СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ФУТЛЯРОВ ПОД АВТОМОБИЛЬНЫМИ И ЖЕЛЕЗНЫМИ ДОРОГАМИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
METHOD FOR TRENCHLESS INSTALLATION OF TRAYS UNDER MOTOR AND RAIL ROADS IN CONSTRUCTION OF MAIN PIPELINES

Изобретение относится к прокладке трубопроводов под автомобильными и железными дорогами с использованием энергии управляемого взрыва.
Прокладка магистральных трубопроводов под автомобильными и железными дорогами, как правило, выполняется с исключением открытых земляных работ. При этом все трубопроводы, проходящие под дорогами, заключаются в футляры.
Известен способ прокладки футляров трубопроводов под шоссейными дорогами методом проталкивания труб в грунт из рабочего котлована в приемный с последовательным их наращиванием (патент РФ №2070302, БИ №234, 1989 г.).
Недостатком способа является трудоемкость его использования.
Известен способ прокладки футляров трубопроводов под автомобильными и железными дорогами путем использования установок горизонтального бурения типа УГБ в грунтах I и III группы (Технологические карты основных строительно - монтажных работ по сооружению газопроводов в сельской местности, Саратовский институт «ГИПРОНИИГАЗ» ГП «Росстройгазификация», 1993, стр.39). Установка горизонтального бурения обеспечивает прокладку футляров диаметром от 425 до 1020 мм.
Указанный способ бестраншейной прокладки футляров трубопроводов обладает существенными недостатками. Установка горизонтального бурения имеет высокую стоимость и ограниченный выпуск отечественной промышленностью. Затраты на ее приобретение не окупаются из-за ограниченного времени ее эксплуатации. Кроме того, она не может использоваться при необходимости прокладки футляра диаметром более 1020 мм.
Известен способ прокладки футляра для трубопроводов методом прокола (Технологические карты основных строительно-монтажных работ по сооружению газопроводов в сельской местности. Саратовский институт «ГИПРОНИИГАЗ» ГП «Росстройгазификация», 1993, стр.42). Он выполняется с помощью гидравлических домкратов в глиняных, песчаных грунтах, суглинках и супесях. Диаметр прокладываемых футляров от 200 до 400 мм. Длина прокола до 50 м.
Для выполнения данного способа по прокладке футляра готовятся рабочий и приемный котлованы. Дно рабочего котлована тщательно выравнивают. Затем на направляющую раму укладывают автокраном или трубоукладчиком футляр. На передний конец футляра приваривают конический наконечник. Трубу с наконечником с помощью домкратов вдавливают в грунт на длину штоков домкрата. После этого штоки домкратов отводят в первоначальное положение, а в образовавшийся промежуток вставляют нажимной патрубок и вновь приводят в действие домкрат. Затем, после приведения в начальное положение штоков домкрата вставляют патрубок удвоенной длины и так далее. Операции выполняют до тех пор, пока заостренный наконечник с футляром не выйдет в приемный котлован. Стандартная длина трубы составляет 10-11 м. Поэтому при образовании канала указанной длины укладывают целую трубу, центрируют ее с первоначальной, производят сварку. Так повторяют операции до полного прокола дороги.
Описанный способ бестраншейной прокладки футляров для трубопроводов имеет следующие недостатки. Чем больше диаметр футляра, тем он более трудоемок. Периодически приходится извлекать трубы для очистки их от грунта, вдавливаемого в конический наконечник футляра.
Учитывая, что диаметр (до 400 мм) футляра имеет большую площадь, приходится выбирать другое место прокола при встрече с твердыми прослойками грунта. Если возникает необходимость проложить под дорогой футляр для трубопровода диаметром 400 мм и более, описанный способ неприемлем.
Приведенные способы бестраншейной прокладки трубопроводов требуют больших финансовых расходов и неприемлемы для прокладки их диаметром более 1020 мм.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ бестраншейной прокладки футляров под автомобильными и железными дорогами при строительстве магистральных трубопроводов (Патент №2216670, БИ №32 от 20.11.2003), заключающийся в том, что готовят рабочий и приемный котлованы, тщательно выравнивают дно рабочего котлована, укладывают на его дно направляющую раму, на последнюю укладываю футляр с коническим наконечником большего диаметра, чем трубопровод и вдавливают футляр домкратом. При этом первой вдавливают в грунт трубу, диаметр которой в 10-30 раз меньше диаметра футляра, а процесс прохода грунта ведут с привариванием новой трубы до выхода конца первой трубы в приемный котлован. После этого заполняют образовавшую прокол трубу взрывчатым веществом (ВВ), на внешнюю часть дороги укладывают металлические экраны по месту установки футляра, пригружают их в случае необходимости и подрывают удлиненный заряд ВВ, а в образовавшийся канал вводят футляр.
