RU2818796C1 - Method of trenchless laying of pipelines - Google Patents
Method of trenchless laying of pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818796C1 RU2818796C1 RU2023131160A RU2023131160A RU2818796C1 RU 2818796 C1 RU2818796 C1 RU 2818796C1 RU 2023131160 A RU2023131160 A RU 2023131160A RU 2023131160 A RU2023131160 A RU 2023131160A RU 2818796 C1 RU2818796 C1 RU 2818796C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- section
- equipment
- case
- soils
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 129
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000011161 development Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 11
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 101150096674 C20L gene Proteins 0.000 description 3
- 102220543923 Protocadherin-10_F16L_mutation Human genes 0.000 description 3
- 101100445889 Vaccinia virus (strain Copenhagen) F16L gene Proteins 0.000 description 3
- 101100445891 Vaccinia virus (strain Western Reserve) VACWR055 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- -1 that is Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 101150054854 POU1F1 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для бестраншейной линейной прокладки нефтяных, газовых и иных трубопроводов под естественными и искусственными преградами, линейно-протяженными сооружениями (автотрассами, железными дорогами и т.п.), расположенными, в том числе, в монолитных скальных грунтах с одновременным формированием футляра, разработкой и обустройством предварительно пробуренной пилотной скважины.The invention relates to construction and can be used for trenchless linear laying of oil, gas and other pipelines under natural and artificial barriers, linearly extended structures (highways, railways, etc.), located, among other things, in monolithic rocky soils with simultaneous formation of the case, development and construction of a pre-drilled pilot well.
Уровень техникиState of the art
На пути прокладки трубопроводов встречается большое количество естественных и искусственных препятствий. Это обусловлено огромной территорией нашей страны, сложностью рельефа и суровостью климатических условий некоторых ее местностей, интенсивным развитием инфраструктуры, природоохранными и заповедными зонами. Для прокладки трубопроводов требуются соответствующие технические и конструктивные решения, обеспечивающие как надежную работу трубопровода, так и безопасную, беспрепятственную эксплуатацию пересекаемых объектов по их прямому назначению.There are a large number of natural and artificial obstacles along the pipeline route. This is due to the vast territory of our country, the complexity of the terrain and the severity of the climatic conditions of some of its areas, the intensive development of infrastructure, environmental and protected areas. Laying pipelines requires appropriate technical and design solutions that ensure both reliable operation of the pipeline and safe, unhindered operation of the crossed objects for their intended purpose.
В настоящее время известно и успешно применяются множество методов прокладки трубопроводов через искусственные и естественные препятствия. Среди бестраншейных методов известны такие: управляемый прокол, продавливание, горизонтально направленное бурение, микротоннелирование, комбинированный метод.Currently, many methods of laying pipelines through artificial and natural obstacles are known and successfully used. Among the trenchless methods, the following are known: controlled puncture, punching, horizontal directional drilling, microtunneling, and a combined method.
Способ прокола применяют для прокладки труб малых и средних диаметров (не более 400-500 мм) в глинистых и суглинистых (связных) грунтах. Недостатком механического прокола является невозможность использования в скальных и кремнистых грунтах и высокая вероятность отклонения от намеченного пути. Также есть ограничение диаметра и длины прокалываемых труб, так как при этом способе массив грунта прокалывают трубой, оснащенной наконечником, без удаления грунта из скважины, в результате чего для прокола требуются значительные усилия. Недостатком гидропрокола является необходимость источника воды и места для сброса пульпы. Недостатком является ограничение по профилю формируемого футляра и то, что для прокола труб требуется номенклатура оборудования соответствующая диаметру бестраншейной прокладки. Необходимость проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине.The puncture method is used for laying pipes of small and medium diameters (no more than 400-500 mm) in clayey and loamy (cohesive) soils. The disadvantage of mechanical puncture is the impossibility of use in rocky and siliceous soils and the high probability of deviation from the intended path. There is also a limitation on the diameter and length of the pipes to be pierced, since with this method the soil mass is pierced with a pipe equipped with a tip without removing the soil from the well, as a result of which considerable effort is required for puncture. The disadvantage of hydraulic piercing is the need for a water source and a place to dump the pulp. The disadvantage is the limitation on the profile of the casing being formed and the fact that piercing pipes requires a range of equipment corresponding to the diameter of the trenchless installation. The need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Бестраншейная прокладка труб методом продавливания отличается тем, что прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, который поступает в трубу в виде плотного керна (пробки), разрабатывают и удаляют из забоя. При продвижении трубы преодолевают усилия трения грунта по наружному ее контуру и врезания ножевой части в грунт. Способ не применяется в плывунных, скальных и кремнистых грунтах, а в твердых грунтах применяется только для труб максимального диаметра. Недостатком является ограничение по профилю формируемого футляра и то, что для продавливания требуется номенклатура оборудования соответствующая диаметру бестраншейной прокладки. Необходимость проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине.Trenchless pipe laying using the punching method is distinguished by the fact that the pipe to be laid with an open end equipped with