SU1661300A1 - Способ бестраншейной прокладки трубопровода и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к строительству и м.б. использовано при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций способом продавливани . Цель - повышение производительности за счет сохранени  затрат времени на вспомогательные операции по отделению грунтового керна от массива при одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода (ТП). Дл  осуществлени  бестраншейной прокладки ТП в головной части прокладываемого ТП размещают грунтонос и фиксируют его. Затем осуществл ют совместную подачу ТП и грунтоноса в грунт на длину, превышающую длину грунтоноса путем приложени  к ТП осевой нагрузки дл  создани  напр женного состо ни  в массиве. Длину подачи ТП и грунтоноса определ ют по заданной формуле. После заполнени  грунтоноса грунтом его расфиксируют относительно головной части прокладываемого ТП и извлекают из ТП дл  дальнейшей разгрузки. Устр-во дл  осуществлени  способа включает раму с силовым механизмом дл  погружени  ТП в грунт, головную часть в виде оголовка 4, продавливаемых труб и грунтоноса, на днище которого расположен механизм фиксации грунтоноса. Каждый силовой привод механизма фиксации грунтоноса выполнен в виде двух соосно расположенных гидроцилиндров (ГЦ) 10, 11 различного диаметра. Корпуса ГЦ 10, 11 закреплены на днище грунтоноса, а их поршни соединены между собой общим штоком 12. Штоковые полости 18 ГЦ 10 гидравлически соединены между собой ТП 19, который соединен с входом клапана (К) 17 и выходом К 16. Штоковые полости 20 ГЦ 11 гидравлически сообщены ТП 21, соединенным с входом К 16, выходом К 17 и с поршневой полостью 22 ГЦ 14. Запорные элементы 8 закреплены на торце поршн  ГЦ 11. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

Description

11 различного диаметра. Корпуса ГЦ 10 и 11 закреплены на днище грунтоноса, а их поршни соединены между собой общим штоком 12. Штоковые полости 18 ГЦ 10 гидравлически соединены между собой ТП 19, который соединен с входом клапана (К) 17 и выходом

К 16. Штоковые полости 20 ГЦ 11 гидравлически сообщены ТП 21. соединенным с входом К 16, выходом К 17 и с поршневой полостью 22 ГЦ 14. Запорные элементы 8 закреплены на торце поршн  ГЦ 11. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относитс  к строительству и может быть использовано при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций способом продавливани .

Цель изобретени  - повышение производительности за счет сокращени  затрат времени на вспомогательные операции по отделению грунтового керна от массива при одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода.

На фиг. 1 представлено устройство дл  бестраншейной прокладки трубопровода, реализующее способ, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - гидравлическа  схема устройства.

Согласно способу бестраншейной прокладки трубопровода грунтонос с помощью механизма дл  его перемещени  в трубопроводе размещают в головной части прокладываемого трубопровода и фиксируют его в последней.

Гидродомкратной установкой труба диаметра D вместе с закрепленным внутри грунтоносом длиной И внедр етс  в грунт осевой нагрузкой Р за врем  t на длину заходки 1з. Осева  нагрузка Р расходуетс  на преодоление трени  по внутренним и наружным стенкам трубопровода и грунтоноса и лобового сопротивлени . При этом выполн етс  работа величиной А. Грунт продвигаетс  в грунтонос до достижени  им задней стенки или на рассто ние нормального заполнени  з 1ц и ведет себ  как окружающий массив, а после достижени  стенки или преодолени  указанного рассто ни  останавливаетс  и начинает уплотн тьс . При дальнейшей подаче грунтоноса на рассто ние Д в него поступает дополнительный объем грунта Д V OJ85D ДI, вследствие чего в керне происход т структурные изменени : перестроение и сближение множества частиц . Работа на изменение структурного состо ни  равн етс 

ДА- ДР-Д1.

где Д Р - (Рмакс-Р) - избыточное усилие, развиваемое гид родом кратной установкой

дл  осуществлени  структурных изменений в грунте;

Рмакс - максимальное усилие задавли- вани  трубопровода и грунтоноса;

Д| - дополнительное перемещение трубы с грунтоносом.

