CZ2004467A3 - Bezvýkopová pokládka potrubí z tvárné litiny a spojování hrdlových trubních sekcí - Google Patents

Description

Bezvýkopová pokládka potrubí z tvárné litiny a spojování hrdlových trubních sekcí

Oblast techniky

Bezvýkopová technika a technologie pokládky trubních řadů z tvárné litiny spadá do oblasti podzemního stavitelství a komunálního vodního hospodářství. Toto spočívá především ve zcela novém postupu při kladení tuhého potrubí z tvárné litiny pod zemský povrch pro transport kapalinových medií jako je např. voda pitná, povrchová, splašková nebo užitková pro komunální účely. Kladení a zatahování potrubí se provádí bez narušení povrchových komunikací nebo chodníků rýhami či šachticemi.

Vynález se týká zařízení (tažného mezikusu) sloužící k zatahování trubního řadu z tvárné litiny, jedinečného spojování trubních sekcí s rovným koncem a hrdlem pomocí tažných řetězů a řetězového napínáku přímo v manipulační rýze („in sítu“) pod zemským povrchem a unikátní technologie instalace trubního řadu v projektované ose vodovodní nebo kanalizační linie.

Dosavadní stav techniky

Trubky z tvárné litiny, které se v současné době používají pro vodovodní řady, gravitační kanalizaci apod. jsou roury francouzské výroby Pont-A-Mousson s hrdly Standard. Spojení trubních sekcí t.j.zasunutí hladkého konce do hrdla předchozí trubky se musí provádět na trubkách osově zcela vyrovnaných. Uhlové vychýlení (vyskřípnutí) trubky je povoleno až po smontování spoje. Povolená úhlová výchylka jednotlivých trubních sekcí je l,5°-5° podle průměru trubky, poloměr oblouku v povolené výchylce je 100 m. Pevné spojení hrdlového konce trubky zámkem Vi zajišťují kovové čelisti uvnitř těsnícího kroužku, které se zakousnou do hladkého konce následující trubky. Utěsnění hrdlového spoje se dosáhne těsnícím kroužkem zhotoveným ze speciální pryže EPDM.

Pro pokládku potrubí z tvárné litiny klasickým způsobem se obvykle vyhloubí rýha v zemi do hloubky 2 - 3 m, o šířce 0,5 - 0,7m, což závisí na průměru potrubí a na potřebném manipulačním prostoru na dně rýhy. Délka vyhloubené rýhy závisí na povrchové situaci.

C * • · » · · ·

Rýha musí být v celé vyhloubené délce kvůli bezpečnosti zajištěna příložným pažením. V městské zástavbě s ohledem na povrchový provoz se musí celková délka trubní linie rozdělit na několik rýhových intervalů, které se po pokládce potrubí zasypou a pokračuje se dále. V každém případě se musí vyhloubit několik desítek kubíků zeminy, které se umisťují vedle rýhy mimo manipulační prostor. Většinou se vyhloubená zemina musí odvézt mimo pracoviště vzhledem k omezenému záboru pracovní plochy na povrchu.

Jednotlivé sekce potrubí se zapouští do rýhy pomocí jeřábu nebo hydraulické ruky a jutových úvazků. Dno rýhy musí být předem upraveno podle nivelety a vyloženo pískem nebo jemnou kamennou drtí. Pískový podsyp o síle cca 20 cm se musí před zapuštěním trubek zhutnit. Ve výkopu se hladké konce trubních sekcí natlačují do hrdel ručně pomocí pák nebo pomocí bagrové lžíce. Takto sestavený trubní interval se vyrovná do požadovaného směru pomocí laseru nebo nivelačního přístroje.