a knife is pressed into the soil mass, and the soil, which enters the pipe in the form of a dense core (plug), is developed and removed from the face. As the pipe moves, it overcomes the forces of soil friction along its outer contour and the cutting of the blade part into the ground. The method is not used in quicksand, rocky and siliceous soils, and in hard soils it is used only for pipes of maximum diameter. The disadvantage is the limitation on the profile of the case being formed and the fact that punching requires a range of equipment corresponding to the diameter of the trenchless laying. The need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Горизонтально направленное бурение - метод основан на применении специальных буровых комплексов. Недостатком является то, что при наличии грунтовых вод и большого увлажнения грунта не применим из-за проблем связанных с водопоглощением и фильтрацией, а также требует утилизации большого объема отработанного бентонита. Метод характеризуется высоким риском использования в скальных и кремнистых грунтах без подготовки стартового и приемного котлованов, ввиду риска обрыва ствола буровой колонны на коротких и заглубленных участках прокладываемых труб, значительного усилия на забое и изгиба буровой колонны. Недостатком является ограничение по профилю формируемого футляра и то, что для бурения требуется номенклатура оборудования соответствующая диаметру бестраншейной прокладки. Необходимость проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине.Horizontal directional drilling - a method based on the use of special drilling complexes. The disadvantage is that in the presence of groundwater and high soil moisture it is not applicable due to problems associated with water absorption and filtration, and also requires the disposal of a large volume of spent bentonite. The method is characterized by a high risk of use in rocky and siliceous soils without preparing the starting and receiving pits, due to the risk of breakage of the drill string in short and deep sections of the pipes being laid, significant force at the bottom and bending of the drill string. The disadvantage is the limitation on the profile of the formed case and the fact that drilling requires a range of equipment corresponding to the diameter of the trenchless laying. The need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Метод микротоннелирования - автоматизированная проходка тоннеля диаметром от 200 до 3600 мм с продавливанием трубной конструкции обделки, которая выполняется без присутствия людей в выработке. Это бестраншейный способ прокладки трубопроводов и коммуникаций с помощью специальных домкратных станций, при котором труба «продавливается» сквозь грунт от одной станции до другой на расстояние до 50-5000 м. Недостатки: применяется при наличии большого затрубного пространства, в процессе работы используется дорогостоящее оборудование. Недостатком является ограничение по профилю формируемого футляра и то, что для микротоннелирования требуется номенклатура оборудования соответствующая диаметру бестраншейной прокладки. Необходимость проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине.The microtunneling method is automated tunneling with a diameter of 200 to 3600 mm with pushing through the pipe lining structure, which is carried out without the presence of people in the excavation. This is a trenchless method of laying pipelines and communications using special jacking stations, in which the pipe is “pushed” through the soil from one station to another at a distance of up to 50-5000 m. Disadvantages: it is used in the presence of a large annulus, and expensive equipment is used during the work. The disadvantage is the limitation on the profile of the formed case and the fact that microtunnelling requires a range of equipment corresponding to the diameter of the trenchless installation. The need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Известен способ бестраншейной прокладки футляров под автомобильными и железными дорогами при строительстве магистральных трубопроводов (патент РФ на изобретение №2362080, кл. МПК F16L 1/028, опубл. 20.07.2009), который включает следующие этапы: готовят приемный и рабочий котлован, укладывают на дно рабочего котлована направляющую раму, на последнюю укладывают трубу, диаметр которой в 10-30 раз меньше диаметра футляра трубопровода. Предварительно изготавливают направляющий канал малого диаметра путем продавливания шпура по оси заданного расположения футляра, помещают в него маломощное линейное взрывчатое вещество, подрывают его, затем в полученный направляющий канал малого диаметра вводят трубу с коническим наконечником в 2-31 раз меньше диаметра футляра. Прокол грунта ведут с привариванием отрезков труб до выхода наконечника в приемный котлован, извлекают трубу малого диаметра и в образовавшуюся скважину протягивают линейное ВВ. На дороге, над местом установки футляра, укладывают энергоотражающие или энергопоглощающие экраны или их комбинацию и подрывают удлиненный заряд ВВ, в образовавшийся канал вводят футляр. Невозможно использовать в скальных и кремнистых грунтах. Недостатком является ограничение по профилю формируемого футляра и то, что для проходки тоннеля требуется номенклатура оборудования соответствующая диаметру бестраншейной прокладки. Использование взрывчатых веществ. Необходимость проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине.There is a known method for trenchless laying of casings under roads and railways during the construction of main pipelines (RF patent for invention No. 2362080, class IPC F16L 1/028, published 07/20/2009), which includes the following steps: preparing a receiving and working pit, laying it on the bottom of the working pit is a guide frame; a pipe is laid on the latter, the diameter of which is 10-30 times less than the diameter of the pipeline casing. A small-diameter guide channel is first made by pressing a hole along the axis of the specified location of the case, a low-power linear explosive is placed in it, it is detonated, then a pipe with a conical tip 2-31 times smaller than the case diameter is inserted into the resulting small-diameter guide channel. The soil is punctured by welding pipe sections until the tip exits into the receiving pit, a small-diameter pipe is removed and a linear explosive is pulled into the resulting well. On the road, above the place where the case is installed, energy-reflecting or energy-absorbing screens or a combination thereof are laid and the elongated explosive charge is detonated, and the case is inserted into the resulting channel. Cannot be used in rocky and siliceous soils. The disadvantage is the limitation on the profile of the formed case and the fact that tunneling requires a range of equipment corresponding to the diameter of the trenchless installation. Use of explosives. The need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Известен способ бестраншейной прокладки футляров под автомобильными и железными дорогами при строительстве магистральных трубопроводов (патент РФ на изобретение №2639410, кл. МПК F16L 1/028, F16L 7/00, A61H 3/00, опубл. 