Способ образования скважин в грунте и пневмоударное устройство для его осуществления

Способ образования скважин в грунте и пневмоударное устройство для его осуществления

Реферат

 

Предлагаемое изобретение относится к технологии строительных работ и может быть использовано для выполнения подземных переходов под дорогами, зданиями и другими сооружениями. Способ включает проходку пионерной скважины, прокладку в ней подающей гибкой связи для соединения пневмоударного устройства с силовым органом, соединение пневмоударного устройства с дополнительным силовым органом посредством возвращающей гибкой связи, циклическую проходку скважины, содержащую доставку до забоя пневмоударного устройства силовым органом и подающей гибкой связью, перемещение забоя и извлечение пневмоударного устройства из забоя и скважины дополнительным силовым органом и возвращающей гибкой связью. Воздействие силовых органов на пневмоударное устройство посредством гибких связей ориентируют по проектной оси скважины, организуя новый связующий канал силового органа с пневмоударным устройством путем прорезывания грунта подающей гибкой связью. При перемещении забоя производят предварительное уплотнение центральной части забоя, последующее разрушение забоя по периферии с одновременной консолидацией разрушенного грунта по периметру скважины и перепуском разрушенного грунта в полученную скважину. Устройство содержит пневмоударный механизм, состоящий из корпуса и ударника, и рабочий орган, включающий втулку, соединенную посредством ребер с обечайкой, внешняя поверхность центральной части которой коаксиальна пневмоударному механизму. Рабочий орган установлен на корпусе пневмоударного механизма с возможностью вращения и ограниченного упорами продольного перемещения. Число ребер четное. Изобретение обеспечивает получение устойчивой скважины заданного направления и снижение затрат энергии на ее образование. 2 c. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к технологии строительных работ и может быть использовано для выполнения подземных переходов под дорогами, зданиями и другими сооружениями.

Известен способ образования скважин в грунте с помощью самодвижущегося пневмопробойника по а.с. СССР В 3598, E 02 f 5/18; F 161 1/00, опубл. в 1973 г., включающий предварительное образование пионерной скважины для последующего ее расширения и удаление грунта через пионерную скважину в направлении движения пневмопробойника посредством сжатого воздуха под давлением, обеспечивающим образование взвеси грунта.

Известный способ исключает возможность управления положением пневмопробойника в грунте, ввиду того что оно предопределено направлением пионерной скважины, по которой транспортируют грунт. Способ энергоемок, ибо требует большого количества сжатого воздуха для выноса грунта и применения средств пылеподавления. Из-за загрязнения окружающей среды способ экологически вреден.

Известен способ расширения горизонтальной скважины в грунте, реализуемый устройством по а.с. СССР В 3599, E 02 f; F 061, опубл. в 1973 г., включающий предварительное образование пионерной скважины для последующего ее расширения рабочим органом, выполненным с режущими периметрами в виде колец, монтированных с зазорами на грушевидном корпусе, закрепленном на штанге, соединенной с помощью гибкой связи с тянущим приспособлением, и удаление грунта через пионерную скважину посредством сжатого воздуха.

Известный способ не позволяет управлять положением рабочего органа в грунте за счет изменения управляющих воздействий тянущего приспособления через гибкую связь. Как и в вышеприведенном способе, положение рабочего органа в грунте привязано к пионерной скважине, по которой осуществляют вынос грунта. Известному способу также присущи недостатки вышеуказанного способа, обусловленные применением сжатого воздуха для удаления грунта из скважины.

Известный способ неприемлем для выполнения горизонтальных скважин значительных диаметров, имеющих неглубокое заложение. Для продувки скважины требуется герметизация входа скважины и использование высокого давления воздуха. В случае заштыбовки пионерной скважины в грунте образуется замкнутая полость. При неглубоком заложении толщины грунта над скважиной недостаточно для предотвращения ее разрушения давлением сжатого воздуха. Мощность взрыва "воздушной бомбы" пропорциональна ее объему и давлению воздуха. Известно, что для предотвращения взрывов регламентированы требования к выполнению сосудов под давлением, а также обязательна их аттестация при емкости 80 и более литров. Например, объем скважины, имеющей диаметр 250 мм, уже превышает регламентированный (80 л) при длине более 2 м.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является комбинированный способ образования скважин, опубл. в кн. Киршенбаума Н.Я. и Минаева В.И. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. - М.: Недра, 1984 г., с.35-36, включающий проходку пионерной скважины, соединение пневмоударного устройства с силовым органом посредством подающей гибкой связи с использованием в качестве связующего канала пионерной скважины, соединение пневмоударного устройства с дополнительным силовым органом посредством возвращающей гибкой связи с использованием в качестве связующего канала полученной в результате проходки скважины, циклическую проходку скважины, содержащую доставку до забоя пневмоударного устройства силовым органом и подающей гибкой связью, перемещение забоя и извлечение пневмоударного устройства из забоя и скважины дополнительным силовым органом и возвращающей гибкой связью, при этом при перемещении забоя осуществляют разрушение грунта и заполнение разрушенным грунтом режущего органа пневмоударного устройства.

