Способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте
METHOD OF TRENCHLESS LAYING OF PIPELINES IN SOIL

Изобретение относится к строительству, и может быть использовано для прокладки в грунте трубопроводов различного назначения.
Известен способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте по патенту РФ №2075000, кл. F16L 1/06, опубл. в БИ №7, 1997, включающий размыв в грунте канала и введение в него трубопровода, при этом 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.
Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: применение жидкости и газа для размыва канала при прокладке трубопроводов в грунте.
Недостатки этого способа: для осуществления размыва канала из скважин требуется прокладка к ним коммуникаций и работа механизмов на поверхности, что усложняет производство работ, а часто (при прокладке трубопроводов под дорогами) делает его невозможным; сложность наращивания трубопровода при непрерывной подаче воды; трудность обеспечения заданного направления прокладки из-за неоднородности массива грунта; необходимость заполнения околотрубного пространства твердеющим раствором для избежания просадки грунта.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте по патенту РФ №2460851, кл. E02F 5/18, F16L 1/028, опубл. 10.09.2012, Бюл. №25, включающий размыв в грунте канала струями жидкости, подаваемой через наконечник трубопровода при его прокладке в заданном направлении, при этом жидкость подают периодически, перед подачей в нее добавляют раствор, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и, по меньшей мере, один газообразующий агент, образуя смесь, при этом газообразование производят непосредственно в порах грунта при его контакте с газообразующим агентом смеси.
Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: образование в грунте канала, подача в него жидкости, в которую предварительно добавляют раствор, по меньшей мере, одного ПАВ и, по меньшей мере, одного газообразующего агента, образуя смесь, при этом газообразование производят непосредственно в порах грунта при его контакте с газообразующим агентом смеси, и прокладка трубопровода.
Основным недостатком этого способа является сложность его реализации из-за необходимости обязательной периодической подачи струй жидкости и раствора под давлением через наконечник в забой размываемого канала. Эта операция требует создания сложного дорогостоящего и высокотехнологичного оборудования, предполагающего подачу ингредиентов к соплу наконечника либо через отдельный шланг, либо через полное сечение прокладываемого трубопровода. При этом необходима одновременная подача последнего по заданной траектории динамическими или статическими способами. Вышеперечисленное снижает эффективность и надежность способа бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте.
Проблема заключается в создании способа бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте с повышенной эффективностью за счет снижения энергоемкости процесса прокладки и с повышенной надежностью за счет использования несложного в изготовлении и эксплуатации оборудования для реализации способа при снижении его стоимости.
Проблема решается тем, что в способе бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте, включающем образование в грунте канала, подачу в него жидкости, в которую предварительно добавляют раствор, по меньшей мере, одного ПАВ и, по меньшей мере, одного газообразующего агента, образуя смесь, при этом газообразование производят непосредственно в порах грунта при его контакте с газообразующим агентом смеси, осуществляют прокладку трубопровода, согласно техническому решению образованный канал герметизируют заглушками, подачу упомянутой смеси производят, наполняя канал по всей его длине, выдерживают смесь в канале до достижения разупрочнения слоя грунта вокруг канала по всей его длине путём преобразования физико-механических свойств этого грунта, затем демонтируют заглушки, а прокладку трубопровода осуществляют оборудованием, предназначенным для образования канала и оснащенным расширителем.
Герметизация канала заглушками не позволяет вытечь раствору из канала в период выдержки смеси, что повышает эффективность и надежность способа при снижении его стоимости за счет использования несложного в изготовлении и эксплуатации оборудования для реализации способа.
Наполнение канала упомянутой смесью по всей его длине позволяет одновременно разупрочнять слой грунта вокруг канала путем преобразования физико-механических свойств этого грунта. В отличие от прототипа, предлагаемый способ исключает сложную и энергоемкую операцию подачи смеси в забой образованного канала через прокладываемый трубопровод, что повышает эффективность способа и его надежность.
Выдержка в канале жидкости с раствором ПАВ и газообразующего агента, например, 3-5% раствора перекиси водорода, позволяет радикально изменить физико-механические свойства грунта, окружающего образованный канал. Прокладка трубопровода оборудованием, предназначенным для образования канала и оснащенным расширителем, дает возможность образовать канал необходимого диаметра (по диаметру расширителя) и присоединять прокладываемый трубопровод непосредственно к расширителю. Таким образом, предлагаемый способ прокладки трубопровода позволяет в значительной степени сократить количество используемого оборудования по сравнению с прототипом, где необходима доставка смеси в забой образованного канала (шланги, форсунки и т.д.), а значит снизить вероятность его поломки, что повышает надежность способа. Отказ от дополнительного оборудования, а следовательно, и энергозатратная его эксплуатация снижает энергоемкость способа, повышая его эффективность.
