EA017789B1 - Инструмент для бурения сквозь неплотно утрамбованные материалы - Google Patents

Abstract

Предлагается способ прокладки трубопровода (20) сквозь насыпь (12) из неплотно утрамбованных материалов, в котором трубопровод устанавливают между передним заостренным элементом (36) и задним элементом (50) инструмента и воздействуют на задний элемент приводным усилием в продольном направлении, проталкивая заостренный элемент и трубопровод в неплотно утрамбованные материалы. Способ отличается тем, что при прекращении продвижения вперед из-за случайного препятствия в неплотно утрамбованных материалах инструмент и соединенный с ним трубопровод вытягивают назад путем приложения тягового усилия к тяговому средству (80), соединенному с заостренным передним элементом. Тяговое средство предпочтительно представляет собой трос (80) в виде проволочного троса и/или цепи, прикрепленный к переднему элементу (32). Трос проходит внутри трубопровода, соединенного с задним элементом (50) инструмента, а тяговое усилие регулирует оператор инструмента.

Description

Настоящее изобретение относится к способу прокладки трубопровода сквозь насыпь из неплотно утрамбованных материалов, в котором трубопровод устанавливают между заостренным передним элементом и задним элементом инструмента и воздействуют на задний элемент приводным усилием в продольном направлении так, что заостренный элемент и трубопровод проталкиваются в неплотно утрамбованные материалы, как описано в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Изобретение также относится к инструменту, который может быть соединен с трубопроводом для его прокладки сквозь насыпь, причем трубопровод может использоваться для транспортировки текучей среды, т.е. газов или жидкостей, например воды, канализационных стоков, горючих газов и т.д., или для размещения кабелей различного типа. Термин насыпь подразумевает холм из неплотно утрамбованных материалов для сооружения дорог, прокладки железнодорожных путей и т.п. Термин неплотно утрамбованные материалы подразумевает щебеночную или гравийную массу, которая может быть приготовлена из любого материала, от мелкозернистого песка до крупного балласта или камней.

Как указано выше, известен способ прокладки трубопроводов и кабелей сквозь насыпь путем ее бурения без удаления асфальтового слоя или дорожного покрытия. Известные решения такого типа описаны в патентах США №№ 2902832 и 1894446.

Однако во многих случаях эта операция должна сопровождаться разрушением и удалением всего верхнего слоя с последующим рытьем траншеи через насыпь. Затем в траншею, перед тем как ее засыпать и уложить сверху новое дорожное покрытие, укладывают необходимые трубопроводы и кабели. Одна из проблем, возникающих при использовании такого способа, состоит в том, уровень нового дорожного покрытия почти всегда отличается от уровня существующего дорожного покрытия, так что на дороге фактически образуется неустранимый горб.

Правительство установило очень жесткие ограничения в части получения разрешения на рытье траншеи через дорожную насыпь.

Изобретение относится к указанному выше способу, в котором при бурении насыпи нет необходимости разбивать верхний слой. Часто в насыпи кроме неплотно утрамбованных материалов попадаются валуны, которые не могут пробить буровые инструменты. При этом возможно, что заостренную часть инструмента и элементы, которые он тянет за собой, придется оставить в насыпи.

Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить решение для выхода из ситуации, когда оказывается, что из-за случайного препятствия в насыпи заостренная часть инструмента не может пройти сквозь всю насыпь. Таким образом, целью изобретения является создание инструмента для бурения сквозь насыпь для прокладки трубопроводов, кабелей и т.п.

Способ для прокладки трубопровода сквозь насыпь из неплотно утрамбованных материалов отличается тем, что при прекращении продвижения вперед из-за случайного препятствия в неплотно утрамбованных материалах инструмент и соединенный с ним трубопровод трубу вытаскивают назад, прикладывая тяговое усилие к тяговому средству, соединенному с заостренным передним элементом инструмента.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения используют тяговое средство в виде троса, прикрепленного к переднему элементу, причем трос пропускают внутри трубопровода, соединенного с задним элементом, а тяговое усилие регулирует оператор инструмента. Согласно другому варианту осуществления изобретения в качестве троса используют проволочный трос или цепь или и то и другое.

Остальные предпочтительные варианты способа описаны в зависимых пп.4, 5 формулы.

Инструмент согласно изобретению отличается тем, что он содержит средство, соединенное с заостренным передним элементом инструмента, и средство приложения тягового усилия к указанному средству с целью вытаскивания трубопровода и инструмента из насыпи в случае прекращения продвижения вперед из-за случайного препятствия в неплотно утрамбованных материалах.

