Выпуск №14. Статья №1.
Прокладка труб способом прокола.
Модернизация и реконструкция действующих и строительство новых трубопроводов
зачастую проходят на территориях городов, в трудных геологических
условиях, при действии ряда технических, технологических и экологических
ограничений.
 |
Установка направленного прокалывания
УНП-630
|
При этом их трассы пересекают реки, болота, овраги, лесные массивы,
автомобильные и железные дороги, другие трубопроводы, территории действующих
предприятий.
Производство работ традиционными методами с внешней экскавацией грунта
в этих условиях либо сильно затруднено, либо зачастую невозможно.
Решением задачи являются бестраншейные технологии в прокладке, строительстве,
ремонте, реконструкции подземных коммуникаций в нестандартных, зачастую
экстремальных условиях.
Одним из таких методов является прокладка труб способом прокола.
Прокладываемые в толще грунта способом прокола трубы
для уменьшения сопротивлений, возникающих при деформации грунта, и
снижения сил трения при вдавливании трубы в грунт снабжаются специальными
конусными наконечниками. Разновидности конусных наконечников приведены
на рис.1 ( а—д). Иногда применяют расширительные пояса с заглушками
(рис.1, р, ф). При небольшой длине прокола трубы прокалывают открытым
концом (рис.1, к).
а
|
 |
з
|
 |
п
|
 |
б
|
 |
и
|
 |
р
|
 |
в
|
 |
к
|
 |
с
|
 |
г
|
 |
л
|
 |
т
|
 |
д
|
 |
м
|
 |
у
|
 |
е
|
 |
н
|
 |
ф
|
 |
ж
|
 |
о
|
 |
Рис. 1. Наконечники для безтраншейной
прокладки труб способом прокола
|
а ,6, в — конусные ;
г — конусный с эксцентриситетом ;
д — конусный со штырем ;
е , ж— конусный с щелевыми прорезями ;
з — конусный с усеченной вершиной ;
и — конусный с отверстиями для увлажнения грунта;
к — открытый конец трубы ;
л — открытый конец трубы с кольцом ;
м — приварная заглушка ;
н — съемная заглушка ;
о — кольцевой нож с наружным скосом кромок ;
п — то же , с приварной заглушкой ;
р — кольцевой нож с внутренним скосом кромок ;
с — кольцевой нож клиновидной формы с внутренним скосом кромок
;
т — нож серпообразного сечения ;
у — то же , с приварной заглушкой ;
ф — кольцевой нож с направляющими пластинками (стабилизаторами)
Тип и количество вдавливающих устройств, способных развить требуемое
усилие, выбирают в соответствии с необходимым расчетным усилием
вдавливания, которое зависит от диаметра и длины прокладываемого
трубопровода, а также вида грунта. Необходимое нажимное усилие
для продвижения в грунте прокладываемой трубы определяются расчетом
по формуле:
 |
где: Rс - радиус сечения отверстия (скважины) в грунте; Sigmaупл
— коэффициент сопротивления грунта; u0 - пористость грунта до прокалывания;
Мт - масса 1 м трубы (футляра), кг: L - длина проходки (прокола),
м; f - коэффициент трения стали о грунт.
 |
Рис.2.
График для определения необходимого усилия для прокола труб.
|
На рис.2 показан график для определения необходимого усилия для
прокола труб разных условных диаметров Dу на длину L, м, в песчаных
(——) и глинистых (------) грунтах.
Усилия, требующиеся для прокола труб, колеблются в пределах
от 150 до 2000 кН. Определив нажимное усилие, принимают необходимое
число гидродомкратов для силовой установки, а также выбирают тип упорной
стенки в котловане.
Для прокола труб чаше всего применяют нажимные насоснодомкратные установки,
состоящие из одного или двух спаренных гидравлических домкратов типа
ГД-170 с усилием до 170 тс каждый, смонтированных на общей раме. Штоки
домкратов обладают большим свободным ходом (до 1,15—1,3 м). Раму с
домкратами устанавливают на дне рабочего котлована, из которого ведут
прокол. Рядом с котлованом на поверхности размешают гидравлический
насос высокого давления - до 30 МПа (300 кгс/см2).