Podle požadavku projektu se musí trubní interval prověřit vnitřní přetlakem na těsnost hrdlového spojení ještě před zásypem. Oba konce trubního řadu t.j .první hladký konec a hrdlo poslední roury se geodeticky zaměřuje. Teprve pak se může trubní interval překrýt dovezeným zásypovým materiálem (nikoli vybagrovanou zeminou) a může se zahájit sestavování dalšího trubního intervalu. Zásypový materiál musí odpovídat příslušným stavebním normám. Provádí se zkoušky zásypu a dostatečného zhutnění podloží i nadloží trubního řadu. Nakonec se provádí finální zkouška těsnosti potrubního intervalu přetlakem. Stává se, že takto sestavené a položené trubní sekce nevyhoví zkouškám těsnosti a trubní interval se musí znovu přetěsnit.

Tento postup je z praktického hlediska časově i finančně velmi náročný. Navíc pokládka potrubí z povrchu značně omezuje silniční dopravu i pohyb chodců na chodnících nehledě k ekologickému zatížení okolí při výkopových pracech a transportu zeminy. Dno rýhy se obvykle nepodaří srovnat do potřebného sklonu a proto je nutno provádět dodatečné úpravy podložního lůžka v celé délce trubního intervalu, takže manipulační časy k položení trubního řadu se mohou značně protáhnout. Během pokládky potrubního intervalu musí být celou dobu přítomen jeřáb nebo hydraulická ruka, hutnící deska, bagr/nakladač, nákladní automobil a obsluha tohoto zařízení, což neúměrně zvyšuje režijní náklady pracoviště.

Aby se tyto nevýhody vyloučily anebo alespoň minimalizovaly, navrhuje vynález takové řešení, při kterém se eliminuje především ekologické zatížení životního prostředí výkopovými

I pracemi a nevýhody vybočení jednotlivých trubních sekcí z osy potrubní linie a s tím spojené problémy s těsností trubního intervalu.

Vychází se při tom z technologie bezvýkopové pokládky ohebného potrubí z lineárního polyetylénu pro telekomunikační a komunální účely, pro dopravu plynu, pro transport užitkové vody do čistících stanic apod. Při této technologii se zatahuje několik desítek až stovek metrů potrubí v jednom kuse. K tomu se využívá vrtná souprava přizpůsobená a vybavená pro horizontální řízené vrtání.

Vrtná souprava provede z povrchu nejdříve zavrtání pilotního vrtu v trase projektovaného trubního řadu mezi startovací a cílovou šachticí. Řízení a lokalizace vrtací hlavice jsou prováděny pomocí navigačního systému DigiTrak (Eclipse), Subsite 750 Tracker nebo jiných podobných systémů. Pilotní hlavice vystoupí v cílové šachticí situované ve vzdálenosti několika desítek až stovek metrů od startovací šachtice, kde se provede demontáž vrtného nástroje, montáž konického přibíráku a následné zatažení plastového potrubí. Zpětným tahem vrtné kolony se pilotní vrt pod výplachem (nejlépe polymerovaným) rozšiřuje postupně na větší průměr a zatahuje se celý interval trubního řadu najednou. Zatažení plastového potrubí končí ve startovací šachticí poblíž vrtné soupravy kde se provádí rovněž montáž armatumích uzlů, odboček, shybek apod.

Podstata vynálezu

Přednosti aplikace technologie pokládky potrubí z tvárné litiny obecně spočívají především v instalaci potrubí pod zemský povrch bez omezení provozu na komunikacích a chodnících a v minimálních požadavcích na zábor pracovní plochy. Tyto výhody vyniknou zejména při pokládání vodovodního řadu v městské zástavbě. Využívá se při tom vrtná souprava pro horizontální řízené vrtání a technologie zatahování trubního řadu jako celku.

Podstata vynálezu spočívá v ojedinělém způsobu zatahování tuhého potrubí z tvárné litiny netradičním způsobem bez povrchových rýh a šachtic. Potrubní sekce se sestavují uvnitř jediné manipulační rýhy na konci řadu. Zatahování trubního řadu probíhá pro lidské oko zcela „neviditelně“pod zemí.

• · • A • ·

Shrnuto závěrem, podstata předkládaného vynálezu spočívá tedy v následujících technických a technologických opatřeních:

- v bezvýkopové pokládce trubních řadů z tvárné litiny bez povrchových rýh, výkopů, záborů velkých ploch,omezení dopravy apod.

