Способ бестраншейной замены подземных трубопроводов и устройство для его осуществления

Способ бестраншейной замены подземных трубопроводов и устройство для его осуществления

Реферат

 

Группа изобретений относится к строительному производству и может быть использована при бестраншейной замене изношенных подземных трубопроводов, при ремонте и реконструкции полезных инженерных сооружений. Технический результат - повышение скорости бестраншейной замены подземных трубопроводов за счет сокращения времени на прокладку штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода (ЗТ) и установку бандажей на катках раскатывающего устройства (РУ), а также за счет уменьшения сил сопротивления движению РУ и затягиваемому в скважину новому трубопроводу. Разламывание ЗТ, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с помощью РУ, при этом одновременно прокладывают связанные с РУ штанги в последующий участок ЗТ. Прокладку штанг совмещают с разбуриванием грунтовых пробок и отложений в ЗТ, а новый трубопровод затягивают в образованную скважину с вращением. Катки РУ с закрепленными на них бандажами, головной - цилиндрический, а последующие - конические, снабжены ограничителями перемещения бандажей по боковой поверхности катков, выполненными в виде пазов, расположенных диаметрально противоположно в плоскости, параллельной основанию катка, на его боковой поверхности, а бандажи выполнены разъемными и имеют элементы крепления на катках, выполненные в виде болтов, установленных в пазах катков. При этом последний каток РУ снабжен прикрепленным к нему через шарнирное соединение переходным элементом для соединения РУ с затягиваемым в скважину новым трубопроводом. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Группа изобретений относится к строительному производству и может быть использована при бестраншейной замене изношенных подземных трубопроводов, при ремонте и реконструкции подземных инженерных коммуникаций.

Известен способ (см. патент России N 2034118 кл. E 02 F 5/18, 1992), в котором путем проходки пионерной скважины, расширения пионерной скважины, например, раскатывающим устройством и заполнения расширенной скважины формующим материалом формируют обделочный слой скважины формующим приспособлением, перемешивающимся за раскатывающим устройством.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в известном способе прокладку штанг в пионерной скважине и расширение пионерной скважины затягиваемым в нее раскатывающим устройством осуществляют раздельно, что увеличивает сроки производства работ при формировании трубопровода известным способом.

Наиболее близким способом к заявленному способу в группе изобретений является способ бестраншейной замены подземных трубопроводов (см. патент России N 2003911 кл. F 16 L 1/028, 1993, принят за прототип), в котором замену трубопровода осуществляют путем разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода при помощи пневмоударного механизма.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что в известном способе осевое приложение ударной нагрузки при разрушении заменяемого трубопровода и затягивание в скважину нового трубопровода создают значительное сопротивление движению механизма, а прокладка из рабочего колодца в приемный колодец, создающего тяговое усилие для перемещения механизма, троса лебедки, осуществляемая во время остановки механизма, снижает сроки производства работ при бестраншейной замене подземных трубопроводов.

Наиболее близким устройством к заявленному устройству в группе изобретений является устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов (см. авт. свид. СССР N 829813 кл. E 02 F 5/18, 1981, принято за прототип), содержащее приводной вал, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала с возможностью вращения цилиндрический и конические катки с закрепленными на катках бандажами.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве бандажи выполнены в виде втулок и напрессованы на катки устройства, что делает невозможным замену бандажей без разборки устройства. При таком исполнении известного устройства увеличиваются сроки производства работ, например, при расширении пройденной скважины вторым проходом устройства с закрепленными на катках бандажами.

Техническая задача, решаемая группой заявляемых изобретений, заключается в повышении производительности реализуемого способа и устройства при расширении их технологических возможностей.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении группы изобретений, - повышение скорости бестраншейной замены подземных трубопроводов за счет сокращения времени на прокладку штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода и установку бандажей на катках устройства, а также за счет уменьшения сил сопротивления движению устройства и затягиваемому в скважину новому трубопроводу.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что в известном способе бестраншейной замены подземных трубопроводов путем разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода, особенность заключается в том, что разламывание заменяемого трубопровода, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с помощью раскатывающего устройства, при этом одновременно прокладывают связанные с раскатывающим устройством штанги в последующий отрезок заменяемого трубопровода.