Трубу вдавливают циклически путем попеременного переключения домкратов
на прямой и обратный ход. Давление домкратов на трубу передается через
наголовник сменными нажимными удлинительными патрубками, шомполами
или зажимными хомутами. При применении нажимных удлинительных патрубков
длиной 1, 2, 3 и 4 м после вдавливания трубы в грунт на длину хода
штока домкрата (например, 1 м) шток возвращают в первоначальное положение
и в образовавшееся пространство вставляют другой патрубок удвоенной
длины и так продолжают до тех пор, пока не закончат прокол первого
звена трубопровода (обычно длиной 6 м). Затем к нему приваривают второе
звено и указанные операции повторяют до тех пор, пока не будет завершен
прокол на всю длину трубопровода.
Шомпола делают из труб с отверстиями по бокам, расстояние между которыми
соответствует длине хода штоков домкратов. Шомпола бывают внутренние,
двигающиеся внутри прокалываемой трубы, и наружные, охватывающие трубу
снаружи.
При использовании шомпола по мере вдавливания звена одновременно с
обратным ходом штоков домкратов шомпол выдвигается назад, стержень
переставляют в очередное отверстие, и цикл повторяется до тех пор,
пока все звено не вдавится в грунт. Затем к нему приваривают следующее
звено и его также вдавливают с помощью того же шомпола и т.д. Механический
прокол труб с помощью домкратов возможен в песчаных и глинистых грунтах
без твердых включений.
На рис. 3, а, показана наиболее распространенная схема бестраншейной
прокладки труб (кожухов) способом прокола с применением гидродомкратной
установки и комплекта нажимных патрубков.
Для бестраншейной прокладки стальных труб диаметром 104—630 мм на
длину до 80 м грунтах 1-1У групп (без крупных включений) способом
прокола применяют установки ГПУ-600 (рис. 3, б). Установка работает
по принципу «шагающих домкратов», что позволяет значительно сократить
время рабочего цикла. Вначале путем включения маслостанции гидродомкратами
продвигают подвижную нажимную плиту с прокладываемой трубой на длину
хода штока домкратов (1,2 м). Затем после окончания рабочего цикла
подвижной упор освобождают и обратным ходом домкратов подтягивают
его вслед за прокладываемой трубой. Указанные операции повторяют до
полного внедрения в грунт первого звена прокладываемой трубы, после
чего подвижной упор, салазки с домкратами и нажимную плиту возвращают
в исходное положение. Далее монтируют второе звено трубы, и цикл работ
повторяют и так до полного прокола всего трубопровода.
Установка направленного прокалывания УНП-630
предназначена для бестраншейной прокладки кабеля и трубопроводов диаметром
до 630 мм методом прокалывания пилотной скважины, с последующей обратной
протяжкой расширителей и трубопроводов.
УПК "Игла", УПК-2 "Игла"
предназначено для выполнения проколов под автомобильными и железными
дорогами и иными земляными насыпями, аналогичными по устройству.
 |
Рис.3.а. Общая схема работ.
|
 |
Рис.3.б. Прокол установкой ГПУ-600.
|
 |
Рис.3.в. Вибропрокол установкой УВВГП-400.
|
 |
Рис.3.г. Прокол труб с помощью вибропробойников.
|
На рис. 3. показаны способы прокола труб:
а — общая схема работ ;
б — прокол установкой ГПУ -600;
в — вибропрокол установкой УВВГП -400;
г — прокол труб с помощью вибропробойников ;
1 — наконечник ;
2, 3 — приямки ;
4 — прокапываемая труба ;
5 — шпалы ;
6 — направляющая рама ;
7 — нажимной патрубок ;
8 — гидродомкраты ;
9 — упорный башмак ;
10 — упорная стенка ;
11 — насосная станция ;
12 — маслопроводы ;
13 — нажимная заглушка ;
14, 16 — рабочий и приемный котлованы ;
15 — обводной лоток ;
17 — подвижный упор ;
18 — нажимная плита на тележке ;
19 — фиксатор ;
20 — свая ;
21 — лебедка ;
22 — рама ;
23 — планка ;
24 — ударная приставка ;
25 — направляющие стержни ;
26 — вибрационный механизм ;
27 — электродвигатель ;
28 — электросварочный агрегат ;
29 — причалка ;
30 — отвес ;
31 — пневмопробойник ;
32 — сварка труб .
С помощью прокольнои установки Главмосстроя можно прокалывать трубы
диаметром 209—426 мм на длину до 45 м в грунтах I—IV групп независимо
от его влажности. Установка работает, как и установка ГПУ-600, по
принципу «шагающих домкратов».
Гидропроколом трубы прокладывают с использованием кинетической
энергии струи воды, выходящей под давлением из расположенной впереди
трубы специальной конической насадки. Струя воды, выходящая из насадки
под давлением, размывает в грунте отверстие диаметром до 500 мм,
в котором прокладывают трубы. Удельный расход воды при этом зависит
от скорости струи, напора воды и категории проходимых грунтов.