Исследованием вли ни  различных природных факторов на состо ние массива горных пород установлено, что основным

источником накоплени  потенциальной энергии в горном массиве  вл етс  энерги  упругого деформировани  пород в услови х , исключающих их деформирование. В глинистых грунтах после приложени  внешней нагрузки и при последующей разгрузке также наблюдаетс  накопление потенциальной энергии, обусловленное наличием остаточных деформаций, что подтверждаетс  несовпадением ветви разгрузки (декомпрессионна  крива ) с ветвью нагрузки.

Накопленна  потенциальна  энерги  грунтового массива при изменении напр женно-деформированного состо ни  его призабойной зоны частично переходит в работу разрушени  массива Д А К Д А и частично рассеиваетс  в нем ДА (1 -К) ДА, где К- эмпирический коэффициент, завис щий от упругих свойств грунта. Именно та часть работы, котора  потрачена на накопление энергии, св занной с упругими деформаци ми ДА Д U , в дальнейшем реализуетс  на отрыв керна. Упругие деформации внутри керна вызывают объемное напр женное состо ние с распределением

реактивной нагрузки (бокового распора) на все поверхности грунтоноса и участок массива .

При ликвидации сопротивлени  (раз- грузке) с одной стороны напр женного состо ни , например со стороны задней стенки грунтоноса, по вл етс  возможность реактивного движени .керна в указанном направлении. Чтобы отделить его от массива необходимо приложить силу F, котора  позволила бы на площади ее действи  получить раст гивающие напр жени  Ор, превышающие предел прочности грунта на разрыв 0р Ор.

Так как , то при одной и той же силе F на участках керна с меньшей площадью S напр жение выше, поэтому отрыв и происходит в указанном месте, например в зоне грунтоноса, окантованной изнутри прутком.

Величина раст гивающих напр жений обратно пропорциональна скорости разгружающего воздействи  V и времени реализации tp накопленной потенциальной энергии ЛU 7поскольку F AIT / Vtp.

Зна  дл  каждого типа грунта сгр и V, необходимое врем  реализации tp накопленной потенциальной энергии, диаметр трубопровода D, силовые параметры домк- ратной установки Д Р, устанавливают минимальное дополнительное, перемещение Л I, которое достаточно дл  получени  избыточного объема грунта Д V в грунтоносе, привод щего к необходимой величине накоплени  потенциальной энергии. При этом величина Д I определ етс  по формуле д gp SIV tp А К-ДР

Таким образом, при разгрузке объем- носжатого по одному направлению массива деформации упругого восстановлени  превышают силы сцеплени  между частицами, вследствие чего в массиве возникают раст гивающие микронапр жени , которые привод т к зарождению и последующему росту трещин, преимущественно расположенных параллельно плоскости обнажени , Отдельные микротрещины, прораста , соедин ютс  в одну магистральную трещину, выход которой на поверхность сопровождаетс  отделением керна от массива.

Таким образом, совместную подачу трубопровода и грунтоноса целесообразно осуществл ть на длину, определ емую из выражени :

з 1г +

4 К (РМакс Р)

где 1г - длина грунтоноса, м;

D - диаметр прокладываемого трубопровода , м;

7р - предел прочности грунта на разрыв , кг/м2;

V - скорость разгружающего воздействи , м/с;

tp - врем  расфиксации грунтоноса относительно трубопровода, с;

К-эмпирический коэффициент, завис щий от упругих свойств грунта;

Рмакс - максимальное значение осевой нагрузки, прикладываемой к трубопроводу, кгс;

Р - усилие сопротивлени  перемещению трубопровода и грунтоноса в грунте, кгс.

После заполнени  грунтоноса грунтом

его расфиксируют относительно головной части прокладываемого трубопровода и извлекают из трубопровода с помощью механизма дл  его перемещени  дл  дальнейшей разгрузки в рабочем котловане .

Устройство дл  бестраншейной прокладки трубопроводов, с помощью которого реализуетс  предлагаемый способ, состоит из рамы 1 с силовым механизмом 2 дл 

погружени  трубопровода в грунт, устанавливаемых в рабочем котловане 3, головную часть в виде оголовка 4, продавливаемых труб 5 и грунтоноса 6, на днище 7 которого расположен механизм 6 фиксации грунтоноса .

Механизм 6 фиксации грунтоноса расположен на его днище 7 и содержит два диаметрально размещенных силовых привода дл  перемещени  запорных элементов

8, которые установлены с возможностью взаимодействи  с закрепленными на оголовке 4 упорами 9. Каждый силовой привод механизма фиксации грунтоноса выполнен в виде двух сеосно расположенных гидроцнлиндров 10 и 11 различного диаметра, корпуса которых закреплены на днище 7 грунтоноса 6, а их поршни соединены между собой общим штоком 12.

