RU2289671C1

RU2289671C1 - Well drilling method and device

Info

Publication number: RU2289671C1
Application number: RU2005112849/03A
Authority: RU
Inventors: Леонид Михайлович Борозенец (RU); Леонид Михайлович Борозенец; Михаил Петрович Михайлин (RU); Михаил Петрович Михайлин
Original assignee: Леонид Михайлович Борозенец; Михаил Петрович Михайлин
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-12-20

Abstract

FIELD: well drilling, particularly well drilling without earth removal, for instance, by device screwing in ground.

SUBSTANCE: method involves screwing device in ground, perforating and displacing ground in axial, circumferential and radial directions in vertical and horizontal planes with the use of conical head ribs and conical and cylindrical head borer spiral bands, working wedge-like parts of truncated cones of head, intermediate and casing borers. As design well depth is reached head borer is separated from interlocked intermediate and casing borers by crewing up the borers along head body, ground is perforated and displaced to align plane of truncated intermediate borer cone cutoff with base of truncated head borer cone. Then interlocked intermediate and casing borers are again fastened to head borer and reversibly rotated. After 2-3 turns casing borer is released and interlocked head and intermediate borers are removed from the casing borer. As casing borer presence in well becomes unnecessary casing borer is also withdrawn from well. Well drilling device comprises concentrically arranged head, intermediate and casing borers, which may be rigidly and flexibly aligned with each other.

EFFECT: increased well drilling efficiency, improved well quality and extended field of application.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к областям горного дела и строительства и может быть использовано для проходки скважин путем завинчивания устройства в грунт с продавливанием и вытеснением грунта в стороны его массива.The invention relates to the fields of mining and construction, and can be used for driving wells by screwing the device into the ground with punching and displacing the soil in the direction of its array.

Известны способ проходки скважин для изготовления буронабивных свай винтовым задавливанием трубы с "теряемым наконечником" и устройство для его реализации [1]. Способ и устройство включают установку на нижнем конце полой трубы наконечника конусной винтовой формы, погружение трубы в грунт с помощью вращения ротора путем завинчивания наконечника с одновременным задавливанием их тросами палиспаста лебедки, извлечение трубы из скважины.A known method of sinking wells for the manufacture of bored piles by screw crushing pipes with a "lost tip" and a device for its implementation [1]. The method and device includes installing a conical screw-shaped tip at the lower end of the hollow pipe, immersing the pipe in the ground by rotating the rotor by screwing the tip while squeezing the winch palispast cables, and removing the pipe from the well.

Недостатками способа и устройства являются:The disadvantages of the method and device are:

- необходимость преодоления значительной силы трения по всей конической винтовой боковой поверхности наконечника, зависящей как от величины силы сопротивления грунта задавливанию, так и от значения коэффициента трения материала наконечника по грунту, поэтому востребующего использование мощных ротора и лебедки соответственно для вращения и задавливания его в грунте;- the need to overcome a significant friction force along the entire conical helical lateral surface of the tip, depending both on the magnitude of the soil resistance to crushing and the coefficient of friction of the tip material on the ground, therefore requiring the use of powerful rotors and winch, respectively, for rotation and crushing it in the ground;

- теряемость наконечника, который после извлечения трубы остается в забое скважины;- the loss of the tip, which after removing the pipe remains in the bottom of the well;

- ограничение области применения способа и устройства проходкой скважин только в слабых грунтах и размерами их диаметров до 500 мм.- limiting the scope of the method and device by driving wells only in soft soils and their diameters up to 500 mm.

Известны способ проходки скважин для изготовления набивных свай винтовым продавливанием спиралевидным снарядом и устройство для его осуществления [2]. Способ, включающий винтовое вращение устройства в грунте, продавливание грунта коническим наконечником и грунтовой конической боковой поверхностью, образующейся в процессе заглубления устройства, под прямоугольными уступами с буртиками и цилиндрическими спиралевидными ступенями из присоединяемого уплотненного грунта, вытеснение грунта переходными участками в окружном и радиальном направлениях в горизонтальной плоскости, реверсивное вращение с одновременным подъемом устройства для вывода буртиков спиралей из их штраб в стенке забоя скважины, извлечение устройства из скважины.A known method of sinking wells for the manufacture of printed piles with helical punching by a spiral projectile and a device for its implementation [2]. A method including helical rotation of a device in soil, pushing soil with a conical tip and soil conical lateral surface formed during the process of deepening the device, under rectangular ledges with shoulders and cylindrical spiral steps from attached compacted soil, displacing the soil with transition sections in circumferential and radial directions in horizontal planes, reverse rotation with simultaneous lifting of the device for the output of the beads of spirals from their grooves in the wall behind oya wells, extraction wells of the device.

Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:

- продавливание грунта при вращении и перемещении конического наконечника вызывает по всей его боковой поверхности действие полной физически максимально возможной силы трения стали по грунту;- punching the soil during the rotation and movement of the conical tip causes the entire physically maximum possible friction force of steel on the soil over its entire lateral surface;

- возможность вытеснения грунта каждым переходным участком только в окружном и радиальном направлениях относительно снаряда;- the possibility of displacing the soil by each transition section only in the circumferential and radial directions relative to the projectile;

- наличие грунтовых конических боковых поверхностей влечет за собой действие физически максимально возможной для данного грунта силы нормального удельного сопротивления продавливанию и такой же по значению касательной удельной силы трения грунта по грунту, т.к. коэффициент трения в этих условиях равен единицы;- the presence of soil conical lateral surfaces entails the action of the physically maximum possible force for a given soil of normal specific resistance to bursting and the same in value of the tangential specific force of friction of the soil through the soil, because the friction coefficient under these conditions is equal to unity;

- забой скважины имеет конусовидную форму со штрабами от цилиндрических спиралей и их буртиков, оставленными после продавливания и вытеснения грунта снарядом, что снижает устойчивость к обрушению окружающего забой грунта, его несущую способность в забое и усложняет ее расчет;- the bottom of the well has a cone shape with grooves from cylindrical spirals and their shoulders left after the shell was pushed and displaced, which reduces the resistance to collapse of the surrounding bottom hole, its bearing capacity in the bottom and complicates its calculation;

- ограничение области применения только слабыми связными грунтами и размерами диаметров скважин до 400 мм в прочных грунтах.- limiting the scope of application only to weak cohesive soils and well diameters up to 400 mm in strong soils.