Целесообразно затягивание в скважину нового трубопровода осуществлять с вращением.

Целесообразно также одновременно с прокладыванием связанных с раскатывающим устройством штанг осуществлять разбуривание отложений в заменяемом трубопроводе.

Увеличение скорости бестраншейной замены подземных трубопроводов происходит за счет следующих факторов: одновременное с прокладыванием штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода разламывание заменяемого трубопровода, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода сокращает сроки производства работ; обкатывание катками устройства стенок разламываемого трубопровода и образуемой скважины уменьшает сопротивление движению устройства; возникающее при движении устройства тяговое усилие, обусловленное самозавинчиванием устройства вследствие разворота его катков, ускоряет движение устройства; радиально направленное приложение усилий, создаваемых катками при разламывании заменяемого трубопровода, снижает сопротивление движению устройства; вращение затягиваемого в скважину нового трубопровода уменьшает сопротивление затягиванию и облегчает движение раскатывающего устройства; осуществляемое одновременно с прокладыванием штанг разбуривание грунтовых пробок и отложений в заменяемом трубопроводе также облегчает прокладку штанг и уменьшает сопротивление движению раскатывающего устройства.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается тем, что в известном устройстве для бестраншейной замены подземных трубопроводов, содержащем приводной вал, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала с возможностью вращения цилиндрический и конические катки с закрепленными на катках бандажами, особенность заключается в том, что головной каток выполнен цилиндрическим, а последующие - коническими, при этом бандажи катков устройства выполнены разъемными и снабжены элементами крепления на катках, а катки снабжены ограничителями перемещения бандажей по боковой поверхности катков.

Ограничители перемещения бандажей могут быть выполнены в виде пазов, расположенных диаметрально противоположно в плоскости, параллельной основанию катка на его боковой поверхности.

Элементы крепления бандажей на катках устройства также можно выполнить в виде болтов, установленных в пазах катков.

Целесообразно снабдить устройство прикрепленным через шарнирное соединение к последнему катку переходным элементом для соединения устройства с затягиваемым в скважину новым трубопроводом.

Увеличение скорости замены подземного трубопровода в этом случае происходит за счет следующих факторов: предложенная конструкция крепления бандажей дает возможность не разбирая устройства, что сокращает сроки производства работ, устанавливать на катках бандажи с наружным диаметром применительно к конкретному внутреннему диаметру заменяемого трубопровода. Оптимальное соотношение этих диаметров позволяет начать разламывание заменяемого трубопровода уже головной парой катков устройства - цилиндрическим и следующим за ним коническим. Тогда последующие конические катки, взаимодействуя с грунтом и обкатывая стенки образуемой скважины по спиральной траектории, создают осевое усилие, которое увеличивает скорость движения устройства, а возможность устанавливать на катках бандажи с различными наружными диаметрами для соответствующих внутренних диаметров заменяемых трубопроводов расширяет технологические возможности устройства; соединение последнего катка устройства с затягиваемым в скважину новым трубопроводом позволяет затягивать в скважину новый трубопровод с медленным вращением (в сравнении с частотой вращения приводного вала устройства), что уменьшает сопротивление затягиванию и, следовательно, ускоряет движение устройства; шарнирное соединение переходного элемента с последним катком обеспечивает при движении устройства уменьшение изгибающих усилий, действующих на элементы устройства со стороны затягиваемого трубопровода, что облегчает протягивание трубопровода и ускоряет движение устройства.

Предлагаемые изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 изображена схема прокладки штанг в заменяемом трубопроводе; на фиг. 2 - схема замены подземного трубопровода, начало процесса; на фиг. 3, 4 - схемы замены подземного трубопровода с одновременным прокладыванием штанг в заменяемом трубопроводе; на фиг. 5 - раскатывающее устройство с закрепленными на катках бандажами и переходным элементом, прикрепленным через шарнирное соединение к последнему катку устройства, продольный разрез; на фиг. 6 - каток с закрепленным на нем бандажом, разрез по А-А.

Способ реализуется следующим образом.

