СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ В ГРУНТЕ
METHOD OF TRENCHLESS PIPE LAYING IN SOIL

Техническое решение относится к строительству и может быть использовано для прокладки в грунте трубопроводов различного назначения.
Известен способ бестраншейной прокладки труб в грунте (гидропрокол), включающий размыв в грунте канала и введение в него трубы, причём размыв ведут струёй воды, подаваемой из наконечника прокладываемой трубы, а размытый грунт в виде пульпы истекает по затрубному зазору (см. А.К.Гефдинг, И.И.Беловская. Бестраншейный способ прокладки труб. - Гос. издат. литературы по строительству и архитектуре. Ленинград, 1955, с.57).
Способ гидропрокола имеет следующие недостатки:
- необходимость непрерывной подачи воды для обеспечения устойчивости канала в грунте, т.к. перерыв подачи воды с истечением пульпы из канала приводит к обрушению грунта и торможению трубы, что ограничивает дальность прокладки (до 30÷40 м);
- сложность наращивания труб при непрерывной подаче воды;
- отклонение трубы от заданного направления в процессе прокладки вследствие встречающихся более прочных включений в массиве грунта (строительный мусор, более плотный грунт и т.д.);
- необходимость заполнения околотрубного пространства твердеющим раствором (бентонитом, глинистым раствором) для избежания просадки грунта в околотрубном пространстве.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте (по патенту РФ №2075000, кл. F16L 1/06, опубл. в БИ №7, 1997 г.), 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.
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.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности прокладки трубопровода за счёт снижения энергозатрат и повышения точности и дальности прокладки и надежности за счёт упрощения способа прокладки трубопроводов в грунте.
Для решения указанной задачи в способе бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте, включающем размыв в грунте канала струями жидкости, подаваемой через наконечник трубопровода при его прокладке в заданном направлении, согласно техническому решению жидкость подают периодически, причем перед подачей в неё 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.
Подача жидкости струями через наконечник прокладываемого трубопровода периодически значительно сокращает энергозатраты, повышая эффективность способа. Наращивание трубопровода при периодической подаче жидкости упрощается, т.к. его можно производить между циклами подачи жидкости. Введение в подаваемую жидкость раствора по меньшей мере одного ПАВ и по меньшей мере одного газообразующего агента с образованием смеси и газообразованием непосредственно в порах и микротрещинах грунта перед наконечником трубопровода позволяет наиболее полно использовать избыточное давление газообразующего агента и, как следствие, повысить эффективность способа. Получение газообразного агента в грунте исключает подачу этого агента с поверхности, что затруднено, и это значительно упрощает реализацию предлагаемого способа, повышая его надёжность.
Разупрочнение грунта, его микропористых включений (глин), а также твердых пористых включений (строительного мусора, битого кирпича и т.д.) позволяет значительно повысить дальность прокладки и обеспечить точность заданного направления прокладки трубопровода, минимизируя возможность его отклонения, существенно снизив энергозатраты на внедрение трубопровода в размываемый канал, избежать необходимости размыва канала из скважин, что очень трудоемко, сложно, а иногда невозможно и, как следствие, повысить эффективность способа при его значительном упрощении, т.е. повысить надежность.
Целесообразно расширять канал в грунте струями указанной смеси, направленными под углом к оси прокладываемого трубопровода. В этом случае эффективность способа повышается за счёт существенного увеличения диаметра размываемого канала относительно диаметра прокладываемого трубопровода, что позволяет значительно увеличить дальность прокладки трубопровода, поскольку разупрочнение грунта вокруг прокладываемого трубопровода серьезно снижает его сцепление с грунтом.
Увеличение диаметра размываемого канала также позволяет корректировать направление прокладки путем возможности изменения расположения трубопровода в канале, что повышает точность и эффективность способа.
Как показали проведенные в грунте экспериментальные исследования, оставшаяся в затрубной части канала пульпа разупрочненного грунта представляет собой твердеющий раствор, теряющий газ и превращающийся через 8÷12 часов в недеформируемый материал. Такой эффект позволяет уйти от необходимости заполнения околотрубного пространства недеформируемым материалом (бентонитом, глиняным раствором и т.д.), что значительно упрощает технологию прокладки, повышая её эффективность и надежность.
Целесообразно при большой дальности прокладки вращать трубопровод в процессе прокладки вокруг его оси. Это снижает сцепление пульпы, образовавшейся в процессе разупрочнения грунта смесью ПАВ с газообразующим агентом, с боковой поверхностью трубопровода. Снижение бокового трения позволяет увеличить дальность прокладки трубопровода и, как следствие, повысить эффективность способа.
Сущность технического решения поясняется примером его реализации и чертежом, на котором показана схема реализации способа бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте.
Способ реализуют следующим образом.
В массив грунта 1 через рабочий приямок 2 (или колодец) в заданном направлении вводят первую секцию прокладываемого трубопровода 3, имеющего наконечник 4. Из бака 5 под давлением в заданном направлении через наконечник 4 в забой размываемого канала 6 периодически подают струями 7 жидкость, например воду. Перед подачей в жидкость добавляют раствор по меньшей мере одного ПАВ и по меньшей мере один газообразующий агент (например, 5÷10% раствор перекиси водорода), образуя смесь. Газообразование производят непосредственно в порах грунта при его контакте с газообразующим агентом, поскольку грунт, как правило, содержит естественные катализаторы (окислы металлов), позволяющие производить разложение газообразующего агента (перекиси водорода) на газ (кислород) и воду. Проникая в трещины, поры и микропоры грунта размываемого канала 6, 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 разрабатываемого канала 6. 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 и его включений, значительно снижают свободную энергию на их поверхности, приводя к дальнейшему разупрочнению грунта в размываемом канале 6. Образуется вспененная газоводяная грунтовая пульпа, внедрение трубопровода 3 по которой с усилием F не требует высоких энергозатрат. Можно раширять размываемый канал 6 струями 7 указанной смеси, направленными под углом к оси прокладываемого трубопровода 3, уменьшая таким образом энергоемкость прокладки, повышая точность и возможную дальность прокладки трубопровода 3. Целесообразно при большой дальности прокладки вращать трубопровод вокруг его оси, что снижает боковое сцепление трубопровода 3 с газоводяной грунтовой пульпой, образовавшейся в процессе прокладки и, как следствие, повышает эффективность предлагаемого способа прокладки трубопроводов в грунте.