Устройство для осуществления способа, содержащее конический наконечник; усеченный конус с выполненными на его боковой поверхности ступенями в виде цилиндрических спиралей, прямоугольными уступами между ними, буртиками спиралей и переходными участками с поперечными гранями рабочих плоскостей, выполненными параллельно оси устройства; цилиндрический корпус и штангу.A device for implementing the method, comprising a conical tip; a truncated cone with steps made on its lateral surface in the form of cylindrical spirals, rectangular ledges between them, flanges of spirals and transition sections with transverse faces of work planes made parallel to the axis of the device; cylindrical body and rod.

Недостатками этого устройства являются:The disadvantages of this device are:

- образование грунтовых конических поверхностей в процессе движения снаряда вниз из присоединяемого уплотненного грунта к боковым поверхностям цилиндрических ступеней и одновременно к торцовым поверхностям уступов с буртиками в прямоугольных поперечных сечениях спиралей;- the formation of soil conical surfaces during the movement of the projectile down from the attached compacted soil to the lateral surfaces of the cylindrical steps and simultaneously to the end surfaces of the ledges with shoulders in rectangular cross sections of the spirals;

- одностороннее расположение переходных участков на боковой поверхности усеченного конуса, имеющих максимально физически возможное давление вытесняемого грунта по их рабочим плоскостям, вызывает диаметрально противоположное действие равномерно распределенных уравновешивающих реактивных давлений грунта по боковым поверхностям цилиндрических спиралей, а следовательно, и действие дополнительных значительных сил трения стали по грунту;- the one-sided arrangement of transition sections on the lateral surface of a truncated cone, having the maximum physically possible pressure of the displaced soil along their working planes, causes a diametrically opposite effect of the uniformly distributed balancing reaction pressures of the soil along the lateral surfaces of the cylindrical spirals, and therefore the action of additional significant friction forces of steel along soil;

- стенки скважин не защищаются от обрушения грунта, что понижает качество проходки скважин и, следовательно, не гарантирует качество конструкций изготовленных в них набивных свай;- the walls of the wells are not protected from collapse of the soil, which reduces the quality of the penetration of the wells and, therefore, does not guarantee the quality of the structures manufactured in them printed piles;

- практическая невозможность проходки скважин в несвязных грунтах.- the practical impossibility of driving wells in disconnected soils.

Целью изобретения является повышение эффективности проходки, качества скважин и расширение области применения.The aim of the invention is to increase the efficiency of penetration, well quality and the expansion of the scope.