21.12.2017), включающий следующие этапы: готовят рабочий и приемный котлованы. На дно рабочего котлована укладывают направляющую раму, размещают на ней трубу с коническим наконечником. Предварительно изготавливают направляющий канал малого диаметра, помещают в него линейное маломощное взрывчатое вещество, подрывают его, а затем в полученный направляющий канал большего диаметра размещают направляющую трубу длиной 2,0-2,5 м, ось которой совпадает с траекторией прокола, в которую предварительно вставляют трубу с коническим наконечником. Прокол канала проводят большими отрезками труб до прихвата трубы суглинистым грунтом, что не позволяет продолжить операцию прокола. В трубе, осуществляющей прокол, размещают по всей длине линейное маломощное взрывчатое вещество и производят сотрясательное взрывание. Прокол продолжают освобожденной от прихвата грунтом трубой до выхода конического наконечника в приемную траншею, после чего извлекают направляющую трубу и трубу с коническим наконечником из грунта. В образовавшийся канал протягивают расчетный заряд линейного взрывчатого вещества, подрывают его, а в образовавшийся канал устанавливают футляр. Способ характеризуется высоким риском использования в скальных и кремнистых грунтах, ввиду повреждения направляющей трубы и трубы с коническим наконечником, свойств грунта, значительного усилия на забое и изгиба труб. Недостатком является ограничение по профилю формируемого футляра и то, что для прокладки футляров требуется номенклатура оборудования соответствующая диаметру бестраншейной прокладки. Использование взрывчатых веществ. Необходимость проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине.There is a known method for trenchless laying of casings under roads and railways during the construction of main pipelines (RF patent for invention No. 2639410, class IPC F16L 1/028, F16L 7/00, A61H 3/00, published 12/21/2017), including the following steps : preparing the working and receiving pits. A guide frame is placed at the bottom of the working pit, and a pipe with a conical tip is placed on it. A guide channel of small diameter is pre-made, a linear low-power explosive is placed in it, it is detonated, and then a guide pipe 2.0-2.5 m long is placed in the resulting guide channel of a larger diameter, the axis of which coincides with the puncture trajectory into which the pipe with a conical tip. The channel is punctured using large sections of pipe until the pipe is stuck in loamy soil, which does not allow the puncture operation to continue. In the pipe performing the puncture, a linear low-power explosive is placed along its entire length and a shock explosion is performed. The puncture is continued with the pipe freed from being stuck by the soil until the conical tip exits into the receiving trench, after which the guide pipe and the pipe with the conical tip are removed from the soil. A calculated charge of linear explosive is pulled into the resulting channel, detonated, and a case is installed in the resulting channel. The method is characterized by a high risk of use in rocky and siliceous soils, due to damage to the guide pipe and pipe with a conical tip, soil properties, significant force at the bottom and pipe bending. The disadvantage is the limitation on the profile of the formed casing and the fact that laying the casings requires a range of equipment corresponding to the diameter of the trenchless laying. Use of explosives. The need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Недостатками известных способов являются ограничения и риски связанные с: типом грунта в месте проведения работ по бестраншейной прокладке труб; вероятностью отклонения от намеченного пути; диаметром прокалываемых труб; профилем формируемого футляра; использованием дорогостоящего оборудования; использованием взрывчатых веществ, что значительно повышает требования к безопасности работ; необходимостью проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине. The disadvantages of the known methods are the limitations and risks associated with: the type of soil at the site of trenchless pipe laying; the likelihood of deviation from the intended path; diameter of the pipes being pierced; profile of the formed case; using expensive equipment; the use of explosives, which significantly increases the requirements for work safety; the need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention
Техническим результатом изобретения является расширение возможностей и снижение рисков связанных с: типом грунта в месте проведения работ по бестраншейной прокладке труб; вероятностью отклонения от намеченного пути; диаметром прокалываемых труб; профилем формируемого футляра; использованием дорогостоящего оборудования; использованием взрывчатых веществ, что значительно повышает требования к безопасности работ; необходимостью проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и его длине. The technical result of the invention is to expand the capabilities and reduce the risks associated with: the type of soil at the site of trenchless pipe laying; the likelihood of deviation from the intended path; diameter of the pipes being pierced; profile of the formed case; using expensive equipment; the use of explosives, which significantly increases the requirements for work safety; the need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and its length.
