RU2460851C1

RU2460851C1 - Method of trenchless pipe laying in soil

Info

Publication number: RU2460851C1
Application number: RU2011107355/03A
Authority: RU
Inventors: Василий Николаевич Белобородов (RU); Василий Николаевич Белобородов; Андрей Константинович Ткачук (RU); Андрей Константинович Ткачук
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: method of trenchless pipe laying in soil, including washing a channel in soil with jets of liquid filled via a pipeline tip as it is laid in the specified direction. Liquid is sent periodically, besides, prior to supply a solution is added with at least one surfactant, and at least one gasifying agent is added, forming a mixture, at the same time gas generation is carried out directly in pores of soil during its contact with the gasifying agent of the mixture. The channel in soil is expanded with jets of the specified mixture directed at the angle to the axis of the laid pipeline. The pipeline during installation is rotated around its axis.

EFFECT: higher efficiency of pipeline laying.

3 cl, 1 dwg

Description

Техническое решение относится к строительству и может быть использовано для прокладки в грунте трубопроводов различного назначения.The technical solution relates to construction and can be used for laying in the ground pipelines for various purposes.

Известен способ бестраншейной прокладки труб в грунте (гидропрокол), включающий размыв в грунте канала и введение в него трубы, причём размыв ведут струёй воды, подаваемой из наконечника прокладываемой трубы, а размытый грунт в виде пульпы истекает по затрубному зазору (см. А.К.Гефдинг, И.И.Беловская. Бестраншейный способ прокладки труб. - Гос. издат. литературы по строительству и архитектуре. Ленинград, 1955, с.57).A known method of trenchless pipe laying in the ground (hydraulic puncture), including erosion in the soil of the channel and introducing pipes into it, moreover, the erosion is carried out by a stream of water supplied from the tip of the pipe being laid, and the eroded soil in the form of pulp expires in the annular gap (see A.K. .Gefding, I.I. Belovskaya. Trenchless method of pipe laying. - State published literature on construction and architecture. Leningrad, 1955, p. 57).

Способ гидропрокола имеет следующие недостатки:The hydraulic puncture method has the following disadvantages:

- необходимость непрерывной подачи воды для обеспечения устойчивости канала в грунте, т.к. перерыв подачи воды с истечением пульпы из канала приводит к обрушению грунта и торможению трубы, что ограничивает дальность прокладки (до 30÷40 м);- the need for a continuous supply of water to ensure the stability of the channel in the ground, because interruption of water supply with the outflow of pulp from the channel leads to collapse of the soil and braking of the pipe, which limits the laying distance (up to 30 ÷ 40 m);

- сложность наращивания труб при непрерывной подаче воды;- the difficulty of building pipes with a continuous supply of water;

- отклонение трубы от заданного направления в процессе прокладки вследствие встречающихся более прочных включений в массиве грунта (строительный мусор, более плотный грунт и т.д.);- deviation of the pipe from a given direction during the laying process due to the occurrence of more durable inclusions in the soil mass (construction waste, more dense soil, etc.);

- необходимость заполнения околотрубного пространства твердеющим раствором (бентонитом, глинистым раствором) для избежания просадки грунта в околотрубном пространстве.- the need to fill the near-tube space with a hardening solution (bentonite, clay mud) in order to avoid soil subsidence in the near-tube space.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте (по патенту РФ №2075000, кл. F16L 1/06, опубл. в БИ №7, 1997 г.), включающий размыв в грунте канала и введение в него трубопровода, при этом перед размывом канала на трассе трубопровода осуществляют бурение скважин на глубину не менее глубины заложения трубопровода с пересечением ими проектной оси трубопровода, а размыв канала ведут посекционно из скважин струями жидкости и газа, направленными вдоль оси прокладки трубопровода.The closest in technical essence and the set of essential features to the claimed technical solution is the method of trenchless laying of pipelines in the ground (according to RF patent No. 2075000, class F16L 1/06, published in BI No. 7, 1997), including erosion in the soil the channel and the introduction of the pipeline into it, while before the channel erosion on the pipeline route, wells are drilled to a depth not less than the depth of the pipeline with their intersection of the design axis of the pipeline, and channel erosion is carried out sectionally from the wells with jets of liquid gas directed along the axis of the pipe laying.