Для достижения поставленной цели устройство завинчивают в грунт, винтовым вращением продавливают и вытесняют его в осевом, окружном и радиальном направлениях в вертикальной и горизонтальной плоскостях ребрами конического наконечника и лентами конических и цилиндрических спиралей головного бура, а также рабочими клиновидными участками усеченных конусов головного, промежуточного и обсадного буров; при достижении проектной глубины скважины головной бур разблокируют с системой сблокированных промежуточного и обсадного буров; вращением системы сблокированных промежуточного и обсадного буров грунт продавливают и вытесняют рабочими клиновидными участками усеченных конусов обсадного и промежуточного буров с перемещением его из объема грунтового пространства, заключенного между боковой поверхностью головного корпуса, лентами цилиндрических спиралей и стенкой ствола проходимой скважины до сопряжения плоскости усечения конуса промежуточного бура с основанием усеченного конуса головного бура; сблокированные промежуточный и обсадной буры блокируют снова с головным буром и устройство вращают реверсивно; реверсивным вращением устройства грунт продавливают лентами цилиндрических и конических спиралей с вытеснением его грунтовой конической боковой поверхностью, образующейся из присоединяемого уплотненного грунта в процессе его продавливания под лентами соответственно цилиндрических и конических спиралей в осевом и радиальном направлениях в вертикальной плоскости из объема грунтового пространства, заключенного между боковыми поверхностями усеченных конусов промежуточного и головного буров и стенками суженой нижней части ствола проходимой скважины и одновременно образующегося ее забоя в форме усеченного конуса; после двух-трех оборотов реверсивного вращения обсадной бур разблокируют и извлекают из него сначала сблокированные головной и промежуточный буры, а затем, по мере устранения необходимости пребывания в скважине, извлекают из нее и обсадной бур; устройство для проходки скважин, включающее установленные концентрично головной, промежуточный и обсадной буры с возможностью их не жесткого и жесткого сопряжения относительно друг друга; головной бур состоит из соосно и жестко последовательно соединенных между собой штанги, цилиндрического трубчатого корпуса, усеченного конуса с уступами, конического наконечника с ребристой боковой поверхностью, а на боковой поверхности цилиндрического трубчатого корпуса и усеченного конуса расположены параллельные навивки двух спиралей; промежуточный бур состоит из соосно и жестко закрепленных на промежуточной штанге фиксирующей обоймы и цилиндрического трубчатого корпуса, который имеет две диаметрально противоположные равнонаправленные параллельные спиралевидные прорези для прохождения цилиндрических спиралей и усеченный конус с уступами на своем конце; обсадной бур состоит из соосно и жестко закрепленного на обсадной штанге цилиндрического трубчатого корпуса, который имеет усеченный конус с уступами на своем конце; причем боковые поверхности усеченных конусов головного, промежуточного и обсадного буров выполнены из переходных параллельных окружных уступов с рабочими клиновидными участками и с цилиндрическими кольцевидными ступенями между ними, при этом продольные грани смежных клиновидных участков расположены с чередованием соответственно параллельно и перпендикулярно к лентам спирали; головные корпус и штанга дополнительно снабжены пригрузом, выполненным в виде круглого стержня не жестко сопряженным с их внутренними поверхностями и с возможностью продольного осевого перемещения; свободные концы штанг головного, промежуточного и обсадного буров снабжены сквозными отверстиями для их блокировки в единые жесткие неразъемные конструктивные системы и для их разблокировки; конические спирали на боковой поверхности усеченного конуса головного бура выполнены с клиновидными участками, расположенными относительно друг друга с промежутками в виде отрезков дуг концентричных окружностей.To achieve this goal, the device is screwed into the ground, squeezed by screw rotation and displace it in the axial, circumferential and radial directions in the vertical and horizontal planes with conical tip ribs and tapes of conical and cylindrical spirals of the head drill, as well as working wedge-shaped sections of truncated cones of the head, intermediate and casing drills; when the design depth of the well is reached, the head drill is unlocked with a system of interlocked intermediate and casing drills; By rotating the system of interlocked intermediate and casing drills, the soil is pressed and forced out by working wedge-shaped sections of the truncated cones of the casing and intermediate drill with its movement from the volume of soil space enclosed between the side surface of the head housing, tapes of cylindrical spirals and the borehole wall of the drilled hole until the intermediate cone truncation plane is mated with the base of the truncated cone of the head auger; the interlocked intermediate and casing drills are blocked again with the head drill and the device is rotated reversely; By reversing the rotation of the device, the soil is pressed through tapes of cylindrical and conical spirals with the displacement of its soil conical lateral surface formed from the attached compacted soil during its pressing under the tapes of cylindrical and conical spirals in the axial and radial directions in the vertical plane from the volume of soil space enclosed between the lateral the surfaces of the truncated cones of the intermediate and head drills and the walls of the narrowed lower part of the trunk ohodimoy well and at the same time the image of her face in the shape of a truncated cone; after two or three revolutions of reverse rotation of the casing, the blocked head and intermediate drills are unlocked and removed from it, and then, as the need to stay in the well is eliminated, the casing drill is also removed from it; a device for sinking wells, including installed concentrically head, intermediate and casing drills with the possibility of their not rigid and rigid pairing relative to each other; the head drill consists of coaxially and rigidly sequentially interconnected rods, a cylindrical tubular body, a truncated cone with ledges, a conical tip with a ribbed side surface, and parallel windings of two spirals are located on the side surface of the cylindrical tubular body and the truncated cone; the intermediate drill consists of coaxially and rigidly fixed on the intermediate rod of the retaining clip and a cylindrical tubular body, which has two diametrically opposed equally directed parallel spiral slots for the passage of cylindrical spirals and a truncated cone with ledges at its end; a casing drill consists of a cylindrical tubular body coaxially and rigidly fixed to the casing rod, which has a truncated cone with ledges at its end; moreover, the lateral surfaces of the truncated cones of the head, intermediate and casing drills are made of transitional parallel circumferential ledges with working wedge-shaped sections and with cylindrical ring-shaped steps between them, while the longitudinal faces of adjacent wedge-shaped sections are alternately parallel and perpendicular to the spiral tapes, respectively; the head housing and the rod are additionally equipped with a load made in the form of a round rod not rigidly conjugated with their internal surfaces and with the possibility of longitudinal axial movement; the free ends of the rods of the head, intermediate and casing drills are provided with through holes for their locking into a single rigid integral structural systems and for their unlocking; conical spirals on the lateral surface of the truncated cone of the head drill are made with wedge-shaped sections located relative to each other with gaps in the form of segments of arcs of concentric circles.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство общего вида с продольными разрезами; на фиг.2, 3, 4 - поперечные сечения соответственно 1-1, 2-2, 3-3. Оно включает три бура головной 1, промежуточный 2, обсадной 3 и пригруз 4 в виде круглого массивного стержня соответственно концентрично расположенных, имеющих возможность перемещения друг относительно друга в осевом продольном направлении, а промежуточный бур 2, кроме того, имеет также возможность винтового перемещения по головному буру 1, все три бура на верхних концах снабжены соосными сквозными отверстиями и вкладышами 5, а промежуточный бур 2 и обсадной 3 - дополнительно соосными сквозными отверстиями и вкладышами 6 для одновременной блокировки в единые жестко связанные различные системы неразъемных конструкций; головной бур 1 содержит конический наконечник 7, снабженный продольными ребрами 8, см. фиг.2, ограниченные рабочей боковой поверхностью основного наружного конуса 9, заключенной между рабочей образующей 10 и нерабочей образующей 11, рабочей боковой плоскостью 12, содержащей с одной стороны образующую 10, а с другой - образующую вспомогательного конуса 13, свободной боковой плоскостью 14, имеющей с одной стороны образующую 11, а с другой - образующую 13; соосно расположенный и жестко соединенный с наконечником 7 головной усеченный конус 15, см. фиг.3, снабженный по боковой поверхности переходными параллельными окружными уступами, состоящими из смежно чередующихся по их окружным периметрам рабочих клиновидных участков 16 и 17 и цилиндрическими кольцевидными ступенями 18; жестко связанную с боковой поверхностью головного усеченного конуса 15 непараллельную равношаговую навивку двух конических спиралей из лент 19 с переменными и постоянными по высоте трапецеидальными поперечными сечениями, снабженных равномерно расположенными рабочими клиновидными участками 20 и переходными промежутками между ними, ограниченными отрезками дуг концентричных окружностей 21 радиусами R₁...R₁₁, см. фиг.3; соосно размещенный и жестко соединенный с основанием усеченного конуса 15 головной цилиндрический трубчатый корпус 22; непрерывно и жестко связанную с конической навивкой из лент 19 и головным корпусом 22 цилиндрическую параллельную равношаговую двухспиральную навивку из лент равноразмерных прямоугольных поперечных сечений 23; головную трубчатую штангу 24, соосно расположенную и жестко соединенную с головным корпусом 22; промежуточный бур 2 содержит промежуточный трубчатый корпус 28, частично не до конца разрезанный на две ветви 25, см. фиг.4, двумя спиралевидными диаметрально противоположными равнонаправленными параллельными прорезями 26 для прохождения в них лент спиралей 23 головного корпуса 22, при этом ветви корпуса 25 располагаются в пространствах между лентами цилиндрических спиралей 23 с возможностью свободного винтового вращательно-поступательного перемещения по спиралям 23 со стороны головной трубчатой штанги 24 до упоров 27 в концевых торцах лент спиралей 23, соосно расположенную и жестко соединенную с промежуточным трубчатым корпусом 28 промежуточную трубчатую штангу 29, соосно размещенную и жестко соединенную с промежуточной трубчатой штангой 29 промежуточную кольцевую фиксирующую обойму 30, на концах ветвей промежуточного трубчатого корпуса 28 выполнен промежуточный усеченный конус 31 модульный по конусности с головным усеченным конусом 15, снабженный системами рабочих клиновидных участков 32 и 33 и цилиндрическими кольцевыми ступенями 34; обсадной бур 3 содержит обсадной трубчатый корпус 35, соосно размещенную и жестко соединенную с ним обсадную трубчатую штангу 36, на свободном конце обсадного корпуса 35 выполнен обсадной усеченный конус 37 модульный по конусности с головным усеченным конусом 15, боковая поверхность усеченного конуса снабжена системами рабочих клиновидных участков 38 и 39 и цилиндрическими кольцевыми ступенями 40; исходные контуры усеченных конусов 15, 31 и 37 головного, промежуточного и обсадного буров, контуры основного усеченного конуса 41 конических спиралей 19, отрезков кривых архимедовых спиралей 42, см. фиг.2, и скважины 43 показаны условно.Figure 1 shows the proposed device is a General view with longitudinal sections; figure 2, 3, 4 are cross-sections respectively 1-1, 2-2, 3-3. It includes three head drills 1, intermediate 2, casing 3 and load 4 in the form of a round massive core, respectively concentrically arranged, having the ability to move relative to each other in the axial longitudinal direction, and the intermediate drill 2, in addition, also has the possibility of helical movement along the head drill 1, all three drills at the upper ends are equipped with coaxial through holes and liners 5, and the intermediate drill 2 and casing 3 are additionally coaxial through holes and liners 6 for simultaneous bl Kirovka in uniform rigidly various systems of permanent structures; the head drill 1 contains a conical tip 7 provided with longitudinal ribs 8, see figure 2, limited by the working side surface of the main outer cone 9, enclosed between the working generatrix 10 and the non-working generatrix 11, the working side plane 12, containing on one side the generatrix 10, and on the other, the generatrix of the auxiliary cone 13, the free lateral plane 14, having on one side a generatrix 11, and on the other, the generatrix 13; coaxially located and rigidly connected to the tip 7, the head truncated cone 15, see figure 3, equipped with transitional parallel circumferential ledges on the lateral surface, consisting of working wedge-shaped sections 16 and 17 adjacent to their circumferential perimeters and cylindrical annular steps 18; rigidly connected with the lateral surface of the head truncated cone 15, non-parallel equidistant winding of two conical spirals of tapes 19 with variable and constant in height trapezoidal cross sections equipped with uniformly spaced working wedge-shaped sections 20 and transition gaps between them, bounded by segments of arcs of concentric circles 21 of radius R ₁ ... R ₁₁ , see figure 3; coaxially placed and rigidly connected to the base of the truncated cone 15, the head cylindrical tubular body 22; continuously and rigidly connected with a conical winding of tapes 19 and a head body 22, a cylindrical parallel equal-step two-helical winding of tapes of uniformly sized rectangular cross sections 23; a head tubular rod 24 coaxially located and rigidly connected to the head housing 22; the intermediate drill 2 contains an intermediate tubular body 28, partially not completely cut into two branches 25, see Fig. 4, by two spiral-shaped diametrically opposite equally directed parallel slots 26 for the passage of the tapes of the spirals 23 of the head housing 22, while the branches of the housing 25 are located in the spaces between the tapes of cylindrical spirals 23 with the possibility of free helical rotational-translational movement along the spirals 23 from the side of the head tubular rod 24 to the stops 27 at the end ends of the tapes alley 23, coaxially located and rigidly connected with the intermediate tubular body 28, the intermediate tubular rod 29, coaxially placed and rigidly connected with the intermediate tubular rod 29, the intermediate annular retaining clip 30, at the ends of the branches of the intermediate tubular body 28, an intermediate truncated cone 31 is modular in taper with head truncated cone 15, equipped with systems of working wedge-shaped sections 32 and 33 and cylindrical annular steps 34; The casing 3 includes a casing 35, coaxially placed and rigidly connected to it by a casing 36, a truncated cone 37 is modular in conicity with a truncated head cone 15 at the free end of the casing 35, the side surface of the truncated cone is provided with systems of working wedge-shaped sections 38 and 39 and cylindrical annular steps 40; the initial contours of the truncated cones 15, 31 and 37 of the head, intermediate and casing drills, the contours of the main truncated cone 41 of the conical spirals 19, the segments of the curves of the Archimedean spirals 42, see figure 2, and the wells 43 are shown conditionally.