Известный способ образования скважин не позволяет осуществлять управление пневмоударным устройством в грунте. Это связано с тем, что натяжное усилие дополнительного силового органа посредством возвращающей гибкой связи приложено ниже продольной оси пневмоударного устройства, т.е. ниже его центра тяжести. Такое пневмоударное устройство не обладает поперечной устойчивостью при извлечении из скважины. С другой стороны, несимметричное в вертикальной плоскости расположение режущего органа относительно точки приложения усилия дополнительного силового органа будет причиной возникновения вращающего момента от сил внешнего сопротивления в указанной плоскости. Следовательно, при извлечении из скважины устройство имеет также и продольную неустойчивость. Неустойчивое положение пневмоударного устройства будет причиной разбивания скважины и увода устройства от проектной оси перехода.

Режущий орган пневмоударного устройства имеет острые внешние торцевые кромки. Это исключает консолидацию разрушенного в забое грунта по периметру скважины, т.е. возможен выход трещин на стенки скважины. При доставке до забоя и при извлечении из скважины указанный фактор будет причиной резания стенки скважины режущим органом. Таким образом, известным способом невозможно получить устойчивую скважину заданного диаметра.

Известно грунтозаборное устройство для очистки труб от грунта, реализующее способ бестраншейной прокладки трубопроводов по патенту РФ 2047697, Е 02 F 5/18, опубл. в БИ 31 за 1995 г., содержащее режущий орган, монтированный в передней части ударного привода, соединенное посредством гибких связей с лебедками, установленными соответственно в приемном и рабочем котлованах, причем статическая нагрузка, прикладываемая к режущему органу посредством гибкой связи, ориентирована по проектной оси трубопровода, а статическая нагрузка, прикладываемая посредством гибкой связи к задней части ударного привода, ориентирована по прямой, проходящей параллельно проектной оси трубопровода.

В известном грунтозаборном устройстве статическая нагрузка, прилагаемая к режущему органу натяжением троса по проектной оси трубопровода, проходит выше продольных осей режущего органа и ударного привода. Несоосное приложение статической нагрузки к грунтозаборному устройству создает при его движении к забою и при перемещении забоя вращающий момент. С другой стороны, статическая нагрузка, прикладываемая посредством гибкой связи к задней части ударного привода грунтозаборного устройства для его извлечения из трубопровода, ориентирована по прямой, проходящей параллельно проектной оси трубопровода. Эти факторы не играют существенной роли при нахождении грунтозаборного устройства в трубе, ибо его отклонение от проектной оси ограничено стенкой трубы. При движении в грунте вышеуказанные обстоятельства будут причиной увода известного грунтозаборного устройства от проектной оси трассы перехода.

Таким образом, известным грунтозаборным устройством нельзя осуществить точную проходку скважины в грунте.

Известно приспособление для удаления грунта из трубопровода, реализованное в устройстве для бестраншейной прокладки трубопроводов по патенту РФ 2057856, Е 02 F 5/18, опубл. в БИ 10 за 1996 г., включающее грунтозаборную капсулу и пневмоударный привод, соединенное посредством гибких связей и обводного блока, монтированного на заднем торце трубопровода, с лебедкой, установленной в приемном приямке и имеющей два барабана.

