способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте

Формула изобретения

1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте, включающий размыв в грунте канала и введение в него трубопровода, отличающийся тем, что 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после введения трубопровода затрубную часть канала заполняют недеформируемым материалом, например твердеющим раствором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для прокладки в грунте трубопроводов различного назначения, а также кабелей и других коммуникаций, преимущественно в несвязных и слабосвязных грунтах.

Известен способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте путем продавливания трубы в грунт с использованием домкратов, пневмопробойников и иных механизмов, прикладывающих к трубе продольное усилие (см. например, авт. св. N 154360, кл.E 02 F 5/18, F 16 L 1/00, 1988 г) [1]

Способ продавливания имеет недостатки:

необходимость приложения к трубе значительного продольного усилия для преодоления сопротивления грунта и обусловленная этим необходимость применения труб высокой прочности;

трудность обеспечения заданного направления прокладки труб, как правило, отклоняющихся в грунте в процессе продавливания;

ограниченная дальность прокладки труб.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте (гидропрокол), включающий размыв в грунте канала и введение в него трубы, причем размыв ведут струей воды, подаваемой из наконечника прокладываемой трубы, а размытый грунт в виде пульпы истекаетпо затрубному зазору (см. А.К.Гефдинг, И.И.Беловская. Бестраншейный способ прокладки труб. Гос. издат. литературы по строительству и архитектуре. Ленинград, 1955, с. 57 ) [2]

Способ гидропрокола имеет недостатки:

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 прихвату трубы;

сложность наращивания трубы при непрерывной подаче воды;

ограничения до 30 40 м дальность прокладки трубы;

трудность обеспечения заданного направления прокладки трубы, как правило, отклоняющейся в процессе прокладки от прямолинейного направления.

Задачей изобретения является увеличение дальности прокладки трубопроводов и других коммуникаций, обеспечение заданного направления и возможности прокладки гибких трубопроводов, кабелей и других длинномеров, упрощение производства работ с возможностью наращивания прокладываемых коммуникаций.

Указанная задача достигается за счет того, что в способе бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте, включающем размыв в грунте канала и введение в него трубопровода, перед размывом канала осуществляют бурение скважин на трассе трубопровода, а размыв канала ведут посекционно из скважин струями жидкости и газа, направленными вдоль оси прокладки трубопровода. После введения трубопровода в канал затрубную часть последнего можно заполнить недеформируемым материалом,например, твердеющим раствором.

На фиг. 1 показано образование горизонтального канала в грунте, на фиг. 2 введение трубопровода в канал, на фиг. 3 -образование криволинейного канала в грунте и введение в него трубопровода.

Способ осуществляют следующим образом.

У начала и конца трассы прокладываемого трубопровода 1 сооружают подготовительные устройства для ввода и вывода трубопровода, например, колодцы 2 или приямки 3 или площадки на откосах и т.п.

На трассе трубопровода 1 бурят наклонные или вертикальные скважины 4 на глубину не менее глубины прокладки. Нижнюю часть скважин 4, в интервале прокладки трубопровода, выполняют без обсадки, например, под глинистым раствором, остальная часть скважин 4 может быть обсажена трубами.

В скважину 4, ближайшую к колодцу 2 или приямку 3 у начала трассы, устанавливают скважинный монитор 5 с боковыми соплами 6 в нижней его части. Сопла 6 ориентируют вдоль оси прокладки трубопровода 1. В трубы монитора 5 подают раздельно под давлением воду и воздух. Истекающие из сопел 6 струи воды в воздушном потоке размывают в грунте одну или две противоположно направленные протяженные каверны 8 секцию будущего канала в грунте. При размыве каверн 8 водо-воздушно-грунтовая пульпа 9 поступает в скважины 4, в которой установлен монитор 5, и истекает из нее на поверхность. По окончании размыва каверн 8 их можно заполнить через скважину 4, например, глинистым раствором, повышающим устойчивость каверн. Из скважины 4 удаляют монитор 5, устанавливают его в следующую скважину 4 и осуществляют из нее аналогичным образом размыв каверн8 до соединения одной из них с предыдущей каверной 8. Признаком соединения смежных каверн является возмущение жидкости воды или глинистого раствора в предыдущей скважине 4.

Соединенные каверны 8 образуют прямолинейный или в виде ломаной линии сквозной канал 10, в который из колодца 2 или приямка 3 у начала трассы вводят трубопровод 1, собираемый, например, их секций. Ввод трубопровода 1 в канал 10 осуществляют с помощью механизма 11, включающего, например, домкрат, и размещенного в колодце 2 или у приямка 3. По мере ввода трубопровод 1 вытесняет в скважины 4 часть жидкости, заполняющей канал 10. Ввод трубопровода 1 в канал 10 ведут до выхода его переднего торца в колодец 2 или приямок 3 на противоположном конце трассы трубопровода.