Недостатки этого способа:The disadvantages of this method:

- для осуществления размыва канала из скважин требуется прокладка к ним коммуникаций и работа механизмов на поверхности, что усложняет производство работ, а часто (при прокладке трубопроводов под дорогами) делает его невозможным;- to carry out channel erosion from wells, it is necessary to lay communications and work mechanisms on the surface, which complicates the work, and often (when laying pipelines under roads) makes it impossible;

- сложность наращивания трубопровода при непрерывной подаче воды;- the difficulty of building the pipeline with a continuous supply of water;

- трудность обеспечения заданного направления прокладки из-за неоднородности массива грунта;- the difficulty of providing a given direction of laying due to the heterogeneity of the soil mass;

- необходимость заполнения околотрубного пространства твердеющим раствором для избежания просадки грунта.- the need to fill the near-tube space with a hardening solution to avoid soil subsidence.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности прокладки трубопровода за счёт снижения энергозатрат и повышения точности и дальности прокладки и надежности за счёт упрощения способа прокладки трубопроводов в грунте.The technical task of the proposed solution is to increase the efficiency of laying the pipeline by reducing energy consumption and improving the accuracy and range of laying and reliability by simplifying the method of laying pipelines in the ground.

Для решения указанной задачи в способе бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте, включающем размыв в грунте канала струями жидкости, подаваемой через наконечник трубопровода при его прокладке в заданном направлении, согласно техническому решению жидкость подают периодически, причем перед подачей в неё добавляют раствор по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и по меньшей мере один газообразующий агент, образуя смесь, при этом газообразование производят непосредственно в порах грунта при его контакте с газообразующим агентом смеси.To solve this problem, in a method of trenchless laying of pipelines in the soil, including washing out the channel in the soil with jets of liquid supplied through the piping tip when laying in the specified direction, the liquid is supplied periodically according to the technical solution, and at least one surface solution is added to it -active substance (surfactant) and at least one gas-forming agent, forming a mixture, while gas is produced directly in the pores of the soil when it comes in contact with gas a forming agent of the mixture.

Подача жидкости струями через наконечник прокладываемого трубопровода периодически значительно сокращает энергозатраты, повышая эффективность способа. Наращивание трубопровода при периодической подаче жидкости упрощается, т.к. его можно производить между циклами подачи жидкости. Введение в подаваемую жидкость раствора по меньшей мере одного ПАВ и по меньшей мере одного газообразующего агента с образованием смеси и газообразованием непосредственно в порах и микротрещинах грунта перед наконечником трубопровода позволяет наиболее полно использовать избыточное давление газообразующего агента и, как следствие, повысить эффективность способа. Получение газообразного агента в грунте исключает подачу этого агента с поверхности, что затруднено, и это значительно упрощает реализацию предлагаемого способа, повышая его надёжность.The flow of liquid in jets through the tip of the pipeline being laid periodically significantly reduces energy consumption, increasing the efficiency of the method. The extension of the pipeline during periodic fluid supply is simplified, because it can be produced between fluid supply cycles. The introduction of a solution of at least one surfactant and at least one gas-forming agent into the supplied liquid, with the formation of a mixture and gas formation directly in the pores and microcracks of the soil in front of the piping tip, makes it possible to fully utilize the excess pressure of the gas-forming agent and, as a result, increase the efficiency of the method. Obtaining a gaseous agent in the soil excludes the supply of this agent from the surface, which is difficult, and this greatly simplifies the implementation of the proposed method, increasing its reliability.

