Перспективы развития бестраншейных технологий при прокладке инженерных коммуникаций

УДК 622

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БЕСТРАНШЕЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ПРИ ПРОКЛАДКЕ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

А.С. Рыбаков

Описываются наиболее перспективные способы создания скважин бестраншейным методом. Излагается принадлежность их к определенным областям применения и основные преимущества в сравнении с традиционными методами создания скважин. Приводится базовая классификация бестраншейных методов. В результате, основываясь на достоинствах и недостатках тех или иных методом, делается вывод о необходимости развития способов расчета пространственного перемещения исполнительного органа бестраншейной машины.

Ключевые слова: прокол, бурение, направленное бурение, перспективные методы, развитие, скважина.

На текущем этапе развития городского строительства в условиях плотной городской застройки ремонт существующих и прокладку новых коммуникаций становится все менее возможным осуществлять традиционными способами с экскавацией грунта на поверхность. Данное обстоятельство привело к весьма широкому распространению различных способов создания горизонтальных скважин бестраншейным методом. К основным их достоинствам, как правило, относят:

- сохранение целостности поверхности, например дорожного полотна;

- значительное расширение области прокладки коммуникаций (под реками, железными дорогами, домами и т.п.);

- возможность работы в зимний период;

- сохранение целостности существующих коммуникаций;

- мобильность и высокую производительность;

- значительное уменьшение зоны ведения работ;

- снижение общей стоимости работ.

Круг инженерных задач, решаемых бестраншейными способами, как правило, ограничен ремонтом и прокладкой новых трубопроводов в грунтах.

Для горизонтальных и горизонтально-наклонных методов:

- прокладка газопроводов и нефтепроводов;

-прокладка канализации и водопроводов;

Для вертикальных методов:

- формирование свай и свайных конструкций;

- создание колодцев и скважин.

Технологии реализации бестраншейных методов весьма разнообразны, в связи с этим необходимо провести некую их классификацию. В первую очередь, следует их классифицировать по способу создания самой скважины: бурением и проколом. Бурение подразумевает разрушение грунта буровым инструментом с удалением его (грунта) из призабойной зоны либо с уплотнением в стенки скважины. Прокол же предусматривает создание скважины исключительно за счет уплотнения грунта в ее стенки. Методы создания скважины, в свою очередь, накладывают ограничения на максимальные типоразмеры возводимых коммуникаций и их протяженность. Для уплотнения это, как правило, до 300...500 мм в диаметре при протяженности до 80 метров, для бурения же диаметр возводимых скважин может достигать 2000 мм, а протяженность, в свою очередь, - нескольких километров. Стоит отметить, что на качество возводимых скважин значительно влияют наличие информации о пространственной ориентации рабочего инструмента машины и возможность управления процессом создания скважины. Если данные механизмы отсутствуют, то эффективная дальность значительно снижается. Так, например, для неуправляемого прокола она составляет 20 - 30 метров.

Бурение реализуется, главным образом, двумя технологиями: горизонтально-направленным бурением (ГНБ) (рис. 1) и шнековым бурением (рис. 2). Технология ГНБ, как правило, характеризуется наличием обратной связи с положением буровой головной секции и возможностью корректировки ее направления. Характеристики создаваемой скважины следующие: длина до 2 км и диаметр до 1200 мм. Шнековое бурение также характеризуется наличием обратной связи и возможностью управления. Получаемая же скважина имеет следующие характеристики: длина до 150 м и диаметр от 600 до 1820 мм [1].

Рис. 1. Установка ГНБ ОгыпйойгШ 15х

Рис. 2. Установка шнекового бурения ЛшепсапЛще^ 72-1200 С2

Прокол же реализуется большим количеством технологий [2], классификация которых представлена на рис. 3. Эти технологии реализации бестраншейного создания скважин уплотнением грунта характеризуются параметрами скважин, представленными в таблице.

Осевые колебания

Колебания г иргевди кули рные оси скважины

Высокочастотные осевые удэры

Рис. 3. Классификация технологий создания скважин бестраншейным

способом с уплотнением грунта

Характеристики скважин, создаваемые с помощью различных

технологий прокола

Технология прокола Диаметр скважины, мм Длина скважины, м

Статический До 500 До 80

С осевыми вибрациями До 500 До 60

Ударный До 600 До 30

Пневмопробойниками До 400 До 50

Раскатка До 160 До 30

С вибрациями

перпендикулярно оси До 350 До 30

скважины

Механический прокол реализуется следующим образом: прокалывающая машина осуществляет вдавливание в грунт става, состоящего из буровых штанг и оснащенного рабочим инструментом, форма которого зависит от решаемой задачи. При этом вдавливание производится поэтапно с наращиванием количества штанг.

