RU2344241C1

RU2344241C1 - Method of draw-in piping in ground (versions)

Info

Publication number: RU2344241C1
Application number: RU2007121125/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Борисович Данилов (RU); Борис Борисович Данилов; ницкий Борис Николаевич Смол (RU); Борис Николаевич Смоляницкий
Original assignee: Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2009-01-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: group of inventions relates to construction work technologies and may be used for draw-in routing of underground pipelines. According of the first version of invention, the method provides for developing pilot well between operating pit and receiving pit along the design axis of the routed pipeline and simultaneous routing of drill rod inside the above pipeline. Then, the drill rod is connected with driven element. After that, the pilot well is widened to the design diameter by ground breaking up with driven element. The breakup products are transported by means of treating agent flow through the pipeline installed in the widened part of the well, which is then connected with driven element and rotated with it around longitudinal axis. The second version of the invention differs from the first one in pipeline installation inside the drill rod.

EFFECT: improvement of work performance reliability and productivity due to forced mixing of breakup products and their high concentration in treating agent.

4 cl, 4 dwg

Description

Технические решения относятся к технологии строительных работ и могут быть использованы для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.Technical solutions relate to the technology of construction work and can be used for trenchless laying of underground utilities.

Известен способ образования скважин в грунте по а.с. СССР №533057, E02F 5/20, F16L 1/00, опубл. в БИ №36 за 1979 г., включающий предварительное образование пионерной скважины с помощью самодвижущегося пневмопробойника для последующего ее расширения. Грунт удаляют через пионерную скважину в направлении движения пневмопробойника посредством сжатого воздуха под давлением, обеспечивающим образование взвеси грунта.A known method of forming wells in the soil by AS USSR No. 533057, E02F 5/20, F16L 1/00, publ. in BI No. 36 for 1979, including the preliminary formation of a pioneer well using a self-propelled pneumatic punch for its subsequent expansion. The soil is removed through a pioneer well in the direction of movement of the pneumatic punch by means of compressed air under pressure, which ensures the formation of a suspension of soil.

Недостатками известного способа являются низкая надежность транспортирования грунта по пионерной скважине и высокая энергоемкость. Грунтовый канал обладает гораздо худшими аэродинамическими и прочностными свойствами по сравнению с металлическими трубами, применяемыми в пневмотранспортных системах. Поэтому для выноса грунта необходимо большее количество сжатого воздуха. Кроме того, скоростным воздушным потоком разрушаются стенки скважины. Это приводит к образованию каверн и местных полостей, которые являются причиной зашламовывания скважины. Из-за невозможности дальнейшего пневмотранспортирования грунта происходит аварийная остановка процесса.The disadvantages of this method are the low reliability of soil transportation through a pioneer well and high energy intensity. The soil channel has much worse aerodynamic and strength properties compared to metal pipes used in pneumatic conveying systems. Therefore, for the removal of soil requires a greater amount of compressed air. In addition, the borehole walls are destroyed by high-speed air flow. This leads to the formation of caverns and local cavities, which are the cause of well blocking. Due to the impossibility of further pneumatic conveying of the soil, an emergency stop of the process occurs.

Известен способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, реализованный в устройстве для бестраншейной прокладки трубопроводов по а.с. СССР №1159989, E02F 5/18, опубл. в БИ №21 за 1985 г., согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами бурят пилотную скважину, в которой после бурения остается колонна бурильных труб. К колонне бурильных труб крепят раздвижной расширитель. Скважину предварительно расширяют им, а затем устанавливают колонну обсадных труб. Расширитель складывают и вытягивают через эту колонну наружу и к нему с помощью шпинделя крепят шток, к которому подведена магистраль высокого давления. Бурильной колонной передают к расширителю крутящий момент и тяговое усилие, создаваемые любым известным способом, по ней же прокачивают промывочный агент, который поступает в расширитель, проходит через его промывочное отверстие и уносит на поверхность шлам по затрубному пространству.A known method of forming wells in the ground when laying underground utilities under an obstacle, implemented in a device for trenchless laying of pipelines along the AS USSR No. 1159989, E02F 5/18, publ. in BI No. 21 for 1985, according to which a pilot well is drilled along the design axis of the communication between the working and receiving pits, in which a drill string remains after drilling. A sliding expander is attached to the drill pipe string. The well is pre-expanded with it, and then a casing string is installed. The expander is folded and pulled out through this column to the outside, and a rod is connected to it with a spindle, to which a high-pressure line is connected. The drill string transfers the torque and traction generated by any known method to the expander, and the flushing agent is pumped through it, which enters the expander, passes through its flushing hole and carries the sludge to the surface through the annulus.

