Способ бестраншейной прокладки трубопровода

Способ бестраншейной прокладки трубопровода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области сооружения подземных трубопроводов, а именно к способам укладки трубопровода в грунте с использованием проходческого щита, и может найти применение при прокладке трубопровода в несвязных горных породах и рыхлых грунтах.

Общеизвестен щитовой способ строительства тоннелей и шахтных горных выработок с помощью проходческого щита (см. напр. Горная энциклопедия, т.5, стр.444-445. М., изд-во «СЭ», 1991 г.). Он применяется при проведении в сложных горно-геологических условиях горизонтальных и слабонаклонных выработок. Сущность способа состоит в том, что основные операции по проходке выработки, в т.ч. разработка пород забоя, оконтуривание выработки, уборка разрушенной породы из зоны забоя, производятся под прикрытием проходческого или тоннельного щита. При этом проходческий щит представляет собой подвижную стальную цилиндрическую оболочку, в которой размещено оборудование для разрушения породы и транспортирования ее из при забойной зоны. После проходки определенного интервала щит передвигается по проектной трассе выработки с помощью гидравлического механизма передвижки, а пройденный участок выработки обделывают крепью. Указанный процесс многократно повторяется.

Известен способ бестраншейной замены трубопроводов (патент РФ №2105919, МПК F16L 1/00), сущность которого состоит в следующем. На концах заменяемого участка трубопровода выкапываются монтажные колодцы. С дневной поверхности в один из колодцев с помощью пневмопробойника проходится наклонная буровая скважина, которая при необходимости обсаживается. Через упомянутую скважину, заменяемый участок трубопровода и второй колодец пропускают тяговый трос, один конец закрепляют на пневмоударнике, а другой - на тяговой лебедке, установленной у устья второго колодца. При этом к хвостовой части пневмоударника прикрепляют прокладываемый трубопровод. С помощью тяговой лебедки пневмопробойник вместе с трубопроводом через буровую скважину подтягивают к входу заменяемого трубопровода, после чего приводят в действие пневмоударник. Протягиваемый через заменяемый участок трубопровода пневмопробойник разрушает старый трубопровод, обломки которого втрамбовываются в грунт. После замены старого трубопровода на новый пневмопробойник вместе с тросом извлекают на поверхность.

Недостаток способа - ограниченная область применения.

Известен также способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте и устройство для его осуществления (патент РФ №2101421, МПК E02F 5/18, публ. 10.01.1998). Сущность способа заключается в следующем. По обе стороны препятствия, например насыпи, подготавливают рабочие площадки (приямки), на одной из которых размещают проходческое оборудование, на другой - тяговую лебедку. Через препятствие, в частности с помощью пневмопробойника, проходят буровую скважину, через которую пропускают трос, один конец которого закрепляют на тяговой лебедке, а другой - на головной части ударного устройства. С помощью этого ударного устройства прокладываемую трубу открытым концом забивают в грунт препятствия, причем одновременно с работой ударного устройства, посредством натяжения троса лебедкой, прокладываемую трубу вдавливают в грунт препятствия. После того как труба проложена через препятствие, на тросе закрепляют очистители, с помощью которых внутреннюю полость трубы очищают от грунта.

Недостаток способа - незначительная длина прокладываемого трубопровода. Известен ряд способов бестраншейной прокладки трубопроводов с использованием проходческих щитов и щитовых проходческих агрегатов (см. напр. а.с. СССР №579426, МПК E21D 9/06, 1977; а.с. СССР №231983, МПК E21D 9/06, 1966; а.с. СССР №1836565, МПК E21D 9/00, 1993; патент РФ №2160341, МПК E02F 5/18, публ. 2000 и др.). Из вышеприведенных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Способ бестраншейной прокладки трубопровода» по патенту РФ №2160341, который и принят за прототип изобретения.

Сущность способа по патенту РФ №2160341 состоит в следующем. Перед естественным или искусственным препятствием сооружают рабочую площадку, в частности котлован, для размещения и монтажа проходческого оборудования и прокладываемого трубопровода. В нижней части котлована монтируют лоток с направляющими под щит и трубопровод, затем осуществляют разработку грунта в препятствии в нижней части котлована с целью подготовки забоя. Щитовой проходческий агрегат размещают на указанном лотке, причем таким образом, что головная его часть находится в забое, а хвостовая часть в месте с прикрепленным отрезком прокладываемого трубопровода снаружи. Проходку горной выработки осуществляют посредством продвижения головной части щитового проходческого агрегата с помощью гидроцилиндров, установленных внутри агрегата. При этом хвостовая часть агрегата благодаря тому, что она сочленена с головной частью с возможностью осевого смещения, остается неподвижной. После продвижения головной части упомянутого агрегата на величину заходки производят задавливание отрезка трубопровода вместе с хвостовой частью агрегата в выработку посредством гидроцилиндров напорной станции, размещенной в котловане. Благодаря неподвижному соединению головного отрезка трубопровода с хвостовой частью агрегата их продвижение вперед происходит соосно по отношению друг к другу. Головная же и хвостовая части агрегата связаны между собой с возможностью радиального смещения, что обеспечивает проходку выработки и прокладку трубопровода по криволинейной траектории. Этому способствует и конструкция трубопровода - он состоит из шарнирно сочлененных между собой длинномерных отрезков труб. Задавливание отрезка трубопровода осуществляют на величину не менее длины следующего отрезка. После этого напорную станцию отводят назад, устанавливают новый отрезок трубопровода, который задавливают с помощью вышеупомянутой станции. Перечисленные операции многократно повторяются, что обеспечивает проходку горной выработки и прокладку трубопровода под препятствием по криволинейной или прямолинейной траектории.