При реализации прокола пневмопробойником вдавливание осуществляется уже самим пневмопробойником, который движется в грунте. Процесс вдавливания осуществляется ударным методом расположенным внутри пробойника ударником, который пневматически приводится в движение и производит удары по корпусу в направлении оси скважины.

Раскатка же заключается в следующем. Конический исполнительный орган за счет своей конструкции ввинчивается в массив, уплотняя грунт и создавая, таким образом, скважину. Конструкции исполнительных органов разнообразны, но наиболее распространенным является рабочий орган, представленный на рис. 4. На приводном валу (рис. 4) друг за другом насажены катки цилиндрической и конической формы и острие. Ось вращения катков смещена относительно оси вала, в связи с чем при вращении катков образуется спиралевидная поверхность [3].

Рис. 4. Раскаточный проходчик Яапег серии БЯ

Среди технологий прокола наибольшую распространенность получила технология механического прокола. Вызвано это двумя факторами. Во-первых, при анализе типоразмеров коммуникаций городов РФ выявлено, что большая их часть, а это около 70 %, имеет диаметр до 300 мм и все эти типоразмеры покрываются возможностями машин, реализующих технологию механического прокола. Во-вторых, машины эти по своей конструкции весьма просты и производятся на отечественных предприятиях, что делает их более доступными как в приобретении, так и в ремонте.

Одним из ограничений данной технологии является практическая сложность или невозможность создания скважин криволинейной траектории. Эта проблема может быть решена с использованием локационных систем, используемых на машинах ГНБ. Но данное решение ограничено высокой его стоимостью и необходимостью наличия опытного оператора, так как методы расчета поведения става в грунте в зависимости от режимных параметров установок и свойств грунта не распространены.

Можно заключить, что перспективным для технологии механического прокола является развитие методов расчета пространственного перемещения става в грунте при проколе. Такие расчеты, во-первых, помогут помочь заранее оценить тенденции движения става в грунте, что даст понимание как о принципиальной возможности реализации определенного проекта в тех или иных условиях, так и о необходимых характеристиках установок и инструмента. Во-вторых, на основе таких расчетных моделей могут быть построены алгоритмы обработки сигналов микромеханических датчиков пространственной ориентации, что позволит создавать более экономичные системы определения пространственного положения рабочего инструмента става.

Список литературы

1. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий (теория и практика). М.: ПрессБюро 2005. № 1. 304с.

2. Пестов Г.Н. Закрытая прокладка трубопроводов. Подольск: Стройиздат, 1964. 188 с.

3. Ряшенцев А.Н. Самоходный реверсивный движитель - проходчики скважин DR для перемещения в грунтах, буровая установка "RANER": сб. докл. конф. по бестраншейным технологиям NO-DIG. М., 2010.

Рыбаков Александр Сергеевич, асп., hammerhl@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

PROSPECT FOR THE DEVELOPMENT OF TRENCHLESS TECHNOLOGIES FOR

LAYING OF UTILIES

A.S. Rybakov 168

The paper describes the most promising ways to create holes trenchless method. We present their belonging to a specific field of application and the main advantages in comparison with traditional methods of creating holes. Provides basic classification of trenchless techniques. As a result, based on the advantages and disadvantages of various methods, the conclusion about the need to develop ways to calculate the spatial movement of the executive body of trenchless machines.

Key words: puncture, drilling, directional drilling, advanced techniques, development, well.

Rybakov Alexandr Sergeevich, postgraduate, hammerhlamail. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 622

СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ КРИВОЛИНЕЙНЫХ СКВАЖИН ПРИ БУРЕНИИ И ПРОКОЛЕ

А.С. Рыбаков

Излагаются и классифицируются способы создания криволинейных скважин. Классификация проводится по областям проходки, в которых те или иные способы применяются, количеству заходов, способам создания скважин и наличию методик расчета кривизны скважины. В результате выделены три основные области создания скважин: вертикальная и вертикально-наклонная, горизонтальная и горизонтально-наклонная, кроме микрощитов и горизонтальная и горизонтально-наклонная микрощитами. Результатом созданной классификации является систематизация знаний о способах изменения траектории скважины при проходке и понимание того, что наименее изученной с расчетной точки зрения является область горизонтального и горизонтально-наклонного создания скважин.

Ключевые слова: прокол, бурение, направленное бурение, криволинейная траектория, скважина.

При создании как вертикальных, так и горизонтальных скважин очень часто необходимо вести ее разработку по криволинейной траектории. Это обусловлено как нерентабельностью или невозможностью проведения прямолинейной выработки, так и технологической необходимостью именно криволинейной выработки. Основными причинами создания таких скважин являются [1]:

для вертикального и вертикально-наклонного бурения: - расположение цели под объектами (водоемами, горами, городами), создающими сложные геологические условия для прямолинейного бурения;