Способ и работа устройства в грунте осуществляются следующим образом. Устройство в исходном состоянии с вывинченным из промежуточного бура 2 на предельно максимально возможную длину головным трубчатым корпусом 22, сблокированное в отверстиях его верхней части с помощью цилиндрических вкладышей 5 и 6 в единую жесткую неразъемную систему из трех буров 1, 2, 3, устанавливают на точку оси проходимой скважины в исходное вертикальное положение, размещают в полостях головного корпуса 22 и трубчатой штанги 24 стержневой пригруз 4. Под действием силы тяжести Р устройство полностью вдавливает конический ребристый наконечник 7, частично усеченный конус головного бура 15 и два диаметрально противоположных начальных конца лент конических спиралей 19 в грунт до тех пор, пока сопротивление силы трения стали по данному грунту, развиваемое по боковым поверхностям конусов 7 и 15 в совокупности с силой сопротивления грунта выдавливанию начальными концами двух лент навивки конических спиралей 19, не сравняются с силой тяжести устройства Р. При этом значение силы тяжести предусматривается достаточным для преодоления полной величины сопротивления силы трения стали по грунту, развиваемой по боковым поверхностям наконечника 7, усеченного конуса 15 и выдвинутой свободной части головного корпуса 22 в процессе винтового вращения.The method and operation of the device in the ground are as follows. The device in the initial state with the head tubular body 22 unscrewed from the intermediate drill 2 to the maximum possible length, locked in the holes of its upper part with the help of cylindrical inserts 5 and 6 into a single rigid one-piece system of three drills 1, 2, 3, is installed on a point the axis of the borehole in the initial vertical position, is placed in the cavities of the head housing 22 and the tubular rod 24 of the rod load 4. Under the influence of gravity P, the device completely presses the conical ribbed tilt nickname 7, a partially truncated cone of the head drill 15 and two diametrically opposite initial ends of the tapes of the conical spirals 19 into the soil until the frictional resistance of the steel along the soil developed along the lateral surfaces of the cones 7 and 15 in conjunction with the initial resistance to extrusion of the soil the ends of the two winding tapes of the conical spirals 19, do not equal the gravity of the device R. Moreover, the value of the gravity is provided sufficient to overcome the full resistance of the friction force of steel soil developed along the lateral surfaces of the tip 7, the truncated cone 15 and the extended free part of the head housing 22 in the process of screw rotation.

