УШИРИТЕЛЬ СКВАЖИНЫ
UNDERREAMER

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании уширений в скважинах под буронабивные сваи, возводимые преимущественно в слабых грунтах.
Известен расширитель скважин, включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством присоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса (патент РФ №2485274, дата приоритета 29.12.2011, дата публикации 20.06.2013, авторы: Ахмадишин Ф.Ф. и др., RU).
Недостатками аналога являются: низкая производительность из-за потребности извлекать отработанный грунт со дна скважины, а также необходимость в использовании строительной техники для работы устройства.
Известен универсальный расширитель скважины, принятый в качестве прототипа, содержащий два коаксиально расположенных вала с размещенными на них скользящей и фиксированной муфтами, к которым шарнирно прикреплен пантографный пространственный механизм, снабженный породоразрушающими ножами для разрушения грунта. Оба коаксиально расположенных вала выполнены с возможностью взаимной фиксации и независимого соединения с бурильным валом буровой установки, от которой производится привод уширителя. Наружный вал выполнен с возможностью его установки на устье скважины с фиксацией от продольного перемещения, что позволяет выполнять уширенные полости различной конфигурации (патент РФ №2119036 C1, дата приоритета 14.03.1995, дата публикации 20.09.1998, автор Запорожец А.Т., RU, прототип).
Недостатком прототипа является то, что уширение в скважине создается за счет разрушения горной породы, при этом возможно образование излишков грунта в скважине, что приводит к ее засорению, кроме того, выполнение уширения таким образом не способствует максимальному увеличению несущей способности буронабивной сваи.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание уширений в скважине под буронабивные сваи путем уплотнения грунта в местах уширения для повышения несущей способности буронабивной сваи.
Для решения технической проблемы предложен уширитель скважины, содержащий два коаксиально расположенных вала с размещенными на них скользящей и фиксированной на внутреннем валу муфтами, к которым шарнирно прикреплен пантографный механизм, снабженный элементами, формирующими уширение скважины, и стабилизаторы осевого положения, при этом оба коаксиально расположенных вала выполнены с возможностью взаимной фиксации и соединения с бурильным валом буровой установки. Согласно изобретению новым является то, что пантографный механизм содержит породосжимающие элементы, установленные с возможностью формирования уширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания породосжимающих элементов при продольном перемещении от гидропривода наружного вала, при этом породосжимающие элементы выполнены в виде диаметрально расположенных шаровых сегментов с опорными консолями, прикрепленными к пантографному механизму с помощью болтовых соединений, а валы уширителя установлены с возможностью последовательного поворота на угол не более 45° по часовой стрелке с помощью бурильного вала буровой установки.
На фиг. 1(а, б) схематично представлена конструкция заявляемого уширителя скважины в состоянии покоя и при выполнении уширения, общий вид; на фиг. 2а - поперечный разрез А-А на фиг.1а, на фиг. 2б - поперечный разрез Б-Б на фиг.1б, и четыре позиции положения уширителя скважины (фиг.2(в-е)).
Заявляемый уширитель скважины содержит два коаксиально расположенных вала, наружный вал 1 и внутренний вал 2. На внутреннем валу 2 размещены скользящая муфта 3, установленная под наружным валом 1, и фиксированная муфта 4, к которым шарнирно закреплен пантографный механизм 5, снабженный породсжимающими элементами 6, установленными с возможностью формирования уширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания породосжимающих элементов при продольном перемещении наружного вала от гидропривода буровой установки. Породосжимающие элементы 6 имеют форму шаровых сегментов, снабженных опорными консолями 7 с ребрами жесткости 8, и закреплены на пантографном механизме 5 при помощи накладок 9 и болтовых соединений 10. При этом породосжимающие элементы 6 расположены диаметрально противоположно и могут быть сменными в зависимости от размера скважины. Для устранения осевых смещений уширителя в нижней части внутреннего вала 2 и в верхней части наружного вала 1 в зоне устья скважины на соответствующих валах установлены и закреплены стабилизаторы осевого положения 11, 12, выполненные в виде цилиндров. Кроме того, валы снабжены элементами соединения с буровой установкой для осуществления поворота уширителя на 45° с последующем закреплением для выполнения уширений (условно не показано).
Заявленный уширитель скважины работает следующим образом. В пробуренную скважину на необходимую глубину опускается собранный уширитель, как показано на фиг. 1 в положении покоя. Наружный вал 1 при этом присоединен к буровой установке. При передаче усилий от гидропривода буровой установки наружный вал 1 начинает опускаться вниз и происходит перемещение скользящей муфты 3 по внутреннему валу 2. В результате этого приводится в движение пантографный механизм 5, к которому при помощи накладок 9 и болтовых соединений 10 прикреплены опорные консоли 7 с породосжимающими элементами 6. Породосжимающие элементы 6, имеющие вид шаровых сегментов, начинают уплотнять грунт, вдавливаясь в него и постепенно создавая уширения, соответствующие размерам диаметрально расположенных породосжимающих элементов 6. После получения максимальных уширений пантографный механизм 5 приводят в начальное положение. Уширитель скважины с помощью привода буровой установки разворачивают на угол 45° по часовой стрелке и производят последовательность действий в том же порядке. При этом указанные действия повторяются еще три раза, как показано на фиг. 2(в-е) поз.1 – поз.4. После завершения всех этапов создания уширения уширитель скважины может быть извлечен.
Технический результат, получаемый при использовании заявленного уширителя, заключается в повышении несущей способности грунта в зоне уширения и самой сваи за счет создания уширений путем уплотнения грунта породосжимающими элементами, а также в повышении производительности в связи с исключением операции по очистке дна скважины от грунта.