Указанный технический результат достигается тем, что способ бестраншейной прокладки трубопроводов включает следующие этапы: подготовку стартового и приемного котлованов, монтаж в стартовый котлован оборудования для горизонтально направленного бурения; бурение пилотных скважин под углом 0 и 225 градусов относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении; демонтаж бурового оборудования из стартового котлована; монтаж оборудования для разработки грунта; далее работы производят в стартовом и приемном котлованах: запасовывают рабочий орган в пилотную скважину в 225 градусов относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении; разрабатывают грунт в нижнем участке кругового сектора от пилотной скважины в 225 градусов до 135 градусов относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении; проводят фиксацию участка образованного после выработки грунта; затем разрабатывают грунт в верхнем участке кругового сектора: запасовывают рабочий орган в пилотную скважину в 0 градусов с последующей разработкой грунта поочередно в два направления по часовой стрелке на 0-135 и 0-225 градусов против часовой стрелки относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении; затем производят демонтаж оборудования для разработки грунта из стартового и приемного котлованов; и далее проводят выемку грунта.The specified technical result is achieved by the fact that the method of trenchless pipeline laying includes the following stages: preparation of the starting and receiving pits, installation of equipment for horizontal directional drilling in the starting pit; drilling pilot wells at an angle of 0 and 225 degrees relative to the axis of the future case in its cross section; dismantling of drilling equipment from the starting pit; installation of equipment for soil development; further work is carried out in the starting and receiving pits: the working element is stored in a pilot well at 225 degrees relative to the axis of the future case in its cross section; soil is developed in the lower section of the circular sector from the pilot well at 225 degrees to 135 degrees relative to the axis of the future case in its cross section; carry out fixation of the area formed after excavation of the soil; then they develop the soil in the upper section of the circular sector: they store the working body in a pilot well at 0 degrees, followed by the development of the soil alternately in two directions clockwise at 0-135 and 0-225 degrees counterclockwise relative to the axis of the future case in its cross section; then the equipment for developing soil from the starting and receiving pits is dismantled; and then excavation is carried out.
В грунтах с повышенной несущей способностью выемка грунта может быть произведена из образованного тоннеля и далее осуществляют монтаж футляра. В грунтах со средней несущей способностью выемка грунта может быть произведена из футляра.In soils with increased bearing capacity, soil can be excavated from the formed tunnel and then the case is installed. In soils with average bearing capacity, soil excavation can be carried out from the case.
В качестве оборудования для разработки грунта может быть использована алмазно-канатная машина, позволяющая делать пропилы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости массива грунта.A diamond wire machine can be used as equipment for soil development, which allows making cuts in both the vertical and horizontal planes of the soil mass.
В грунтах с повышенной несущей способностью фиксация нижнего участка кругового сектора, образованного после выработки грунта, может быть осуществлена с помощью установки опорных пластин.In soils with increased bearing capacity, fixation of the lower section of the circular sector formed after excavation can be carried out by installing support plates.
В грунтах со средней несущей способностью для формирования будущего футляра, начиная с нижнего участка, круговые сектора, образованные после выработки грунта по участкам, могут быть армированы, фиксированы и заполнены бетоном.In soils with average bearing capacity, for the formation of a future case, starting from the lower section, circular sectors formed after excavation of the soil in sections can be reinforced, fixed and filled with concrete.
Для грунтов с повышенной несущей способностью выемку грунта из образованного тоннеля могут производить следующим образом: при помощи анкерного соединения монтируемого по оси вынимаемого грунта и устройства, обеспечивающего тяговое усилие, на монтируемые в стартовый котлован роликовые опоры; в пилотную скважину в 0 градусов относительно оси образованного тоннеля монтируют перфорированную трубу на длину пилотной скважины и нагнетают антифрикционное вещество, при этом в месте монтажа опорных пластин предусматривают ёмкость для сбора антифрикционного вещества; производят частичную выемку грунта на роликовые опоры и осуществляют разработку извлеченного грунта при помощи оборудования для разработки грунта с последующим удалением разработанной части из стартового котлована, операцию повторяют до полного удаления вынимаемого грунта. В качестве антифрикционного вещества может быть использована вода или гель.For soils with increased bearing capacity, soil excavation from the formed tunnel can be carried out as follows: using an anchor connection of the excavated soil mounted along the axis and a device that provides traction force on roller supports mounted in the starting pit; a perforated pipe is installed into the pilot well at 0 degrees relative to the axis of the formed tunnel along the length of the pilot well and an anti-friction substance is injected, while a container is provided at the location where the support plates are mounted to collect the anti-friction substance; Partial excavation of soil is carried out on roller supports and the excavated soil is developed using soil development equipment, followed by removal of the developed part from the starting pit, the operation is repeated until the excavated soil is completely removed. Water or gel can be used as an antifriction substance.
Для грунтов со средней несущей способностью выемка грунта из футляра может быть осуществлена вымыванием, продавливанием, механизированным способом.For soils with average bearing capacity, excavation of soil from the case can be carried out by washing, pushing, or mechanized methods.
Для грунтов со средней несущей способностью выемка грунта из футляра может быть осуществлена с помощью вспомогательного устройства, монтируемого на рабочий орган. В качестве вспомогательного устройства могут быть использованы ковши, скребки, зубцы, грунтозацепы.For soils with average bearing capacity, soil excavation from the case can be carried out using an auxiliary device mounted on the working element. Buckets, scrapers, teeth, and lugs can be used as auxiliary devices.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 представлена схема общего вида расположения рабочего оборудования для реализации способа бестраншейной прокладки трубопроводов: а) вид спереди, б) вид в плане сверху.In fig. Figure 1 shows a general view of the arrangement of working equipment for implementing the method of trenchless pipeline laying: a) front view, b) top plan view.
На фиг. 2 представлена схема поперечного сечения будущего футляра: а) вид спереди, б) вид сверху, в) вид сбоку, г) вид YZX.In fig. Figure 2 shows a cross-sectional diagram of the future case: a) front view, b) top view, c) side view, d) YZX view.
На фиг. 3 представлено изображение общего вида варианта оборудования для разработки грунта - алмазно-канатной машины. In fig. Figure 3 shows a general view of a variant of equipment for soil development - a diamond wire machine.