В известном приспособлении грунтозаборная капсула смещена вперед, поэтому она выполнена с развитой в нижней части опорной поверхностью для исключения опрокидывания приспособления под тяжестью пневмоударного привода. Ввиду того что грунтозаборная капсула имеет несимметричную относительно продольной оси форму, центр тяжести приспособления находится ниже его продольной оси. Из материалов заявки не ясно, где приложена гибкая связь к передней части приспособления: по продольной оси, по оси, проходящей через центр тяжести, или в ином месте. В любом случае при приложении управляющего воздействия к приспособлению возникает вращающий момент. В первом случае его причиной является несовпадение линии приложении управляющего воздействия с центром тяжести приспособления, во втором - неравномерность действия внешних сил из-за смещения грунтозаборной капсулы относительно линии приложения управляющего воздействия, а в третьем - совокупное действие факторов, указанных в первом и втором случаях.

Управлять при помощи лебедки и гибкой связи движением в грунтовом массиве такого приспособления весьма сложно из-за его постоянного стремления к повороту в вертикальной плоскости.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является виброударная желонка для расширения скважин последовательными "челночными" заходками, реализующая комбинированный способ образования скважин, опубл. в кн. Киршенбаума Н.Я. и Минаева В.И. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. - М.: Недра, 1984 г. , с. 35-36, включающая пневмопробойник, жестко соединенный с расширителем посредством ребер, передней и задней втулок, при этом внешняя поверхность расширителя является боковой поверхностью цилиндра вращения, ось которого совпадает с продольной осью пневмопробойника, причем к передней втулке соосно монтирован наконечник, центрирующий желонку по пионерной скважине.

Центрирующий наконечник обуславливает привязку к пионерной скважине виброударной желонки и вызывает необходимость увеличения ее длины. Эти обстоятельства существенно усложняют управление виброударной желонкой за счет изменения управляющего воздействия силового органа для коррекции траектории ее движения при отклонении пионерной скважины от проектной оси перехода.

В описании авторы не уточняют количество ребер, соединяющих расширитель с передней и задней втулками. При нечетном их количестве центр тяжести устройства лежит вне продольной оси виброударной желонки, что будет причиной возникновения возмущающего момента, искажающего траекторию ее движения в грунте.

Известно, что внедрение тела в какую-либо среду требует меньше энергии, если присутствует вращение. Известно также, что пневмопробойник самопроизвольно поворачивается вокруг продольной оси при проходке скважины. Жесткое крепление расширителя к пневмопробойнику в виброударной желонке исключает возможность вращения при внедрении в забой, ибо расширитель снабжен ребрами, которые препятствуют его вращению в грунте.

Ранее указывалось, что расширитель виброударной желонки имеет острые внешние торцевые кромки, исключающие возможность консолидации разрушенного в забое грунта по периметру скважины и вызывающие разбиение скважины при доставке до забоя виброударной желонки и при ее извлечении из скважины.

Таким образом, известное техническое решение не обеспечивает возможности управления процессом проходки, характеризуется повышенными затратами энергии на его осуществление и не позволяет получить скважину заданного диаметра.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является получение устойчивой скважины заданного направления и снижение затрат энергии на ее образование за счет исключения увода от проектной оси скважины пневмоударного устройства, в котором соединение рабочего органа с пневмоударным механизмом выполнено подвижным.

Она решается тем, что в способе образования скважин в грунте, включающем проходку пионерной скважины, прокладку в ней подающей гибкой связи для соединения пневмоударного устройства с силовым органом, соединение пневмоударного устройства с дополнительным силовым органом посредством возвращающей гибкой связи с использованием в качестве связующего канала полученной в результате проходки скважины, циклическую проходку скважины, содержащую доставку до забоя пневмоударного устройства силовым органом и подающей гибкой связью, перемещение забоя и извлечение пневмоударного устройства из забоя и скважины дополнительным силовым органом и возвращающей гибкой связью, при этом при перемещении забоя осуществляют разрушение грунта и заполнение им рабочего органа пневмоударного устройства, согласно техническому решению воздействие силовых органов на пневмоударное устройство посредством гибких связей ориентируют по проектной оси скважины, организуя новый связующий канал силового органа с пневмоударным устройством путем прорезывания грунта подающей гибкой связью. При перемещении забоя производят предварительное уплотнение центральной части забоя, последующее разрушение забоя по периферии с одновременной консолидацией разрушенного грунта по периметру скважины и перепуском разрушенного грунта в полученную скважину. При доставке пневмоударного устройства до забоя и при его извлечении из скважины осуществляют ее выглаживание.

