Способ бестраншейной замены (реновации) трубопровода и устройство для его осуществления
METHOD OF TRENCHLESS REPLACEMENT (RENOVATION) OF PIPELINE AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области трубопроводов сетей инженерно-технического обеспечения, магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов и может быть использовано при замене или восстановлении трубопроводов без вскрытия грунта.
В связи с постоянно растущей насыщенностью территорий различными объектами капитального строительства в большинстве случаев замена (реновация) изношенных подземных трубопроводных коммуникаций в условиях плотной застройки становится все более сложной задачей, не позволяющей решать ее традиционными методами, заключающимися во вскрытии траншей с заменяемыми трубопроводами, их демонтаже, подготовке траншей, укладке в них новых трубопроводов и обратной засыпке грунта. В таких случаях наиболее приемлемым вариантом выступает бестраншейная (без вскрытия грунта) прокладка трубопроводов по трассе существующих трубопроводов.
Учитывая, что согласно документу в области стандартизации СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым способом», термины «замена» и «реновация» имеют тождественное значение, для краткости, далее по тексту изобретения применяется термин «замена».
При рассмотрении технической литературы, наиболее близко относящейся к данной проблематике, выявлен следующий ряд технических решений.
Известен способ бестраншейной замены трубопровода большого диаметра, заключающийся в удалении старого трубопровода с прокладкой нового трубопровода, отличающийся тем, что старый трубопровод заменяют участками с периодическим протаскиванием на место удаленного участка
нового трубопровода, для чего старый трубопровод изнутри разрезают кольцевым резом, выполняют продольные резы на удаляемом участке и его демонтируют, а для защиты изоляционного покрытия нового трубопровода и (или) центровки его относительно старого трубопровода на новый трубопровод крепится коронка, зубья которой больше диаметра заменяемого трубопровода (патент на изобретение RU 2270952, кл. F16L 1/028, опубл. 27.02.2006 г., бюл. №6).
Недостатками данного способа являются:
отсутствие технологии выполнения кольцевых и продольных резов заменяемой трубы, не требующей выполнения ручной резки внутри трубы;
отсутствие технологии демонтажа удаляемых участков заменяемой трубы, не требующей ее выполнения вручную;
высокая вероятной обрушения грунта после выполнения кольцевых и продольных резов заменяемой трубы и демонтажа ее участков до проталкивания на освобождающиеся участки скважины новой трубы.
Известен способ бестраншейной замены подземного трубопровода, включающий протягивание через старую трубу посредством тянущего троса оголовка, состоящего из конического наконечника и цилиндрического тела присоединение заменяющего трубопровода к задней части цилиндрического тела оголовка, при этом на коническом наконечнике оголовка расположены ролики, оси вращения которых перпендикулярны оси старой трубы (патент на изобретение RU 2504708, кл. F16L 1/028, опубл. 20.01.2014 г., бюл. №2).
Недостатками данного способа являются:
отсутствие возможностей для размещения в старом трубопроводе заменяющего трубопровода с диаметром, равным диаметру старого трубопровода и превышающим его;
отсутствие технологии предварительного протягивания в старый трубопровод троса, с помощью которого выполняется протаскивание оголовка с присоединенным к нему замещающим трубопроводом.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов, содержащее труборазрушающий рабочий орган конической формы с двумя дисковыми ножами и опорным катком, расширитель для увеличения диаметра скважины, состоящий из четырех частей усеченного конуса, в каждой из которых выполнены два радиальных резьбовых отверстия, расположенных параллельно друг другу, одно из которых сквозное, а другое - несквозное, и два радиальных паза, расположенных параллельно друг другу, тяговый элемент, болты, втулки и штифты (патент на изобретение RU 2491466, кл. F16L 1/028, опубл. 27.08.2013 г., бюл. №24).
Недостатками данного устройства являются:
отсутствие технологии предварительного протягивания в старый трубопровод троса, с помощью которого выполняется протаскивание труборазрушающего рабочего органа с присоединенными расширителем и новым трубопроводом;
высокая вероятность застревания устройства в старом трубопроводе вследствие сопротивления растяжению материала его труб при воздействии входящего в устройство расширителя и давления, оказываемого массивом грунта на внешнюю поверхность старого трубопровода, и отсутствия в устройстве механизма приложения радиальных усилий для расширения скважины.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения способа, обеспечивающего возможность замены подземных трубопроводов трубопроводами с диаметрами, равными диаметрам разрушаемых трубопроводов или большего диаметра без предварительного протягивания через разрушаемые трубопроводы тянущего троса, с приложением меньших тяговых усилий, необходимых для прокладки новых трубопроводов, и снижением вероятности их застревания во внутренней полости разрушаемых трубопроводов.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности технологии бестраншейной замены подземных трубопроводов.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, способ бестраншейной замены трубопровода заключается в том, что:
- перед началом прокладки нового трубопровода к его торцевой части жестко присоединяют оголовок, соединенный при помощи винта с режущим механизмом, а к задней части нового трубопровода присоединяют механическое устройство для его проталкивания;
- после размещения режущего механизма во внутренней полости разрушаемого трубопровода, включают установленные в режущем механизме дисковые ножи, выполняют продольные разрезы в разрушаемом трубопроводе с одновременным проталкиванием режущего механизма до соприкосновения оголовка с торцевой частью разрушаемого трубопровода;
- временно останавливают проталкивание нового трубопровода, включают привод, приводят во вращение винт, посредством которого перемещают обойму с расширительными упорами в сторону оголовка и поднимают ближайшие к нему края расширительных губок, расширяют участок скважины для нового трубопровода;
- переключают привод в положение, при котором переводят вращение винта в обратную сторону, перемещают обойму с расширительными упорами в сторону режущего механизма и возобновляют проталкивание нового трубопровода до соприкосновения оголовка с ближайшими к режущему механизму краями расширительных губок;
- повторяют операции по расширению скважины для нового трубопровода и его последующему проталкиванию в подготовленный участок скважины.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также в результате того, что, согласно изобретению, устройство для бестраншейной замены трубопровода содержит режущий механизм с установленными в нем на равном удалении друг от друга четырьмя дисковыми ножами для выполнения продольных разрезов в разрушаемом трубопроводе, жестко закрепленный на торцевой части нового трубопровода оголовок, винт, один конец которого подвижно соединен с режущим механизмом, а другой конец жестко закреплен в приводе, жестко закрепленном на противоположной направлению проталкивания нового трубопровода торцевой части оголовка, обойму, подвижно установленную на винте, четыре расширительных упора, которые подвижно закреплены своими нижними концами на равном удалении друг от друга на обойме, а другими своими концами подвижно соединены с ближайшими к оголовку краями ответных расширительных губок, которые другими своими краями подвижно соединены с внутренней торцевой частью режущего механизма.