На фиг. 4 представлена схема разработки грунта в нижнем участке кругового сектора: а) вид спереди, б) вид сверху, в) вид сбоку, г) вид YZX.In fig. Figure 4 shows a diagram of soil development in the lower section of the circular sector: a) front view, b) top view, c) side view, d) YZX view.
На фиг. 5 представлена схема разработки грунта в верхнем участке кругового сектора: а) вид спереди, б) вид сверху, в) вид сбоку, г) вид YZX.In fig. Figure 5 shows a diagram of soil development in the upper section of the circular sector: a) front view, b) top view, c) side view, d) YZX view.
На фиг. 6 представлена схема монтажа анкерного соединения и перфорированной трубы.In fig. Figure 6 shows a diagram of the installation of an anchor connection and a perforated pipe.
На фиг.7 представлена схема формирования футляра.Figure 7 shows a diagram of the formation of the case.
На фиг. 8 представлена схема выемки грунта из футляра.In fig. Figure 8 shows a diagram of soil excavation from the case.
На фиг. 9 представлены возможные формы сечения футляров: а - полукруговой; б - квадратный; в - эллипсовидный; г - круговой.In fig. 9 shows the possible cross-sectional shapes of the cases: a - semicircular; b - square; c - ellipsoid; g - circular.
На фиг. 10 представлена фотография действующей модели рабочего оборудования для реализации бестраншейного способа прокладки трубопроводов.In fig. Figure 10 shows a photograph of a working model of working equipment for implementing the trenchless method of laying pipelines.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - стартовый котлован; 2 - привод рабочего органа в стартовом котловане; 3 - грунт; 4 - железнодорожное полотно; 5 - основание железнодорожного полотна; 6 - рабочий орган; 7 - привод рабочего органа в приемном котловане 8; 9 - опорная пластина; 10 - пилотная скважина; 11 - перфорированная труба; 12 - анкер; 13 - круговой сектор; 14 - фиксатор; 15 - вспомогательное устройство для выемки грунта (устанавливается на рабочий орган 6); 16 - рама, 17 - электродвигатель, 18 - редуктор, 19 - кулиса, 20 - привод рабочего органа действующей модели оборудования для реализации способа.The following designations are used in the figures: 1 - starting pit; 2 - drive of the working body in the starting pit; 3 - soil; 4 - railway track; 5 - base of the railway track; 6 - working body; 7 - drive of the working body in the receiving pit 8; 9 - support plate; 10 - pilot well; 11 - perforated pipe; 12 - anchor; 13 - circular sector; 14 - clamp; 15 - auxiliary device for excavation (installed on working body 6); 16 - frame, 17 - electric motor, 18 - gearbox, 19 - rocker, 20 - drive of the working element of the current model of equipment for implementing the method.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Предлагаемый способ бестраншейной линейной прокладки нефтяных, газовых и иных трубопроводов под естественными и искусственными преградами осуществляется следующим образом. Общий вид расположения рабочего оборудования для реализации способа прокладки трубопроводов показан на фиг. 1.The proposed method for trenchless linear laying of oil, gas and other pipelines under natural and artificial barriers is carried out as follows. A general view of the arrangement of working equipment for implementing the method of laying pipelines is shown in Fig. 1.
Согласно способу для бестраншейной прокладки нефтяного или газового трубопровода, на первом этапе выполняют подготовку стартового 1 и приемного 8 котлованов, монтаж в стартовый 1 котлован оборудования для горизонтально направленного бурения; бурение параллельных пилотных скважин под углом 0 и 225 градусов относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении, в соответствии с фиг. 2; демонтаж бурового оборудования из стартового 1 котлована; монтаж оборудования для разработки грунта. Под разработкой грунта в данном случае понимается процесс воздействия на грунт (резка, пиление и т.п.) с целью его извлечения и/или удаления.According to the method for trenchless laying of an oil or gas pipeline, at the first stage, preparation of the starting 1 and receiving 8 pits is carried out, installation of equipment for horizontal directional drilling in the starting 1 pit; drilling parallel pilot holes at an angle of 0 and 225 degrees relative to the axis of the future case in its cross section, in accordance with Fig. 2; dismantling of drilling equipment from the starting pit 1; installation of equipment for soil development. In this case, soil development refers to the process of influencing soil (cutting, sawing, etc.) for the purpose of its extraction and/or removal.
Далее работы производят в стартовом 1 и приемном 8 котлованах: запасовывают рабочий орган 6 в пилотную скважину в 225 градусов относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении. В качестве рабочего органа 6 может быть использован алмазно-канатный трос, также он может быть выполнен гибким и укомплектован грунтозацепами - ковшами, скребками и т.д.Further work is carried out in the starting 1 and receiving 8 pits: the working element 6 is stored in a pilot well at 225 degrees relative to the axis of the future case in its cross section. A diamond wire rope can be used as a working body 6; it can also be made flexible and equipped with lugs - buckets, scrapers, etc.