Прикладывают крутящий момент M₁ к верхнему концу головной трубчатой штанги 24, приводят устройство во вращение, от которого опирающиеся на него два начальных конца лент навивки конических спиралей 19, частично погруженные силой тяжести Р, врезаются в окружающий грунт по заданной винтовой траектории, предоставляя тем самым возможность дальнейшего вдавливания в него наконечника 7 и головного усеченного конуса 15 и обеспечивая таким образом винтовой осевой продольный ход всего устройства в целом. В этом процессе наконечник 7 продавливает грунт последовательно и непрерывно, вытесняя его в осевом и радиальном направлениях рабочими коническими поверхностями 9 ребер 8, а также в осевом, радиальном и окружном направлениях рабочими плоскостями 12 ребер 8, после вращательно-поступательного прохождения рабочих конических поверхностей 9 ребер 8 за ними, в пределах свободных плоскостей 14, образуются зазоры между их нерабочими поверхностями и поверхностями отформованного таким образом по отрезкам кривых архимедовых спиралей 42, окружающего грунта, см. фиг.2. Две ленты конических спиралей 19 переходными рабочими клиновидными участками 20 вытесняют грунт в осевом, радиальном и окружном направлениях. Вместе с тем непараллельность конических спиралей 19, уменьшающаяся от их начальных концов до основания условного основного усеченного конуса 41, производит в процессе завинчивания их в грунт дополнительное его сжатие в направлении, перпендикулярном к лентам, что разрушает структуру грунта, уплотняет его, т.е. уменьшает его объем в пространстве, заключенном между лентами витков.Apply a torque M ₁ to the upper end of the head tubular rod 24, rotate the device, from which the two initial ends of the taping coils 19, partially immersed by gravity P, resting on it, cut into the surrounding soil along a predetermined helical path, thereby providing the possibility of further pressing the tip 7 and the head truncated cone 15 into it, and thus providing a helical axial longitudinal stroke of the entire device as a whole. In this process, the tip 7 pushes the soil sequentially and continuously, displacing it in the axial and radial directions by the working conical surfaces 9 of the ribs 8, as well as in the axial, radial and circumferential directions by the working planes 12 of the ribs 8, after the rotational-translational passage of the working conical surfaces of 9 ribs 8 behind them, within the limits of the free planes 14, gaps are formed between their non-working surfaces and the surfaces of the archimedean spirals 42 formed in such a way, which surround r run, see figure 2. Two tapes of conical spirals 19 with transitional working wedge-shaped sections 20 displace the soil in axial, radial and circumferential directions. At the same time, the parallelism of the conical spirals 19, decreasing from their initial ends to the base of the conditional main truncated cone 41, in the process of screwing them into the ground, additionally compresses it in the direction perpendicular to the tapes, which destroys the soil structure, compacts it, i.e. reduces its volume in the space enclosed between the ribbons of the coils.

Совместно с вытеснением грунта и обеспечением продольного хода устройства лентами конических спиралей 19 головной усеченный конус 15 продавливает грунт, вытесняя его в осевом, радиальном и окружном направлениях переходными рабочими клиновидными участками 16, а также одновременно в осевом и радиальном направлениях переходными рабочими клиновидными участками 17.Together with the displacement of the soil and the provision of the longitudinal stroke of the device with tapes of conical spirals 19, the head truncated cone 15 pushes the soil, displacing it in the axial, radial and circumferential directions by transitional wedge-shaped sections 16, and also simultaneously in the axial and radial directions by transitional working wedge-shaped sections 17.

Две цилиндрические равношаговые с параллельной навивкой спирали 23 головного конуса 22, жестко связанные в продолжение и имеющие равношаговую навивку лент с двумя коническими спиралями 19, непрерывно следуют за ними по грунтовытесненным винтовым штрабам, наращивая при этом значение силы реактивного давления на верхние боковые поверхности лент спиралей 23, а корпус 22 полностью заглубляется в грунт.Two cylindrical equal-step spiral windings 23 of the head cone 22, rigidly connected in the continuation and having equal-winding winding tapes with two conical spirals 19, continuously follow them along soil-displaced helical stubs, increasing the value of the reactive pressure force on the upper side surfaces of the spiral ribbons 23 , and the housing 22 is completely buried in the ground.

Далее, по мере заглубления устройства, промежуточный усеченный конус 31 продолжает продавливать грунт, вытесняя его в осевом, радиальном и окружном направлениях переходными рабочими клиновидными участками 32, а также в осевом и радиальном направлениях переходными рабочими клиновидными участками 33.Further, as the device deepens, an intermediate truncated cone 31 continues to push through the soil, displacing it in the axial, radial and circumferential directions by transitional working wedge-shaped sections 32, as well as in the axial and radial directions by transitional working wedge-shaped sections 33.

