УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАВЛИВАНИЯ ТРУБ В ГРУНТ
DEVICE FOR DRIVING PIPES IN SOIL

Изобретение относится к области бестраншейной прокладки трубопроводов методом задавливания.
Бестраншейная прокладка труб методом задавливания является актуальной задачей при прокладке трубопровода в стесненных условиях, когда прокладка открытым способом затруднительна или невозможна, а также при прокладке трубопровода под естественными или искусственными препятствиями. Обычно прокладку трубопровода в этих условиях проводят прямыми трубами, чем формируют прямолинейность трассы. При прокладке криволинейных участков трассы, в частности в вертикальной плоскости, приходится укладывать трубы с естественным изгибом. Радиус кривизны трубопровода определяется допустимыми упругими напряжениями в теле трубы. Как правило, величина этого радиуса значительна, достигает нескольких сотен метров, а значит, соответственно, значительна и длина проходки криволинейного участка. Использование прогрессивной технологии бестраншейного задавливания труб усложняется и удорожается. Существенно повышает эффективность проходки применение предварительно изогнутых труб с заданным радиусом кривизны за счет уменьшения длины проходки криволинейного участка.
Известна установка для бестраншейной прокладки труб больших диаметров методом продавливания (http://www.mrmz.ru/tehnika/proch/spisokll/ubt.htm) производства Михневского ремонтно-механического завода.
Установка содержит силовой блок в виде двух спаренных гидроцилиндров, размещаемых в котловане на отдельной жесткой раме, раму или направляющие пути для установки задавливаемой трубы в котловане, набор вставок, устанавливаемых между штоками силовых гидроцилиндров и торцом задавливаемой трубы, посредством которых производится передача усилия задавливания. Длина вставок кратна величине хода силовых гидроцилиндров. Это позволяет набором вставок при неизменном положении зафиксированной рамы силовых гидроцилиндров производить задавливание труб заданной длины.
Установка работает следующим образом.
На раму или направляющие пути устанавливают задавливаемую трубу. Силовые цилиндры, предварительно установленные в котловане на своей раме, производят задавливание трубы на величину хода гидроцилиндров. Затем штоки гидроцилиндров вдвигают, а между штоками и торцом трубы устанавливают вставку, длина которой равна ходу гидроцилиндров. Производят задавливание на величину хода гидроцилиндров, при этом суммарное перемещение трубы составляет двойную величину хода гидроцилиндров. Далее штоки вдвигают и устанавливают вставку удвоенной величины хода. Производят задавливание на величину хода гидроцилиндров и т.д. Таким образом, комбинацией длин вставок обеспечивают перекрытие всей длины задавливаемой трубы. Образующийся внутренний грунтовый керн удаляют, например, вымыванием.
Недостатками установки является невозможность осуществления задавливания предварительно изогнутых труб, так как вектор создаваемого установкой усилия задавливания приложен к торцу трубы строго по нормали к нему, а значит труба при продвижении за счет возникающей поперечной составляющей усилия задавливания дополнительно воздействует на стенки туннеля в поперечном направлении, что вызывает силы трения, способные привести к заклиниванию трубы в туннеле, а также требуется иметь значительный набор вставок, кратных длине хода гидроцилиндров.
Известны установки для прокладки труб методом задавливания, содержащие раму, устанавливаемую в открытом котловане или колодце, угол продольной оси которой равен углу продольной оси трассы трубопровода, установленную на ней толкающую плиту, взаимодействующую с торцом задавливаемой трубы. Плита снабжена гидроцилиндром (или гидроцилиндрами), производящим усилие задавливания, направленным вдоль оси трубы (прототип - установка Barbko 48/60-950, журнал РОБТ №7, 2007, стр.16…21).
В установке Barbko используется прямолинейная рама, жестко установленная в рабочем котловане и строго ориентированная по оси трассы.