Во внутренней полости грунтоноса 6 установлена с возможностью ограниченного перемещени  диафрагма 13, котора  кинематически св зана с механизмом 6 фиксации грунтоноса.

Кинематическа  св зь диафрагмы 13 с

механизмом 6 фиксации грунтоноса выполнена в виде закрепленного на днище 7 грунтоноса 6 аккумулирующего гидроцилиндра 14, шток 15 которого шарнирно соединен с диафрагмой 13, и параллельно установленных предохранительно-разгрузочного клапана 16 и обратного клапана 17.

Штоковые полости 18 гидроцилиндров 10 большего диаметра гидравлически соединены между собой трубопроводом 19, который также соединен с входом клапана 17 и с выходом клапана 16. Штоковые полости 20 гидроцилиндров 11 меньшего диаметра гидравлически соединены между собой трубопроводом 21, который соединен с входом

клапана 16, выходом клапана 17 и с поршневой полостью 22 гидроцилиндра 14. Поршень каждого гидроцилиндра 11 с помощью пружины 23 подпружинен относительно его корпуса со стороны полости 20.

В магистрали на входе клапана 16 может быть установлено измерительное приспособление , например манометр 24.

Дл  перемещени  грунтоноса 6 в трубопроводе используетс  механизм дл  его перемещени  (не показан), который может быть выполнен, например, в виде реверсивной лебедки, соединенной трособлочным механизмом с грунтоносом 6.

Диафрагма 13 может быть дополнительно св зана с днищем 7 грунтоноса 6 посредством штоков 25 пружинных упоров 26.

Устройство дл  бестраншейной прокладки трубопровода работает следующим образом.

Перед началом работ предохранительно-разгрузочный клапан 16с учетом горногеологических условий по трассе прокладываемого трубопровода регулируют на определенное давление срабатывани , а гидравлическую систему заполн ют рабочей жидкостью с таким расчетом, чтобы при достижении поршнем гидроцилиндра 14 конечного положени  (это происходит при соответствующем уплотнении керна внутри грунтоноса 6) в гидравлической системе создалось давление, превышающее по величине порог срабатывани  предохранительно-разгрузочного клапана 16.

Подготовленный таким образом грунтонос 6 подают на забой. При движении грунтоноса 6 в оголовке 4 запорные элементы 8 переход т за упоры 9. За счет действи  пружин 23 грунтонос 6 фиксируетс  в оголовке 4 продавливаемого трубопровода.

Силовым механизмом 2 трубопровод с зафиксированным грунтоносом 6 задавли- ваетс  в массив. Грунт постепенно наполн ет грунтонос 6 и, достигнув диафрагмы 13, перемещает ее к днищу 7.

До этого момента грунтонос 6 удерживаетс  в зафиксированном положении усилием пружин 23. С приходом в движение диафрагмы 13 и св занного с ней штока 15 из по ршневой полости 22 аккумулирующего гидроцилиндра 14 выталкиваетс  рабоча  жидкость, котора  по трубопроводу 21 поступает в полости 20 гидроцилиндров 11, повыша  давление в них и тем самым, нар ду с пружинами 23, преп тству  перемещению запорных элементов 8. Поступающие из массива дополнительные порции грунта, уплотн   керн, стрем тс  сдвинуть грунтонос 6. Усилие пружин 23 и давление, созданное вытесненной из гидроцилиндра 14 рабочей жидкости, не обеспечивают удержание грунтоноса 6 в зафиксированном состо нии у забо , и запорные элементы 8 вместе со штоком 12 постепенно перемещаютс , сжима  рабочую жидкость в полост х

20 до порога срабатывани  клапана 16. Вытесн ема  из этих полостей 20 рабоча  жидкость приводит к повышению давлени  в гидросистеме и срабатыванию предохранительно-разгрузочного клапана 16 после достижени  заданного давлени . При этом рабоча  жидкость попадает в полости 18, давление в которых сравниваетс  с давлением в полост х 20. Благодар  разности

площадей поршней гидроцилиндров 10 и 11 происходит преодоление силы сопротивлени  пружин 23 и в запорных элементах 8. При расфиксации грунтоноса 6 высвобождаетс  накопленна  в керне потенциальна 

энерги  упругой деформации переуплотненного грунта и происходит его отрыв от массива.