Затем разрабатывают грунт в нижнем участке кругового сектора от пилотной скважины в 225 градусов до 135 градусов относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении; проводят фиксацию участка образованного после выработки грунта (фиг. 4); затем разрабатывают грунт в верхнем участке кругового сектора: запасовывают рабочий орган 6 в пилотную скважину в 0 градусов с последующей разработкой грунта поочередно в два направления по часовой стрелке на 0-135 и 0-225 градусов против часовой стрелки относительно оси будущего футляра в его поперечном сечении (фиг. 5); затем производят демонтаж оборудования для разработки грунта из стартового 1 и приемного 8 котлованов; и далее проводят выемку грунта.Then the soil is developed in the lower section of the circular sector from the pilot well at 225 degrees to 135 degrees relative to the axis of the future case in its cross section; carry out fixation of the area formed after excavation of the soil (Fig. 4); then the soil is developed in the upper section of the circular sector: the working body 6 is stored in a pilot well at 0 degrees, followed by the development of the soil alternately in two directions clockwise at 0-135 and 0-225 degrees counterclockwise relative to the axis of the future case in its cross section (Fig. 5); then the equipment for developing soil from the starting 1 and receiving 8 pits is dismantled; and then excavation is carried out.
В грунтах с повышенной несущей способностью, выемку грунта производят из образованного тоннеля и далее осуществляют монтаж футляра. Под грунтами с повышенной несущей способностью в данном случае понимаются скальные и полускальные грунты, то есть грунты с жесткими структурными связями.In soils with increased bearing capacity, soil is excavated from the formed tunnel and then the casing is installed. In this case, soils with increased bearing capacity mean rocky and semi-rocky soils, that is, soils with rigid structural connections.
В грунтах со средней несущей способностью выемку грунта производят из футляра. Под грунтами со средней несущей способностью - понимаются дисперсные грунты, то есть грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями.In soils with average bearing capacity, soil excavation is carried out from the case. By soils with average bearing capacity we mean dispersed soils, that is, soils with water-colloidal and mechanical structural bonds.
В качестве оборудования для разработки грунта может быть использована алмазно-канатная машина (фиг. 3), которая предназначена, например, для добычи блоков натурального камня в открытых карьерах, отделения первичного монолита и пассировки добытых блоков. Поворот каретки такой машины на 360° позволяет делать пропилы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости массива. В заявленном способе использован принцип её работы и в случае со скальными грунтами её рабочий орган, а в случае с грунтами менее плотными - гибкий рабочий орган, оснащенный ковшами, скребками, зубцами, грунтозацепами и т.д. Такое оборудование имеет возможность формировать тоннели различных профилей и диаметров, в том числе и круговые, посредством перемещения привода рабочего органа по направляющей. Также в качестве оборудования для разработки грунта может быть использовано другое оборудование, работающее по схожему принципу.A diamond-wire machine (Fig. 3), which is intended, for example, for extracting blocks of natural stone in open quarries, separating the primary monolith and passivating the extracted blocks, can be used as equipment for soil development. Rotating the carriage of such a machine by 360° allows you to make cuts in both the vertical and horizontal planes of the array. The claimed method uses the principle of its operation and, in the case of rocky soils, its working body, and in the case of less dense soils, a flexible working body equipped with buckets, scrapers, teeth, lugs, etc. Such equipment has the ability to form tunnels of various profiles and diameters, including circular ones, by moving the drive of the working element along a guide. Also, other equipment operating on a similar principle can be used as equipment for soil development.
В грунтах с повышенной несущей способностью фиксацию нижнего участка кругового сектора, образованного после выработки грунта, могут осуществлять с помощью установки опорных пластин 9.In soils with increased bearing capacity, the lower section of the circular sector formed after excavation can be fixed by installing support plates 9.
В грунтах со средней несущей способностью для формирования будущего футляра, начиная с нижнего участка, круговые сектора, образованные после выработки грунта по участкам (фиг. 7), армируют, фиксируют и заполняют бетоном.In soils with average bearing capacity, to form the future case, starting from the lower section, the circular sectors formed after excavation of the soil in sections (Fig. 7) are reinforced, fixed and filled with concrete.
Для грунтов с повышенной несущей способностью выемку грунта из образованного тоннеля производят следующим образом: при помощи анкерного соединения, монтируемого по оси вынимаемого грунта, и устройства, обеспечивающего тяговое усилие, на монтируемые в стартовый котлован роликовые опоры. В качестве устройства, обеспечивающего тяговое усилие, может быть использована лебёдка и т.д. В пилотную скважину в 0 градусов относительно оси образованного тоннеля (фиг. 6) монтируют перфорированную трубу 11 на длину пилотной скважины и нагнетают антифрикционное вещество, при этом в месте монтажа опорных пластин 9 предусматривают ёмкость для сбора антифрикционного вещества. Производят частичную выемку грунта на роликовые опоры и осуществляют разработку извлеченного грунта при помощи оборудования для разработки грунта с последующим удалением разработанной части из стартового 1 котлована, операцию повторяют до полного удаления вынимаемого грунта.For soils with increased bearing capacity, soil excavation from the formed tunnel is carried out as follows: using an anchor connection mounted along the axis of the soil being removed and a device that provides traction force on roller supports mounted in the starting pit. A winch, etc. can be used as a device providing traction force. A perforated pipe 11 is installed into the pilot well at 0 degrees relative to the axis of the formed tunnel (Fig. 6) along the length of the pilot well and an antifriction substance is injected, while a container is provided at the location where the support plates 9 are mounted to collect the antifriction substance. A partial excavation of soil is carried out on roller supports and the excavated soil is developed using soil excavation equipment, followed by the removal of the developed part from the starting 1 pit, the operation is repeated until the excavated soil is completely removed.