Разупрочнение грунта, его микропористых включений (глин), а также твердых пористых включений (строительного мусора, битого кирпича и т.д.) позволяет значительно повысить дальность прокладки и обеспечить точность заданного направления прокладки трубопровода, минимизируя возможность его отклонения, существенно снизив энергозатраты на внедрение трубопровода в размываемый канал, избежать необходимости размыва канала из скважин, что очень трудоемко, сложно, а иногда невозможно и, как следствие, повысить эффективность способа при его значительном упрощении, т.е. повысить надежность.The softening of the soil, its microporous inclusions (clays), as well as solid porous inclusions (construction debris, broken brick, etc.) can significantly increase the laying distance and ensure the accuracy of the given direction of the pipeline laying, minimizing the possibility of deviation, significantly reducing the energy consumption for implementation pipeline into the washable channel, to avoid the need to wash the channel out of wells, which is very laborious, difficult, and sometimes impossible and, as a result, to increase the efficiency of the method when it means simple simplification, i.e. increase reliability.

Целесообразно расширять канал в грунте струями указанной смеси, направленными под углом к оси прокладываемого трубопровода. В этом случае эффективность способа повышается за счёт существенного увеличения диаметра размываемого канала относительно диаметра прокладываемого трубопровода, что позволяет значительно увеличить дальность прокладки трубопровода, поскольку разупрочнение грунта вокруг прокладываемого трубопровода серьезно снижает его сцепление с грунтом.It is advisable to expand the channel in the soil with jets of the specified mixture, directed at an angle to the axis of the laid pipeline. In this case, the efficiency of the method is increased due to a significant increase in the diameter of the eroded channel relative to the diameter of the laid pipeline, which can significantly increase the range of laying the pipeline, since softening the soil around the laid pipeline seriously reduces its adhesion to the ground.

Увеличение диаметра размываемого канала также позволяет корректировать направление прокладки путем возможности изменения расположения трубопровода в канале, что повышает точность и эффективность способа.The increase in the diameter of the eroded channel also allows you to adjust the direction of the gasket by the possibility of changing the location of the pipeline in the channel, which increases the accuracy and efficiency of the method.

Как показали проведенные в грунте экспериментальные исследования, оставшаяся в затрубной части канала пульпа разупрочненного грунта представляет собой твердеющий раствор, теряющий газ и превращающийся через 8÷12 часов в недеформируемый материал. Такой эффект позволяет уйти от необходимости заполнения околотрубного пространства недеформируемым материалом (бентонитом, глиняным раствором и т.д.), что значительно упрощает технологию прокладки, повышая её эффективность и надежность.As shown by experimental studies in the soil, the pulp of softened soil remaining in the annular part of the channel is a hardening solution that loses gas and turns into non-deformable material after 8-12 hours. This effect allows you to get away from the need to fill the near-tube space with an undeformable material (bentonite, clay mortar, etc.), which greatly simplifies the laying technology, increasing its efficiency and reliability.

Целесообразно при большой дальности прокладки вращать трубопровод в процессе прокладки вокруг его оси. Это снижает сцепление пульпы, образовавшейся в процессе разупрочнения грунта смесью ПАВ с газообразующим агентом, с боковой поверхностью трубопровода. Снижение бокового трения позволяет увеличить дальность прокладки трубопровода и, как следствие, повысить эффективность способа.It is advisable to rotate the pipeline during the laying process around its axis with a long range of laying. This reduces the adhesion of the pulp formed in the process of softening the soil with a mixture of surfactants with a gas-forming agent, with the side surface of the pipeline. Reduced lateral friction allows to increase the range of the pipeline and, as a result, to increase the efficiency of the method.

Сущность технического решения поясняется примером его реализации и чертежом, на котором показана схема реализации способа бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте.The essence of the technical solution is illustrated by an example of its implementation and a drawing, which shows a diagram of the implementation of the method of trenchless laying of pipelines in the ground.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