Предпочтительные варианты выполнения инструмента описаны в зависимых пп.7-12 формулы изобретения.

Согласно изобретению предлагаемые способ и устройство применяются для бурения насыпи насквозь, в особенности с целью прокладки сквозь насыпь трубопроводов, которые используют для транспортировки текучих сред, таких как газы и жидкость, например воды, канализационных стоков, горючих газов и т.д., или для размещения различных кабелей.

Согласно упомянутому патенту США №1894446, в котором описано пробивание трубопроводами насыпи из неплотно утрамбованных материалов, трос 36, сложенный в бухту, используется для крепления копра в месте, где трубопровод нужно ввести в насыпь. В этом патенте говорится, что этот трос также используют для удаления из зоны строительных работ копра и тем самым всего трубопровода, состоящего из свинченных друг с другом секций, когда в насыпи встречается какое-либо непроходимое препятствие. Однако это решение не предотвращает возможность разъединения секций трубопровода внутри насыпи при вытаскивании.

Изобретение представляет собой дальнейшее развитие решения согласно указанному патенту США, состоящее в том, что точка крепления троса расположена на конце узла, в точке 32. Изобретение

- 1 017789 обеспечивает значительные преимущества.

Далее изобретение описано более подробно со ссылками на чертежи, где на фиг. 1 показана дорожная насыпь, пробуренная насквозь, и проходящий через нее трубопровод, на фиг. 2 - два элемента инструмента согласно изобретению, на фиг. 3 показано, как трубопровод прикреплен к двум элементам инструмента согласно изобретению, на фиг. 4 и 5 показано, как в инструмент устанавливают состоящий из секций сравнительно длинный трубопровод, на фиг. 6 более подробно показано, что цепь 80 соединена с элементами инструмента.

Средняя линия дороги обозначена позицией 11. Сквозь насыпь проходит стальной (или из другого металла) трубопровод 20 указанного выше типа. Например, трубопровод 20 имеет продолжение в виде шланга 22, проходящего по непоказанному участку.

Изобретение относится к способу и инструменту для прокладки трубопровода сквозь дорожную насыпь. Как показано на фиг. 2, инструмент 30 содержит два элемента, передний концевой элемент 32 и задний концевой элемент 50. Для облегчения протягивания элементы 32, 50 имеют, как правило, цилиндрическую форму. Передний концевой элемент 32 образует заостренную переднюю часть 36 с острием 38. Кроме того, передний концевой элемент 32 имеет заднюю массивную цилиндрическую пробку 40. Пробка 40 может быть вставлена путем ввинчивания в передний конец 42 трубопровода 20. Наружный диаметр пробки 40 примерно равен внутреннему диаметру трубопровода 20. Переход от пробки 40 к переднему элементу 32 образует кольцевой фланец 44 с высотой, соответствующей толщине стенки трубопровода. Пробка 40 вставляется в трубопровод 20 так, что его конец 42 упирается во фланец 44. Трубопровод 20 предпочтительно имеет внутреннюю резьбу, в которую ввинчивается наружная резьба пробки 40. Резьба на пробке на фиг. 2 указана позицией 43. Задний концевой элемент 50 инструмента содержит соответствующую переднюю массивную цилиндрическую пробку 52, которая может быть вставлена в задний конец 46 трубопровода 20, навинченного на пробку 40. Наружный диаметр пробки 40 примерно соответствует внутреннему диаметру трубопровода 20, так что последний может быть насажен с прессовой посадкой на задний концевой элемент инструмента. Задний концевой элемент 50 соединен с трубопроводом посредством резьбового соединения.

На чертежах видно, что задний концевой элемент 54 имеет полость 56 для установки вращающегося бурильного молотка, схематично изображенного в виде стрелки 62. Вращающийся бурильный молоток 62, который здесь подробно не показан, содержит гидравлическое устройство для долбления камней и служит для нанесения сильных ударов с большой частотой по заднему концевому элементу 50, при этом энергия передается массивным трубопроводом 20 переднему концевому элементу 36. В результате передний концевой элемент пробивает насыпь, образуя проход 63, в который входит трубопровод, и частично разбивает и /или расталкивает сравнительно небольшие камни, встретившиеся ему на пути в насыпи.

На фиг. 3 и 4 схематично показаны насыпь 12 и находящееся сверху дорожное покрытие 10, на которое не влияет прокладка трубопровода сквозь насыпь. Вокруг переднего концевого элемента 36 схематично изображены камни 70 в материале насыпи, которые подвергаются ударам.

