале и конце трассы прокладки коммуникации отрывают соответственно рабочий и приемный котлованы (на чертежах не изображены). По проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами образуют пионерную скважину, в которой размещают нажимную штангу 1. Пионерная скважина может быть образована, например, уплотнением грунта с помощью грунтопрокалывающей установки или пневмопробойника, или бурением. Если пионерная скважина образована бурением, то в качестве нажимной штанги 1 может быть использована буровая штанга после отсоединения от нее буровой головки. Нажимную штангу 1 в рабочем котловане соединяют с рабочим органом 2. В качестве рабочего органа 2 могут быть использованы, например, ножевое кольцо, роторный исполнительный орган проходческого щита, гидромониторная установка, раскатчик грунта, т. е. любой известный скважинообразователь с разрушением грунта на забое или без разрушения грунта. Затем рабочий орган 2 перемещают из рабочего котлована в направлении к приемному котловану приложением к нажимной штанге 1 осевого усилия. Для создания осевой нагрузки на нажимной штанге 1 в приемном котловане размещают реверсивную силовую установку (на чертежах не изображена), например, гидродомкратную батарею или податчик бурового станка, выходное звено которой соединяют с нажимной штангой 1. При перемещении рабочего органа 2 последний расширяет пионерную скважину до проектного диаметра. На расширенном участке пионерной скважины размещают формующее приспособление 3 и, перемещая его в направлении к рабочему органу 2, формируют на расширенном участке пионерной скважины обделочный слой 4 стенок скважины. Следует отметить, что на начальном этапе работ в рабочем котловане устанавливают опалубочное кольцо (на чертежах не изображено), которое предназначено для удержания обделочного материала от вытекания в котлован при прессовании его первых порций. Опалубочное кольцо может быть закреплено в рабочем котловане, например, анкерами. После образования обделочного слоя 4 стенок скважины в устье расширенного участка пионерной скважины опалубочное кольцо может быть удалено. Формирование обделочного слоя 4 стенок скважины осуществляют в формовочной камере 5 формующего приспособления 3 уплотнением обделочного материала с помощью гидродомкратов 6 прессующего кольца 7. Для этого при вдвинутом положении штоков гидродомкратов 6 в формовочную камеру 5 по трубопроводу 8 подается обделочный материал. При подаче рабочей жидкости в поршневую полость гидродомкратов 6 их штоки начинают выдвигаться и перемещать прессующее кольцо 7, которое спрессовывает обделочный материал в формовочной камере 5 и формирует обделочный слой 4 стенок скважины. Для предотвращения выдавливания обделочного материала в трубопровод 8 из формовочной камеры 5 при перемещении прессующего кольца 7 на выходе трубопровода 8 может быть установлен обратный клапан (на чертежах не изображен). По мере выдвижения штоков гидродомкратов 6 и соответствующего перемещения прессующего кольца 7 обделочный материал уплотняется в формовочной камере 5 и гидродомкраты 6 прессующего кольца 7, отталкиваясь от ранее сформированного обделочного слоя 4 стенок скважины, воздействуют на формующее приспособление 3 и перемещают его в направлении к рабочему органу 2. При этом при формировании обделочного слоя 4 стенок скважины величину давления прессующего кольца 7 на обделочный материал регулируют в зависимости от физико-технических характеристик грунта, расположенного по трассе прокладки подземной коммуникации. Регулирование величины давления прессующего кольца 7 на расположенный в формовочной камере 5 обделочный материал осуществляют приложением к формующему приспособлению 3 дополнительного усилия, действующего в направлении перемещения прессующего кольца 7 при формировании обделочного слоя 4 стенок скважины. При этом минимальная величина давления, которая может быть получена прессующим кольцом 7, на обделочный материал обусловлена величиной сопротивления перемещению формующего приспособления 3 под действием гидродомкратов 6. Изменение (увеличение) величины давления прессующего кольца 7 на обделочный материал осуществляют увеличением сопротивления перемещению формующего приспособления 3, т.е. созданием дополнительного упора для гидродомкратов 6. Указанный упор для гидродомкратов 6 обеспечивает рабочий орган 2, который установлен с возможностью взаимодействия с формующим приспособлением 3 и с возможностью перемещения в направлении к формующему приспособлению 3. Перемещение рабочего органа 2 в обратном направлении, т. е. к формующему приспособлению 3, осуществляют приложением к нажимной штанге 1 осевого усилия, создаваемого силовой установкой. При выходе рабочего органа 2 и формующего приспособления 3 в приемный котлован их удаляют, а образованный обделочный слой 4 стенок скважины используют в качестве коммуникации или в качестве защитного кожуха, в который затем помещают трубопровод или кабель.