Ориентирование по проектной оси скважины воздействий силовых органов на пневмоударное устройство посредством гибких связей исключает увод последнего от трассы перехода при доставке до забоя, при перемещении забоя и при извлечении из забоя и скважины, а следовательно, обеспечивает получение скважины заданного направления.

Практически невозможно осуществить точную прокладку пионерной скважины, поэтому, в подавляющем большинстве случаев, ее выходное устье отклонено от проектной оси трассы перехода. В этой связи организация нового связующего канала силового органа с пневмоударным устройством путем прорезывания грунта подающей гибкой связью обеспечивает ориентирование управляющего воздействия силового органа на пневмоударное устройство по проектной оси скважины.

Перемещение забоя требует больших усилий и может быть выполнено только пневмоударным механизмом. Предварительное уплотнение грунта в центральной части забоя приводит к обжатию грунтом передней части корпуса пневмоударного механизма, что обеспечивает возможность его самодвижения в грунте. Последующее разрушение забоя по периферии с одновременной консолидацией разрушенного грунта по периметру скважины исключает возможность выхода трещин на ее стенку и позволяет образовывать в уплотненном массиве грунта устойчивую скважину. Перепуск разрушенного грунта в полученную скважину способствует увеличению перемещения забоя за цикл проходки. Силовой орган при перемещении забоя используют только в качестве управляющего для задания направления движения пневмоударного устройства по трассе перехода. Этот фактор, а также разрушение грунта по периферии забоя и перепуск разрушенного грунта в полученную скважину снижают энергоемкость процесса перемещения забоя и процесса проходки в целом.

Выглаживание скважины при движении пневмоударного устройства способствует ее укреплению, что имеет существенное значение при неглубоком заложении трассы перехода под динамически нагруженными объектами, например дорогами.

В пневмоударном устройстве, содержащем пневмоударный механизм, состоящий из корпуса и ударника, и рабочий орган, включающий втулку, соединенную посредством ребер с обечайкой, внешняя поверхность центральной части которой коаксиальна пневмоударному механизму и является боковой поверхностью цилиндра вращения, согласно техническому решению рабочий орган установлен на корпусе пневмоударного механизма с возможностью вращения и ограниченного упорами продольного перемещения, причем число ребер четное, а внешние поверхности передней и задней частей обечайки представляют собой боковые поверхности усеченных конусов вращения, оси которых совпадают с продольной осью пневмоударного механизма и основания направлены навстречу друг другу.

Установка рабочего органа на корпусе пневмоударного механизма с возможностью вращения позволяет пневмоударному механизму при перемещении забоя поворачиваться независимо от рабочего органа, имеющего между втулкой и обечайкой ребра, которые препятствуют его вращению в забое. При извлечении из забоя пневмоударного устройства дополнительным силовым органом и возвращающей гибкой связью пневмоударный механизм будет также самопроизвольно поворачиваться вокруг продольной оси. С другой стороны, при транспортировке пневмоударного устройства до забоя и обратно со скважиной контактирует внешняя поверхность центральной части обечайки рабочего органа, который может самопроизвольно поворачиваться в скважине независимо от пневмоударного механизма. Как выше указано, наличие вращения требует меньших затрат энергии при перемещении тела в среде. Таким образом, достигается снижение энергоемкости процесса получения скважины в грунте.

Установка рабочего органа на корпусе пневмоударного механизма с возможностью ограниченного упорами продольного перемещения позволяет извлекать из забоя пневмоударное устройство в два приема: сначала отрывать от забоя пневмоударный механизм, а затем рабочий орган. Это существенно снижает усилие дополнительного силового органа, требуемое для извлечения пневмоударного устройства из забоя. Уменьшение мощности дополнительного силового органа снижает общие затраты энергии на осуществление процесса проходки скважины.

При четном числе ребер их общий центр тяжести лежит на продольной оси пневмоударного устройства, что исключает возникновение возмущающих усилий при его вращении в скважине и обеспечивает поперечную устойчивость.

Выполнение внешних поверхностей передней и задней частей обечайки в виде боковых поверхностей усеченных конусов вращения, оси которых совпадают с продольной осью пневмоударного механизма и основания направлены навстречу друг другу, исключает при доставке до забоя и при извлечении из скважины пневмоударного устройства резание ее стенки. Более того, это способствует упрочнению стенки скважины за счет ее выглаживания.