В качестве антифрикционного вещества может быть использована вода или гель.Water or gel can be used as an antifriction substance.
Для грунтов со средней несущей способностью выемка грунта из футляра может быть осуществлена вымыванием, продавливанием, механизированным способом.For soils with average bearing capacity, excavation of soil from the case can be carried out by washing, pushing, or mechanized methods.
Для грунтов со средней несущей способностью выемка грунта из футляра может быть осуществлена с помощью вспомогательного устройства 15, монтируемого на рабочий орган 6 (фиг. 8). В качестве вспомогательного устройства в этом случае могут быть использованы ковши, скребки, зубцы, грунтозацепы.For soils with average bearing capacity, soil excavation from the case can be carried out using an auxiliary device 15 mounted on the working body 6 (Fig. 8). In this case, buckets, scrapers, teeth, and lugs can be used as an auxiliary device.
Предлагаемый способ позволяет формировать практически любые требуемые диаметр и форму туннеля при задании соответствующего алгоритма работы приводных механизмов (фиг. 9а-9г). Применение способа позволяет выполнять широкий спектр задач: пропиливание грунта различных профилей; выполнение наклонных тоннелей; разработку грунта повышенной плотности; удаление грунта из места разработки; формирование конфузорных и диффузорных тоннелей и т.д. The proposed method allows you to form almost any required diameter and shape of the tunnel by specifying the appropriate algorithm for the operation of the drive mechanisms (Fig. 9a-9d). The use of the method allows you to perform a wide range of tasks: sawing through soil of various profiles; construction of inclined tunnels; development of high-density soil; removal of soil from the development site; formation of confuser and diffuser tunnels, etc.
Протяженность разрабатываемого участка для прокладки трубопроводов имеет ограничения по расстоянию, обусловленные возможностями рабочего органа, используемого оборудования, а также несущей способностью грунта. The length of the developed section for laying pipelines has distance restrictions determined by the capabilities of the working body, the equipment used, as well as the bearing capacity of the soil.
Пример реализацииImplementation example
Для изучения процессов, протекающих при реализации предлагаемого способа бестраншейной прокладки нефтяного или газового трубопровода, был создан стенд, позволяющий моделировать рабочие условия. Стенд представляет собой масштабную действующую модель рабочего оборудования для реализации бестраншейного способа прокладки трубопроводов (фиг. 10), включающий симметричную систему приводов, устанавливаемых в стартовом и приемном котловане (рабочем колодце) и включает в себя раму 16, на которой установлен приводной механизм поворота, состоящий из электродвигателя 17 и понижающей передачи -редуктора 18. Выходной вал редуктора 18 приводного механизма приводит во вращение кулису 19, на которой находится привод 20 рабочего органа 6. Привод 20 рабочего органа 6 имеет возможность перемещения вдоль кулисы. Поступательным движением осуществляется пиление по траектории, задаваемой вращающейся кулисой. Существует возможность синхронизировать работу приводных механизмов, тем самым обеспечить заданный алгоритм их работы.To study the processes occurring during the implementation of the proposed method of trenchless laying of an oil or gas pipeline, a stand was created that allows simulating operating conditions. The stand is a large-scale operating model of working equipment for implementing a trenchless method of laying pipelines (Fig. 10), including a symmetrical drive system installed in the starting and receiving pit (working well) and includes a frame 16 on which a rotation drive mechanism is installed, consisting from the electric motor 17 and the reduction gear 18. The output shaft of the gearbox 18 of the drive mechanism rotates the slide 19, on which the drive 20 of the working element 6 is located. The drive 20 of the working element 6 has the ability to move along the stage. The forward motion is used to saw along the trajectory specified by the rotating slide. It is possible to synchronize the operation of drive mechanisms, thereby ensuring a given algorithm of their operation.
Преимуществами данной конструктивной схемы являются: возможность применения различных типов приводных механизмов (электропривод, гидропривод, пневмопривод, комбинированный привод и т.д.); простота конструкции; высокий уровень экологичности выполнения работ; возможность эксплуатации оборудования в различных климатических условиях; унификация используемых деталей и узлов; широкий диапазон регулирования параметров работы; низкая себестоимость производства и т.д.The advantages of this design scheme are: the possibility of using various types of drive mechanisms (electric drive, hydraulic drive, pneumatic drive, combined drive, etc.); simplicity of design; high level of environmental friendliness of work; the ability to operate equipment in various climatic conditions; unification of used parts and assemblies; wide range of adjustment of operating parameters; low production costs, etc.
Масштабная действующая модель рабочего оборудования для реализации бестраншейного способа прокладки трубопроводов (рис. 10) является опытно-конструкторской разработкой и используется для проведения сравнительных испытаний имитаторов исполнительных органов машин, реализующих технологии бестраншейных переходов, а также приводных механизмов.A large-scale operating model of working equipment for implementing the trenchless method of laying pipelines (Fig. 10) is an experimental design development and is used to conduct comparative tests of simulators of the executive bodies of machines implementing trenchless transition technologies, as well as drive mechanisms.
