способ образования трубопровода в грунте

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДА В ГРУНТЕ, согласно которому отрывают рабочий и приемный котлованы, по проектной оси трубопровода проходят пилотную скважину, а затем расширяют пилотную скважину до проектного диаметра трубопровода и осуществляют облицовку стенок расширенной скважины, отличающийся тем, что после образования пилотной скважины ее герметизируют, заполняют полость пилотной скважины газообразным агентом под давлением и выдерживают под давлением до появления поровой воды на поверхности грунта, при этом перед расширением пилотной скважины в нее закачивают жидкотекучий мелкодисперсный материал под давлением, превышающим давление фильтрации мелкодисперсного материала в грунте, а расширение пилотной скважины осуществляют при заполненной мелкодисперсным материалом пилотной скважине.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к технологии изготовления трубопроводов бестраншейным методом, и может быть использовано для образования трубопроводов для водного, канализационного и газового транспорта.

Известен способ формирования трубопроводов в грунте, включающий проходку скважины и заполнение ее материалом, из которого формуют стенки трубопровода при повторной проходке проходческого устройства, при этом перед проходкой скважины в грунте образуют полость и укрепляют ее стенки, которые являются сводом формуемого трубопровода [1]. Недостатком приведенного способа является недостаточная прочность трубопровода, получаемая в результате его применения, а также ненадежная его герметичность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ образования трубопровода в грунте, описанный в работе устройства для бестраншейной прокладки трубопроводов под препятствиями [2]. По этому способу открывают рабочий и приемный котлованы и между ними по проектной оси трубопровода проходят пилотную скважину, расширяют ее до проектного диаметра трубопровода и осуществляют облицовку стенок расширенной скважины. При этом расширение скважины производят с помощью расширителя, протягиваемого от рабочего до приемного котлована, а облицовку стенок расширенной скважины осуществляют с помощью обсадных труб. Недостатком способа является то, что применение его не дает возможности получить трубопровод, достаточно устойчивый к деформациям, происходящим в грунте, что снижает его прочность и герметичность, т.к. он обеспечивает упрочнение грунта вокруг трубопровода лишь на небольшую толщину только за счет уплотнения его под действием расширителя.

Предлагаемый способ решает задачу получения трубопровода, устойчивого к постоянным деформациям, происходящим в грунтах.

Это может быть достигнуто упрочнением грунта вокруг трубопровода на большую толщину.

Для решения поставленной задачи в способе образования трубопровода в грунте, согласно которому отрывают рабочий и приемный котлованы, по проектной оси трубопровода проходят пилотную скважину, а затем расширяют пилотную скважину до проектного диаметра трубопровода и осуществляют облицовку стенок расширенной скважины, согласно изобретению, после образования пилотной скважины ее герметизируют, заполняют полость пилотной скважины газообразным агентом под давлением и выдерживают под давлением до появления поровой воды на поверхности грунта, при этом перед расширением пилотной скважины в нее закачивают жидкотекучий мелкодисперсный материал под давлением, превышающим давление фильтрации мелкодисперсного материала в грунте, а расширение пилотной скважины осуществляют при заполненной мелкодисперсным материалом пилотной скважине. Затем осуществляют облицовку стенок скважины. Выполнение указанной последовательности операций обеспечивает глубокое проникновение жидкотекучего мелкодисперсного материала в поры грунта, т.е. упрочнение толщи грунта вокруг скважины, а также получение при расширении пропитанного грунта более плотной стенки скважины.

Качество облицовки скважины улучшается за счет того, что она наносится на предварительно упрочненный грунт. Таким образом решается задача образования трубопровода, устойчивого к постоянным деформациям, происходящим в грунтах.

На фиг.1 и фиг.2 дан продольный разрез скважины после проходки пилотной скважины; на фиг.3 - сечение по А-А на фиг.2; на фиг.4 и фиг.5 - продольный разрез скважины с оборудованием для расширения скважины и нанесения облицовочного слоя; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.5.

На границах участка трубопровода отрывают рабочий 1 и приемный 2 котлованы и с помощью машин для проходки скважин, например, типа СО 134 (не показаны) осуществляют проходку пилотной скважины 3 по проектной оси трубопровода. По концам скважины монтируют царги 4 с перфорацией 5 и внутренним диаметром, равным проектному диаметру трубопровода, устанавливают пробки 6 с пневматическими затворами 7. Верхняя полость пробок 6 через фланцы 8 соединена с рукавами 9 и 10, подключенными к источнику газообразного агента и ресиверу с жидкотекучим мелкодисперсным связывающим материалом, отверждаемым под действием влаги. Для расширения пилотной скважины 3 до проектного диаметра трубопровода (фиг.4,5) используют устанавливаемый в царгу 4 расширительный конус 11 с манжетой 12, полость которой соединена с гибким рукавом 13, пропущенным через концевой стакан 14, соединенный через фланец 8 с пробкой 6. Рукав 13 подключается к растворонасосу (не показан), связанному с емкостью (не показана) для облицовочного раствора. Концевой стакан 14 связан с импульсатором (не показан), через который в полость пробки 6 может импульсно подаваться под избыточным давлением жидкотекучий мелкодисперсный материал.

