СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБ В ГРУНТЕ
METHOD OF PIPE DRIVING IN SOIL

Техническое решение относится к горной и строительной технике и может быть использовано при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.
Известен способ бестраншейной прокладки подземных коммуникаций по патенту РФ №2229566, E02F 5/18, E02D 7/10, F16L 1/028, опубл. 27.05.2004 г., заключающийся в забивании трубы в грунт на требуемую длину в супесчаные грунты участками длиной не более 9, а в глинистые не более 7 ее внутренних диаметров, при этом ее стопорят упором, удаляют грунт из забитого участка трубы сообщаемыми ей ударами, прекращают ударное воздействие на трубу и отсоединяют упор от трубы после забивания каждого ее участка.
Недостатком этого способа является снижение производительности в пределе до нуля к концу процесса, неустойчивость процесса и невозможность полной очистки трубы от грунта, т.к. по мере очистки грунт перераспределяется по всей длине трубы, высота слоя грунта снижается, поэтому силы трения, обеспечивающие перемещение грунта по трубе, уменьшаются.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте (см. Н.Я.Кершенбаум и В.И.Минаев. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. М.: «Недра». 1984, с.36-37), заключающийся в погружении трубы в грунт с открытым передним торцом, формировании в ее забойной части грунтового керна, который транспортируют по встроенному в погружаемую трубу грунтопроводу порциями давлением воздуха, поступающего по затрубному пространству, отсечении порций грунтового керна и образовании камеры перед порцией грунтового керна путем смещения грунтопровода по оси погружения давлением воздуха.
Недостатком способа является большая энегроемкость процесса погружения трубы из-за значительного совместного лобового сопротивления погружаемой грубы и грунтового керна в грунтопроводе ввиду большой степени его обжатия, что приводит к увеличению сил трения грунтового керна о внутреннюю поверхность трубы. Наличие возвратно-поступательного движения грунтопровода в абразивной грунтовой среде может привести к заклиниванию грунтопровода в каком-либо положении, что приведет к нарушению процесса отрыва и транспортирования порций грунтового керна. Кроме того, возвратно-поступательное движение грунтопровода усложняет конструкцию, реализующую способ.
Решаемые технические задачи заключаются в уменьшении энергоемкости процесса погружения трубы за счет снижения лобового сопротивления погружаемой трубы, в повышении надежности отрыва и удаления порций грунтового керна из погружаемой трубы за счет смещения ее по оси скважины от забоя и в уменьшении стоимости комплекта оборудования, реализующего способ, за счет применения вакуума вместо избыточного давления.
Задача решается за счет того, что в способе бестраншейной прокладки труб в грунте, заключающемся в погружении трубы в грунт, формировании грунтового керна в забойной части погружаемой трубы, его транспортировке по грунтопроводу порциями давлением воздуха, поступающего по затрубному пространству, отсечении порций грунтового керна и образовании камеры перед порцией грунтового керна путем смещения грунтопровода по оси погружения, согласно техническому решению в качестве грунтопровода используют погружаемую трубу, которую смещают по оси погружения статической силой, а транспортировку порций грунтового керна осуществляют путем создания вакуума на наружном конце погружаемой трубы.
Использование в качестве грунтопровода погружаемой трубы значительно снижает ее лобовое сопротивление за счет отсутствия внутри нее грунтопровода, а транспортировка порций грунтового керна с помощью вакуума исключает необходимость подвода сжатого воздуха к забойному торцу погружаемой трубы: достаточно иметь связь забойного торца погружаемой трубы с атмосферой. Кроме того, стоимость установок по созданию вакуума значительно дешевле аналогичных установок по созданию избыточного давления при одинаковом расходе.
Целесообразно в затрубном пространстве одновременно с погружением трубы формировать продольные каналы с помощью одного или нескольких местных расширителей с отверстиями, которыми указанная камера соединена с затрубным пространством, установленных на забойном конце погружаемой трубы. Местные расширители вытесняют грунт в затрубном пространстве и формируют продольные каналы, связывающие камеру с атмосферой. Это повысит надежность и скорость транспортирования порций грунтового керна за счет большего притока атмосферного воздуха в камеру.
Целесообразно после смещения погружаемой трубы по оси погружения осуществлять ее поворот вокруг этой оси. Отверстия в местных расширителях могут забиваться грунтом. Указанный поворот погружаемой трубы позволит организовать связь камеры с атмосферой по всему сечению продольных каналов, образованных местными расширителями. Это повысит надежность и скорость транспортирования порций грунтового керна за счет еще большего притока атмосферного воздуха в камеру.
Сущность технического решения иллюстрируется примерами конкретной реализации способа и чертежами фиг.1-3.
На фиг.1 изображена схема реализации способа бестраншейной прокладки труб в грунте.
На фиг.2 изображен фрагмент схемы реализации способа с местными расширителями на забойном конце погружаемой трубы.
На фиг.3 изображен разрез A-A на фиг.2. Стрелкой указано направление поворота.
Способ бестраншейной прокладки труб в грунте реализуют следующим образом.
Погружаемую трубу 1 (далее - труба 1) открытым концом погружают в грунт любым известным способом (вдавливанием силой F, ударами и т.д.). Грунт входит во внутреннее пространство трубы 1 и образует грунтовый керн 2 (далее - керн 2). По мере увеличения длины керна 2 образуется грунтовая пробка, погружение трубы 1 замедляется вплоть до полной ее остановки. Для устранения грунтовой пробки трубу 1 смещают по оси погружения в сторону от забоя на некоторое расстояние. Для этого на трубе 1 монтируют упор 3, передающий трубе 1 статическую силу от источника 4 статической силы, например, гидроцилиндров, закрепленных как показано на фиг.1. Смещение трубы 1 приводит к отрыву порции керна 2 от грунтового массива и образованию камеры 5 в свободном от трубы 1 пространстве скважины. С помощью вакуумного насоса 6 на наружном конце трубы 1 создают вакуум, а атмосферный воздух, по затрубному пространству 7 проникающий в камеру 5, создает давление на порцию керна 2 по всему сечению трубы 1. Под действием атмосферного давления порция керна 2 начинает перемещаться по грунтопроводу в виде погружаемой трубы 1 до попадания в керноприемник 8, установленный на наружном конце трубы 1. Затем керноприемник 8, вакуумный насос 6, упор 3 и источник 4 статической силы демонтируют и процесс погружения трубы 1 возобновляют.
Для более надежной связи камеры 5 с атмосферой на забойном конце трубы 1 можно закрепить один или несколько местных расширителей 9 с отверстиями 10 (фиг.2 и 3). Местные расширители 9 вытесняют грунт в затрубном пространстве 7 и формируют продольные каналы 11, по которым атмосферный воздух через отверстия 10 будет попадать в камеру 5. Т.к. местные расширители 9 расположены только в нескольких местах по периметру поперечного сечения трубы 1 и их габаритные размеры незначительны (на фиг.2 и 3 они показаны в увеличенном масштабе для наглядности), то лобовое сопротивление трубы 1 в целом увеличится незначительно, а наличие продольных каналов 11 позволит повысить надежность и скорость транспортирования порций керна 2.
Поворот трубы 1 (фиг.3) после ее осевого смещения позволит также увеличить приток воздуха из атмосферы в камеру 5. В этом случае местные расширители 9 сместятся в сторону по окружности и откроют все сечение продольных каналов 11. Это обеспечит связь атмосферы и камеры 5 по всему сечению продольных каналов 11, а не только через отверстия 10.