- v přesnosti pokládky trubního řadu ve směru a úklonu, která je zajištěna tahem trubní kolony v souosé pozici jednotlivých trubních sekcí

- v zajištění zatahované trubní kolony proti přetržení a proti ztrátě ve vývrtu

- ve vytvoření původních geostatických podmínek v okolí trubního řadu bez zásypů a dodatečného zhutňování nadloží, čímž se eliminuje nebezpečí sedání povrchu na trase

Přehled obrázků na výkresech

Veškeré přiložené obrázky znázorňují techniku a technologii provedení bezvýkopové pokládky potrubí z tvárné litiny, manipulaci s jednotlivými trubními sekcemi, detaily spojování sekcí apod. pouze schematicky. Detaily jsou zobrazeny ve vektorovém provedení v kreslícím programu ACAD 2000. Velikost detailů je znázorněna v poměrném měřítku.

Na obr.l je schematicky znázorněn obecný průběh zatahování potrubí pod zemským povrchem tak jak je popsáno v kapitole Podstata vynálezu.

Na obr.2 je znázorněna situace vrtné kolony, přibíráku, tažného zařízení, 1. a 2.trubní sekce uložené v ocelovém U-nosníku na dně manipulační rýhy. Uvnitř trubních sekcí prochází napínací řetěz, který je zachycen v řetězovém napínáku .

Na obr.3 je znázorněn detail tažného zařízení ve spojení s 1.trubní sekcí.

Na dalším obrázku č.4 je znázorněn detail napojení hrdla a hladkého konce trubních sekcí z tvárné litiny a následné zatažení spojených sekcí do vývrtu .

Na obr. 5 je vyobrazen detail řetězového napínáku umístěný na hrdlovém konci trubky. Z obrázku je patrný způsob natlačení hladkého konce roury do hrdla předcházející trubky.

Příklady provedení vynálezu ř · • · · • · · · • ·

Na obr. 1 je prakticky znázorněn průběh přibírky pilotního vrtu a současného zatahování trubních sekcí 3 z manipulační rýhy I směrem k vrtné soupravě 4. Vrtná souprava 4 pomocí vrtné kolony 5 zpětně rozšiřuje pilotní vrt a postupně zatahuje jednotlivé trubní sekce 3. Trubní řad je tažen pomocí tažného mezikusu 9 a tažného řetězu 7 v intervalu manipulační rýhy 1 a startovací šachtice 2 , v níž se potrubí opatří armaturami a celý interval trubního řadu se prověřuje tlakovou zkouškou na těsnost hrdlového spojení.

Jak bylo popsáno výše, pilotní hlavice vystupuje v manipulační rýze a to u jejího dna. Vrtací hlavice se demontuje a místo ní se na konec vrtných trubek našroubuje kuželový přibírák nebo valivý rozšiřovač. Za kuželový přibírák na konci vrtné kolony se instaluje otočný spoj „obrtlík“, který se pomocí třmenu spojuje s tažným závěsem opatřený závěsným okem. Do závěsného oka se zavěsí 1. sekce tažného řetězu, který prochází uvnitř každé trubní sekce. Tažný závěs je opatřen nad závěsným okem talířem, který se opírá o vrchol tažné hlavy. Na obr.2 je znázorněna situace vrtné kolony 8, přibíráku (valivého rozšiřovače) I, tažného zařízení (obrtlík 3, tažný mezikus 2, tažný čep 5 ), 1.trubní sekce 9 a 2. sekce 10 uložené v ocelovém U-nosníku 7 na dřevěných hranolech v manipulační rýze 11. Uvnitř trubních sekcí prochází tažný řetěz 6, který je zachycen v řetězovém napínáku 4 .

