RU2127347C1

RU2127347C1 - Method for trenchless construction of trunk pipeline length under obstacle

Info

Publication number: RU2127347C1
Application number: RU96122126A
Authority: RU
Inventors: Всеволод Иоакимович Минаев
Original assignee: Всеволод Иоакимович Минаев
Priority date: 1996-11-10
Filing date: 1996-11-10
Publication date: 1999-03-10

Abstract

FIELD: pipeline laying technology. SUBSTANCE: according to method, operations are started with driving curvilinear bore-hole under obstacle. Diameter of this bore-hole is at least 1.1 times larger than diameter of pipeline length to be constructed. Successively introduced into bore-hole are preliminarily curved sections of pipeline being constructed. Each section of pipeline being constructed is bent in at least two points. Created in process of bending is at least one middle part of section of rectilinear configuration and two extreme parts of rectilinear configuration. Length of each extreme part of pipeline section is equal to half of length of middle part of this section. Longitudinal axes of symmetry of all parts of each section of pipeline being constructed are located in common plane. Sections of pipeline being constructed as they are being introduced into bore-hole are rigidly connected to each other. Application of aforesaid method allows for shorter periods of construction of pipeline length under obstacle and for its higher operating reliability. EFFECT: higher efficiency. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к способам сооружения бестраншейных переходов магистральных трубопроводов под препятствиями, и может быть использовано при прокладке коммуникаций под протяженными препятствиями, например под реками. The invention relates to mining and construction, in particular to methods for constructing trenchless transitions of trunk pipelines under obstacles, and can be used when laying communications under extended obstacles, for example, under rivers.

Известен способ бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием, согласно которому в криволинейную скважину протаскивают предварительно смонтированный на берегу и уложенный на спусковую дорожку в створе перехода трубопровод. При этом в качестве спусковой дорожки используют регулируемые по высоте опоры, с помощью которых трубопроводу придают по всей длине изгиб, равный кривизне скважины (см., например, авт. св. СССР N 1231149, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1986). There is a method of trenchless laying of a pipeline under an obstacle, according to which a pipeline pre-mounted on the shore and laid on the trigger track in the transition section is dragged into a curved well. At the same time, height-adjustable supports are used as a trigger path, with the help of which the pipeline is given a bend along the entire length equal to the curvature of the well (see, for example, ed. St. USSR N 1231149, class E 02 F 5/18, publ. 1986).

К недостаткам описанной выше технологии строительства перехода можно отнести необходимость сборки на берегу трубопровода большой протяженности. Поскольку общая длина перехода может достигать нескольких километров, то необходимость строительства спусковой дорожки такой же протяженности или несколько меньшей длины может вызвать определенные трудности, связанные с невозможностью размещения строительной площадки таких габаритов. Кроме того, при образовании скважины в грунте возможно отклонение оси образованной скважины от проектной оси, что может повлечь изгиб трубопровода в скважине за пределы величины радиуса его упругого изгиба. Указанное обстоятельство приведет к смятию стенок трубопровода и появлению концентраторов напряжений, что снижает эксплуатационную надежность трубопровода. The disadvantages of the transition construction technology described above include the need to assemble a long pipeline on the shore. Since the total length of the passage can reach several kilometers, the need to build a trigger path of the same length or slightly shorter length can cause certain difficulties associated with the inability to place a construction site of such dimensions. In addition, when a well is formed in the soil, a deviation of the axis of the formed well from the design axis is possible, which may entail bending of the pipeline in the well beyond the radius of its elastic bending. This circumstance will lead to crushing of the walls of the pipeline and the appearance of stress concentrators, which reduces the operational reliability of the pipeline.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ сооружения бестраншейного перехода магистрального трубопровода под препятствием, согласно которому под препятствием проходят криволинейную скважину, диаметр которой превышает диаметр прокладываемого трубопровода. Затем в скважину последовательно погружают секции прокладываемого трубопровода и секции прокладываемого трубопровода соединяют между собой по мере их погружения в образованную скважину (см., например, патент СССР N 1276769, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1986). The closest in technical essence and the technical result achieved is a method of constructing a trenchless transition of a trunk pipeline under an obstacle, according to which a curved well passes under an obstacle, the diameter of which exceeds the diameter of the pipeline being laid. Then, sections of the laid pipeline are successively immersed in the well and sections of the laid pipeline are interconnected as they are immersed in the formed well (see, for example, USSR patent N 1276769, class E 02 F 5/18, publ. 1986).