После погружения в грунт промежуточного усеченного конуса 31 грунт непрерывно продолжает продавливать обсадной усеченный конус 37, вытесняя его в осевом, радиальном и окружном направлениях переходными рабочими клиновидными участками 38, а также в осевом и радиальном направлениях переходными рабочими клиновидными участками 39.After immersion in the ground of an intermediate truncated cone 31, the soil continuously continues to push through the cased truncated cone 37, displacing it in the axial, radial and circumferential directions by transitional working wedge-shaped sections 38, as well as in the axial and radial directions by transitional working wedge-shaped sections 39.

Вслед за погружением в грунт обсадного усеченного конуса 37 обсадной цилиндрический трубчатый корпус 35 своей боковой поверхностью в процессе заглубления его в скважину окончательно закрепляет грунт в ее стенке, формирует ее цилиндрическое поперечное сечение проектного диаметра и дополнительно устраняет упругие сужающие деформации окружающего скважину предельно уплотненного грунта за счет его арочного эффекта. Далее, не прерывая завинчивания устройства, винтовым вращением одновременно и непрерывно продавливают и вытесняют грунт всеми тремя компонентными головным, промежуточным и обсадным бурами до достижения проектной глубины скважины.Following the immersion of the cased truncated cone 37 into the ground, the casing cylindrical tubular body 35 with its lateral surface during its deepening into the well finally fixes the soil in its wall, forms its cylindrical cross section of the design diameter and further eliminates the elastic narrowing deformations of the extremely compacted soil surrounding the well due to its arched effect. Further, without interrupting the screwing of the device, screw simultaneously and continuously push and displace the soil with all three component head, intermediate and casing drills until the design depth of the well is reached.

При достижении проектной глубины скважины устройство разблокируют на головной бур 1 и на блок промежуточного бура 2 и обсадного бура 3 извлечением вкладыша 5 из их отверстий. Прикладывают крутящий момент М₂к сблокированным бурам 2 и 3 и винтовым вращением перемещают их в осевом продольном направлении относительно головного бура 1, находящегося в состоянии покоя, при этом они своими усеченными конусами 31 и 37 продавливают грунт, вытесняя его в стороны грунтового массива из пространства проходимой скважины между лентами цилиндрических спиралей 23 головного корпуса 22, вращение продолжают до упора концами спиралевидных прорезей 26, промежуточного корпуса 28 бура 2, в торцы лент 27 цилиндрических спиралей 23, при этом головной усеченный конус 15, промежуточный 31 и обсадной 37 объединяются в один усеченный конус с равнозначным модулем конусности.Upon reaching the design depth of the well, the device is unlocked on the head drill 1 and on the block of the intermediate drill 2 and casing 3 by removing the liner 5 from their holes. Apply a torque M ₂ to the interlocked drills 2 and 3 and rotate them in an axial longitudinal direction relative to the head drill 1, which is at rest, while they push the soil with their truncated cones 31 and 37, forcing it out of the ground from the space passable bore between the tapes of cylindrical spirals 23 of the head housing 22, the rotation is continued until it stops with the ends of the spirals 26, the intermediate housing 28 of the drill 2, into the ends of the tapes 27 of the cylindrical spirals 23, while Karlovna truncated cone 15, 31 and intermediate casing 37 are combined into a single truncated cone with the conicity equivalent module.

Затем вращение сблокированных промежуточного 2 и обсадного 3 буров прекращают, снова их блокируют с головным буром 1 с помощью вкладышей 5, прикладывают крутящий момент М₃ и приводят устройство в реверсивное вращение, тем самым грунт продавливают лентами конических 19 и цилиндрических 23 спиралей, вытесняя его в осевом и радиальном направлениях грунтовыми боковыми поверхностями в вертикальной плоскости, образующимися в результате присоединения уплотненного грунта к нижним боковым поверхностям лент тех и других спиралей, из объема грунтового пространства, заключенного между боковыми поверхностями промежуточного 31 и головного 15 усеченных конусов и стенками соответственно суженной нижней части ствола проходимой скважины 43 и одновременно образующегося ее забоя в форме усеченного конуса 41. После осуществления двух-трех оборотов реверсивного вращения устройство останавливают и в случае наличия в стенке ствола скважины неустойчивых к обрушению грунтов обсадной бур 3 разблокируют от устройства удалением вкладышей 5 и 6 из отверстий и извлекают из него сблокированные головной 1 и промежуточный 2 буры, затем устраняют необходимость пребывания обсадного бура 3 в скважине 43 и извлекают его оттуда. Вводят сблокированные головной 1 и промежуточный 2 буры в обсадной бур 3 и вывинчивают головной трубчатый корпус 22 на предельно свободную длину из промежуточного бура 2. После этого буры головной 1, промежуточный 2 и обсадной 3 снова блокируют в единую систему посредством вкладышей 5 и 6, размещаемых в их отверстиях, и устройство опять готово к работе.Then the rotation of the interlocked intermediate 2 and casing 3 drills is stopped, they are again blocked with the head drill 1 using inserts 5, the torque M _{3 is} applied and the device rotates in reverse rotation, thereby pushing the soil with tapes of conical 19 and 23 cylindrical spirals, displacing it in axial and radial directions by soil lateral surfaces in a vertical plane, resulting from the attachment of compacted soil to the lower side surfaces of the tapes of those and other spirals, from the volume of soils of the space enclosed between the lateral surfaces of the intermediate 31 and the head 15 of the truncated cones and the walls of the narrowed lower part of the borehole 43 and the simultaneously formed bottom thereof in the form of a truncated cone 41. After two or three revolutions, the device is stopped and if the casing drill 3 unstable to collapse of the soil wall of the wellbore is unlocked from the device by removing the liners 5 and 6 from the holes and the blocked heads are removed from it d 1 and intermediate 2 of borax, and then eliminate the need to stay casing oscillator 3 downhole drill 43 and removing it therefrom. The blocked head 1 and intermediate 2 drills are introduced into the casing drill 3 and the head tubular body 22 is unscrewed to the maximum free length from the intermediate drill 2. After this, the drill heads 1, intermediate 2 and casing 3 are again blocked into a single system by inserts 5 and 6, placed in their holes, and the device is again ready for use.