Недостатком известного способа является большая энергоемкость процесса разрушения, которая обусловлена необходимостью разрушения грунта до частиц, размер которых позволяет осуществить их транспортировку через канал, образованный стенками скважины и наружной боковой поверхностью стенок рабочего органа. При этом следует отметить, что транспортировка продуктов разрушения по затрубному пространству приводит к необходимости образования скважины увеличенного диаметра (для образования указанного канала) и к нарушению целостности стенок образуемой скважины из-за абразивного воздействия на них продуктами разрушения. Большая площадь проходного сечения канала приводит к снижению скорости потока очистного агента и способствует выпадению транспортируемых им продуктов разрушения в осадок. В результате чего эти продукты разрушения вдавливаются в стенки скважины. Это приводит к увеличению энергоемкости технологического процесса. Кроме того, удаление из рабочего котлована пульпы, поступившей в него из затрубного пространства, требует применения дополнительных средств и ухудшает экологическую обстановку.The disadvantage of this method is the high energy intensity of the destruction process, which is due to the need to destroy the soil to particles whose size allows them to be transported through a channel formed by the walls of the borehole and the outer side surface of the walls of the working body. It should be noted that the transportation of fracture products through the annulus necessitates the formation of an enlarged borehole (for the formation of the specified channel) and a violation of the integrity of the walls of the formed borehole due to the abrasive action of the fracture products on them. A large passage area of the channel leads to a decrease in the flow rate of the treatment agent and contributes to the precipitation of the destruction products transported by it. As a result, these fracture products are pressed into the walls of the well. This leads to an increase in the energy intensity of the process. In addition, the removal from the working pit of the pulp that came into it from the annulus requires the use of additional funds and worsens the environmental situation.

Наиболее близким решением по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием по патенту РФ №2127348, E02F 5/18, опубл. в БИ №7 за 1999 г., включающий проходку пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами, размещение в пионерной скважине штанги, которую соединяют с рабочим органом, перемещение рабочего органа по пионерной скважине приложением к штанге осевого усилия, расширение пионерной скважины с помощью рабочего органа до проектного диаметра разрушением грунта, транспортировку продуктов разрушения с помощью рабочего агента, который подают в зону разрушения. При разрушении грунта для расширения пионерной скважины его предварительно измельчают и направляют в грунтоприемную камеру рабочего органа, причем при измельчении грунта на него дополнительно воздействуют струями рабочего агента, а в грунтоприемной камере продукты разрушения перемешивают с рабочим агентом до образования пульпы, при этом транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью расположенного в грунтоприемной камере эжекторного насоса по расположенному в образованной скважине пульпопроводу, а по мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор.The closest solution to the technical nature and the set of essential features is a method of forming wells in the ground when laying underground utilities under an obstacle according to the patent of the Russian Federation No. 2127348, E02F 5/18, publ. in BI No. 7 for 1999, which includes driving a pioneer well along the design axis of the communication between the working and receiving pits, placing a rod in the pioneer well that is connected to the working body, moving the working body along the pioneer well by applying axial force to the rod, and expanding the pioneer wells with the help of the working body to the design diameter by soil destruction, transportation of the destruction products using the working agent, which is fed into the destruction zone. When the soil is destroyed to expand the pioneer well, it is first crushed and sent to the soil receiving chamber of the working body, and when grinding soil it is additionally exposed to the working agent jets, and in the soil receiving chamber, the destruction products are mixed with the working agent until pulp is formed, while the destruction products are transported with the help of an ejector pump located in the soil receiving chamber along the slurry pipe located in the well formed, and as Wells, a thixotropic solution is fed into it.