При формировании обделочного слоя 4 скважины в прочных грунтах целесообразно снизить величину давления прессующего кольца 7 на обделочный материал до минимальной величины. В этом случае при формировании обделочного слоя 4 стенок скважины одновременно с перемещением формующего приспособления 3 по расширенному участку пионерной скважины осуществляют перемещение рабочего органа 2 в том же направлении. При этом формующее приспособление 3 перемещается по расширенному участку пионерной скважины, образованному рабочим органом 2, преодолевая сопротивление сил трения его корпуса о ранее сформированный обделочный слой 4 стенок скважины, и усилие прессования обделочного материала в формовочной камере 5 будет равно величине указанного сопротивления.
При прокладке подземной коммуникации в менее прочных грунтах целесообразно рабочий орган 2 перемещать в направлении к приемному котловану со скоростью, меньшей скорости перемещения формующего приспособления 3. Таким образом одновременно осуществляют расширение пионерной скважины и формирование обделочного слоя 4 стенок скважины, обеспечивая при этом некоторое дополнительное сопротивление перемещению формующего приспособления 3, что вызывает увеличение величины давления прессующего кольца 7 на обделочный материал.
При прокладке подземной коммуникации в слабых и песчаных грунтах целесообразно после расширения участка пионерной скважины рабочий орган 2 переместить в обратную сторону к формующему приспособлению 3. При этом при формировании обделочного слоя 4 стенок скважины к нажимной штанге 1 прикладывают осевое усилие, действующее в направлении к формующему приспособлению 3, величина которого меньше суммарного усилия гидродомкратов 6 прессующего кольца 7, обеспечивающего перемещение формующего приспособления 3. Усилие нажимной штанги 1 передается через рабочий орган 2 на формующее приспособление 3, что позволяет обеспечить максимальную величину давления прессующего кольца 7 на обделочный материал и одновременно обеспечить возможность образования обделочного слоя 4 стенок скважины.
Наиболее целесообразно при расширении пионерной скважины использовать рабочий орган 2, который осуществляет разрушение забоя скважины, например, установленными на вращающейся коронке породоразрушающими инструментами (на чертежах не изображены) или воздействием на забой струями рабочего агента под давлением. Вращение коронки может быть обеспечено через нажимную штангу 1. При этом разрушенный рабочим органом 2 грунт удаляют, например, с помощью установленного в полости формующего приспособления 3 конвейера (на чертежах не изображен) или пульпопровода 9 для транспортировки смеси разрушенного грунта и рабочего агента.
Более подробно сущность предлагаемого способа будет изложена ниже при описании работы устройства для бестраншейной прокладки подземной коммуникации, с помощью которого осуществляется заявленная технология.
Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций содержит рабочий орган 2 с механизмом для его перемещения, формующее приспособление 3 с формовочной камерой 5 и трубопровод 8 для подачи обделочного материала. Формовочная камера образована коаксиально рассположенными наружной 10 и внутренней 11 обечайками и прессующим кольцом 7. Прессующее кольцо 7 установлено с возможностью перемещения в кольцевом зазоре между наружной 10 и внутренней 11 обечайками. В кольцевом зазоре между наружной 10 и внутренней 11 обечайками расположены гидродомкраты 6. Гидродомкраты 6 расположены равномерно по периметру кольцевого зазора, а их продольные оси симметрии расположены параллельно друг другу и параллельно продольной оси симметрии формующего приспособления 3. Шток 12 каждого гидродомкрата 6 соединен, например, с помощью шарнирного соединения с прессующим кольцом 7, а корпус 13 каждого гидродомкрата 6 соединен, например, с помощью шарнирного соединения с внутренней обечайкой 11. Для крепления корпусов 13 гидродомкратов 6 внутренняя обечайка 11 может быть выполнена с присоединительным элементом 14, который образован выступом на внутренней обечайке 11 или фланцем, закрепленным на внутренней обечайке 11. Корпуса 13 гидродомкратов 6 могут быть закреплены непосредственно на наружной поверхности внутренней обечайки 11, например, с помощью хомутов (на чертежах не изображены). Для подачи рабочей жидкости к гидродомкратам 6 устройство имеет насосную станцию (на чертежах не изображена), которая может быть расположена в рабочем котловане или в полости формующего приспособления 3 и соединена гидролиниями (на чертежах не изображены) через гидрораспределитель (на чертежах не изображен) с поршневой и штоковой полостями каждого гидродомкрата 6. Наружная обечайка 10 формующего приспособления 3 жестко соединена с помощью разъемного или неразъемного соединения с корпусом 