В процессе проходки скважин свободная длина головного трубчатого корпуса 22 может изменяться ввинчиванием или вывинчиванием его в промежуточный бур 2 в зависимости от прочности продавливаемых и вытесняемых грунтов с целью уменьшения сопротивления силы трения грунта по боковой поверхности головного корпуса 22 и для обеспечения надежного входа без пробуксовки головного бура 1 из слабого грунта в более прочный.During the drilling process, the free length of the head tubular body 22 can be changed by screwing or unscrewing it into the intermediate drill 2, depending on the strength of the extruded and extruded soils in order to reduce the resistance of the friction force of the soil along the lateral surface of the head housing 22 and to ensure reliable entry without slipping the head drill 1 from soft ground to more durable.

Причинно-следственная связь:Causal relationship:

1. Конструкция устройства, состоящая из комбинации трех буров, позволяет осуществлять одновременно завинчивание устройства в грунт, винтовое продавливание и вытеснение грунта, проходку скважин, повысить эффективность проходки, качество скважин и расширить область применения.1. The design of the device, consisting of a combination of three drills, allows for simultaneous screwing of the device into the ground, screw punching and displacement of the soil, well sinking, increasing the efficiency of sinking, well quality and expanding the scope.

2. Замена полной площади боковой поверхности конического наконечника на суммарную рабочую боковую поверхность ребер и уменьшение силы сопротивления вытеснению грунта введением ребер снижают сопротивление силы трения стали по грунту до 56%.2. Replacing the total area of the lateral surface of the conical tip with the total working lateral surface of the ribs and reducing the resistance to soil displacement by introducing ribs reduce the resistance of the friction force of steel over the ground to 56%.

3. Выполнение на лентах конических спиралей равномерно расположенных переходных рабочих клиновидных участков и промежутков между ними, ограниченных дугами концентрических окружностей, сокращает величину силы трения стали по грунту до 50%.3. The execution on tapes of conical spirals of uniformly located transitional working wedge-shaped sections and the gaps between them, limited by arcs of concentric circles, reduces the value of the friction force of steel on the ground to 50%.

4. Глубинная прорезка грунта в стороны непараллельными лентами конических спиралей и вытеснение грунта сжатием его перпендикулярно между ними обеспечивают снижение значения силы его сопротивления для продавливания и вытеснения головным усеченным конусом до 6%.4. Deep penetration of the soil to the sides by non-parallel tapes of conical spirals and displacement of the soil by squeezing it perpendicularly between them provide a decrease in the value of its resistance force for forcing and displacement by the head truncated cone to 6%.

5. Снижение величины силы сопротивления продавливанию и вытеснению грунта по боковой поверхности головного усеченного конуса выполнением его боковой поверхности в виде последовательно чередующихся переходных уступов с цилиндрическими кольцевыми ступенями и рабочими клиновидными участками, имеющими рабочие поверхности, ориентированные в окружном и осевом направлениях, уменьшают силу сопротивления трения стали по грунту до 43%.5. Reducing the strength of the resistance to bursting and displacement of soil along the lateral surface of the head truncated cone by performing its lateral surface in the form of successively alternating transition ledges with cylindrical annular steps and wedge-shaped sections having working surfaces oriented in circumferential and axial directions, reduce the force of friction resistance steel on the ground up to 43%.

6. Два диаметрально расположенных конца лент конических спиралей обеспечивают гарантированно надежную завинчиваемость устройства в грунт как с дневной поверхности, так и с границы перехода из слоя слабого грунта в слой более прочного.6. Two diametrically located ends of tapes of tapered spirals ensure guaranteed reliable screwing of the device into the ground both from the day surface and from the border of the transition from a layer of weak soil to a layer of more durable.

7. Конструктивная возможность регулирования свободной длины головного цилиндрического трубчатого корпуса в зависимости от прочности грунтов позволяет изменить величину сопротивления силы трения стали по грунту на его боковой поверхности пропорционально значению свободной длины и повысить эффективность проходки скважины,7. The constructive ability to control the free length of the head cylindrical tubular body depending on the strength of the soil allows you to change the resistance value of the friction force of steel on the soil on its lateral surface in proportion to the value of the free length and increase the efficiency of well drilling,

8. Головные усеченный конус с коническими спиралями и цилиндрический трубчатый корпус с цилиндрическими спиралями позволяют расширить диапазон значений силы винтового продавливания и вытеснения грунта всего устройства и обеспечить проходку скважин в любых по прочности осадочно-дисперсных грунтах четвертичных отложений без ограничения их области.8. The head truncated cone with conical spirals and a cylindrical tubular body with cylindrical spirals allow you to expand the range of values of the force of screw forcing and displacing the soil of the entire device and to ensure the penetration of wells in any strength sedimentary dispersed soils of the Quaternary deposits without limiting their area.

9. Выполнение на боковых поверхностях усеченных конусов головного, промежуточного и обсадного буров последовательно чередующихся переходных уступов в виде цилиндрических кольцевидных ступеней и рабочих клиновидных участков с рабочими плоскостями, ориентированными в окружном и осевом направлениях, снижают величины сил сопротивления продавливанию и вытеснению грунта по боковым поверхностям рассматриваемых усеченных конусов, что уменьшает силу трения стали по грунту до 37%.9. The execution on the lateral surfaces of the truncated cones of the head, intermediate and casing drills of successively alternating transitional ledges in the form of cylindrical annular steps and working wedge-shaped sections with work planes oriented in the circumferential and axial directions, reduce the values of the resistance to pushing and displacing the soil along the lateral surfaces of the considered truncated cones, which reduces the friction force of steel on the ground to 37%.

10. Применение пригруза позволяет облегчить завинчивание устройства в грунт и повысить эффективность винтового продавливания и вытеснения грунта усеченными конусами всех трех буров.10. The use of weights makes it easier to screw the device into the ground and increase the efficiency of screw forcing and displacing the soil with truncated cones of all three drills.

11. Сблокированные промежуточный и обсадной буры оформляют грунт винтовым продавливанием и вытеснением при статическом состоянии головного бура с образованием ствола в нижней части скважины строго цилиндрической и усеченно-конической форм, чем повышают качество скважин.11. Interlocked intermediate and casing drills fill the soil with helical punching and displacement in the static state of the head drill with the formation of a strictly cylindrical and truncated-conical shape in the lower part of the well, which increases the quality of the wells.