Применение такой технологии производства работ по строительству перехода под препятствием частично устраняет недостатки описанного выше аналога, поскольку погружение трубопровода осуществляется последовательно отдельными секциями, что не требует сооружения спусковой дорожки большой протяженности. Однако проходка скважины под препятствием, кривизна которой ограничена величиной упругого изгиба секции трубопровода в скважине, требует проведения дополнительного объема работ, связанного со значительным увеличением протяженности перехода. Увеличение протяженности перехода обусловлено ограничениями, накладываемыми на кривизну скважины для размещения прокладываемого трубопровода, поскольку при уменьшении радиуса кривизны образуемой скважины напряжения в трубопроводе, возникающие при его изгибе, приводят к смятию его стенок или к появлению опасных концентраторов напряжений, которые существенно снижают эксплуатационную надежность прокладываемого трубопровода. The use of such a technology for the construction of a transition under an obstacle partially eliminates the disadvantages of the analogue described above, since the pipeline is immersed in succession in separate sections, which does not require the construction of a long escape route. However, drilling a well under an obstacle, the curvature of which is limited by the elastic bending of the pipeline section in the well, requires an additional amount of work associated with a significant increase in the length of the transition. The increase in the length of the transition is due to restrictions imposed on the curvature of the well to accommodate the pipeline being laid, since when the radius of curvature of the well being formed decreases, the stresses in the pipeline arising from its bending lead to crushing of its walls or to the appearance of dangerous stress concentrators, which significantly reduce the operational reliability of the laid pipeline .

Изобретение направлено на решение задачи по созданию такой технологии сооружения бестраншейного перехода магистрального трубопровода под препятствием, которая обеспечивала бы сокращение протяженности перехода за счет снижения величины радиуса криволинейной скважины, проходимой под препятствием, при одновременном сохранении прочностных характеристик уложенного в скважину трубопровода. Технический эффект, который может быть получен при реализации заявленного изобретения, заключается в сокращении сроков сооружения перехода и в повышении его эксплуатационной надежности. The invention is aimed at solving the problem of creating such a technology for constructing a trenchless transition of a main pipeline under an obstacle, which would reduce the length of the transition by reducing the radius of a curved well traversed under an obstacle while maintaining the strength characteristics of the pipeline laid in the well. The technical effect that can be obtained by implementing the claimed invention is to reduce the construction time of the transition and to increase its operational reliability.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе сооружения бестраншейного перехода магистрального трубопровода под препятствием, который включает проходку под препятствием криволинейной скважины, диаметр которой превышает диаметр прокладываемого трубопровода, последовательное погружение в скважину секций прокладываемого трубопровода и соединение секций прокладываемого трубопровода между собой по мере их погружения в образованную скважину, перед погружением каждую секцию прокладываемого трубопровода изгибают, по меньшей мере, в двух точках с образованием двух крайних участков секции прямолинейной формы и, по меньшей мере одного, среднего участка секции прямолинейной формы, а криволинейную скважину образуют с диаметром, который превышает диаметр прокладываемого трубопровода не менее чем в 1,1 раза, при этом длина каждого крайнего участка секции по его продольной оси симметрии равна половине длины одного из средних участков секции по его продольной оси симметрии, а продольные оси симметрии всех участков каждой секции прокладываемого трубопровода расположены в одной плоскости. The problem is solved due to the fact that in the method of constructing a trenchless transition of the main pipeline under the obstacle, which includes driving a curved well under the obstacle, the diameter of which exceeds the diameter of the laid pipeline, sequential immersion of sections of the laid pipeline into the well and connecting sections of the laid pipeline to each other as they immersion in the formed well, before immersion, each section of the laid pipeline is bent at least Here, at two points with the formation of the two extreme sections of the rectilinear section section and at least one middle section of the rectilinear section section, and a curvilinear well is formed with a diameter that exceeds the diameter of the laid pipeline by at least 1.1 times, while each extreme section of the section along its longitudinal axis of symmetry is equal to half the length of one of the middle sections of the section along its longitudinal axis of symmetry, and the longitudinal axis of symmetry of all sections of each section of the pipeline being laid us in the same plane.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что проходку скважины и погружение в нее секции прокладываемого трубопровода осуществляют одновременно. Такой прием при реализации заявленного способа обеспечивает сокращение сроков строительства перехода за счет совмещения по времени выполнения указанных операций. In addition, the task is solved due to the fact that the sinking of the well and immersion in it sections of the laid pipeline are carried out simultaneously. This technique in the implementation of the inventive method provides a reduction in the construction time of the transition due to the combination of the time taken to complete these operations.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен переход магистрального трубопровода под рекой, на фиг. 2 - секция прокладываемого трубопровода при изгибе ее в двух точках и на фиг. 3 - секция прокладываемого трубопровода при изгибе ее в трех точках. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the passage of the main pipeline under the river, FIG. 2 - section of the laid pipeline when bending it at two points and in FIG. 3 - section of the laid pipeline when bending it at three points.

