РАCШИРИТЕЛЬ ГРУНТОВЫХ СКВАЖИН
UNDERREAMER OF GROUND WELLS

Изобретение относится к области строительства, конкретно к устройствам для расширения скважин в грунте.
Известно устройство для расширения скважин в грунте, включающее корпус пневмопробойника и расширитель, размещенный на корпусе и представляющий собой конусообразный стальной стакан (см., например, а.с. СССР №241164 от 20.03.67).
Недостатком данного устройства является использование его только при проходке горизонтальных скважин. При проходке глухих скважин расширитель приходится оставлять в грунте.
Известен расширитель к пневмопробойнику для образования скважин в грунте, выполненный составным из продольных секций, соединенных между собой и с пневмопробойником гибкой связью в виде троса (см., например, а.с. СССР №214413 от 19.07.66).
Такое выполнение позволяет при извлечении пневмопробойника из скважины одновременно извлекать и расширитель.
Недостатком данного расширителя является ненадежность гибкой связи, эксплуатации устройства в грунтовых условиях городской застройки, где встречаются пустоты, корни деревьев, камни, проволока и арматура. Такое выполнение ведет к потере расширителя, нередко к невозможности извлечения пневмопробойника, и требуется раскопка скважины.
Известен расширитель грунтовых скважин, выполненный также из продольных секций, соединенных с пневмопробойником при помощи жестко закрепленного на корпусе пневмопробойника упорного обода. Секции верхним торцом входят в зацепление с ободом, а при обратном ходе свободно выходят из этого зацепления (см., например, патент РФ №43105 на ПРОМЫШЛЕННЫЙ ОБРАЗЕЦ «Комплект пневмопробойника с расширителем для проходки скважин в грунте» от 08.08.95. Заявка №95500762.
Недостатком данного расширителя является отсутствие связи нижних концов секций с корпусом пневмопробойника, что приводит к отходу концов от корпуса при попадании твердого включения в грунте в зазор между корпусом и секциями, заклиниванию пневмопробойника в скважине, выходу из строя секций и необходимости раскопки скважины. Кроме того, постоянно требуется тщательная чистка этого зазора после каждой проходки, а при начале вхождения секций в грунт необходимо ручное прижатие их к корпусу.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы устройства, упрощение конструкции и расширение области применения.
Поставленная цель достигается тем, что расширитель скважин в грунте, включающий упорный обод на корпусе пневмопробойника и перемещающийся по поверхности корпуса пневмопробойника до соприкосновения с ободом стальной стакан, оборудованный гибкой связью в виде троса с выходом его на дневную поверхность, стакан выполнен в виде цельного кольца, и по боковой поверхности кольца, контактирующей со стенками скважины, выполнена круговая выточка, в которой размещены несколько витков пружинной проволоки, в одном месте выточки выполнена прорезь с размещенной в ней сомкнутой скобой эллипсообразной формы, охватывающей витки пружинной проволоки и прикрепленной к скобе тросом, а по периметру верхней горизонтальной поверхности кольца выполнены дополнительные прорези, сообщающие внутреннее пространство выточки с внутренним пространством скважины. Причем размер выточки от верхней ее части до нижней по контакту со стенками скважины должен быть не больше 50 мм и не менее 10 мм.
Такое выполнение устройства позволяет предельно увеличивать диаметр расширителя и тем самым радиус уплотнения грунта, используя возможности пневмопробойника на его полную мощность, получая максимальную степень уплотнения грунта при значительно меньших количествах проходок.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для расширения скважин в грунте в сборе на пневмопробойнике, продольный разрез; на фиг.2 - то же, в плане.