Недостатками данного технического решения являются низкие производительность и надежность работы. Производительность эжекторного насоса мала по определению. Струя чистого рабочего агента увлекает за собой часть пульпы, находящейся в грунтоприемной камере. Концентрация твердой фазы, то есть грунта, в пульпопроводе неизбежно будет низкой. Следовательно, будет низкой и пропускная способность пульпопровода. Кроме того, для транспортирования определенного объема продуктов разрушения необходим большой объем жидкости. В местах прокладки подземных коммуникаций часто встречается неоднородный по составу грунт с включениями в виде обломков камней, кирпича, щебня и прочего строительного мусора. При попадании таких твердых нерастворимых в жидкости включений внутрь грунтоприемной камеры происходит закупоривание эжекторного насоса или пульпопровода. Это приводит к аварийной остановке процесса. Если при этом подачу жидкости в грунтоприемную камеру не прекращают, она выходит наружу и размывает грунт, образуя каверны. Это приводит к провалу поверхности над скважиной.The disadvantages of this technical solution are low productivity and reliability. Ejector pump performance is low by definition. A stream of a clean working agent carries with it a part of the pulp located in the soil receiving chamber. The concentration of the solid phase, i.e. soil, in the slurry pipeline will inevitably be low. Consequently, the capacity of the slurry pipeline will also be low. In addition, a large volume of liquid is needed to transport a certain volume of destruction products. In places where underground utilities are laid, the soil is often heterogeneous in composition with inclusions in the form of fragments of stones, bricks, rubble and other construction waste. If such solid insoluble inclusions in the liquid get inside the soil receiving chamber, the ejector pump or slurry pipeline becomes clogged. This causes the process to crash. If at the same time the flow of liquid into the soil receiving chamber is not stopped, it goes outside and erodes the soil, forming caverns. This leads to a dip in the surface above the well.

Технической задачей предлагаемых способов является повышение надежности и производительности работы за счет принудительного перемешивания продуктов разрушения и образования их высокой концентрации в очистном агенте.The technical task of the proposed methods is to increase the reliability and productivity due to forced mixing of the products of destruction and the formation of their high concentration in the treatment agent.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте по первому варианту, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют потоком очистного агента через трубопровод, который размещают в расширенной части скважины, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of trenchless laying of communications in the soil according to the first embodiment, which includes the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication between the working and receiving pits and simultaneous laying of a drill rod in it, which is connected to the working body, subsequent expansion of the pioneer well to the design diameter by soil destruction using a working body and transportation of destruction products, according to the technical solution The fracture ducts are carried out by the flow of the cleaning agent through the pipeline, which is placed in the expanded part of the well, connected to the working body and rotated with it around the longitudinal axis.

При вращении трубопровода в нем происходит принудительное перемешивание продуктов разрушения с подаваемым потоком очистного агента. Это предотвращает возможность выпадения продуктов разрушения в осадок, исключает образование подстилающего слоя и закупоривание трубопровода, что позволяет повысить надежность работы. Принудительное перемешивание продуктов разрушения позволяет надежно транспортировать их при гораздо большей концентрации в потоке очистного агента без риска выпадения в подстилающий слой. Следовательно, производительность предлагаемого способа будет повышена.During rotation of the pipeline, forced destruction of the products of destruction occurs with the feed stream of the cleaning agent. This prevents the possibility of the destruction of the products of destruction in the sediment, eliminates the formation of the underlying layer and clogging of the pipeline, which improves reliability. Forced mixing of the products of destruction allows you to reliably transport them at a much higher concentration in the flow of the cleaning agent without the risk of precipitation in the underlying layer. Therefore, the performance of the proposed method will be improved.

Целесообразно при этом использовать рабочий орган в виде полого усеченного конуса, внутри которого смонтированы радиально расположенные лопасти. Эти лопасти одновременно являются лезвиями, разрушающими грунт, и элементами крепления и фиксации сопла, подводящего очистной агент. Такое решение обеспечивает наиболее благоприятные условия подачи продуктов разрушения в трубопровод для дальнейшего транспортирования.In this case, it is advisable to use a working body in the form of a hollow truncated cone, inside of which radially located blades are mounted. These blades are at the same time blades that destroy the soil, and the fastening and fixing elements of the nozzle supplying the cleaning agent. This solution provides the most favorable conditions for the supply of fracture products to the pipeline for further transportation.