Недостаток прототипа: низка точность прокладки и относительно невелика длина участка прокладываемого трубопровода.

Поставленная задача: повысить точность прокладки трассы трубопровода и увеличить длину участка прокладываемого трубопровода без использования промежуточных монтажных колодцев.

Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом способ включает подготовку рабочей площадки для монтажа и размещения проходческого оборудования. Подготовку забоя и ввод в него щитового проходческого агрегата, на хвостовой секции которого закреплен отрезок трубопровода. Введение в действие головной секции щитового проходческого агрегата и проходку горной выработки на величину заходки. Затем перемещение хвостовой секции щитового проходческого агрегата, сочлененного с головной секцией с возможностью осевого смещения, вместе с отрезком трубопровода в выработку, наращивание трубопровода новым отрезком трубы, отгрузку разрушенной породы из забоя, согласно изобретению в забое бурят пилот-скважину до выхода ее на поверхность с противоположной стороны от препятствия, в месте выхода пилот-скважины подготавливают технологическую площадку, на которой устанавливают тяговый механизм. Через пилот-скважину пропускают тяговый трос, один конец которого закрепляют на головной секции щитового проходческого агрегата, а другой - на тяговом механизме. Посредством тягового механизма головную секцию агрегата, снабженную забойным узлом, оснащенным породоразрушающим инструментом, продвигают по трассе на величину, равную длине хода гидроцилиндров механизма передвижки хвостовой секции, установленного внутри щитового проходческого агрегата. После этого тяговый механизм стопорят, а хвостовую секцию щитового проходческого агрегата вместе с отрезками трубопровода подтягивают к его головной секции при помощи механизма передвижки.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - подготовка к проходке горной выработки;

- на фиг.2 - проходка горной выработки и укладка трубопровода по прямолинейной траектории;

- на фиг.3 - проходка горной выработки и прокладка трубопровода по криволинейной траектории.

Описание способа.

Сущность способа заключается в следующем (фиг.1, 2, 3). Перед искусственным или естественным препятствием 1 подготавливают рабочую площадку 2 для монтажа проходческого оборудования и прокладываемого трубопровода. В стенке препятствия механизированным или ручным способом подготавливают забой 3, соответствующий по форме и размерам щитовому проходческому агрегату (далее - ЩПА). Из указанного забоя 3 под препятствием бурят горизонтальную или наклонную пилот-скважину 4 по прямолинейной или криволинейной траектории, соответствующей трассе прокладываемого трубопровода. В месте выхода скважины на противоположной стороне препятствия 1 подготавливают технологическую площадку 5, на которой устанавливают тяговый механизм 6. Через пилот-скважину 4 пропускают тяговый трос 7, один конец которого закрепляют на головной секции 8 ЩПА, сочлененной с хвостовой секцией 9 с возможностью осевого смещения, а другой - на тяговом механизме 6. С помощью тягового механизма 6 ЩПА вводят в забой 3. После размещения ЩПА в забое к его хвостовой секции 9 прикрепляют отрезки прокладываемого трубопровода 10. Головную секцию 8 ЩПА, которая снабжена забойным узлом с породоразрушающим инструментом, внедряемым в породу забоя посредством вдавливания, резания, ударов и т.п., передвигают по проектной траектории трубопровода с помощью тягового механизма 6 на интервал заходки. Величина заходки определяется длиной хода гидродомкратов механизма передвижки хвостовой секции, размещенного внутри агрегата (на чертеже не показано). После этого тяговый механизм 6 затормаживают, а с помощью гидродомкратов передвижки хвостовую секцию 9 вместе с закрепленным на ней трубопроводом 10 подтягивают к головной части 8 ЩПА. Таким образом, проходка горной выработки с одновременной прокладкой трубопровода производится поитервально до выхода ЩПА с трубопроводом на технологическую площадку 5 с противоположной стороны препятствия.

Процессу отбойки пород забоя от массива способствует дополнительная поверхность обнажения, которую образует ствол пилот-скважины 4. Разрушенная порода ссыпается внутрь ЩПА и по трубопроводу известными способами и технологическими средствами транспортируется на дневную поверхность.

Пример осуществления способа.