Таким образом, предлагаемый способ бестраншейной прокладки трубопроводов обеспечивает: расширение возможностей бестраншейной прокладки труб, в том числе, для скальных и кремнистых грунтов; повышение точности прокладываемого пути; возможность разработки грунта с последующим его извлечением и формированием тоннеля под монтаж футляра или формирование футляра различных диаметров и профилей с использованием одного принципа работы оборудования с широким диапазоном регулирования; возможность применения оборудования простотой конструкции с высоким уровнем экологичности выполнения работ; возможность эксплуатации оборудования в различных климатических условиях с унификацией используемых деталей и узлов, широким диапазон регулирования параметров работы, низкой себестоимость производства работ с повышением безопасности и снижением трудоемкости выполняемых работ, отсутствием необходимости проведения работ по всей площади участка в его поперечном сечении и длине при выполнении работ в грунтах с повышенной несущей способностью. Thus, the proposed method for trenchless pipeline laying provides: expansion of the capabilities of trenchless pipe laying, including for rocky and siliceous soils; increasing the accuracy of the laid path; the possibility of developing soil with its subsequent extraction and formation of a tunnel for installation of a casing or the formation of a casing of various diameters and profiles using one operating principle of equipment with a wide range of regulation; the possibility of using equipment with a simple design and a high level of environmental friendliness of work; the ability to operate equipment in various climatic conditions with the unification of the parts and assemblies used, a wide range of adjustment of operating parameters, low cost of work with increased safety and reduced labor intensity of the work performed, no need to carry out work over the entire area of the site in its cross section and length when performing work in soils with increased bearing capacity.
Сопоставительный анализ заявленного способа показал, что совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники и, значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».A comparative analysis of the claimed method showed that the totality of its essential features is unknown from the prior art and, therefore, meets the “Novelty” patentability condition.
В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного способа и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».In the prior art, no features were identified that coincided with the distinctive features of the claimed method and affected the achievement of the declared technical result, therefore the claimed invention complies with the patentability condition “Inventive step”.
Приведённые сведения подтверждают возможность применения заявленного способа для бестраншейной прокладки трубопроводов, который может быть использован для линейной прокладки нефтяных, газовых и иных трубопроводов под естественными и искусственными преградами, линейно-протяженными сооружениями, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».The information provided confirms the possibility of using the claimed method for trenchless laying of pipelines, which can be used for linear laying of oil, gas and other pipelines under natural and artificial barriers, linearly extended structures, and therefore meets the patentability condition “Industrial applicability”.
Claims (11)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2818796C1 true RU2818796C1 (en) | 2024-05-06 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0420700A (en) * | 1990-05-15 | 1992-01-24 | Toda Constr Co Ltd | Cutting method of ground |
JPH04198583A (en) * | 1990-11-29 | 1992-07-17 | Ohbayashi Corp | Tunnel connection method |
RU2521256C1 (en) * | 2013-03-18 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП СК МОСТ" | Method of tunnelling |
US9144921B2 (en) * | 2013-12-12 | 2015-09-29 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Method for wire saw excavation |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0420700A (en) * | 1990-05-15 | 1992-01-24 | Toda Constr Co Ltd | Cutting method of ground |
JPH04198583A (en) * | 1990-11-29 | 1992-07-17 | Ohbayashi Corp | Tunnel connection method |
RU2521256C1 (en) * | 2013-03-18 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП СК МОСТ" | Method of tunnelling |
US9144921B2 (en) * | 2013-12-12 | 2015-09-29 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Method for wire saw excavation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102392650B (en) | Non-explosive tunnel excavation construction method | |
WO2014038983A2 (en) | Method for developing oil and gas fields using high-power laser radiation for more complete oil and gas extraction | |
CN101358452A (en) | Construction method and construction equipment of total rotary rapid cutting barrier clearance and pile extracting | |
CN107702937A (en) | Simulate the experimental rig and test method of deep circular tunnel mechanical equivalent of light excavation off-load | |
CN110295880A (en) | A kind of optimization of various dimensions hydraulic fracturing roof stops the method for adopting line | |
US4950034A (en) | Shaft excavation method | |
CN104989272A (en) | Upward inverse well drilling process | |
CN112459784A (en) | Sinking type vertical shaft tunneling machine and well completion method thereof | |
CN204552609U (en) | Boring piling all-in-one | |
CN216922116U (en) | Shaft tunneling cutter head and shaft tunneling equipment | |
RU2818796C1 (en) | Method of trenchless laying of pipelines | |
CN103195357A (en) | Full-casing type special drilling machine | |
CN111075456A (en) | Full-section construction structure and construction method for large-section weak stratum tunnel | |
RU2422610C1 (en) | Starting drilling site for directed drilling and preparation of rocks, mineral product for removal | |
CN217380393U (en) | Novel portable rotary digging equipment for construction of power transmission line tower foundation pile hole | |
CN105927237A (en) | Chain tool device for undermining-method metro station assembling construction | |
CN113446007A (en) | Propulsion system for open caisson excavation and open caisson excavation method | |
CN114294018A (en) | Method for rapid passing of advanced dense top protection layer grouting in loose slip region | |
CN201071509Y (en) | Full-slewing fast-cutting barrier clearing and pile pulling device | |
CN112901175A (en) | Method for constructing underground laboratory spiral downward slope by applying TBM | |
CN105863663B (en) | A kind of plane soil device for tunnel excavation machine | |
CN216465447U (en) | Railway tunnel center ditch cutting construction device | |
RU2301339C1 (en) | Tunnel driving method | |
RU2339767C2 (en) | Method of tunnel piercing under railway embankment | |
CN218211021U (en) | Blast hole compaction nursing device |