В соответствии с заявленным способом сооружения бестраншейного перехода магистрального трубопровода под препятствием по проектной оси 1 перехода проходят криволинейную скважину 2, вход которой расположен с одной стороны препятствия, а выход - на другой стороне препятствия. Проходку скважины 2 осуществляют любым известным методом, например с помощью буровой головки 3 или с помощью пневмопробойника или раскатчика (на чертежах не изображены). Следует отметить, что для повышения точности проходки первоначально может быть образована пионерная скважина (на чертежах не изображена), диаметр которой значительно меньше проектного диаметра (D) криволинейной скважины 2. Затем пионерную скважину расширяют до проектного диаметра (D) с помощью расширителя (на чертежах не изображен), который пропускают по пионерной скважине. Диаметр (D) криволинейной скважины 2 превышает диаметр (d) прокладываемого трубопровода 4 не менее чем в 1,1 раза. Так при прокладке под препятствием трубопровода 4, диаметр (d) которого составляет 1420 мм, диаметр (D) образуемой криволинейной скважины 2 должен быть не менее 1562 мм. Каждую секцию 5 прокладываемого трубопровода 4 предварительно изгибают по меньшей мере в двух точках с образованием, по меньшей мере одного, среднего участка 6, имеющего прямолинейную форму, и двух крайних участков 7, каждый из которых также имеет прямолинейную форму. При этом предварительный изгиб каждой секции 5 прокладываемого трубопровода 4 осуществляют таким образом, чтобы длина каждого крайнего участка 7 секции 5 по его продольной оси симметрии была бы равна половине длины (L) каждого среднего участка 6 секции 5 прокладываемого трубопровода 4 по соответствующей продольной оси его симметрии. На пример, при общей длине секции 5 прокладываемого трубопровода 4, равной 12 метрам, наиболее целесообразно осуществить изгиб секции 5 в двух точках (фиг. 2), при котором длина ее каждого крайнего участка 7 должна составлять 3 метра, а длина в данном случае единственного среднего участка 6 должна составлять 6 метров. В том случае, когда общая длина секции 5 составляет 18 метров, наиболее предпочтительным является ее изгиб в трех точках (фиг. 3). При таком примере реализации заявленного способа длина каждого крайнего участка 7 секции 5 прокладываемого трубопровода 4 должна составлять 3 метра, а длина ее каждого среднего участка 6 (в данном случае - всего два средних участка 6 секции 5) должна составлять 6 метров. То есть при изгибе секции 5 прокладываемого трубопровода 4 более чем в двух точках с образованием нескольких средних участков 6 длина (L) каждого крайнего участка 7 секции 5 равна половине длины среднего участка 6 секции 5. Перед производством работ исходя из величины диаметра (D) скважины 2, диаметра (d) прокладываемого трубопровода 4 и длины (L) среднего участка 6 секции 5 прокладываемого трубопровода 4 определяют величину минимального радиуса (R), который может иметь криволинейная скважина 2 из условия вписывания прокладываемого трубопровода 4 без изгиба в искривленный интервал скважины 2, и угол альфа между продольными осями симметрии средних участков 6 и между продольными осями симметрии каждого крайнего участка 7 и продольной осью симметрии соответствующего среднего участка 6 секции 5 прокладываемого трубопровода 4. Следует отметить, что величины углов альфа между отдельными участками 6 и 7 секции 5 прокладываемого трубопровода 4 могут быть одинаковыми или изменяться по длине. При этом снижение величины радиуса (R), который должна иметь искривленная скважина 2 при ее проходке, по мере возможности может быть обеспечено увеличением исходя из физико-механических свойств грунта по трассе проходки величины диаметра (D) скважины 2. Предварительный изгиб секций 5 прокладываемого трубопровода 4 осуществляют с помощью трубогибочного станка (на чертежах не показан) на месте производства работ либо на трубосборочной базе, откуда секции 5 прокладываемого трубопровода 4 после изгиба доставляются к месту сборки. Изгиб каждой секции 5 осуществляют в одной плоскости, то есть продольные оси симметрии всех участков 6 и 7 каждой секции 5 прокладываемого трубопровода 4 расположены в одной плоскости. Каждую секцию 5 прокладываемого трубопровода 4 с помощью грузоподъемного механизма (на чертежах не изображен) устанавливают на спусковую дорожку 8, в качестве