Hrdlové trubní sekce z tvárné litiny se musí zatahovat „po srsti“ tak, aby se zamezilo zablokování hrdel o stěny vrtného otvoru, t.zn. že nejdříve do vývrtu vstupuje hladký konec trubky. Při přibírce a zatahování trubního řadu dochází k roztlačení podstatného objemu zeminy do stěn vývrtu. Tento komprimovaný objem zeminy se v důsledku dočasného stmelujícího efektu polymeru a vlivem zemní vlhkosti časem uvolní a ve formě polotuhé jílovito-písčité pasty rovnoměrně vyplní prostor mezi litinovou trubkou a průměrem vrtu („nadvýlomem“). Tím dojde k obnovení původních geostatických podmínek v okolí trubního řadu. Toto je velmi důležitý moment pro zajištění bezpečnosti zemského povrchu proti sedání a poklesu půdy v trase projektovaného trubního řadu. Zcela odpadá zához rýh a problém dostatečného zhutňování podloží a nadloží potrubí jak je obvyklé při klasické pokládce potrubí z povrchu.

Trubní sekce z tvárné litiny jsou uloženy v blízkosti manipulační rýhy. Všechny trubní sekce se spouští do rýhy hladkým koncem směrem k vrtné soupravě. Každá roura na povrchu se před spuštěním do rýhy protáhne tažným řetězem o délce přesahující cca 1 - 2m délku • « roury. Hladký konec 1.trubní sekce se zajišťuje vtažném mezikusu tažným čepem proti vytržení. Tažný mezikus je opatřen tažnou hlavou kuželovitého tvaru, který má za úkol ochránit trubní řad proti vniknutí výplachové kapaliny a nečistot dovnitř potrubí.

Obr.3 znázorňuje otočný čep „obrtlík“ i , který je napojen směrem k vrtné soupravě na přibírák (valivý rozšiřovač) a eliminuje rotaci trubních sekcí při přibírce a zatahování potrubí do vývrtu. Obrtlík je spojen pomocí třmenu s tažným závěsem 4 na vrcholu tažné hlavy 2 . Na stejné tažném závěsu pod vrcholem tažné hlavy 2 uvnitř tažného mezikusu 3 je umístěno závěsné oko 9 , do něhož se zavěšuje tažný řetěz 6 . Opěrný talíř 8 slouží k zapření tažného závěsu 4 o vrchol tažné hlavy 2. 1.trubní sekce 5 je zajištěna v tažném mezikusu 3 tažným čepem 7. Tento je opatřen na jednom konci hexagonální zápustnou hlavicí (imbusem) a prochází diametrálně stěnou tažného mezikusu 3 přes hladký konec 1.trubky 5 a je vešroubován do stěny tažného mezikusu na protějším konci.

Po vtažení 1.trubní sekce do rozšířeného vývrtu se zapouští do manipulační rýhy další sekce opatřená tažným řetězem a pokládá se na dno rýhy do ocelového válcovaného nosníku tvaru U potřebného rozměru odpovídající průměru potrubí. Do Jirdla vtažené sekce se vloží těsnící kroužek se zámkem Vi.

Na obrázku č.4 je znázorněn detail napojení hrdla a hladkého konce trubních sekcí z tvárné litiny a následné zatažení spojených sekcí do vývrtu . Na obr.4 vlevo se nachází trubní sekce i , která již byla zatažena do vývrtu 6 . Hrdlový konec této trubky je uložen ve válcovaném U-nosníku 4 , který je zafixován na podkladních hranolech 5 . U-nosník slouží při montáži jednotlivých sekcí trubek k přesnému sestavení a osovému vyrovnání obou sekcí do požadovaného směru a úklonu zatahovaného trubního řadu. Toto je další charakteristický prvek vynálezu.

Na obr.4 vprávo je uložena do U-profilu 4 další trubní sekce 3. Obě trubní sekce jsou protaženy tažným řetězem, který je v místě 2 spojen řetězovou spojkou („hammerlock“). Sekce jsou připraveny ke spojení tlakem řetězového napínáku na hrdlo pravé trubní sekce.