15 рабочего органа 2. Следует отметить, что один из вариантов конструктивного выполнения устройства предусматривает выполнение корпуса 15 рабочего органа 2 в виде трубы, концевой участок которой образует наружную обечайку 10 формующего приспособления 3, т. е. корпус 15 и наружная обечайка 10 выполнены в виде единого элемента трубчатой формы. Наружная обечайка 10 формующего приспособления 3 выполнена с расположенным на ее внутренней поверхности упорным выступом 16, который, например, может быть выполнен за одно целое с наружной обечайкой 10 или быть образован отдельной деталью, которая жестко соединена неразъемным или разъемным соединением с наружной оболочкой 10. Внутренняя обечайка 11 формующего приспособления 3 установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно наружной обечайки 10 и с возможностью взаимодействия с упорным выступом 16 на наружной обечайке 10. Механизм перемещения рабочего органа 2 выполнен в виде нажимной штанги 1, которая соединена с корпусом 15 рабочего органа 2. Другим концом нажимная штанга 1 соединена с реверсивной силовой установкой (на чертежах не показана), которая обеспечивает передачу на нажимную штангу 1 осевого усилия, действующего как в прямом, так и в обратном направлениях. В качестве силовой установки может быть использована, например, гидродомкратная батарея. Трубопровод 8 для подачи обделочного материала одним концом сообщен с полостью формовочной камеры 5. Другой конец трубопровода 8 сообщен с нагнетательным патрубком соответствующего насоса (на чертежах не изображен) для подачи обделочного материала под давлением.
Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций может быть выполнено с приспособлением для транспортировки разрушенного грунта. В зависимости от типа используемого для расширения пионерной скважины рабочего органа 2 приспособление для транспортировки разрушенного грунта может быть выполнено, например, в виде установленного в полости формующего приспособления 3 конвейера (на чертежах не изображена), или в виде установленной с возможностью перемещения по рельсам вагонетки (на чертежах не изображена).
Наиболее предпочтителен вариант конструктивного выполнения устройства для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, при котором рабочий орган 2 выполнен в виде открытой в сторону забоя расширяемой пионерной скважины рабочей камеры 17 и закрепленного на конце нажимной штанги 1 соплового аппарата 18 с соплами для истечения рабочего агента. Рабочая камера 17 расположена соосно с нажимной штангой 1 и образована внутренними стенками корпуса 15 и днища 19. Сопловой аппарат 18 сообщен посредством магистрали 20 с расположенным в приемном котловане источником для подачи рабочего агента под давлением (на чертежах не изображен). В качестве рабочего агента для разрушения грунта может быть использована вода (при разрушении более прочных пород), или воздух (при разрушении менее прочных грунтов). Такой вариант конструктивного выполнения рабочего органа 2 требует выполнения приспособления для транспортировки разрушенного грунта в виде пульпопровода 21, который сообщен с полостью рабочей камеры 17 через отверстие в днище 19 рабочей камеры 17. Другой конец пульпопровода 21 может быть сообщен с расположенным в рабочем котловане отстойником или всасывающим патрубком соответствующего насоса, который транспортирует разрушенный грунт в отвал.
Днище 19 рабочей камеры 17 может быть установлено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 15 рабочего органа 2 и с возможностью фиксации в промежуточных положениях. Для обеспечения такого установочного перемещения днище 19 рабочей камеры может иметь на своей торцевой поверхности фланец (на чертежах не изображен) с отверстиями для крепежных элементов, а корпус 15 рабочего органа 2 должен иметь несколько рядов соответствующих отверстий для размещения крепежных элементов, которые смещены друг относительно друга по продольной оси устройства на величину, соответствующую определенному установочному положению днища 19. При этом неиспользуемые отверстия в корпусе 15 заглушаются пробками. Возможен и другой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором обеспечивается установочное перемещение днища 19 рабочей камеры 17 относительно ее корпуса 15. Для этого на внутренней поверхности корпуса 15 могут быть выполнены продольные пазы или выступы (на чертежах не изображены), а на боковой поверхности днища 19 рабочей камеры 17 - соответственно ответные выступы или пазы. Для перемещения днища 19 по пазам или выступам корпуса 15 и фиксации его в промежуточных установочных положениях могут быть использованы специальные домкраты (на чертежах не изображены), входные и выходные звенья которых соединены соответственно с днищем 19 и с корпусом 15 рабочего органа 2.