которой может быть использована, например, рама установки для наклонного бурения или др. механизм. Затем предварительно изогнутую секцию 5 прокладываемого трубопровода 4 погружают в образованную скважину 2. Следует отметить, что если криволинейная скважина 2 была предварительно образована на всю проектную длину перехода, то секция 5 может быть погружена в скважину путем приложения к ее переднему и/или заднему торцу осевого усилия, создаваемого, например, гидродомкратной батареей или лебедкой с трособлочной системой. В том случае, когда образование криволинейной скважины 2 и погружение секции 5 прокладываемого трубопровода 4 осуществляют одновременно, передний конец секции 5 прокладываемого трубопровода 4 кинематически связывают с рабочим органом, осуществляющим проходку или расширение криволинейной скважины 2, и рабочий орган осуществляет затаскивание секции 5 прокладываемого трубопровода 4 в образованную скважину 2. После погружения в образованную скважину 2 секции 5 прокладываемого трубопровода 4 ее жестко соединяют со следующей секцией путем сварки их торцов и продолжают последовательное наращивание плети прокладываемого трубопровода 4 очередными секциями 5. Следует отметить, что при жестком соединении секций 5 между собой их сварку осуществляют с помощью шаблона (на чертежах не изображен), который обеспечивает ориентацию их участков 6 и 7 друг относительно друга в определенном положении (в одной плоскости). Циклы наращивания плети трубопровода 4 отдельными секциями 5 продолжают до выхода головной (первой) секции 5 из скважины 2 на другой стороне препятствия в приемный котлован. In accordance with the claimed method of constructing a trenchless transition of the main pipeline under the obstacle, a curved well 2 passes through the projected axis 1 of the transition, the entrance of which is located on one side of the obstacle, and the exit is on the other side of the obstacle. The penetration of the well 2 is carried out by any known method, for example, using a drill head 3 or using a pneumatic punch or a rolling tool (not shown in the drawings). It should be noted that to increase the accuracy of penetration, a pioneer well (not shown in the drawings) may initially be formed, the diameter of which is much smaller than the design diameter (D) of the curved well 2. Then the pioneer well is expanded to the design diameter (D) using an expander (in the drawings not shown), which is passed through a pioneer well. The diameter (D) of the curved well 2 exceeds the diameter (d) of the laid pipeline 4 by at least 1.1 times. So when laying a pipeline 4 under an obstacle, the diameter (d) of which is 1420 mm, the diameter (D) of the curved well 2 being formed must be at least 1562 mm. Each section 5 of the laid pipeline 4 is pre-bent at least at two points with the formation of at least one middle section 6 having a rectilinear shape and two extreme sections 7, each of which also has a rectilinear shape. In this case, the preliminary bending of each section 5 of the laid pipeline 4 is carried out in such a way that the length of each extreme section 7 of section 5 along its longitudinal axis of symmetry is equal to half the length (L) of each middle section 6 of section 5 of the laid pipeline 4 along the corresponding longitudinal axis of its symmetry . For example, with the total length of section 5 of the laid pipeline 4 equal to 12 meters, it is most advisable to bend section 5 at two points (Fig. 2), in which the length of each extreme section 7 should be 3 meters, and the length in this case is unique middle section 6 should be 6 meters. In the case where the total length of section 5 is 18 meters, it is most preferable to bend at three points (Fig. 3). With this example implementation of the inventive method, the length of each extreme section 7 of section 5 of the laid pipeline 4 should be 3 meters, and the length of each of its middle section 6 (in this case, only two middle sections 6 of section 5) should be 6 meters. That is, when bending section 5 of the laid pipeline 4 at more than two points with the formation of several middle sections 6, the length (L) of each extreme section 7 of section 5 is equal to half the length of the middle section 6 of section 5. Before starting work, based on the diameter (D) of the well 2, the