Преимущества гидропрокола - относительная простота ведения работ
и довольно выс.окая скорость образования скважины (до 30 м/смену).
Существенными его недостатками являются сравнительно небольшая протяженность
проходки (до 20-30 м), возможные отклонения от проектной оси и сложные
условия работы вследствие загрязненности рабочего котлована.
Бестраншейную прокладку трубопровода в несвязных песчаных, супесчаных
и плывунных грунтах ускоряют способом вибропрокола. В установках
для вибропрокола применяются возбудители продольно направленных
колебаний.
Способом вибропрокола можно не только прокладывать трубопроводы
диаметром до 500 мм на длину 35-60 м при скорости проходки до 20—60
м/ч, но и извлечь их из грунта.
Наиболее эффективной является ударно-вибрационно-вдавливающая
установка УВВГП-400 конструкции ВНИИГС. При использовании этой установки
прокладываемую трубу (кожух) с закрепленным на одном конце инвентарным
наконечником другим концом устанавливают в наголовнике ударной приставки
вибромолота (рис. 3, в). Под действием ударных импульсов в сочетании
со статическим вдавливанием с помощью пригрузочного полиспаста секция
труб последовательно внедряется в грунт.
Используется также универсальная виброударная установка УВГ-51 (см.
) конструкции МИНХиГП
им. Губкина, которая предназначена для прокладки труб диаметром
до 530 мм способом прокола и диаметром 530-1020 мм способом виброударного
продав- ливания.
Для бестраншейной закрытой прокладки труб диаметром 63-400 мм широко
применяются механические грунтопрокалыватели и пневматические пробойники
типов ПР-60 ( СО-144),
ИП-4605, ИП-4603,
ПР-400 (СО-134) и М-130.
Пневмопроходка с помощью указанных пневмопробойников типа «Крот»
применяется для устройства сквозных и глухих горизонтальных и наклонных
скважин с уплотненными стенками диаметром 63-400 мм и длиной до
40-50 м, через которые прокладывают трубопроводы.
Пневмопробойник представляет собой самодвижущуюся пневматическую
машину ударного действия. Его корпус является рабочим органом, образующим
скважину, а ударник, размешенный в корпусе, совершает под действием
сжатого воздуха возвратно-поступательные движения и наносит удары
по переднему торцу корпуса, забивая его в грунт. Обратному перемещению
корпуса препятствуют силы трения его о грунт. Благодаря осевой симметрии
и значительной длине (1,4—1,7 м) пневмопробойник при движении в
грунте сохраняет заданное направление.
Для восприятия усилий в момент запуска пневмопробойника из приямка
и увеличения точности проходки используют стартовые устройства,
создающие силы трения на его корпусе (для пневмопробойников ИП-4603,
ИП-4605) либо поджимающие
его к забою (СО-134).
Для уменьшения искривления скважины в сложных условиях и при значительной
длине проходки к пневмопробойнику крепят специальную насадку — удлинитель.
При обеспечении точного запуска пневмопробойника отклонение скважины
от проектного положения на длине 20 м, как правило, не превышает
0,2—0,3 м по вертикали и 0,05-0,1 м по горизонтали.
При проколе стальных труб с помощью пневмопробойников (рис. 3, г)
их используют в качестве ударного узла, присоединенного к заднему
торцу трубы и забивающему ее в грунт. На переднем торце трубы крепят
конусный наконечник. При этом возможны два варианта технологии работ:
забивка трубы в грунт и забивка ее в лидирующую скважину (в устойчивых
глинистых грунтах).
С помощью пневмопробойника можно заменять старые трубы подземной
прокладки новыми того же или большего диаметра. Для этого первую
секцию нового трубопровода присоединяют к удаляемому (в случае разных
диаметров — с помощью конического переходника), а старую трубу по
мере выхода в приемный приямок обрезают и удаляют. Пневмопробойником
можно также извлекать из грунта стальные трубы диаметром до 800
мм. Длина извлекаемых труб зависит от грунтовых условий (сцепления
грунта с поверхностью трубы)- При извлечении труб из грунта пневмопробойник
используют в качестве ударного механизма, прикрепленного к переднему
торцу трубы с помощью специального приспособления.
В дополннение к прочитанному можно посмотреть фильм
По материалам сайта "SBH COTPAHC"
Источник: Б.Ф. Белецкий, "Технология и механизация строительного производства" 2003
|