Днище 19 рабочей камеры 17 может быть выполнено с люком 22 для осмотра полости камеры 17 и для извлечения из нее негабаритов (обломков и валунов). Люк 22 шарнирно соединен с днищем 19 и имеет запорное приспособление (на чертежах не изображено).
При описанном выше варианте конструктивного выполнения устройства для обеспечения бесперебойной транспортировки грунта при перемещении рабочего органа 2 относительно формующего приспособления 3 предпочтительно пульпопровод 21 выполнить со вставкой 23 для обеспечения изменения его длины в пределах перемещения внутренней обечайки 11 формующего приспособления 3 относительно корпуса 15 рабочего органа 2. Конструктивно вставка 23 может быть выполнена в виде двух телескопических труб 24 и 25 (фиг. 7), которые установлены с возможностью перемещения друг относительно друга, или в виде гофры (фиг. 5) из упругого материала.
Магистраль 20 для подачи рабочего агента к сопловому аппарату 18 может быть выполнена в виде расположенного в полости нажимной штанги 1 шланга высокого давления. Наиболее предпочтителен такой вариант конструктивного выполнения указанного узла, при котором нажимная штанга 1 выполнена с осевым каналом, который образует магистраль 20 для подачи рабочего агента к сопловому аппарату 18.
Рабочий орган 2 может быть выполнен с рассекателем 26 грунта, который размещен на входе (у открытого конца) в его рабочую камеру 17. Рассекатель грунта 26 может быть выполнен в виде ножевой решетки (на чертежах не изображена). Наиболее целесообразно рассекатель 26 грунта выполнить в виде радиальных ножей (фиг. 6), каждый из которых одним своим концом закреплен на корпусе 15 рабочего органа, а другим своим концом жестко соединен с корпусом соплового аппарата 18 и/или с нажимной штангой 1.
Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций работает следующим образом.
К нажимной штанге 1 с помощью силовой установки прикладывают осевое усилие, под действием которого рабочий орган 2 погружается в грунт, осуществляя расширение предварительно образованной пионерной скважины. При внедрении рабочего органа 2 в грунтовый массив грунт через отверстия между радиальными ножами рассекателя 26 грунта поступает в его рабочую камеру 17. При этом радиальные ножи рассекателя 26 грунта осуществляют предварительное измельчение грунтового керна при поступлении его в полость рабочей камеры. Кроме того, рассекатель 26 грунта при работе в плывунах дополнительно осуществляет поддержание забоя расширяемой скважины. Одновременно с приложением к нажимной штанге 1 осевого усилия осуществляют подачу рабочего агента от источника для подачи рабочего агента под давлением по магистрали 20 к сопловому аппарату 18. Рабочий агент, в качестве которого могут быть использованы вода или воздух, истекает под давлением из сопел соплового аппарата 18 и осуществляет разрушение грунта, поступившего в рабочую камеру 17. При взаимодействии рабочего агента с грунтом образуется пульпа (смесь частиц разрушенного грунта с рабочим агентом), которая подхватывается рабочим агентом и из полости рабочей камеры 17 через отверстие в ее днище 19 транспортируется по пульпопроводу 21 в рабочий котлован, где после предварительной обработки удаляется в отвал. Таким образом рабочий орган 2 осуществляет расширение пионерной скважины до заданного диаметра, который определяется наружным диаметром его корпуса 15. Поскольку корпус 15 рабочего органа 2 жестко соединен с наружной обечайкой 10 формующего приспособления 3, то вместе с корпусом 15 рабочего органа 2 под действием усилия нажимной штанги 1 вместе с рабочим органом 2 происходит перемещение наружной обечайки 10 формующего приспособления 3. После расширения участка пионерной скважины в формовочную камеру, образованную внутренней поверхностью стенок наружной обечайки 10, наружной поверхностью стенок внутренней обечайки 11 и внешней боковой поверхностью прессующего кольца 7, по трубопроводу 8 подают обделочный материал, в качестве которого может быть использован, например, бетон или любая быстротвердеющая смесь материалов, обеспечивающая заданные прочностные характеристики обделочного слоя 4 стенок скважины. После заполнения формовочной камеры формующего приспособления 3 обделочным материалом в поршневую полость гидродомкратов 6 подают рабочую жидкость под давлением и происходит