На раме установлены подвижная рабочая силовая головка (далее РСГ), содержащая переднюю плиту, толкающие гидроцилиндры и передние опоры, поддерживающие задавливаемую трубу в первый момент задавливания. На раме выполнены пазы с равномерным шагом, с помощью которых осуществляется фиксация РСГ в процессе задавливания трубы и ее перемещения вдоль рамы.
РСГ перемещается по раме дискретно: РСГ фиксируется в исходном положении, передняя часть с плитой производит рабочий ход на величину хода гидроцилиндров (задавливает трубу в грунт на величину этого хода), после этого передняя часть РСГ с плитой возвращается в исходное положение, а РСГ перемещают в новое положение на величину хода гидроцилиндров. Здесь же ее фиксируют на раме. Далее цикл повторяют.
Так как РСГ перемещается на раме строго по оси трассы и при этом вектор усилия задавливания строго перпендикулярен торцу трубы, то сама труба неуправляемо перемещается в грунте с сохранением заданного направления. Для облегчения задавливания (снижения усилий) внутренний грунтовый керн удаляют с помощью наращиваемого шнекового бура, которым снабжена установка.
Недостатком установки является также невозможность осуществления задавливания предварительно изогнутых труб, так как вектор создаваемого установкой усилия задавливания приложен к торцу трубы строго по нормали к нему.
Другим недостатком установки является также отсутствие возможности поворота рамы под углом к горизонту, а значит не обеспечивается направление вектора усилия задавливания под заданным углом к оси трассы.
При проходке участка забуривания с помощью, например, микрощита, а также при начальной установке трубы на опорные ролики необходимо обеспечивать удержание задавливаемой трубы в наклонном положении под действием скатывающей силы. Скатывающая сила при проходке приводит к появлению дополнительных осевых нагрузок на микрощит, прижимающих его режущую часть к поверхности забоя и тормозящих вращение щита вокруг своей оси, поэтому отсутствие зажима трубы для ее удержания также является недостатком такой установки.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.
Указанная цель достигается тем, что в известной установке для прокладки труб методом задавливания, содержащей прямолинейную раму, устанавливаемую в открытом котловане, продольная ось которой параллельна хорде дуги трассы трубопровода в заданных двух ее точках, силовой привод в виде блока силовых гидроцилиндров, шарнирно связанного с плитой, посредством которой производят задавливание, выполнен с возможностью продольного перемещения по раме, а плита выполнена с возможностью поворота по трем координатам и перемещения в направлении, перпендикулярном к этой хорде. Конструкция плиты позволяет изменять вектор приложения усилия задавливания к торцу трубы при сохранении направления усилия силовых гидроцилиндров вдоль оси рамы. Изменение направления вектора усилия задавливания, приложенного к торцу трубы, обеспечивает возможность задавливания предварительно изогнутой трубы с минимальным поперечным усилиями в туннеле.
Если выполнить плиту с возможностью управляемого перемещения с помощью привода в направлении, перпендикулярном хорде, то направление вектора усилия задавливания можно оптимизировать с целью минимизации возникающих поперечных усилий в туннеле.
С целью обеспечения задавливания изогнутых труб под заданным углом к горизонту рама устройства выполнена с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно неподвижной опоры, например, в шарнире, расположенным в котловане неподвижно. Задняя опора рамы выполнена, например, в виде шарнирно опертого гидроцилиндра с возможностью фиксации его хода в промежуточных положениях.
С целью обеспечения удержания задавливаемой трубы в наклонном положении плита задавливания снабжена зажимом трубы, например, в виде гидроцилиндров, снабженных губками.
С целью обеспечения совпадения торцов свариваемых труб рама снабжена роликовой опорой переднего торца задавливаемой трубы, выполненной с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 изображает пример выполнения устройства для задавливания предварительно изогнутых труб:
1 - рама
2 - передние салазки
3 - плита задавливания
4 - задние салазки
5 - передняя опора
6 - фиксатор передних салазок
7 - фиксатор задних салазок
8 - передний шарнир поворота рамы
9 - задний шарнир опоры рамы
10 - регулируемая опора
11 - силовые гидроцилиндры
21 - предварительно изогнутая труба мерной длины, она же задавливаемая труба
22 - задавленная труба
А и Б - точки совпадения условного центра торцов трубы и концов хорды дуги изгиба трубы.