Целесообразно при низких энергетических характеристиках оборудования для образования упомянутого канала при большом диаметре прокладываемого трубопровода подачу упомянутой смеси производить под давлением, что увеличивает слой разупрочненного грунта, сокращает время прокладки трубопровода, повышая эффективность способа.
Целесообразно упомянутую смесь выдерживать в указанном канале до достижения разупрочнённым слоем грунта диаметра, не превышающего диаметр расширителя. Это обеспечивает надежное сцепление расширителя с массивом естественного грунта и предотвращает проскальзывание оборудования для образования упомянутого канала в разупрочнённом слое грунта и возможность просадки поверхности массива грунта (дорог, зданий и т.д.) по окончании работ, что повышает надежность способа.
Предлагаемый способ позволяет образовать канал различными способами: статическим вдавливанием (домкратами), бурением (станками горизонтального бурения), самоходными ударными устройствами (пневмопробойниками).
Сущность технического решения поясняется примером бестраншейной прокладки трубопровода в грунте с помощью пневмопробойника и чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 показано образование в грунте канала, на фиг. 2 изображена доставка и выдержка смеси и создание слоя разупрочненного грунта с измененными физико-механическими свойствами, на фиг. 3 - прокладка трубопровода.
Способ реализуют следующим образом. В массиве грунта 1 (фиг. 1) в заданном направлении из рабочего приямка 2 в приёмный приямок 3 образуют канал 4 с помощью пневмопробойника 5, работающего от компрессора 6. Убирают пневмопробойник 5 со шлангами (на фиг. не обозначены) и герметизируют канал 4 заглушками 7 и 8 (фиг. 2). Заглушка 8 имеет отверстие для подачи жидкости из бака 9, в которую предварительно добавляют раствор, по меньшей мере, одного ПАВ и, по меньшей мере, одного газообразующего агента. Наполняют канал 4 образованной смесью по всей его длине. После подачи образованной смеси в канал 4 её выдерживают по всей длине упомянутого канала в течение 0,15-1,5 часов. Газообразование производят непосредственно в порах грунта при его контакте с газообразующим агентом, поскольку массив грунта 1 содержит естественные катализаторы (окислы металлов), позволяющие производить разложение газообразующего агента (перекиси водорода) на газ (кислород) и воду. Проникая в трещины, поры и микропоры грунта 1 в стенках канала 4, образовавшийся газ адсорбируется на поверхности пор и микротрещин. В результате взаимодействия на границе «газ - твердое тело» понижается величина свободной поверхностной энергии (так называемый эффект Ребиндера), что приводит к расширению микропор и их соединению между собой, т.е к увеличению макропористости и проницаемости стенок канала 4. Избыточное давление выделяющегося в порах газа способствует разрушению структуры грунта. Жидкие ПАВ, взаимодействуя с поверхностями крупных макропор и трещин, образованных после контакта газа с микропорами и порами грунта 1 и его включениями, значительно снижают свободную энергию на их поверхности, приводя к дальнейшему разупрочнению грунта вокруг канала 4. Образуется вспененная газоводяная грунтовая пульпа 10, изменяющая физико-механические свойства грунта 1 в стенках канала 4. Затем пневмопробойник 5 оснащают расширителем 11 (фиг. 3), к которому присоединяют секции 12 трубопровода 13. Заглушки 7 и 8 канала 4 демонтируют. Запускают пневмопробойник 5 с расширителем 11 в работу от компрессора 6. Секции 12 сваркой или на резьбе соединяют друг с другом, не прекращая движения пневмопробойника 5. После выхода первой секции 12 из канала 4 в приёмный приямок 3 прокладка трубопровода 13 завершена.
В глинах, тяжелых суглинках или для сокращения времени прокладки трубопровода 13 смесь из бака 9 подают в канал 4 под давлением. Выдержка упомянутой смеси в канале 4 до достижения разупрочненным слоем грунта диаметра, не превышающего диаметр расширителя 11 (фиг. 3), обеспечивает надёжное сцепление расширителя 11 с массивом естественного грунта и, как следствие, предотвращает его проскальзывание в образованном канале 4 при прокладке трубопровода 13, и возможность просадки поверхности массива грунта (дорог, зданий и.т.д.).