С помощью привода из колодца в колодец прокладывают штанги в заменяемом трубопроводе. Затем в колодце к штангам со стороны головного катка присоединяют раскатывающее устройство с закрепленными на нем бандажами требуемого диаметра и размещают раскатывающее устройство в заменяемом трубопроводе. Далее к последнему катку устройства присоединяют секцию нового трубопровода и двигающимся из колодца в колодец под действием тягового усилия привода и самозавинчивания вследствие разворота взаимодействующих с грунтом катков, раскатывающим устройством разламывают заменяемый трубопровод, вдавливают его осколки в массив грунта, образуют скважину и затягивают в нее новый трубопровод.

Одновременно с процессом разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода через полый сквозной шпиндель привода, выполненного по схеме "ходовой винт - гайка", прокладывают штанги в последующий отрезок заменяемого трубопровода для дальнейшего продвижения раскатывающего устройства.

При этом целесообразно одновременно с прокладыванием штанг производить разбуривание грунтовых пробок и отложений в заменяемом трубопроводе, а новый трубопровод затягивать в образованную скважину с вращением.

Пример конкретного выполнения способа.

В колодце 1 закрепляют домкратами 2, 3 привод 4, ориентируя при этом шпиндель привода 4 по оси заменяемого трубопровода 5. Привод 4 выполнен по схеме передач "ходовой винт - гайка" (см. Кучер Н.М. Металлорежущие станки. Основы конструирования и расчета. 2-е изд.перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1969, 267 с), имеет полый сквозной шпиндель, осевую подачу и тяговое усилие с вращением. С помощью привода 4 в заменяемом трубопроводе 5 из колодца 1 в колодец 6 прокладывают штанги 7, одновременно разбуривая при этом грунтовые пробки и отложения установленным на штанге 7 буровым инструментом 8. Далее в колодце 6 буровой инструмент 8 заменяют раскатывающим устройством с закрепленными на его катках 9, 10, 11 бандажами 12 с наружными диаметрами применительно к конкретному внутреннему диаметру заменяемого трубопровода 5. Затем приводной вал 13 устройства присоединяют со стороны головного цилиндрического катка 9 к штангам 7 и тяговым усилием привода 4 и натяжением штанг 7 размещают раскатывающее устройство в заменяемом трубопроводе 5. Далее присоединяют секцию нового трубопровода 14 через переходной элемент 15 к последнему катку 11 раскатывающего устройства, включают в работу привод 4 и двигающимся из колодца 6 в колодец 1 под действием тягового усилия привода и самозавинчивания, вследствие разворота взаимодействующих с грунтом катков, раскатывающим устройством, воздействующим на стенки трубопровода 5 радиально направленными усилиями, разламывают заменяемый трубопровод 5, вдавливают его осколки в массив грунта, образуют скважину и затягивают в нее с вращением секции нового трубопровода 14. Наращивание при этом секций нового трубопровода 14 осуществляют без остановки устройства.

Одновременно с процессом разламывания раскатывающим устройством заменяемого трубопровода 5, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода 14 в заменяемом трубопроводе 5 из колодца 1 в колодец 16 через полый шпиндель привода 4 прокладывают штанги 7 для дальнейшего продвижения раскатывающего устройства по следующему отрезку заменяемого трубопровода 5. При этом одновременно с прокладыванием штанг 7 буровым инструментом 8, установленным на лидерной штанге 7, разбуривают грунтовые пробки и отложения в заменяемом трубопроводе 5 Движение раскатывающего устройства заканчивают после вывода из заменяемого трубопровода 5 в колодец 1 соединенной с приводным валом 13 штанги 7 и оставляют устройство в заменяемом трубопроводе 5. Затем шпиндель привода 4 отсоединяют от штанги 7, а привод 4 устанавливают в колодце 16. Далее предварительно проложенные штанги 7 соединяют с одной стороны со шпинделем привода 4, а с другой стороны с приводным валом 13 раскатывающего устройства. Затем включают в работу привод 4 и тяговым усилием с вращением выводят раскатывающее устройство из заменяемого трубопровода 5 в колодец 1 с разламыванием заменяемого трубопровода 5, вдавливанием его осколков в массив грунта, образованием скважины и затягиванием в скважину нового трубопровода 14. Далее раскатывающее устройство с закрепленными на нем бандажами 12 размещают в следующем отрезке заменяемого трубопровода 5 и повторяют цикл замены трубопровода 5 с одновременным прокладыванием штанг 7 в заменяемом трубопроводе 5.