Для облегчения продвижения трубопровода 1 передний его торец может быть выполнен закрытым и снабженным направляющим, например, конусообразным наконечником. В этом случае трубопровод 1 заполнен воздухом и обладает плавучестью в жидкости, заполняющей канал 10, причем может быть обеспечена нулевая плавучесть. Это снижает до минимума трение трубопровода по грунту, что дает возможность прокладки трубопровода большой длины, а также позволяет использовать трубы пониженной прочности, например, пластмассовые.

Возможен также вариант двухстадийного ввода трубопровода 1 в канал 10, дающий возможность прокладки и гибких труб, кабелей и т.п. В этом случае сначала в канал 10 вводят лидер, например, трубу или стержень малого диаметра, или гибкую связь (шланг, трос) с тянущей головкой. Затем вслед за лидером или обратным ходом протягивают трубопровод, кабель и т.п. Кроме возможности прокладки гибкого трубопровода, это позволяетосуществить при протяжке выравнивание или расширение канала 10, а также приложить большее усилие к протягиваемому трубопроводу.

По окончании ввода трубопровода 1 в затрубную часть канала 10 может быть подан через скважины 4 или колодцы 2 недеформируемый материал, например, твердеющий раствор, который вытесняет заполняющую канал 10 жидкость и образует обойму трубопровода 1. Обойма выполняет функции фиксирования и изоляции трубопровода, а также предотвращения последующих деформаций грунта.

Пример выполнения способа.

Между двумя колодцами прокладывается подземный трубопровод длиной 500 м из винипластовых труб диаметром 200 мм. Глубина заложения трубопровода 3 м, грунт водонасыщенный песок.

В колодце у начала трассы трубопровода размещают домкратную установку. В стенке колодца образуют отверстие с уплотнительным кольцом, в которое вводят наконечник трубопровода. В колодце у конца трассы образуют в стенке отверстие, снабженное затвором.

По оси трассы трубопровода бурят скважины глубиной 3, 5 м. Бурение ведут с обсадкой скважин до глубины 2,7 м, а нижнюю их часть, в интервале прокладки трубопровода, оставляют без обсадки и заполняют скважины глинистым раствором для обеспечения устойчивости необсаженной части. Скважины располагают с шагом 20 м, а крайние скважины на расстоянии 10 м от стенок колодцев.

В ближайшую к начальному колодцу скважину устанавливают двухтрубный скважинный монитор, в нижней части которого имеется головка с двумя парами противоположно направленных водяных и воздушных боковых сопел. Последние ориентируют вдоль оси прокладки трубопровода. С помощью насоса и компрессора в трубы монитора подают соответственно воду под давление 5 6 МПа с расходом 50 60 м³/час и воздух под давлением 0,1 МПа с расходом 2 3 м³мин.

(По экспериментальным данным применения струйной технологии при строительстве противофильтрационных завес, укреплении грунтов и скважинной гидродобыче полезных ископаемых, водовоздушные струи с указанными параметрами размывают в песчаном грунте протяженные каверны длиной до 10 -15 м, диаметром до 250 300 мм. В связных грунтах супесях, суглинках, илах дальность размыва и диаметр каверн меньше, а также требуются другие параметры струй. В конкретных грунтовых условиях объекта технологические параметры и размеры размываемых каверн устанавливаются экспериментально).

Истекающие из сопел монитора скоростные водяные струи в воздушном потоке размывают в грунте первую секцию канала две противоположные направленные от скважины протяженные каверны, одна из которых, направленная в сторону колодца, достигает его стенки в месте установленного в отверстии наконечника трубопровода. Размыв каверн происходит в течение нескольких минут. В процессе размыва водо-воздушно-грунтовая пульпа поступает в скважину, в которой установлен монитор, и изливается из нее в установленную на поверхность емкость-отстойник. По окончании размыва каверн в них через монитор подают глинистый раствор. Монитор удаляют из скважины и устанавливают в следующую скважину, из которой аналогичным образом ведут размыв следующей секции канала в грунте, соединяющейся с предыдущей секцией.

Одновременно с образованием второй секции канала в первую его секцию начинают ввод трубопровода из начального колодца. Трубопровод наращивают посекционно и вводят в канал с помощью домкратной установки. Образование последующих секций канала и ввод трубопровода ведут параллельно, с опережением размыва на 1 2 секции перед продвигающимся наконечником трубопровода. По достижении наконечником трубопровода стенки конечного колодца открывают затвор в колодце и вводят в него наконечник трубопровода.

После прокладки трубопровода в зазор между ним и стенками канала в грунте закачивают через скважины цементный раствор. Затем извлекают из скважин обсадные трубы и демонтируют домкратную установку.

Использование предлагаемого способа позволяет вести бестраншейную прокладку в грунте жестких и гибких трубопроводов, кабелей, преимущественно в несвязных и слабосвязных грунтах, практически независимо от глубины заложения, при значительной дальности прокладки с обеспечением заданного направления.