diameter (d) of the laid pipeline 4 and the length (L) of the middle section 6 of section 5 of the laid pipeline 4 determine the minimum radius (R) that a curved well 2 can have from the condition of inscribing the laid pipeline 4 without bending into the curved interval of the well 2, and the angle alpha between the longitudinal symmetry axes of the middle sections 6 and between the longitudinal symmetry axes of each extreme section 7 and the longitudinal axis of symmetry of the corresponding middle section 6 of section 5 of the laid pipeline 4. It should be noted that the angles between the individual sections 6 and 7 of section 5 of the laid pipeline 4 may be the same or vary in length. In this case, a decrease in the radius (R) that a curved well 2 should have when it is drilled, as far as possible, can be achieved by increasing the diameter (D) of the well 2 based on the physicomechanical properties of the soil along the penetration path. Preliminary bending of sections 5 of the laid pipeline 4 is carried out using a pipe bending machine (not shown in the drawings) at the place of work or at the pipe assembly base, from where sections 5 of the laid pipeline 4 are delivered to the assembly place after bending. The bending of each section 5 is carried out in one plane, that is, the longitudinal axis of symmetry of all sections 6 and 7 of each section 5 of the laid pipeline 4 are located in the same plane. Each section 5 of the laid pipeline 4 using a lifting mechanism (not shown in the drawings) is installed on the trigger track 8, which can be used, for example, an installation frame for inclined drilling or other mechanism. Then, the pre-curved section 5 of the laid pipeline 4 is immersed in the formed well 2. It should be noted that if the curved well 2 was preformed for the entire design transition length, then section 5 can be immersed in the well by applying an axial to its front and / or rear end the force generated, for example, by a hydraulic jack battery or a winch with a cable block system. In the case when the formation of the curved well 2 and the immersion of the section 5 of the laid pipeline 4 are carried out simultaneously, the front end of the section 5 of the laid pipeline 4 is kinematically connected with the working body that makes drilling or expansion of the curved well 2, and the working body drags out the section 5 of the laid pipe 4 into the formed well 2. After immersion in the formed well 2 of section 5 of the laid pipeline 4, it is rigidly connected to the next section by piling ki of their ends and continue to sequentially increase the whip of the laid pipeline 4 in subsequent sections 5. It should be noted that when sections 5 are rigidly connected to each other, they are welded using a template (not shown in the drawings), which ensures that their sections 6 and 7 are oriented relative to each other in a certain position (in one plane). The cycles of increasing the whip of the pipeline 4 in separate sections 5 continue until the head (first) section 5 leaves the well 2 on the other side of the obstacle in the receiving pit.

Claims

1. The method of constructing a trenchless transition of the main pipeline under the obstacle, including driving a curved well under the obstacle, the diameter of which exceeds the diameter of the laid pipeline, sequential immersion of the sections of the laid pipeline into the well and rigidly connecting the sections of the laid pipeline to each other as they sink into the formed well, characterized in that each section of the laid pipeline is bent at least at two points with the formation of two cr the lower sections of the rectilinear section and at least one middle section of the section of the rectilinear shape, and the curvilinear of the laid pipeline is not less than 1.1 times, while the length of each extreme section of the section along its longitudinal axis of symmetry is half the length of one of the middle sections of the section along its longitudinal axis of symmetry, and the longitudinal axis of symmetry of all sections of each section of the laid pipeline are located in one plane.

2. The method according to claim 1, characterized in that the drilling of wells and immersion in it sections of the pipeline being laid is carried out simultaneously.