В массив грунта 1 через рабочий приямок 2 (или колодец) в заданном направлении вводят первую секцию прокладываемого трубопровода 3, имеющего наконечник 4. Из бака 5 под давлением в заданном направлении через наконечник 4 в забой размываемого канала 6 периодически подают струями 7 жидкость, например воду. Перед подачей в жидкость добавляют раствор по меньшей мере одного ПАВ и по меньшей мере один газообразующий агент (например, 5÷10% раствор перекиси водорода), образуя смесь. Газообразование производят непосредственно в порах грунта при его контакте с газообразующим агентом, поскольку грунт, как правило, содержит естественные катализаторы (окислы металлов), позволяющие производить разложение газообразующего агента (перекиси водорода) на газ (кислород) и воду. Проникая в трещины, поры и микропоры грунта размываемого канала 6, образовавшийся газ адсорбируется на поверхности пор и микротрещин. В результате взаимодействия на границе «газ - твердое тело» понижается величина свободной поверхностной энергии (так называемый эффект Ребиндера), что приводит к расширению микропор и их соединению между собой, т.е. к увеличению макропористости и проницаемости стенок разрабатываемого канала 6. Избыточное давление выделяющегося в порах газа способствует разрушению структуры грунта.The first section of the laid pipeline 3 having a tip 4 is introduced into the soil mass 1 through a working pit 2 (or a well) in a given direction from a tank 5 under pressure in a predetermined direction through a tip 4 into the bottom of the eroded channel 6, liquid, for example, water . Before applying to the liquid add a solution of at least one surfactant and at least one gas-forming agent (for example, 5 ÷ 10% hydrogen peroxide solution), forming a mixture. Gas formation is carried out directly in the pores of the soil when it is in contact with a gas-forming agent, since the soil, as a rule, contains natural catalysts (metal oxides), which allow the decomposition of a gas-forming agent (hydrogen peroxide) into gas (oxygen) and water. Penetrating into the cracks, pores and micropores of the soil of the eroded channel 6, the formed gas is adsorbed on the surface of the pores and microcracks. As a result of the interaction at the gas-solid boundary, the free surface energy decreases (the so-called Rebinder effect), which leads to the expansion of micropores and their interconnection, i.e. to increase the macroporosity and permeability of the walls of the developed channel 6. The excess pressure of the gas released in the pores contributes to the destruction of the soil structure.

Жидкие ПАВ, взаимодействуя с поверхностями крупных макропор и трещин, образованных после контакта газа с микропорами и порами грунта и его включений, значительно снижают свободную энергию на их поверхности, приводя к дальнейшему разупрочнению грунта в размываемом канале 6. Образуется вспененная газоводяная грунтовая пульпа, внедрение трубопровода 3 по которой с усилием F не требует высоких энергозатрат. Можно раширять размываемый канал 6 струями 7 указанной смеси, направленными под углом к оси прокладываемого трубопровода 3, уменьшая таким образом энергоемкость прокладки, повышая точность и возможную дальность прокладки трубопровода 3. Целесообразно при большой дальности прокладки вращать трубопровод вокруг его оси, что снижает боковое сцепление трубопровода 3 с газоводяной грунтовой пульпой, образовавшейся в процессе прокладки и, как следствие, повышает эффективность предлагаемого способа прокладки трубопроводов в грунте.Liquid surfactants, interacting with the surfaces of large macropores and cracks formed after gas contacts with micropores and pores of the soil and its inclusions, significantly reduce free energy on their surface, leading to further softening of the soil in the eroded channel 6. Foamed gas-water soil pulp is formed, the introduction of the pipeline 3 according to which with a force F does not require high energy consumption. It is possible to expand the washable channel 6 with jets 7 of the specified mixture, directed at an angle to the axis of the laid pipeline 3, thereby reducing the energy consumption of the gasket, increasing the accuracy and possible range of laying the pipeline 3. It is advisable to rotate the pipeline around its axis with a long range of laying, which reduces lateral adhesion of the pipeline 3 with gas-water soil pulp formed during the laying process and, as a result, increases the efficiency of the proposed method for laying pipelines in the ground.

Claims

1. The method of trenchless laying of pipelines in the soil, comprising washing the channel in the ground with jets of liquid supplied through the pipe tip when laying in the specified direction, characterized in that the liquid is supplied periodically, and at least one surface solution is delivered before it -active substance and at least one gas-forming agent, forming a mixture, while gas is produced directly in the pores of the soil when it is in contact with the gas-forming agent of the mixture.

2. The method according to claim 1, characterized in that the channel in the ground is expanded by jets of the specified mixture, directed at an angle to the axis of the laid pipeline.

3. The method according to claim 2, characterized in that the pipeline during rotation is rotated around its axis.