выдвижение их штоков 12, которые перемещают соединенное с ними прессующее кольцо 7. Прессующее кольцо 7 при перемещении уменьшает объем формовочной камеры формующего приспособления, уплотняя находящейся в ней обделочный материал. При этом поскольку корпусы 13 гидродомкратов 6 соединены с внутренней обечайкой 11 формующего приспособления 3, то при прессовании прессующим кольцом 7 расположенного в формовочной камере обделочного материала величина давления, развиваемого гидродомкратами 6, определяется величиной сопротивления перемещению внутренней обечайки 11 формующего приспособления 3. Таким образом давление прессования обделочного материала в формовочной камере при выдвижении штоков 12 гидродомкратов 6 будет возрастать до определенной величины, которая определяется силами трения внутренней обечайки 11 об обделочный материал, а при дальнейшем перемещении прессующего кольца 7 начнется перемещение внутренней обечайки 11 относительно наружной обечайки 10 в направлении к рабочему органу 2, т. е. внутренняя обечайка 11 выполняет функции упора для гидродомкратов 6. Для увеличения давления прессования перед формированием обделочного слоя 4 скважины рабочий орган 2 с помощью нажимной штанги 1 перемещают в направлении к формующему приспособлению 3 до взаимодействия упорного выступа 16 с внутренней обечайкой 11 и при выдвижении штоков 12 гидродомкратов 6 с помощью рабочего органа 2 создают дополнительный упор для корпусов 13 гидродомкратов 6. При этом к нажимной штанге 1 можно и не прикладывать осевого усилия, тогда к сопротивлению перемещения внутренней обечайки 11 добавится сопротивление перемещению корпуса 15 рабочего органа 2 и наружной обечайки 10 формующего приспособления 3 по предварительно расширенному рабочим органом 2 участку пионерной скважины. Если такой величины давления прессования обделочного материала окажется недостаточной для формирования обделочного слоя 4 скважины с заданными прочностными характеристиками, то к нажимной штанге 1 в процессе формирования обделочного слоя 4 стенок скважины прикладывают осевое усилие, действующее в направлении к формующему приспособлению 3. В результате воздействия прессующего кольца 7 на обделочный материал в формовочной камере он уплотняется и в полости формовочной камеры формируется обделочный слой 4-х стенок скважины с заданными характеристиками, зависящими от физико-технических характеристик грунта, в котором в настоящее время осуществляется прокладка подземной коммуникации. После полного выдвижения штоков 12 гидродомкратов 6 в штоковую полость последние подают под давлением рабочую жидкость. Под действием давления рабочей жидкости штоки 12 гидродомкратов 6 втягиваются в их корпуса 13 и подтягивают прессующее кольцо 7. Затем в полость формовочной камеры, объем полости которой после подтягивания прессующего кольца 7 стал максимальным, подают новую порцию обделочного материала и повторяют описанные выше действия. После образования на расширенном участке пионерной скважины обделочного слоя 4 скважины с помощью рабочего органа 2 расширяют смежный участок пионерной скважины и формируют на нем с помощью формующего приспособления 3 обделочный слой 4 стенок скважины. Следует отметить, что расширение смежного участка пионерной скважины может быть осуществлено одновременно с формированием обделочного слоя 4 скважины.
В зависимости от свойств грунта, на котором осуществляется прокладка подземной коммуникации, днище 19 рабочей камеры 17 может быть перемещено в соответствующем направлении вдоль продольной оси симметрии рабочего органа 2 и зафиксировано в новом положении. При этом изменяется объем рабочей камеры 17, что позволяет вести более эффективное воздействие рабочим агентом на разрушаемый грунт. Так при прокладке подземной коммуникации на участке трассы, которая содержит сильно обводненные грунты и плывуны, целесообразно увеличить объем рабочей камеры 17, переместив ее днище 19 в направлении к формующему приспособлению, и осуществить проходку такого участка, зафиксировав днище 19 в новом положении. Увеличение объема рабочей камеры 17 позволит создать на входе в рабочий орган 2 грунтовую пробку и поддерживать ее при производстве работ на опасном участке для предотвращения просадки почвы. После прохода такого участка днище 19 может быть возвращено на прежнее место.