Фиг.2 изображает пример выполнения плиты задавливания (вид В на фиг.1):
3 - плита задавливания
11 - силовые гидроцилиндры
12 - сферические направляющие плиты
13 - гидроцилиндр зажима трубы
14 - губки
15 - опорные ролики плиты задавливания
16 - гидроцилиндры перемещения плиты.
Фиг.3 изображает пример выполнения регулируемой роликовой передней опоры (вид Г на фиг.1):
17 - рама
18 - опорные ролики
19 - гидроцилиндр поперечного перемещения торца трубы
20 - гидроцилиндр вертикального перемещения торца трубы
21 - задавливаемая труба.
Предлагаемая установка выполнена в виде рамы 1, на которой установлены передние салазки 2, снабженные плитой задавливания 3, задние салазки 4, передняя опора задавливаемой трубы 5. Передние 2 и задние 4 салазки снабжены соответственно фиксаторами 6 и 7, осуществляющими жесткое их закрепление на раме.
Рама установки 1 снабжена двумя шарнирами, причем передний шарнир 8 жестко установлен в котловане, например с помощью анкерной плиты, и служит для поворота рамы в вертикальной плоскости при установке продольной оси рамы 1 параллельно касательной к направлению трассы трубопровода, а задний шарнир 9 снабжен регулируемой опорой 10 в виде гидроцилиндра, жестко опертого на грунт.
Задние салазки 4 и плита задавливания 3 шарнирно связаны между собой силовыми гидроцилиндрами 11, причем плита задавливания 3 выполнена с возможностью ее поворота в отдельных направляющих 12 передних салазок 2 по трем координатам и перемещения в направлении, перпендикулярном к хорде, связывающей условные центры торцов трубы А и Б, причем ход плиты в этом направлении ограничен и не превышает величину стрелки этой хорды.
Плита задавливания размещена в направляющих передних салазок, снабжена зажимом трубы в виде гидроцилиндров 13, снабженных губками 14, обеспечивающими зажим стенок, а также опорными роликами 15. Плита 3 снабжена выдвижными опорами 16, выполненными в виде штоков гидроцилиндров.
В передней части рамы 1 установлена передняя роликовая передняя опора 5, выполненная в виде подвижной рамы 17 с поддерживающими роликами 18, снабженной приводом поперечного перемещения в виде гидроцилиндра 19 и приводом вертикального перемещения, снабженной также гидроцилиндром 20. Передняя роликовая опора служит для перемещения переднего торца задавливаемой трубы 21 относительно заднего торца уже задавленной трубы 22 (или, что то же - торца переходного кольца щита микротуннелирования), при совмещении фасок торцов перед сваркой для образования сварочной ванны.
Рассмотрим работу устройства применительно к технологии проходки трубопровода с использованием щита микротуннелирования, который обеспечивает выполнение туннеля заданного диаметра с заданным радиусом кривизны трассы и в который задавливается магистраль. При этом передний торец первой трубы будущей магистрали приваривают к переходному кольцу щита микротуннелирования и трубу вводят в туннель вслед за щитом на заданную длину, например наполовину.
Устройство размещают в рабочем котловане таким образом, чтобы расстояние от заднего торца задавленной трубы 22 до рабочего торца плиты задавливания 3 в исходном положении было не меньше длины задавливаемой трубы 21, при этом шарнир 8 жестко закрепляют на дне котлована, например, с помощью анкеров. Регулируемой опорой 10 производят наклон рамы 1 таким образом, чтобы продольная ось рамы была параллельна хорде дуги трассы трубопровода в заданных двух ее точках: А и Б.