Изобретение поясняется фиг. 1-4.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема замены трубопровода в начальной стадии (позиция I).
На фиг. 2 изображена принципиальная схема замены трубопровода в стадии расширения скважины (позиция II).
На фиг. 3 изображена принципиальная схема замены трубопровода в стадии ввода нового трубопровода в расширенную часть скважины (позиция III).
На фиг. 4 изображена принципиальная схема расширительных упоров и губок, вид сзади.
На фиг. 1-4 применены следующие обозначения:
1 - режущий механизм;
2 - дисковый нож;
3 - расширительный упор;
4 - расширительная губка;
5 - обойма;
6 - винт;
7 - привод;
8 - оголовок;
9 - разрушаемый трубопровод;
10 - новый трубопровод.
Способ бестраншейной замены трубопровода и устройство для его осуществления реализуются следующим образом.
Выполняют монтаж режущего механизма 1, для чего в его корпусе по его наружной окружности на равном удалении друг от друга выполняют четыре прорези (не показаны) и устанавливают в них дисковые ножи 2, в середине торцевой части режущего механизма 1, противоположной направлению резки разрушаемого трубопровода 9, закрепляют конец винта 6 с обеспечением его вращения под воздействием привода 7.
На винте 6 устанавливают обойму 5, по наружной окружности которой подвижно устанавливают на равном удалении друг от друга концы четырех расширительных упоров 3. Передние концы четырех расширительных губок 4 подвижно закрепляют на уровне ребра торцевой части режущего механизма 1, противоположной направлению резки разрушаемого трубопровода 9, а к противоположным их краям подвижно присоединяют противоположные концы соответствующих расширительных упоров 3. Противоположный конец винта 7 жестко пропускают через предварительно выполненное в центре оголовка 8 отверстие и неподвижно устанавливают в приводе 7, жестко закрепленном на противоположной направлению проталкивания нового трубопровода 10 торцевой части оголовка 8. Оголовок 8 жестко присоединяют к торцевой части нового трубопровода 10.
К противоположному концу нового трубопровода 10 присоединяют механическое устройство для его проталкивания (не показано), режущий механизм 1 размещают во внутренней полости разрушаемого трубопровода 9 и включают дисковые ножи 2 и устройство для его проталкивания (не показано), выполняют продольные разрезы в разрушаемом трубопроводе 9 с одновременным проталкиванием режущего механизма 1 до соприкосновения оголовка 8 с торцевой частью разрушаемого трубопровода 9, после чего останавливают проталкивание нового трубопровода 10. Включают привод 7, который, вращая винт 6, перемещает обойму 5 в сторону оголовка 8. Расширительные упоры 3 поднимают ближайшие к оголовку 8 края расширительных губок 4, под воздействием которых выполняют расширение участка скважины для нового трубопровода 10.
Выполняют переключение привода 7 в положение, при котором вращение винта 6 переводят в обратную сторону, под воздействием которого обойму 5 перемещают в сторону режущего механизма 1 и через расширительные упоры 3 опускают ближайшие к оголовку 8 края расширительных губок 4. Повторно включают механическое устройство для проталкивания (не показано) и проталкивают новый трубопровод 10 в расширенный участок разрушаемого трубопровода 9.
В последующем указанные операции повторяют до вывода переднего конца нового трубопровода 10 из расширенной скважины разрушаемого трубопровода 9. При возникновении ситуации, не позволяющей выполнять дальнейшую прокладку нового трубопровода 10, например, вследствие выхода из строя режущего механизма 1, переключают механическое устройство для проталкивания (не показано) и выполняют вытягивание нового трубопровода 10 в обратную сторону для ремонта или замены режущего механизма 1.
Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается повышение эффективности технологии бестраншейной замены подземных трубопроводов трубопроводами с диаметрами, равными диаметрам разрушаемых трубопроводов или большего диаметра за счет прокладки новых трубопроводов без предварительного протягивания через разрушаемые трубопроводы тянущего троса, приложения меньших тяговых усилий и снижения вероятности застревания новых трубопроводов во внутренней полости разрушаемых трубопроводов.