При встрече с негабаритами (валунами или обломками фундамента), размеры которых не позволяют осуществить их транспортировку по пульпопроводу 21, проходку прекращают и, открыв люк 22 в днище 19 рабочей камеры 17, осуществляют удаление или разрушение негабарита. Кроме того, в случае необходимости с помощью люка 22 может быть осуществлена очистка сопел соплового аппарата 18.
Формула изобретения: 1. Способ бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами образуют пионерную скважину и размещают в ней нажимную штангу, которую соединяют с рабочим органом, затем перемещают рабочий орган приложением к нажимной штанге осевого усилия и расширяют участок пионерной скважины, на расширенном участке пионерной скважины размещают формующее приспособление, перемещают его в направлении к рабочему органу и формируют на расширенном участке пионерной скважины обделочный слой скважины, отличающийся тем, что формирование обделочного слоя скважины осуществляют в формовочной камере формующего приспособления уплотнением обделочного материала с помощью гидродомкратов прессующего кольца, а перемещение формующего приспособления осуществляют с помощью гидродомкратов прессующего кольца при упоре последнего в обделочный материал, при этом при формировании обделочного слоя скважины величину давления прессующего кольца на обделочный материал регулируют в зависимости от физико-технических характеристик грунта по трассе прокладки подземной коммуникации.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании обделочного слоя скважины одновременно с перемещением формующего приспособления по расширенному участку пионерной скважины осуществляют перемещение рабочего органа в том же направлении.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что рабочий орган перемещают со скоростью, меньшей скорости перемещения формующего приспособления.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после расширения участка пионерной скважины рабочий орган перемещают по нему к формующему приспособлению, а при формировании обделочного слоя скважины к нажимной штанге прикладывают осевое усилие, действующее в направлении к формующему приспособлению, величина которого меньше суммарного усилия гидродомкратов прессующего кольца, обеспечивающего перемещение формующего приспособления.
5. Способ по одному из пп. 1 4, отличающийся тем, что при расширении пионерной скважины грунтовый массив разрушают, при этом разрушенный грунт удаляют.
6. Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, включающее рабочий орган с механизмом для его перемещения, формующее приспособление с формовочной камерой, которая образована коаксиально расположенными наружной и внутренней обечайками и установленным с возможностью перемещения прессующим кольцом, и с расположенными в кольцевом зазоре между наружной и внутренней обечайками гидродомкратами, шток каждого из которых соединен с прессующим кольцом, и трубопровод для подачи обделочного материала, который сообщен с полостью формовочной камеры, отличающееся тем, что наружная обечайка формующего приспособления закреплена на корпусе рабочего органа и выполнена с упорным выступом, а внутренняя обечайка формующего приспособления установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с упорным выступом на наружной обечайке, при этом корпус каждого гидродомкрата формующего приспособления соединен с внутренней обечайкой, а механизм для перемещения рабочего органа выполнен в виде нажимной штанги, которая соединена с корпусом рабочего органа.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что оно имеет приспособление для транспортировки разрушенного грунта.
8. Устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен в виде открытой в сторону забоя рабочей камеры и закрепленного на конце нажимной штанги соплового аппарата, который посредством магистрали сообщен с источником для подачи рабочего агента под давлением, а приспособление для транспортировки разрушенного грунта выполнено в виде пульпопровода, который сообщен с полостью рабочей камеры.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что днище рабочей камеры установлено с возможностью перемещения и фиксации в промежуточных положениях.
10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что днище рабочей камеры выполнено с люком для осмотра полости камеры и для извлечения из нее негабаритов.
11. Устройство по одному из пп. 8 10, отличающееся тем, что пульпопровод выполнен со вставкой для обеспечения изменения его длины в пределах перемещения внутренней обечайки формующего приспособления относительно корпуса рабочего органа.
12. Устройство по одному из пп. 8 11, отличающееся тем, что нажимная штанга выполнена с осевым каналом, который образует магистраль для подачи рабочего агента к сопловому аппарату.
13. Устройство по одному из пп. 8 12, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен с рассекателем грунта, который размещен на входе в рабочую камеру.
14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что рассекатель грунта выполнен в виде радиальных ножей, каждый из которых одним концом закреплен на корпусе рабочего органа, а другим на корпусе соплового аппарата и/или нажимной штанге.
15. Устройство по одному из пп. 6 14, отличающееся тем, что корпус рабочего органа выполнен в виде трубы, концевой участок которой образует наружную обечайку формующего приспособления.