Na hrdlový konec montované roury se nasadí opěrný ocelový kroužek a hydraulický řetězový napínák. Konec řetězu se protáhne mechanismem napínáku a tahem řetězu se hladký konec trubní sekce dotlačí do hrdla předchozí roury až po značku. V této poloze se kontroluje poloha těsnícího kroužku a čelisti zámku Vi se zakousnou do hladkého konce trubní sekce.

• · · · · · ·

Takto spojená sestava trub se zatahuje do vývrtu směrem k vrtné soupravě. Hrdlo poslední sekce Jede“ v U-profilu, čímž je zajištěna souosost jednotlivých trubních sekcí vůči sobě. Stejným způsobem se postupuje v instalaci dalších trubních sekcí.

Na obr. 5 je znázorněno schéma detailu řetězového napínáku umístěného na hrdlovém konci trubky. Z obrázku je patrný způsob natlačení hladkého konce roury 4 do hrdla předcházející trubky. Trubní sekce je uložena v U-nosníku 6 . Pozice 1 označuje opěrný kroužek, o který se opírá hydraulické napínací zařízení (řetězový napínák) 2 , Pozice 5 znázorňuje místo napojení hydraulických hadic. Pohybem hydraulických pístů 7 vzhůru se tažný řetěz 3 vytahuje z trubní kolony a vyvolává tlak napínáku 2 na opěrný kroužek i . Tím dojde k pohybu trubní sekce směrem k vrtné soupravě a vniknutí hladkého konce trubky do hrdla předcházející roury.

Trubní řad z tvárné litiny je tedy zajištěn vtažném mezikusu tažným čepem, který zajišťuje 1.sekci proti vytržení. Navíc je trubní kolona zajištěna tažným řetězem procházející uvnitř kolony od závěsného oka tažného závěsu až po řetězový napínák instalovaný na hrdle poslední roury. Toto zabezpečení taženého trubního řadu prakticky zcela vylučuje rozpojení trubních sekcí nebo jejich ztrátu ve vývrtu. Axiální síla, kterou vyvozuje vrtný stroj při zatahování potrubí, se rozdělí na tah tažného čepu a na tlak od řetězového napínáku na poslední hrdlo potrubí vyvolaný tahem tažného řetězu v poměru cca 1:1.

Trubní řad je tímto způsobem zatažen až do startovací šachtice, kde je opatřen přípojnými nebo rozvodnými armaturami. Trubní řad se zkouší vnitřním přetlakem na těsnost hrdlového spojení a teprve pak se předává uživateli.

Průmyslová využitelnost vynálezu

Technologii bezvýkopové pokládky trubního řadu z tvárné litiny lze využít všude tam, kde jsou problémy se zábory ploch pro stavební činnost např.v městské zástavbě s hustou automobilovou a tramvajovou dopravou a tam, kde jsou vysoké nároky na minimální prašnost a ekologii životního prostředí např.v sídlištních komplexech, v blízkosti nákupních center apod.

I

Touto technologií! lze pokládat trubní řady pro komunální účely především pro dopravu pitné a užitkové vody. Trubní řady z tvárné litiny lze pokládat i jako gravitační kanalizaci s dlouhodobou životností. Při zásobování obyvatelstva pitnou vodou se dnes obecně dává přednost trubním řadům z tvárné litiny před potrubím plastovým či ocelovým. Jedním z hlavních provozovatelů těchto trubních sítí mohou být např. Vodárny a kanalizace v příslušném kraji naší republiky.

Přitažlivost této technologie tkví především v cenových relacích. Popsaná bezvýkopová technologie pokládky potrubí z tvárné litiny může tvořit až 50% nákladů ve srovnání s klasickou metodou pokládky potrubí do povrchových rýh. Rovněž časy zatažení trubního řadu z tvárné litiny mohou činit několik hodin ve srovnání s několika denní až týdenní klasickou povrchovou pokládkou. Tyto časy lze dosáhnout mimo jiné i díky unikátnímu provedení tažné hlavy, tažného závěsu, mezikusu a zavěšení tažného řetězu, jakož i efektivnímu spojování jednotlivých sekcí v U-nosníku pomocí řetězového napínáku.