По второму варианту решение технической задачи достигается тем, что в способе бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют потоком очистного агента через трубопровод, который монтируют внутри буровой штанги, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси. Это упрощает технологию производства работ из-за возможности одновременного монтажа и демонтажа трубопровода и буровой штанги.According to the second option, the solution of the technical problem is achieved by the fact that in the method of trenchless laying of communications in the soil, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication between the working and receiving pits and the simultaneous laying of a drill rod in it, which is connected to the working body, the subsequent expansion of the pioneer well to the design diameter by soil destruction using a working body and transportation of destruction products, according to the technical solution Destruction bays are carried out by the flow of the cleaning agent through the pipeline, which is mounted inside the drill rod, connected to the working body and rotated with it around the longitudinal axis. This simplifies the production technology due to the possibility of simultaneous installation and dismantling of the pipeline and drill rod.

Сущность предлагаемого способа бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте поясняется примером его реализации и чертежами. Схема реализации показана на фиг.1, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2, на фиг.4 - схема размещения трубопровода внутри буровой штанги.The essence of the proposed method of trenchless laying of communications in the ground is illustrated by an example of its implementation and drawings. The implementation diagram is shown in figure 1, figure 2 is a section aa in figure 1, figure 3 is a section bB in figure 2, figure 4 is a diagram of the placement of the pipeline inside the drill rod.

Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте (далее - способ) по первому варианту реализуют следующим образом. По проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим 1 (фиг.1) и приемным 2 котлованами образуют пионерную скважину 3. Проходка пионерной скважины 3 может быть осуществлена любым известным способом, например с помощью пневмопробойника или установки горизонтального бурения. Диаметр образуемой пионерной скважины 3 значительно меньше проектного диаметра скважины, образуемой для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте. Одновременно с образованием пионерной скважины 3 в ней размещают буровую штангу 4. После размещения в пионерной скважине 3 буровой штанги 4 в приемном котловане 1 к ней присоединяют рабочий орган 5, диаметр корпуса которого равен проектному диаметру скважины. К свободному концу рабочего органа 5 присоединяют трубопровод 6, который монтируют звеньями. Буровую штангу 4 вращают вместе с рабочим органом 5 и трубопроводом 6 и одновременно перемещают поступательно в направлении, обратном проходке пионерной скважины 3. Вращение и перемещение буровой штанги 4 может быть осуществлено буровым станком 7. При перемещении рабочего органа 5 по пионерной скважине 3 происходит ее расширение до проектного диаметра разрушением грунта. По мере продвижения рабочего органа 5 периодически осуществляют демонтаж звеньев буровой штанги 4 и наращивание звеньев трубопровода 6, при этом буровая штанга 4 укорачивается, а трубопровод 6, соответственно, удлиняется. Внутри рабочего органа 5, выполненного в виде полого усеченного конуса, смонтированы радиально расположенные лопасти 8 (фиг.2, фиг.3), которые разрушают грунт и измельчают продукты разрушения и одновременно являются элементами крепления и фиксации сопла, подводящего очистной агент. Продукты разрушения поступают в полость 9 (фиг.2) рабочего органа 5. При этом через полость буровой штанги 4 подают очистной агент под давлением Р_м от насоса или компрессора 10. При вращении рабочего органа 5 с присоединенным к нему трубопроводом 6 происходит перемешивание и пересыпание частиц продуктов разрушения, способствующее непрерывному движению вместе с потоком очистного агента. Поток очистного агента подхватывает продукты разрушения и увлекает их в трубопровод 6. После прохождения через трубопровод 6 продукты разрушения П_р попадают в емкость 11 (например, разгрузочный циклон), установленную в приемном котловане 2. После образования скважины из нее извлекают рабочий орган 5 вместе с трубопроводом 6 и размещают в ней коммуникацию.The method of trenchless laying of communications in the ground (hereinafter referred to as the method) according to the first embodiment is implemented as follows. On the design axis of the communication being laid between the worker 1 (Fig. 1) and the receiving pit 2 form a pioneer well 3. The pioneer well 3 can be drilled in any known manner, for example, using a pneumatic punch or horizontal drilling rig. The diameter of the pioneer well 3 being formed is much smaller than the design diameter of the well formed for trenchless laying of communications in the ground. Simultaneously with the formation of a pioneer well 3, a drill rod 4 is placed in it. After placement of a drill rod 4 in a pioneer well 3 of a drill rod 4 in a receiving pit 1, a working member 5 is attached to it, the diameter of the casing of which is equal to the design diameter of the well. To the free end of the working body 5 is attached a pipe 6, which is mounted by links. The drill rod 4 is rotated together with the working body 5 and the pipe 6 and simultaneously move translationally in the reverse direction of the pioneer well 3. The rotation and movement of the drill rod 4 can be carried out by the drilling machine 7. When moving the working body 5 along the pioneer well 3, it expands up to the design diameter by soil destruction. As the working body 5 advances, the links of the drill rod 4 are periodically disassembled and the links of the pipeline 6 are expanded, while the drill rod 4 is shortened, and the pipeline 6, respectively, lengthens. Inside the working body 5, made in the form of a hollow truncated cone, mounted radially arranged blades 8 (figure 2, figure 3), which destroy the soil and crush the products of destruction and at the same time are fasteners and fixation elements of the nozzle supplying the cleaning agent. The destruction products enter the cavity 9 (figure 2) of the working body 5. At the same time, a cleaning agent is supplied through the cavity of the drill rod 4 under pressure P _m from the pump or compressor 10. When the working body 5 is rotated with the pipeline 6 connected to it, mixing and pouring particles of destruction products, contributing to the continuous movement together with the flow of the cleaning agent. The flow of the cleaning agent picks up the products of destruction and carries them into the pipeline 6. After passing through the pipeline 6, the products of the destruction P _r fall into the tank 11 (for example, a discharge cyclone) installed in the receiving pit 2. After the well is formed, the working body 5 is removed from it together with pipeline 6 and place communication in it.