На фиг.1 и 2 изображено описываемое устройство, которое включает установленный на корпусе пневмопробойника 1 и упирающийся в жестко надетый на корпус пневмопробойника упорный обод 2 кольцеобразный расширитель 3, имеющий по своей боковой поверхности круговую выточку 4. В выточке 4 размещено пружинное кольцо 5 из нескольких витков стальных проволок. В одном месте выточки 4 выполнена прорезь 6, в которой размещается охватывающее пружинное кольцо 5 сомкнутая скоба 7 эллипсообразной формы для прикрепления к ней троса 8. По периметру верхней горизонтальной поверхности расширителя 3 выполнены прорези 9, сообщающие внутреннее пространство выточки 4 с внутренним пространством скважины. Максимальный размер выточки 4 по боковой поверхности расширителя 3, контактирующий со стенками скважины, не должен превышать 50 мм и не быть меньше 10 мм.
Устройство работает следующим образом.
Перед запуском пневмопробойника в месте образования скважины на грунт укладывается расширитель 3 в виде кольца. В кольцо устанавливается пневмопробойник и подается сжатый воздух. Пневмопробойник входит в грунт, кольцо скользит по поверхности корпуса пневмопробойника 1 до упорного обода 2. Затем начинается их совместное движение в грунте. Один конец троса 8 прикреплен к скобе 7, размещается в прорези 6 и не имеет в этом месте соприкосновения со стенками скважины во время всей работы пневмопробойника. Другой конец троса 8 имеет выход на дневную поверхность. Скоба 7 в прорези 6 охватывает пружинное кольцо 5 из нескольких витков стальной проволоки. По достижении требуемой глубины пневмопробойник 1 переводят на реверсивный режим, он выходит из зацепления с расширителем 3 и свободно извлекается из скважины лебедкой.
Выходу пневмопробойника 1 из расширителя 3 способствует упругий отпор грунта между стенками скважины и спрессованным грунтом в круговой выточке 4, который удерживает расширитель 3 в рабочем положении. Выточка 4 позволяет увеличить силу трения со стенками скважины, так как полностью заполняется грунтом. В момент начала вытягивания троса 8 пружинное кольцо 5 изменяет свою форму, разрыхляет грунт в выточке 4, выталкивает его частично через прорези 9, тем самым ослабляя сцепление со стенками скважины, способствует снижению усилий для поворота расширителя в вертикальное положение для его извлечения.
Если трос 8 не соединен с пневмопробойником, то вручную или лебедкой начинают тянуть за трос 8, кольцо поворачивается и становится вертикально в скважине, диаметр которой равен диаметру расширителя 3.
После выхода из зацепления с расширителем 3 пневмопробойник 1 извлекается из скважины, а затем и расширитель 3.
Усилие на подъем расширителя с выточкой 4 требуется значительно меньшее, чем без нее, так как при подъеме расширитель поворачивается в скважине на 90° и скользит краями выточки 4 по стенкам скважины.
Далее в процессе движения вверх по скважине расширитель 2 с выточкой 4 имеет более низкое сопротивление с грунтом, так как срезаемый грунт не заклинивается и не собирается над расширителем, а через выточку проходит вниз.
При проходке наклонных скважин расширитель 3 просто надевается на пневмопробойник и последний устанавливается в требуемое положение.
Особенностью данной конструкции расширителя является ее оптимальная форма, которая получена в результате опытного подбора в натурных условиях после многочисленных испытаний подобных расширителей различного вида. В случае отсутствия выточки 4 и выполнения цилиндрической боковой поверхности расширителя длиной свыше 50 мм, параллельной поверхности корпуса пневмопробойника, расширитель заклинивается в скважине, с трудом поворачивается при вытягивании за трос 8 и требуется большое усилие для его извлечения. В неустойчивых грунтах даже при частичном обрушении грунта в скважине расширитель вообще неизвлекаем.
В случае выполнения корпуса расширителя без боковой поверхности и без выточки, т.е. нижняя сферическая сторона непосредственно сразу стыкуется с верхней горизонтальной поверхностью расширителя 3, при обратном ходе пневмопробойника из скважины происходит его движение вместе с расширителем. Это вызвано тем, что отсутствие боковой поверхности у расширителя не позволяет ему иметь достаточную силу сцепления со стенками скважины, чтобы удержать его в скважине, а пневмопробойнику не позволяет выйти из заклинивания с расширителем, т.е. отсутствует упругий отпор грунта между стенками скважины и расширителем.