Таким образом, трубопровод проталкивается внутрь с расположенным впереди него передним концевым элементом инструмента. Когда трубопровод пройдет сквозь насыпь, инструмент демонтируют и прокладку трубопровода продолжают с помощью других средств. Трубопровод 20 остается в насыпи и может использоваться также для размещения в нем проводов и кабелей различного типа и назначения.

На чертежах, особенно на фиг. 6, показано, что инструмент снабжен тяговым тросом 80 на случай, когда какое-либо препятствие не позволяет заостренному концу инструмента и трубопроводу пробить материал насыпи. Тяговый трос прикреплен к заостренному переднему концевому элементу 32 в точке 72. В качестве троса может быть использован проволочный трос или цепь или и то и другое. Трос проходит через секции 20 трубопровода к заднему элементу инструмента, где оператор может тянуть за трос для вытаскивания трубопровода и инструмента. В предпочтительном варианте вытаскивание осуществляют с помощью механических средств.

Важно, чтобы во время такой операции вытаскивания соединенные элементы не разъединялись, что могло бы привести к застреванию частей трубопровода в насыпи и невозможности их извлечения. Поэтому в процессе вытаскивания нужно поддерживать очень сильное натяжение троса. В то же время это натяжение обеспечивается благодаря соединению троса/цепи в передней точке заостренного элемента 32.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения звенья троса/цепи установлены с достаточным предварительным натяжением, чтобы части трубопровода не могли разъединиться и застрять в насыпи при вытаскивании.

На фиг. 6 более подробно показано, как цепь 80 соединена с элементами инструмента. Ясно, что трубопровод, установленный между двумя элементами инструмента, не может быть слишком длинным из-за опасности его деформирования в результате ударов с большой частотой. Процесс может быть разделен на несколько операций и начинаться с прокладки сравнительно небольшой секции 20А трубопровода, которую вбивают в насыпь до тех пор, пока она достигнет положения, показанного на фиг. 4. Затем

- 2 017789 к первой секции 20А трубопровода присоединяют его следующую секцию 20В и продолжают ударновращательное бурение. На фиг. 4 показано место стыка 64. Аналогично, к проложенным секциям трубопровода последовательно присоединяют новые секции до тех пор, пока насыпь не будет пройдена насквозь. Секции трубопровода можно соединять, например, резьбовыми соединениями, что хорошо известно. Однако резьба может легко деформироваться, когда соединенные между собой секции трубопровода пробивают толщу дорожной насыпи. Поэтому предпочтительно соединять секции посредством прессовой посадки. Две секции, соединенные друг с другом посредством прессовой посадки, разъединить значительно легче, чем привинченные друг к другу секции с деформированными резьбами. Предпочтительно использовать секции трубопровода длиной, например, не более 3 м. Но эта длина зависит от плотности насыпи 12 и от того, насколько большую часть объема скважины занимает балластный слой и камни более крупного размера.

Состоящий из двух элементов инструмент согласно изобретению выполнен из качественной стали, чтобы выдерживать большие нагрузки при ударно-вращательном бурении, как описано выше. Зона вокруг острия имеет особую прочность, чтобы без повреждения выдерживать сильные соударения с камнями. Это позволяет при прохождении материалов насыпи и при прокладке сквозь нее трубопровода дробить камни и расталкивать их в сторону.

Согласно изобретению узел из двух элементов инструмента с установленным между ними трубопроводом устанавливают в буровой станок или раму так, что заостренный передний концевой элемент обращен к насыпи, которую нужно пройти.

Согласно изобретению трубопровод можно также использовать для получения в насыпи 63 сквозного отверстия 63 и затем вытащить его, как описано в связи с фиг. 6. Это возможно в случае, если насыпь образована более плотной массой с мелкозернистой консистенцией и внутренние стенки просверленного отверстия не будут осыпаться.

Предлагаемый инструмент был успешно использован для прокладки трубопроводов диаметром около 110, 180 и до 400 мм при строительных работах с дорожной насыпью. При испытаниях был использован гидравлический вращательный бурильный молоток экскаватора. Инструмент и трубопровод были установлены в каркасном станке так, чтобы молоток можно было соединить с задним концевым элементом инструмента. Таким образом, была обеспечена устойчивая опора для всего узла, образованного трубопроводом и передним и задним элементами инструмента. С помощью головки вращающегося бурильного молотка узел прижимали к насыпи и проталкивали сквозь нее с нанесением ударов с заданной частотой, как это известно для таких устройств.