Загруженный грунтонос 6 извлекают из продавливаемого трубопровода и подают

на разгрузочную площадку, При удалении грунта из грунтоноса за счет действи  пружинных упоров 26 совместно с керном перемещаетс  от днища 7 диафрагма 13, увлека  за собой св занный с ней поршень гидроцилиндра 14. В результате этого по трубопроводам 19 и 21 рабоча  жидкость из полостей 18 и 20 перекачиваетс  в поршневую полость 22 гидроцилиндра 14. Затем грунтонос 6 подаетс  на забой и цикл работ

повтор етс .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода, согласно которому грунтонос размещают в головной части прокладываемого трубопровода и фиксируют его в ней, а затем осуществл ют совместную подачу трубопровода и грунтоноса в грунт на величину , превышающую длину грунтоноса, путем приложени  к трубопроводу осевой

   нагрузки дл  создани  напр женного состо ни  в массиве и после заполнени  грунтоноса грунтом его расфиксируют относительно головной части прокладываемого трубопровода и извлекают из трубопровода

   дл  дальнейшей разгрузки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности за счет сокращени  затрат времени на вспомогательные операции по отделению грунтового керна от массива при

   одновременном снижении энергоемкости процесса прокладки трубопровода, совместную подачу трубопровода и грунтоноса в грунт осуществл ют на длину з, которую определ ют из выражени 

   , -, +

   13 г 4К(Рма1сс-Р) где 1Г - длина грунтоноса, м;

   D - диаметр прокладываемого трубопровода , м;

   Op - предел прочности грунта на разрыв , кг/м ;

   V - скорость разгружающего воздействи , м/с;

   tp - врем  расфиксации грунтоноса относительно трубопровода, с;

   К- эмпирический коэффициент, завис щий от упругих свойств грунта;

   Рмакс максимальное значение осевой нагрузки, прикладываемой к трубопроводу, кгс;

   Р - усилие сопротивлени  перемещению трубопровода к грунтоносу в грунте, кгс.
2. 2. Устройство дл  бестраншейной прокладки трубопровода, включающее раму, на которой размещен силовой механизм дл  погружени  трубопровода в грунт, установленный в головной части трубопровода с возможностью продольного перемещени  грунтонос, расположенный на днище грунтоноса механизм фиксации грунтоноса с двум  диаметрально размещенными силовыми приводами дл  перемещени  запорных элементов, которые установлены с возможностью взаимодействи  с закрепленными на головной части трубопровода упорами, установленную во внутренней полости грунтоноса с возможностью ограниченного перемещени  диафрагму, котора  кинематически св зана с механизмом фиксации грунтоноса, и механизм дл  перемещени  грунтоноса в трубопроводе, о т л иУ//////////7 / //У///&//7/ЛУ/ ( | /

   X «m««mm « m«mAW m««r wMN WM mm«WM«mMWWM lvMra.-

   /// //х /// /// ///// w// /w

   а7 95 Фиг.11

   0

   чающеес  тем, что кинематическа  св зь диафрагмы с механизмом фиксации грунтоноса выполнена в виде закрепленного на днище грунтоноса аккумулирующего гидроцилиндра, шток которого шарнирно соединен с диафрагмой и параллельно установленных предохранительно-разгрузочного и обратного клапанов, а каждый силовой привод механизма фиксации грунтоноса выполнен в виде двух соосно расположенных гидроцилиндров различного диаметрг корпуса которых закреплены на днище грунтоноса , а их поршни соединены между собой общим штоком, при этом штоковые полости 5 гидроцилиндров большего диаметра каждого силового привода гидравлически соединены между собой, с входом обратного клапана и с выходом предохранительно- разгрузочного клапана, а штоковые полости гидроцилиндров меньшего диаметра каждого силового привода гидравлически соединены между собой, с входом предохранительно-разгрузочного клапана, с выходом обратного клапана и с поршневой полостью аккумулирующего гидроцилиндра, причем поршень гидроцилиндра меньшего диаметра каждого силового привода подпружинен относительно корпуса соответствующего гидроцилиндра со стороны его штоковой полости, а запорные элементы закреплены соответственно на торце поршн  гидроцилиндра меньшего диаметра каждого силового привода.

   0

   5

   0

   Јид А (подернуто)

   гц

   ВА

   б - б

   73

   ю

   п

   20

   IB

   26

   Фиг. 2

   77