Touto technologií a technikou spojování sekcí lze zatahovat především přímé potrubní řady z tvárné litiny o průměru DN 60 - 300 podle účelu trubního systému. Potrubní řady z tvárné litiny lze zatahovat i v oblouku s poloměrem zakřivení potrubní linie cca lOOm. Délka zatahovaného úseku potrubí je dána projektem a může činit několik desítek metrů, ale může přesahovat i lOOm. Těmto délkám se musí přizpůsobit i tahová síla vrtné soupravy.

Claims (8)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro bezvýkopovou pokládku potrubí z tvárné litiny se vyznačuje tím, že řízeným průběhem pilotního vrtu ve směru a úklonu trubního řadu se vytvoří podmínky pro bezpečné a přesné uložení potrubí, při čemž se využívá vrtný otvor provedený vrtací soupravou pod zemí k zatažení trubního řadu bez zbytečných povrchových rýh a šachtic,

2. Zařízení pro bezvýkopovou pokládku potrubí z tvárné litiny se dále vyznačuje tím, že se využívá tahu vrtné soupravy a vrtné kolony k tomu, aby se trubní řad zatahoval v ose vrtu,

3. Při bezvýkopové pokládce potrubí z tvárné litiny se využívá taktických prvků vrtné technologie a dočasného stmelujícího efektu polymerových výplachů vyznačující se t í m, že vyplněním volného prostoru (mezikruží) mezi stěnou vrtu (nadvýlomem) a vnějším průměrem roury rozvolněnou zeminovou směsí dochází k obnovení původních geostatických podmínek v okolí trubního řadu,

4. Pokládka potrubí z tvárné litiny se vyznačuje tím, že hladký konec potrubí vchází do vývrtu jako první ( zatahování po „srsti“ ), což vylučuje zablokování hladkého hrdlového konce trubek o stěny vývrtu,

5. Orientované uložení a spojování jednotlivých trubních sekcí z tvárné litiny probíhá v manipulační rýze vyznačující se tím, že na dně rýhy se zafixuje ocelový válcovaný profil tvaru U (obr.2, poz.7) ve směru a úklonu trubního řadu, čímž je zajištěno souosé sestavení jednotlivých trubních sekcí a tím i celého trubního řadu,

6. K přesnému spojení trubních sekcí se používá hydraulický řetězový napínák (obr.5, poz.2) vyznačující se tím, že velmi přesně a citlivě zavede hladký konec poslední trubní sekce uložené v U-profilu na dně rýhy do hrdla trubní sekce uvnitř vývrtu až po značku P minus 1 cm,

I

7. Bezpečné tažení trubního řadu uvnitř vývrtu spočívá v instalaci tažného řetězu vyznač ující se tím, že tažný řetěz (obr.2, poz.6) se zajištuje v závěsném oku tažného závěsu (obr.3, poz.9), prochází uvnitř celého trubního řadu až k řetězovému napínáku (obr. 5, poz.2) osazený na hrdle poslední trubní sekce. Tažný řetěz je v průběhu pohybu trubního řadu směrem k vrtné soupravě permanentně v tahu a zajišťuje trubní řad proti rozpojení eventuelně ztrátě kterékoli trubní sekce uvnitř vývrtu,

8. Bezpečné spojem vrtné kolony (vrtné trubky, konický přibírák, obrtlík - obr.2, poz.8-1-3) a taženého trubního řadu (obr.2, poz.9 a 10) zajišťuje tažná hlava s tažným mezikusem (obr.3, poz.2 a 3) vyznačující se tím, že hladký konec 1 .sekce trubky z tvárné litiny (obr.3, poz.5) je zasunut do tažného mezikusu (obr.3, poz.3), uvnitř kterého je zajištěn tažným čepem (obr.3, poz.7) proti vytržení. Integrita trubního řadu z tvárné litiny při zatahování je tedy zabezpečena dvěma způsoby a to tažným čepem a tažným řetězem.