Большое преимущество изобретения состоит в том, что инструмент может работать со стандартным оборудованием, включающим вращающийся бурильный молоток, которое имеется на большинстве строительных площадок или которое легко получить, когда возникает необходимость проложить трубопровод через уже имеющуюся насыпь, не нарушая чувствительного дорожного покрытия.

Claims (11)

1. Способ прокладки трубопровода сквозь насыпь из неплотно утрамбованных материалов, в котором трубопровод устанавливают между заостренным передним элементом и задним элементом инструмента и воздействуют на задний элемент приводным усилием в продольном направлении так, что заостренный элемент и трубопровод проталкиваются в неплотно утрамбованные материалы, отличающийся тем, что при прекращении продвижения вперед из-за случайного препятствия в неплотно утрамбованных материалах инструмент и соединенный с ним трубопровод вытягивают назад, прикладывая тяговое усилие к тяговому линейному элементу (80), соединенному с заостренным передним элементом (32), причем тяговый линейный элемент пропускают через трубопровод (20) назад к заднему элементу (50), а тяговое усилие регулирует оператор инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют тяговый линейный элемент в виде проволочного троса или цепи или в виде того и другого.

3. Способ по любому из пп.1, 2, в котором трубопровод разделен на несколько секций, соединяемых резьбовыми соединениями или с помощью прессовой посадки, отличающийся тем, что:

а) в инструмент устанавливают первую секцию трубопровода с заостренным элементом, соединяют с заостренным элементом тяговый линейный элемент (80), пропускают последний через трубопровод назад к заднему элементу (50) и вводят первую секцию трубопровода в насыпь на заданную длину с помощью указанного приводного усилия, после чего

б) от первой секции трубопровода отсоединяют задний элемент инструмента, присоединяют к первой секции трубопровода его вторую секцию, устанавливают на вторую секцию задний элемент инструмента и проталкивают узлы дальше в насыпь, и

в) операцию б) повторяют с необходимым количеством новых секций трубопровода до тех пор, пока передний элемент с первой секцией трубопровода не выйдет из насыпи на ее другой стороне.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что на задний элемент одновременно воздействуют приводным усилием и ударами с заданной частотой, в частности ударами отбойного молотка, уста

- 3 017789 новленного на строительном оборудовании, например на экскаваторе.

5. Инструмент для прокладки трубопровода сквозь насыпь из неплотно утрамбованных материалов, в который трубопровод может быть установлен между заостренным передним элементом и задним элементом инструмента и который выполнен с возможностью воздействия на него приводным усилием в продольном направлении для проталкивания заостренного элемента и трубопровода в неплотно утрамбованные материалы, отличающийся тем, что он содержит тяговый линейный элемент (80), соединенный с заостренным передним элементом (32) инструмента и проходящий через трубопровод назад к заднему элементу (50), и средство приложения тягового усилия к тяговому линейному элементу для вытягивания трубопровода из неплотно утрамбованных материалов при прекращении продвижения вперед из-за случайного препятствия в неплотно утрамбованных материалах.

6. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что тяговый линейный элемент представляет собой проволочный трос или цепь или и то и другое.

7. Инструмент по пп.5, 6, отличающийся тем, что части трубопровода могут соединяться между собой резьбовым соединением или переходником с прессовой посадкой для переднего и заднего элементов инструмента соответственно.

8. Инструмент по пп.5-7, отличающийся тем, что передний элемент (32) образует переднюю часть (36) с заостренным концом (38) и имеет повышенную прочность, чтобы выдерживать сильные удары.

9. Инструмент по пп.5-8, отличающийся тем, что переход между передним концевым элементом и пробкой (40) для закрепления трубопровода образует кольцевой фланец (44), высота которого соответствует толщине стенки трубопровода, чтобы конец (42) трубопровода упирался во фланец (44) при вставке путем навинчивания или посредством прессовой посадки.

10. Инструмент по пп.6-9, отличающийся тем, что задний концевой элемент (50) содержит переднюю пробку (52) для приема заднего конца (46) трубопровода (20), плотно насаженного на пробку (40), как вариант, путем ее прикрепления к трубопроводу с помощью резьбового соединения.

11. Применение инструмента по пп.5-10 для прокладки сквозь насыпь трубопровода, используемого для транспортировки текучих сред, таких как газы и жидкости, например воды канализационных стоков, горючих газов и т.д., или для размещения кабелей различного типа.