Целесообразно внешнюю длину центральной части обечайки и положения упоров на корпусе пневмоударного механизма выбирать так, чтобы при горизонтальном расположении пневмоударного устройства его центр тяжести проецировался на внешнюю поверхность центральной части обечайки при всех местоположениях рабочего органа и ударника.

Внешняя поверхность центральной части обечайки является опорной при транспортировке пневмоударного устройства по скважине до забоя и обратно. Ввиду того что центр тяжести пневмоударного устройства при его горизонтальном положении всегда проецируется на внешнюю поверхность центральной части обечайки, исключено опрокидывание пневмоударного устройства при любых местоположениях рабочего органа на корпусе и ударника в корпусе пневмоударного механизма. Указанное обстоятельство обеспечивает продольную устойчивость пневмоударного устройства и облегчает управление его движением при помощи силовых органов и гибких связей.

Таким образом, указанная совокупность признаков обеспечивает достижение поставленной задачи.

Сущность предлагаемого способа образования скважин в грунте и пневмоударного устройства для его осуществления иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами.

На фиг.1-7 приведены основные операции способа: - прокладка подающей гибкой связи в пионерную скважину (фиг.1); - образование подающей гибкой связью в грунте нового связующего канала при значительном отклонении пионерной скважины от трассы перехода (фиг.2); - образование подающей гибкой связью в грунте нового связующего канала при незначительном отклонении пионерной скважины от трассы перехода (фиг.3); - доставка до забоя пневмоударного устройства силовым органом и подающей гибкой связью (фиг.4); - перемещение забоя (фиг.5); - извлечение пневмоударного устройства из скважины дополнительным силовым органом и возвращающей гибкой связью (фиг.6); - получение готовой скважины (фиг.7).

На фиг.8 приведен общий вид пневмоударного устройства.

На фиг.9 показан вид А на фиг.8.

При выполнении под объектом подземного перехода отрывают в грунте входной 1 (фиг.1) и выходной 2 приямки. Затем из входного приямка 1 в выходной приямок 2 прокладывают пионерную скважину 3 (фиг.1) для организации подающей гибкой связи 4 через обводной блок 5 силового органа 6 (фиг.2-6) с пневмоударным устройством 7 (фиг.3-6). Для осуществления проходки также организуют возвращающую гибкую связь 8 дополнительного силового органа 9 с пневмоударным устройством 7. При этом силовые органы 6 и 9 монтируют во входном приямке 1, а обводной блок 5 - в выходном приямке 2. В результате циклической проходки между входным 1 и выходным 2 приямками получают скважину 10 (фиг.4-7).

Пневмоударное устройство для реализации способа образования скважин представляет собой пневмоударный механизм 11 (фиг.8), в качестве которого может быть использован пневмопробойник, с рабочим органом, выполненным в виде обечайки 12, внешняя поверхность центральной части которой коаксиальна пневмоударному механизму 11 и является боковой поверхностью цилиндра вращения. В состав рабочего органа также входит втулка 13, соединенная ребрами 14 (фиг. 9) с обечайкой 12 (фиг.8) и установленная на корпусе (поз. не обозначен) пневмоударного механизма 11 с возможностью вращения и ограниченного продольного перемещения. Число ребер 14 (фиг.9) четное. В рассматриваемом примере их количество равно четырем. Продольное перемещение рабочего органа ограничено передним 15 (фиг.8) и задним 16 упорами, выполненными на корпусе пневмоударного механизма 11. Внешние поверхности передней 17 и задней 18 частей обечайки 12 представляют собой боковые поверхности усеченных конусов вращения, оси которых совпадают с продольной осью пневмоударного механизма 11 и основания направлены навстречу друг другу. При этом внешняя длина центральной части обечайки 12 и положения переднего 15 и заднего 16 упоров на корпусе пневмоударного механизма 11 обеспечивают при горизонтальном расположении пневмоударного устройства проецирование его центра тяжести на внешнюю поверхность центральной части обечайки 12 при всех местоположениях рабочего органа и ударника (на фиг.8 и 9 не показан) пневмоударного механизма 11.

Предлагаемый способ образования скважин в грунте осуществляют с помощью пневмоударного устройства следующим образом.