Формирование трубопровода осуществляется следующим образом. С помощью пневматических затворов 7 герметизируют пилотную скважину 3 с двух сторон. Затем через рукав 9 в нее подают сжатый газ под избыточным давлением, превышающим поровое в грунте. Сжатый газ, проникая в поры грунта, как в зоне пилотной скважины 3, так и через перфорацию 5 в зоне царг, вытесняет из них гравитационную влагу. После появления на поверхности воды из грунта газ через рукав 10 удаляют из скважины в ресивер (не показан), а полость скважины и царг заполняют через рукав 10 жидкотекучим мелкодисперсным материалом. В скважине поднимается давление выше давления фильтрации мелкодисперсного материала в грунте, материал заполняет поры в грунте, создавая вокруг скважины и царг зону 15 (фиг.3), в которой поры грунта заполнены жидкотекучим мелкодисперсным материалов. При этом период становления материала в порах грунта должен превышать время необходимое для последующего расширения пилотной скважины 3 в выработку, равную проектному диаметру трубопровода. Со стороны котлована 1 отключают затвор 7 от пневмосистемы (не показана) и удаляют его вместе с пробкой 6 из царги 4.

В царгу 4 устанавливают расширительный конус 11 с манжетой 12, полость которой соединена с гибким рукавом 13. Затем, пропуская рукав 13 сквозь полость в пробке 6, в царгу 4 вводят пробку 6 с затвором 7, а к фланцу 8 пробки 6 подсоединяют фланец стакана 14. Подключают затвор 7 к пневмосистеме и герметизируют скважину, закрепляя пробку 6. Через рукав 10 пилотную скважину 3 пополняют жидкотекучим мелкодисперсным материалом. Затем рукав 10 соединяют с емкостью для сбора жидкотекучего мелкодисперсного материала, а к ресиверу подключают стакан 14. Рукав 13 и полость между манжетой 12 и конусом 11 заполняют облицовочным раствором через растворонасос и герметично запирают.

Через стакан 14 и полость в пробке 6 в пилотную скважину 3 импульсно подают жидкотекучий мелкодисперсный материал под избыточным давлением, пики которого превышают рабочее давление транспортируемой в последующем рабочей среды. Под действием импульсов давления конус 11 с манжетой 12 и рукав 13 входят в полость пилотной скважины 3 и расширяют ее до проектного диаметра трубопровода, уплотняя стенки и выдавливая жидкий мелкодисперсный материал через рукав 10 в емкость сбора. После упора конуса 11 в пробку 6 со стороны приемного котлована 2 рукав 10 соединяют с источником сжатого газа, а рукав 13 - с растворонасосом. Под воздействием сжатого газа конус 11 с манжетой и рукав 13 движутся по направлению котлована 1, в полость между манжетой 12 и конусом 11 подается из рукава 13 облицовочный раствор. После нанесения слоя покрытия рукав 10 отсоединяется от источника сжатого газа, демонтируются пробки 6, извлекается манжета 12 с конусом 11, подчищаются от растворов полости царг 4, после отверждения слоя покрытия царги 4 глушатся и полость трубопровода заполняется водой под рабочим давлением. В этих условиях трубопровод выдерживается не менее срока набора раствором облицовочного слоя установленной прочности.

П р и м е р. Необходимо построить трубопровод вдоль дороги сельского поселка протяженностью 2,5 км, среднее расстояние между котлованами - 50 м, условный диаметр D_у = 200 мм. Необходимо врезать 50 вводов D" = 2. Глубина заложения 1,2 м, грунт - супесь, 3 категория по ЕСН.

Для решения поставленной задачи вдоль дороги на расстоянии 50 м друг от друга роют котлованы 1 и 2 глубиной 1,5 м, шириной 0,6 м, длиной 2,5 м по низу. Трубопровод формируют поочередно по участкам между котлованами. На участке осуществляют проходку пилотной скважины 3 по проектной оси трубопровода. После удаления машин для проходки по концам пилотной скважины 3 забирают царги 4 длиной 2 м. В пилотную скважину 3 царги входят на 1,5 м. В царги устанавливают пробки 6 с затвором 7 и после герметизации пилотной скважины 3 в нее подают сжатый газ. Создается давление 0,05 МПа. После чего сжатый газ удаляют, а пилотную скважину 3 заполняют жидкотекучим мелкодисперсным материалом. Для данного грунта может быть использован следующий состав материала: вода питьевая, латекс СКС-65 ГПБ - 5%; глина бентонитовая - 90%; алюминиевая пудра - 50%; цемент ПУ-500 - 5%; отношение водного раствора к наполнителям 0,55-0,6 (по объему). Расход раствора 2,5 м³ на 50 м.

После расширения пилотной скважины в атмосфере жидкотекучего мелкодисперсного материала до проектного диаметра трубопровода на стенки скважины наносят слой облицовочного раствора. В данном случае может быть применен следующий состав облицовочного раствора: вода питьевая 95%, латекс - ГПБ - 5% ; цемент ПУ-500 в смеси с песком диаметром 1,2 в пропорции 1:1; водоцементное отношение - 0,4-0,45. Расход раствора - 0,35м³ на 50 пог.м. трубопровода D_у = 200 мм.

Для данного примера с большим числом вводов, малого расстояния между ними на 50 пог.м трубопровода D_у 200 мм необходимо израсходовать 5,6-6,2 пог. м труб D_у 200, т.е. около 13% от общей протяженности водовода. При численности бригады в 12 человек сменная производительность может составить 150 пог. м. , а срок строительства трубопровода протяженностью 2,5 км - около месяца при доле вскрытных работ не менее 5% от общей протяженности трубопровода, срок безаварийной эксплуатации не менее 80 лет (с заменой задвижек и вводов по гарантиям изготовителей).

Предлагаемое изобретение позволит экономить до 90% труб в условиях поселкового или городского водоканализационного строительства, до 85% снизить вскрышные работы, повысить темпы строительства по сравнению с укладкой труб в 1,5-2 раза при равной стоимости строительства.