Недостатком данного способа являются: отклонение лидирующей трубы с коническим наконечником от оси заданного расположения футляра при большой протяженности прокола, а также повреждение изоляции футляра при установке его в канал под дорогой, раздробленными и вдавленными в стенки скважины остатками трубы после взрыва в ней удлиненного заряда ВВ.
Технический результат предлагаемого авторами способа - повышение точности прокола, значительное ускорение и удешевление работ, простота реализации способа, повышение качества канала для укладки футляра, возможность изготовления каналов любых диаметров.
Технический результат достигается тем, что подготавливают рабочий и приемный котлованы, тщательно выравнивают дно рабочего котлована, укладывают на него направляющую раму, размещают на ней трубу с коническим наконечником, диаметр которой меньше диаметра футляра, и вдавливают в грунт, при этом процесс прокола грунта ведут с привариванием новой трубы до выхода конца первой трубы в приемный котлован, после чего заполняют образовавшийся прокол взрывчатым веществом ВВ, на внешнюю часть дороги по месту установки футляра укладывают энергоотражающие экраны, например металлические, пригружают их в случае необходимости и подрывают удлиненный заряд ВВ, а футляр вводят в образовавшийся канал, при этом, согласно изобретению, предварительно изготавливают направляющий канал малого диаметра, обеспечивающий точность продвижения прокола к цели, путем продавливания шпура по оси заданного расположения футляра, помещают в него линейное маломощное взрывчатое вещество, подрывают его, затем в полученный направляющий канал малого диаметра вводят трубу с вставленным коническим наконечником, которая в 2-31 раз меньше диаметра футляра, при этом для обеспечения высокой точности прокола при встрече с породой большей твердости к конической части наконечника прикрепляют заостренные перекрестные пластины, а процесс прокола грунта ведут привариванием отрезков труб до выхода наконечника в приемный котлован, после чего извлекают трубу из грунта и в образованную скважину протягивают линейное взрывчатое вещество, а при изготовлении канала большего диаметра на внешнюю часть дороги по месту установки футляра укладывают энергоотражающие или энергопошлощающие экраны, например пенополиуретановые маты, или их комбинацию с энергоотражателями ударной волны и подрывают заряд взрывчатого вещества, после чего вводят в образовавшийся канал футляр.
Для исключения искривления в породе труб малого диаметра при проколах большой протяженности под автомобильными и железными дорогами перед сваркой отрезка наращиваемой трубы и вдавленной в грунт в них плотно вставляют равными частями отрезки армирующей среды.
Для исключения трения трубы малого диаметра о стенку скважины при проколе, используют соотношение диаметров основания наконечника и трубы 1,12-1,4. а соотношения длины наконечника к его основанию при проколах грунтов различной твердости, включая мерзлые глины, составляет 1,6-3,7.
Форма наконечника поясняется чертежами, на фиг.1 указана проекция наконечника, вид сверху, на Фиг.2 - конический наконечник, вид сбоку, на фиг.3 - цилиндро-конический наконечник, вид сбоку, где 1 - заостренная пластина, 2 - выступ для крепления трубы.
Конический наконечник фиг.2 используют при проколах твердых грунтов: плотной глины, суглинка тяжелого. Цилиндроконический наконечник фиг.3 применяют при проколах растительного грунта, обычной глины и пластичного грунта.
Пример осуществления способа.