Перед искусственным или естественным препятствием 1 (насыпь, холм, строение, водоем и т.п.) подготавливают рабочую площадку 2. В случае проходки горной выработки (тоннель, скважина большого диаметра) по криволинейной траектории, например под водоемом, рабочую площадку размещают на дне котлована или рампы 11 (фиг.3). В стенке препятствия подготавливают забой 3, который по форме и размерам соответствует ЩПА. При необходимости стенки забоя 3 закрепляют. В случае проходки горной выработки под водоемом забою 3 придают определенный угол наклона к горизонту. В забое 3 проходят пилот-скважину 4 до выхода ее на дневную поверхность на противоположной стороне препятствия, траектория которой совпадает с траекторией выработки и прокладываемого трубопровода. В месте выхода скважины на дневную поверхность подготавливают технологическую площадку 5 для размещения тягового механизма, например лебедки. Как и рабочая площадка, технологическая площадка может находиться как на дневной поверхности, так и на дне котлована или рампы. При проходке пилот-скважины 4 по горизонтальной траектории (фиг.1, 2) используют вращательный способ бурения с продувкой забоя сжатым воздухом, в частности буровой установкой шпиндельного типа, позволяющей проходить скважины диаметром 130-150 мм. При проходке скважины по криволинейной траектории (фиг.3) применяют виброударный или вибрационный способ, осуществляемый, в частности, с помощью пневмопробойников, например пневмопробойником типа СО диаметром ISO-150 мм. При этом в состав бурового снаряда включается эксцентричный (кривой) переходник, который позволяет проходить скважину по заданной криволинейной траектории. Забурка скважины осуществляется под определенным углом к горизонту с тем, чтобы траектория скважины совпадала с траекторией проходки выработки и прокладываемого трубопровода. Через пилот-скважину 4 протягивают тяговый трос 7, один конец которого закрепляют на головной секции 8 ЩПА, а другой - на тяговом механизме 6. К хвостовой секции 9 ЩПА прикрепляется отрезок трубопровода 10, причем по мере проходки горной выработки трубопровод наращивают новыми отрезками трубы. В случае проходки ЩПА по криволинейной траектории секции 8 и 9 ЩПА и отрезки трубопровода 10 сочленяют с возможностью радиального смещения, а трос снабжают съемными центраторами (фонарями) 12, посредством которых трос центрируется по продольной оси скважины во избежание разрушения ее стенок.

Проходка горной выработки с одновременной прокладкой трубопровода осуществляется следующим образом. С помощью тягового механизма 6 через тяговый трос 7 головную секцию ЩПА 8 вдавливают в породу забоя выработки. Под действием породоразрушающего инструмента, в частности представляющего собой кольцевой оконтуривающий нож, снабженный радиальными разрыхляющими ножами, порода забоя разрушается и ссыпается в нижнюю часть ЩПА, после чего она с помощью транспортного механизма, например скребкового или ленточного транспортера, по трубопроводу выдается на дневную поверхность. После проходки выработки на величину заходки головная секция 8 стопорится, а хвостовая секция 9 ЩПА посредством приведения в действие гидравлического механизма передвижки, размещенного внутри ЩПА, вместе с трубопроводом 10 подтягивается к головной секции 8, которая в это время удерживается на месте с помощью троса 7 тягового механизма 6. Затем тяговый механизм 6 приводят в действие и процесс проходки выработки вновь осуществляется на величину заходки. По мере проходки выработки производят наращивание трубопровода 10. Таким образом, процесс проходки выработки и укладки трубопровода производят поэтапно, причем процесс проходки осуществляется с помощью тягового механизма, а укладка трубопровода в выработке - с помощью гидродомкратов механизма передвижки.

Таким образом, заявляемое нами техническое решение повышает точность трассы проходки горной выработки и прокладки трубопровода, увеличивает протяженность участка прокладываемого трубопровода без промежуточных монтажных колодцев, технологически совершенствует строительство подземных трубопроводов.

Способ бестраншейной прокладки трубопровода из отдельных соединяемых между собой отрезков, включающий подготовку рабочей площадки для монтажа и размещения проходческого оборудования, подготовку забоя и ввод в него щитового проходческого агрегата, на хвостовой секции которого закреплен отрезок трубопровода, введение в действие головной секции щитового проходческого агрегата, проходку горной выработки на величину заходки, затем перемещение хвостовой секции щитового проходческого агрегата, сочлененного с головной секцией с возможностью осевого смещения, вместе с отрезком трубопровода в выработку, наращивание трубопровода новым отрезком трубы, отгрузку разрушенной породы из забоя, отличающийся тем, что в забое бурят пилот-скважину до выхода ее на поверхность с противоположной стороны от препятствия, в месте выхода пилот-скважины подготавливают технологическую площадку, на которой устанавливают тяговый механизм, через пилот-скважину пропускают тяговый трос, один конец которого закрепляют на головной секции щитового проходческого агрегата, а другой - на тяговом механизме, посредством тягового механизма головную секцию агрегата, снабженную забойным узлом и оснащенную породоразрушающим инструментом, продвигают по трассе на величину, равную длине хода гидроцилиндров механизма передвижки хвостовой секции, установленного внутри щитового проходческого агрегата, затем тяговый механизм стопорят, а хвостовую секцию щитового проходческого агрегата вместе с отрезками трубопровода подтягивают к его головной секции при помощи механизма передвижки.