При производстве проходческих работ с двух сторон сооружения, под которым выполняют переход, отрывают два приямка - входной 1 и выходной 2 (фиг.1). Из входного приямка 1 из проектной точки начала трассы перехода в выходной приямок 2 прокладывают пионерную скважину 3, например, пневмопробойником. Практически невозможно обеспечить точную прокладку пионерной скважины 3, поэтому ее выходное устье обычно отклонено от проектной оси трассы перехода (на фиг.1 показано отклонение в вертикальной плоскости). Пионерную скважину 3 используют в качестве предварительного связующего канала, организуя в ней подающую гибкую связь 4, например, проложив канат, перепущенный через обводной блок 5, который монтируют в выходном приямке 2. Обводной блок 5 ориентируют так, чтобы он находился в плоскости управления и его ручей со стороны набегающей ветви подающей гибкой связи 4 находился на проектной оси трассы перехода. Плоскостью управления является плоскость, проходящая через проектную ось трассы перехода и центр выходного устья пионерной скважины 3. В рассматриваемом примере плоскость управления занимает вертикальное положение. Во входном приямке 1 (фиг.2) монтируют силовой орган 6 и дополнительный силовой орган 9, в качестве которых могут быть использованы, например, лебедки. Если отклонение выходного устья пионерной скважины 3 от проектной оси трассы перехода значительно, то подающей гибкой связью 4 соединяют силовые органы 6 и 9. При этом дополнительный силовой орган 9 ориентируют так, чтобы его управляющее воздействие (рабочее усилие) было направлено по проектной оси трассы перехода. Затем, поочередно включая один из силовых органов 6, 9 и задавая нагрузку другому, например, притормаживая барабан лебедки, прорезают подающей гибкой связью 4 в грунте новый связующий канал, совпадающий с проектной осью трассы перехода. В случае незначительного отклонения пионерной скважины 3 (фиг.3) от проектной оси трассы перехода прорезывание подающей гибкой связью 4 в грунте нового связующего канала осуществляют при выполнении первого цикла проходки. Для этого во входном приямке 1 соединяют переднюю часть пневмоударного устройства 7 подающей гибкой связью 4 с силовым органом 6. При этом пропускают ветвь подающей гибкой связи 4, расположенную между обводным блоком 5 и силовым органом 6, между обечайкой 12 (фиг. 8) и втулкой 13 рабочего органа пневмоударного устройства 7 (фиг.3). Далее возвращающей гибкой связью 8 соединяют заднюю часть пневмоударного устройства 7 с дополнительным силовым органом 9, который ориентируют так, чтобы управляющее воздействие передавалось пневмоударному устройству 7 через возвращающую гибкую связь 8 по проектной оси трассы перехода. Затем включают силовой орган 6 и пневмоударное устройство 7. При внедрении последнего в забой подающая гибкая связь 4 натягивается и прорезает в грунте новый связующий канал, совпадающий с проектной осью трассы перехода.

Цикл проходки скважины 10 (фиг.4) начинают с доставки до забоя пневмоударного устройства 7 силовым органом 6 при помощи подающей гибкой связи 4 (рассматриваем пример реализации предлагаемого способа и пневмоударного устройства в общем случае, исключая первый цикл проходки как частный). При доставке до забоя пневмоударное устройство 7 выключено. Втулка 13 (фиг.8) рабочего органа при этом расположена у заднего упора 16 корпуса пневмоударного механизма 11. Далее включают пневмоударное устройство 7 (фиг.5), которое в режиме самодвижения осуществляет перемещение забоя, требующее значительных усилий. При этом производят предварительное уплотнение забоя частью пневмоударного механизма 11 (фиг.8), находящейся впереди рабочего органа. Благодаря уплотнению грунта на указанную часть пневмоударного механизма 11 действуют силы внешнего трения, компенсирующие реактивные силы отдачи пневмоударного механизма 11 и обеспечивающие реализацию его самодвижения.