Раскатывающее устройство для замены подземных трубопроводов содержит приводной вал 13, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала 13 с возможностью вращения головной цилиндрический каток 9 и конические катки 10, 11 с закрепленными на катках 9, 10, 11 разъемными бандажами 12. Катки 9, 10 11 снабжены ограничителями перемещения бандажей 12 по боковой поверхности катков, выполненными в виде пазов 17. Бандажи 12, состоящие из двух половин, снабжены элементами крепления на катках, выполненными в виде болтов 18, которые установлены в пазах 17 катков 9, 10, 11. К последнему катку 11 раскатывающего устройства через шарнирное соединение прикреплен переходной элемент 15, который жестко соединен с новым трубопроводом 14.

Раскатывающее устройство работает следующим образом.

Под действием тягового усилия с вращением, создаваемого приводом 4, соединенным штангами 7 с приводным валом 13 раскатывающего устройства со стороны головного цилиндрического катка 9, устройство, ввинчиваясь в заменяемый трубопровод 5 и создавая дополнительное тяговое усилие при взаимодействии с грунтом, перемещается вперед. По мере входа устройства в заменяемый трубопровод 5 катками 9, 10, 11 устройства с закрепленной на их боковой поверхности бандажами 12, воспринимающими при движении устройства радиальные и осевые нагрузки, осуществляются разламывание заменяемого трубопровода 5, вдавливание его осколков в массив грунта и образование скважины с затягиванием в нее нового трубопровода 14. При этом болты 18, находящиеся в пазах 17 катков 9, 10, 11 устройства и стягивающие две половины бандажей 12, упираются в боковые стенки пазов 17, что препятствует смещению бандажей 12 по боковой поверхности катков 9, 10, 11 при прямом, а в случае необходимости, обратном ходе устройства. Новый трубопровод 14, жестко скрепленный с переходным элементом 15, связанным через шарнирное соединение с последним катком 11 устройства, затягивается в образованную устройством скважину с вращением. По мере возрастания сопротивления затягиванию нового трубопровода 14 соединенный с трубопроводом 14 каток 11 начинает проскальзывать по стенке образуемой скважины, что не нарушает режима работы устройства. Шарнирное соединение переходного элемента 15 с последним катком 11 устройства обеспечивает при движении устройства уменьшение изгибающих усилий, действующих на элементы раскатывающего устройства со стороны затягиваемого трубопровода 14.

Формула изобретения

1. Способ бестраншейной замены подземных трубопроводов путем разламывания заменяемого трубопровода, вдавливания его осколков в массив грунта, образования скважины и затягивания в скважину нового трубопровода, отличающийся тем, что разламывание заменяемого трубопровода, вдавливание его осколков в массив грунта, образование скважины и затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с помощью раскатывающего устройства, при этом одновременно прокладывают связанные с раскатывающим устройством штанги в последующий отрезок заменяемого трубопровода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что затягивание в скважину нового трубопровода осуществляют с вращением.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокладывание связанных с раскатывающим устройством штанг в последующий отрезок заменяемого трубопровода осуществляют одновременно с разбуриванием отложений в заменяемом трубопроводе.

4. Раскатывающее устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов, содержащее приводной вал, установленные на развернутых относительно продольной оси устройства эксцентриковых шейках приводного вала с возможностью вращения цилиндрический и конические катки с закрепленными на катках бандажами, отличающееся тем, что головной каток выполнен цилиндрическим, а последующие катки - коническими, при этом бандажи катков устройства выполнены разъемными и снабжены элементами крепления на катках, а катки снабжены ограничителями перемещения бандажей по боковой поверхности катков.

5. Раскатывающее устройство по п.4, отличающееся тем, что ограничители перемещения бандажей выполнены в виде пазов, расположенных диаметрально противоположно в плоскости, параллельной основанию катка, на его боковой поверхности.

6. Раскатывающее устройство по любому из пп.4 и 5, отличающееся тем, что элементы крепления бандажей на катках выполнены в виде болтов, установленных в пазах катков.

7. Раскатывающее устройство по любому из пп.4 - 6, отличающееся тем, что оно снабжено прикрепленным через шарнирное соединение к последнему катку переходным элементом для соединения устройства с затягиваемым в скважину новым трубопроводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16