В эксперименте использовалась труба диаметром 76 мм, для прокладки футляра диаметром 530 мм. Были подготовлены рабочий и приемочный котлованы. Рабочий котлован должен иметь длину, большую на 3 м, чем длина трубы футляра. Глубина прокладки футляра определяется проектом и во всех случаях не должна быть менее 2500 мм от подошвы рельса или дорожного покрытия до верха футляра (Технологические карты основных строительном-онтажных работ по сооружению газопроводов в сельской местности, Саратовский институт «ГИПРОНИИГАЗ» ГП «Росстройгазификация», 1993, стр.42). Дно котлована тщательно выравнивают. На дно котлована укладывалась направляющая рама. На первый отрезок трубы диаметром 76 мм и толщиной стенки 4,5 мм крепился конический наконечник. Затем по месту заданного проектом расположения оси футляра предварительно в грунте изготавливают отверстие (шпур) длиной 2 м. В шпур вставляют такой же длины два отрезка детонирующего шнура ДШУ-33 (33 г. гексогена на 1 п/м), снаряженные электродетонаторми ЭД-24. После подрыва маломощного линейного заряда взрывчатого вещества в грунте образовывался направляющий канал идеальной цилиндрической формы диаметром 80-82 мм, обеспечивающий точность продвижения прокола к цели. Затем в направляющий канал вводился цилиндро-конический наконечник с заостренными перекрестными пластинами диаметром 82 мм с прикрепленным к нему отрезка трубы диаметром 76 мм.
По траектории расположения выступающей в канале трубы диаметром 76 мм с коническим наконечником в рабочем котловане устанавливалась направляющая рама. На первую трубу приваривали отрезок новой трубы и с помощью домкратов или бульдозера трубу, закрытую металлической пробкой, полностью вдавливали в грунт и к ней приваривали новую, а процесс прокола продолжался пока конец первой трубы с коническим наконечником не вышел в приемный котлован. Точность прокола при описанной технологии была с отклонением по высоте на 40-60 мм. Указанное отклонение сравнимо с погрешностью топографической съемки, так как длина прокола составила 18 м.
Затем трубу диаметром 76 мм с помощью бульдозера извлекли из скважины и в образованный ею в грунте канал с помощью заранее протянутой медной проволоки затянули шнуровой заряд ШК3-4 с навеской взрывчатого вещества 290 на один погонный метр.
Для образования уплотненного грунта под футляр диаметром 530 мм в канал протаскивались три отрезка шнурового кумулятивного заряда. При этом вес взрывчатого вещества на 1 п/м составлял 870 г. При заполнении канала взрывчатым веществом отрезки материала прижимались и стягивались липкой лентой до образования линейного заряда правильной формы. Затем линейным зарядом взрывчатого вещества заполнялось свободное сечение канала. После снаряжения канала взрывчатым веществом, в местах прохождения канала под дорогой, с ее внешней стороны укладывались пенополиуретановые маты, а сверху них укладывались металлические экраны по всей длине прокола. Ширина экрана выбиралась с таким расчетом, чтобы его можно было исключить повреждение асфальтового покрытия. Для предотвращения смятия пенополиуретановых матов металлические листы опирались на отрезки труб диаметром 76 мм труб, расположенных равномерно с двух сторон пенополиуретановых матов через каждые 2 м.
Экраны необходимы для предотвращения возможности вспучивания асфальта из-за выходящей ударной волны при детонации взрывчатого материала под дорогой. При наличии пенополиуретановых матов и металлических экранов ударная волна, образованная при взрыве, снижает свою интенсивность, а также отражается от металла и устраняется возможное вспучивание полотна дороги. Затем к зарядам присоединялись ЭД-24 и производился подрыв заряда под дорогой. Диаметр канала после взрыва, как правило, равен примерно 15-20 диаметрам заряда (Б.А.Эпов «Основы взрывного дела». М., 1974 г., с.208). Поскольку диаметр заряда был равен 30 мм, то образованный взрывом канал составлял 540-550 мм. В результате взрыва удлиненного заряда получился плотный канал, в который трубоукладчиком был введен без усилий футляр диаметром 530 мм.
При проколах под дорогами для бестраншейной прокладки футляров под автомобильными дорогами длиной 20 м и более использовалась труба диаметром 89 мм с толщиной стенки 5 мм. Наращивание трубы выполнялось 3 метровыми отрезками. Перед сваркой вдавленной в грунт трубы и следующего отрезка во внутренность их вставлялись 30 см отрезки трубы диаметром 76 мм с равным распределением по длине - по 15 см в каждую. Данная технологическая операция придавала устойчивость трубе при наложении на нее изгибающих моментов и обеспечивала ее линейную устойчивость при продвижении в плотном грунте. В данном случае использовался конический наконечник с заостренными перекрестными пластинами.
Все эти факторы обеспечивают достижение технического результата.