12. При реверсивном вращении устройства ленты цилиндрических и конических спиралей окончательно формуют грунт, образуя несколько суженый цилиндрический участок ствола и забой усеченно-конической формы с одновременным упрочнением грунта, окружающего его.12. During the reverse rotation of the tape device of cylindrical and conical spirals, the soil is finally formed, forming a somewhat narrowed cylindrical section of the trunk and a truncated-conical bottom with simultaneous hardening of the soil surrounding it.

13. Труба обсадной штанги защищает от обрушения неустойчивого грунта в стенке скважины, чем гарантирует ее высокое технологически обеспеченное качество.13. The casing rod pipe protects against collapse of unstable soil in the well wall, which guarantees its high technologically ensured quality.

14. Общее уменьшение устройством силы трения стали по грунту составляет 44%.14. The total decrease in the device of the friction force of steel on the ground is 44%.

15. Уменьшение сопротивления силы трения стали по грунту в 1,8 раза дает возможность проходки скважин диаметрами до 600...800 мм без изменения мощности крутящих моментов тех же используемых установок в любых по прочности грунтах.15. The decrease in the resistance of the friction force of steel over the soil by 1.8 times makes it possible to drill wells with diameters of up to 600 ... 800 mm without changing the power of the torques of the same installations in any soil of strength.

На основании новизны конструктивных элементов и технологических решений предлагаемых способа и устройства для его реализации осуществляются новые процессы воздействия на грунт, повышающие эффективность проходки, качество скважин и расширяющие область применения.On the basis of the novelty of structural elements and technological solutions of the proposed method and device for its implementation, new processes of impact on the soil are carried out, increasing the efficiency of penetration, the quality of wells and expanding the scope.

Источники информацииInformation sources

1. JUNTTAN OY. Буронабивные сваи винтового задавливания трубы с "теряемым наконечником". Рекламный проспект: Установки JUNTTAN РМ. Kuopio, Finland, 2002. - 17 с. Приложение: на двух листах - титульный лист с.1 и описание с.15.1. JUNTTAN OY. Bored piles of screwed pipe crushing with "lost tip". Flyer: Installations JUNTTAN RM. Kuopio, Finland, 2002 .-- 17 p. Appendix: on two sheets - the title page p.1 and the description p.15.

2. Феклин В.И. Продавливание скважин под набивные сваи спиралевидными снарядами. Журнал: Основания, фундаменты и механика грунтов. №5, 1985. С.16-19. - М.: Стройиздат. (Прототип).2. Feklin V.I. Punching wells under stuffed piles with spiral shells. Journal: Foundations, foundations and soil mechanics. No. 5, 1985. S.16-19. - M .: Stroyizdat. (Prototype).

Claims

1. The method of drilling, including screwing the device into the ground, forcing and displacing the soil in axial, circumferential and radial directions in the vertical and horizontal planes with ribs of the conical tip and tapes of conical and cylindrical spirals of the head drill, wedge-shaped sections of truncated cones of the head, intermediate and casing drills, when the design depth of the well is reached, the head drill is unlocked from the interlocked intermediate and casing drills by screwing the latter on the goal The soil is pressed and displaced to the oval body until the truncation plane of the intermediate auger cone is mated with the base of the truncated cone of the head auger, the interlocked intermediate and casing drills are blocked again with the head auger and rotated reversely, after two or three revolutions of the reverse rotation of the casing, the casing auger is unlocked and first removed from it the head and intermediate drills, and then, as the need to stay in the well is eliminated, the casing drill is also removed from it.

2. The method according to claim 1, characterized in that the soil is pressed and forced out additionally by compression in the perpendicular direction between the non-parallel turns of tapes of the conical spirals of the truncated cone of the head drill.

3. The method according to claim 1, characterized in that the soil is pressed and forced out by additional wedge-shaped sections of truncated cones of the casing and intermediate drills with its movement from the volume of soil space enclosed between the side surface of the head housing, tapes of cylindrical spirals and the borehole wall of the drilled well.

4. The method according to claim 1, characterized in that the reverse rotation of the device, the soil is pressed through tapes of cylindrical and conical spirals with the displacement of its ground conical lateral surface formed under the tapes of the spirals, in axial and radial directions in a vertical plane from the volume of ground space enclosed between the lateral surfaces of the truncated cones of the intermediate and head drills and the walls, respectively, of the narrowed lower part of the bore of the drilled well and the simultaneously formed face in ie a truncated cone.

5. A device for drilling wells, including concentric installed head, intermediate and casing drills with the possibility of their not rigid and rigid pairing relative to each other, the head drill consists of coaxially and rigidly sequentially interconnected rods, a cylindrical tubular body, a truncated cone, a tip with ribbed lateral surface, and on the lateral surface of a cylindrical tubular body and a truncated cone are parallel windings of two spirals, the intermediate drill consists of rigidly mounted on an intermediate rod with a retaining clip of a cylindrical tubular body with diametrically opposite equally directed spiral slots for the passage of cylindrical spirals and a truncated cone at its end, the casing drill consists of a cylindrical tubular body fixed to the casing rod and a truncated cone at its end, and the side surfaces of the truncated cones of the head, intermediate and casing drills are made of transitional parallel circumferential ledges with workers wedge-shaped sections and cylindrical ring-shaped steps between them, while the longitudinal faces of adjacent wedge-shaped sections are alternating, respectively, parallel and perpendicular to the ribbons of the spirals, the head body and the rod are additionally equipped with a load made in the form of a round rod, not rigidly conjugated with their inner surfaces and with the possibility of longitudinal axial movement.

6. The device according to claim 5, characterized in that the free ends of the rods of the head, intermediate and casing drills are provided with through holes for locking them into a single rigid integral structural system and for unlocking.

7. The device according to claim 5, characterized in that the tapes of the conical spirals located on the lateral surface of the truncated cone of the head drill are made with transitional wedge-shaped sections located relative to each other at intervals in the form of segments of arcs of concentric circles.