По второму варианту способ реализуют следующим образом. Трубопровод монтируют внутри буровой штанги соосно. В этом случае буровая штанга 4 (фиг.4) имеет диаметр больший, чем у трубопровода 6. Пространство между внутренней цилиндрической поверхностью полой буровой штанги 4 и наружной цилиндрической поверхностью трубопровода 6 (межтрубное пространство) используют для подачи очистного агента под давлением Р_м. Такое решение упрощает технологию предлагаемого способа.In the second embodiment, the method is implemented as follows. The pipeline is mounted coaxially inside the drill rod. In this case, the drill rod 4 (Fig. 4) has a diameter larger than that of the pipe 6. The space between the inner cylindrical surface of the hollow drill rod 4 and the outer cylindrical surface of the pipe 6 (annulus) is used to supply the cleaning agent under a pressure of R _m . This solution simplifies the technology of the proposed method.

Предлагаемый способ эффективен при сооружении тупиковых горизонтальных скважин или в стесненных городских условиях, где невозможно иметь приемный котлован 2 достаточных размеров для размещения в нем звена трубопровода 6.The proposed method is effective in the construction of horizontal dead-end wells or in cramped urban conditions, where it is impossible to have a receiving pit 2 of sufficient size to accommodate a pipe link 6 in it.

Claims

1. The method of trenchless laying of communications in the ground, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication between the working and receiving pits and the simultaneous laying of a drill rod in it, which is connected to the working body, the subsequent expansion of the pioneer well to the design diameter by destroying the soil using the working body and transportation of destruction products, characterized in that the transportation of destruction products is carried out by the flow of the cleaning agent through the pipeline, cat The second is placed in the extended part of the well, connected to the working body and rotated with it around the longitudinal axis.

2. The method according to claim 1, characterized in that use the working body in the form of a hollow truncated cone, inside which are mounted radially arranged blades.

3. The method of trenchless laying of communications in the ground, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication between the working and receiving pits and the simultaneous laying of a drill rod in it, which is connected to the working body, the subsequent expansion of the pioneer well to the design diameter with soil destruction using the working body and transportation of destruction products, characterized in that the transportation of destruction products is carried out by the flow of the cleaning agent through the pipeline, cat they are mounted inside the drill rod, connected to the working body and rotated with it around the longitudinal axis.

4. The method according to claim 3, characterized in that use the working body in the form of a hollow truncated cone, inside which are mounted radially arranged blades.