В исходном положении задние салазки 4 зафиксированы на раме 1, например, в крайнем правом положении. Силовые гидроцилиндры 11 втянуты, передние салазки 2 с плитой 3 расфиксированы, плита 3 поднята выдвижными опорами 16 в крайнее верхнее положение в направляющих 12 передних салазок. Губки 14 зажима трубы разведены. Ролики передней опоры 18 занимают крайнее верхнее положение, шток гидроцилиндра 20 полностью выдвинут, шток гидроцилиндра 19 занимает среднее положение.
Трубу 21, например краном, опускают сверху и размещают на роликах передней опоры 18 и роликах 15 плиты задавливания 3. При этом под действием собственного веса трубы 21 плита 3 поворачивается и ее торец совмещается с задним торцом трубы 21, чем обеспечивается совмещение условного центра трубы 21 с общей точкой траектории трассы и хорды (точка Б). Затем губками 14 зажимают задний торец трубы 21, а положение ее переднего торца по отношению к заднему торцу предыдущей трубы 22 регулируют перемещением рамы 17 роликов передней опоры 18, чем осуществляют центрирование фасок для образования сварочной ванны. После этого производят сварку образованного стыка и раму 17 роликов 18 передней опоры отводят от поверхности трубы вниз гидроцилиндром 20.
Далее силовыми гидроцилиндрами 11 производят задавливание трубы 21. При этом давление с гидроцилиндров выдвижных опор 16 снимают, и передние салазки 2 с плитой 3 перемещаются на величину хода гидроцилиндров 11. В этом положении передние салазки 2 фиксируют на раме 1 фиксатором 6. Затем производят расфиксацию задних салазок 4 и втягивают штоки силовых гидроцилиндров 11. Задние салазки 4 перемещаются на величину хода гидроцилиндров 11 и их в этом положении фиксируют на раме фиксатором 7. Далее цикл задавливания трубы 21 повторяют до полного исчерпания длины рамы 1, при этом давление в выдвижных опорах 16 плиты снято, и в конечном положении передних салазок 2 условный центр трубы совмещен с общей точкой траектории трассы и хорды (точка А).
По окончании процедуры передние 2 и задние 4 салазки совместно отводят в исходное положение, например лебедкой, где задние салазки 4 фиксируют фиксатором 7, силовые гидроцилиндры 11 втягивают на величину хода, плиту 3 поднимают выдвижными опорами 16 в крайнее верхнее положение в направляющих 12 передних салазок. Губки 14 зажима трубы разводят. Ролики передней опоры 18 поднимают в крайнее верхнее положение, при этом шток гидроцилиндра 20 полностью выдвинут, а шток гидроцилиндра 19 переводят в среднее положение. Устройство готово к установке следующей трубы.
Ремонт и строительство переходов магистральных трубопроводов малых рек и водоемов, особенно в условиях Западной Сибири и Крайнего Севера, представляет собой серьезную проблему. В первую очередь это связано с большими объемами проходки и неизбежными при этом нарушениями экологии. Проходка криволинейного участка трассы с помощью предварительно изогнутых труб позволяет в несколько раз сократить объемы строительных работ за счет уменьшения длины проходки, соответственно снижая затраты и сберегая экологию. Например, при проходке трассы с использованием прямых труб с естественным изгибом на заданной глубине, например 8 м, длина криволинейного участка составляет примерно 900 м. При проходке этого участка на этой же глубине с использованием предварительно изогнутых труб с углом между торцами трубы 3° длина проходки составит всего около 100 м. Кроме того, с помощью предлагаемой системы центрирования торцов труб перед сваркой существенно повышается производительность процесса, а сама сварка может производиться в автоматическом режиме.
В настоящее время с учетом чрезвычайной актуальности этих проблем разработан полный рабочий проект установки для задавливания предварительно изогнутых труб УЗИТ-400 с максимальным усилием задавливания 4000 кН на базе самоходного гусеничного шасси. Общая транспортируемая масса установки составляет 25 т, что позволяет доставить установку максимально близко к месту проведения работ автомобильным трейлером, а далее своим ходом непосредственно к рабочему котловану.