При перемещении пневмоударного механизма 11 в забое происходит разрушение забоя обечайкой 12 и ребрами 14 рабочего органа. Ввиду того что внешняя поверхность передней части 17 обечайки 12 представляет собой боковую поверхность усеченного конуса вращения, осуществляют консолидацию разрушенного грунта по периметру скважины 10 (фиг.5). Разрушенный грунт перепускают между ребрами 14 (фиг.8), обечайкой 12 и втулкой 13 рабочего органа в полученную скважину 10 (фиг. 5). Пионерная скважина 3, находящаяся в зоне предварительного уплотнения забоя передней частью пневмоударного устройства 7, заваливается грунтом Затем силовой орган 6 и пневмоударное устройство 7 выключают. После включения дополнительного силового органа 9 (фиг.6) посредством возвращающей гибкой связи 8 сначала отрывают от забоя пневмоударный механизм 11 (фиг. 8), перемещая его относительно рабочего органа, а затем, после касания втулкой 13 переднего упора 15, отрывают от забоя рабочий орган. Этим достигается снижение усилия дополнительного силового органа 9 (фиг.4), требуемое для отрыва пневмоударного устройства 7 от забоя. Далее дополнительным силовым органом 9 извлекают из скважины пневмоударное устройство 7 во входной приямок 1 вместе с находящимся в рабочем органе и перепущенным в скважину 10 грунтом. Величина перемещения забоя за цикл проходки зависит от диаметра скважины 10, физико-механических свойств грунта и величины усилия, развиваемого дополнительным силовым органом 9. Перемещение пневмоударного устройства 7 (фиг.3, 6) до забоя и обратно осуществляют по скважине 10 благодаря ориентированию по трассе перехода управляющих воздействий силовых органов 6 и 9. Выполнение внешних поверхностей передней 17 (фиг. 8) и задней 18 частей обечайки 12 в виде боковых поверхностей усеченных конусов вращения исключает резание стенки скважины 10 (фиг.4) рабочим органом при доставке до забоя пневмоударного устройства 7 и при его извлечении во входной приямок 1 (фиг. 6), а также способствует выглаживанию стенки скважины 10.

Далее цикл проходки повторяют. Результатом последовательного повторения вышеописанного цикла является получение между входным 1 (фиг.7) и выходным 2 приямками устойчивой прямолинейной скважины 10, ось которой совпадает с проектной осью трассы перехода.

Предлагаемым способом и пневмоударным устройством для его осуществления выполнено несколько подземных переходов в полевых условиях и под центральными улицами г. Новосибирска.

Формула изобретения

1. Способ образования скважин в грунте, включающий проходку пионерной скважины, прокладку в ней подающей гибкой связи для соединения пневмоударного устройства с силовым органом, соединение пневмоударного устройства с дополнительным силовым органом посредством возвращающей гибкой связи с использованием в качестве связующего канала полученной в результате проходки скважины, циклическую проходку скважины, содержащую доставку до забоя пневмоударного устройства силовым органом и подающей гибкой связью, перемещение забоя и извлечение пневмоударного устройства из забоя и скважины дополнительным силовым органом и возвращающей гибкой связью, при этом при перемещении забоя осуществляют разрушение грунта и заполнение им рабочего органа пневмоударного устройства, отличающийся тем, что воздействие силовых органов на пневмоударное устройство посредством гибких связей ориентируют по проектной оси скважины, организуя новый связующий канал силового органа с пневмоударным устройством путем прорезывания грунта подающей гибкой связью, а при перемещении забоя производят предварительное уплотнение центральной части забоя, последующее разрушение забоя по периферии с одновременной консолидацией разрушенного грунта по периметру скважины и перепуском разрушенного грунта в полученную скважину, причем при доставке пневмоударного устройства до забоя и при его извлечении из скважины осуществляют ее выглаживание.

2. Пневмоударное устройство, содержащее пневмоударный механизм, состоящий из корпуса и ударника, и рабочий орган, включающий втулку, соединенную посредством ребер с обечайкой, внешняя поверхность центральной части которой коаксиальна пневмоударному механизму и является боковой поверхностью цилиндра вращения, отличающееся тем, что рабочий орган установлен на корпусе пневмоударного механизма с возможностью вращения и ограниченного упорами продольного перемещения, причем число ребер четное, а внешние поверхности передней и задней частей обечайки представляют собой боковые поверхности усеченных конусов вращения, оси которых совпадают с продольной осью пневмоударного механизма и основания направлены навстречу друг другу.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внешнюю длину центральной части обечайки и положения упоров на корпусе пневмоударного механизма выбирают так, чтобы при горизонтальном расположении пневмоударного устройства его центр тяжести проецировался на внешнюю поверхность центральной части обечайки при всех местоположениях рабочего органа и ударника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9