Машины для бестраншейной прокладки трубопроводов

 

  МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РФ

 Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

 «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ» 

 

  МАШИНЫ  И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЬЕКТОВ

  Тема: Машины для бестраншейной прокладки трубопроводов  
 
 
 

Исполнитель:

Студент гр.З-2Т72/12________________________ В.М.Крупнов 

Руководитель : _______________________________ В.А.Шмурыгин 
 
 
 
 
 
 

Томск 2011

 

Содержание 

 

     Введение

     Одним из современных способов, применяемых  для проведения подземных строительных работ, является бестраншейная технология прокладки трубопровода. Данная технология позволяет избежать вскрытия грунта и представляет собой наиболее экономичный  вариант, требующий в 2,5-3 раза меньше затрат, чем традиционный траншейный способ. Помимо этого, бестраншейные  технологии прокладки труб не причиняют  вреда окружающей среде.

     Следует отметить, что при применении бестраншейных  технологий на подземные работы приходится свыше 90% всех проводимых работ. Это  означает, что замена коммуникаций не будет сопровождаться разрушением  дорожного полотна и нанесением ущерба благоустройству близлежащей  территории. Проводимые работы не требуют  изменения обычного жизненного ритма  города, поскольку не сопровождаются перекрытием транспортной магистрали. Кроме того, данный способ безопасен  для действующих коммуникаций. Бестраншейные  технологии позволяют в два раза снизить стоимость проведения работ. Кроме того, они дают возможность  осуществлять работы даже в зимний период. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общие сведения о бестраншейных способах прокладки труб

     При прокладке трубопроводов под  дорогами и другими препятствиями  в принципе возможны два основных способа производства работ —  открытый и закрытый. 

     При открытом требуется разрытие поперек  дороги траншеи с повреждением дорожного  покрытия и остановкой движения транспорта по ней на время прокладки труб.     Более перспективными являются закрытые методы прокладки труб под дорогами, не требующие устройства траншей. При прокладке труб бестраншейными способами вначале под дорогами устраивают защитные кожухи или футляры, а затем в них прокладывают сами рабочие трубопроводы. Чтобы это стало возможным, диаметр кожуха (футляра) должен быть большим, чем диаметр прокладываемого трубопровода (табл.1).

     Таблица 1. Требуемые диаметр и толщина  стенок защитного кожуха (футляра):

 

     Для защитных кожухов (футляров) применяют  стальные трубы: бесшовные горячекатаные, сварные прямошовные и спирально-шовные. Горячекатаные применяют только для кожухов переходов трубопроводов  диаметром до 273 мм, а для трубопроводов  больших диаметров используют обычно крупноразмерные сварные прямо- или спирально-шовные трубы. 
         Длину кожуха определяют исходя из ширины дорожного полотна (или дорожной насыпи) и рекомендуемых нормативных расстояний. Закрытую прокладку труб кожухов (футляров) выполняют в основном способами прокола, продавливания, горизонтального бурения, а для прокладки коллекторов и тоннелей применяют щитовой и штольневый способы подземных проходок.

     Прокол  лучше применять для прокладки труб малых и средних диаметров (не более 400-500 мм) в глинистых и суглинистых (связных) грунтах. Ограничение диаметра прокалываемых труб обусловлено тем, что при этом способе массив грунта прокалывают трубой, оснащенной наконечником, без удаления грунта из скважины, вследствие чего для прокола требуются значительные усилия. В связи с этим и длина прокола труб не превышает 60—80м.

     Способ  продавливания с извлечением из трубы грунтовой пробки или керна можно применять практически в любых грунтах I—IV групп, он пригоден для труб диаметром 800—1720 мм при длине прокладки до 100 м.

     Горизонтальное  бурение предусматривает опережающую разработку грунта в забое с устройством скважины в грунте большого диаметра, чем прокладываемая труба. Этим способом можно устраивать подземные переходы трубопроводов диаметром до 1720 мм на длину 70- 80 м. Однако способ этот недостаточно эффективен в обводненных и сыпучих грунтах.

     Щитовой и штольневый способы применяются при необходимости устройства переходов трубопроводов, коллекторов и тоннелей значительных диаметров и длины. При любом из бестраншейных способов прокладки труб вначале по обе стороны дороги отрывают рабочий и приемный котлованы, а затем монтируют соответствующие механизированные установки. 
       Размеры рабочего котлована определяют в зависимости от диаметра прокладываемого трубопровода, глубины его заложения и конструкции направляющей рамы. Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диаметра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов. Выбор способа также зависит от наличия в строительных организациях соответствующих трубопрокалывающих, продавливающих и бурильных агрегатов, установок и оборудования.

2. Прокладка труб способом прокола

Рис.1. Наконечники для безтраншейной прокладки труб способом прокола: 
а ,6, в — конусные ; г — конусный с эксцентриситетом : д — конусный со штырем : е , ж— конусный с щелевыми прорезями ; э — конусный с усеченной вершиной ; и — конусный с отверстиями для увлажнения грунта ; к — открытый конец трубы ; л — открытый конец трубы с кольцом ; м — приварная заглушка ; н — съемная заглушка ; о — кольцевой нож с наружным скосом кромок ; п — то же , с приварной заглушкой ; р — кольцевой нож с внутренним скосом кромок ; с — кольцевой нож клиновидной формы с внутренним скосом кромок ; т — нож серпообразного сечения ; у — то же , с приварной заглушкой ; ф — кольцевой нож с направляющими пластинками ( стабилизаторами ).

     Прокладываемые  в толще грунта способом прокола  трубы для уменьшения сопротивлений, возникающих при деформации грунта, и снижения сил трения при вдавливании  трубы в грунт снабжаются специальными конусными наконечниками. Разновидности  конусных наконечников приведены на рис.1, а—д. Иногда применяют расширительные пояса с заглушками (рис.1, р,ф). При небольшой длине прокола трубы прокалывают открытым концом (рис.1, к). Тип и количество вдавливающих устройств, способных развить требуемое усилие, выбирают в соответствии с необходимым расчетным усилием вдавливания, которое зависит от диаметра и длины прокладываемого трубопровода, а также вида грунта. Необходимое нажимное усилие для продвижения в грунте прокладываемой трубы определяются расчетом по формуле :

где Rс - радиус сечения отверстия (скважины) в грунте; σ_упл — коэффициент сопротивления грунта; u₀ - пористость грунта до прокалывания; М_т - масса 1м трубы (футляра), кг: L - длина проходки (прокола), м; f - коэффициент трения стали о грунт. Усилия, требующиеся для прокола труб, колеблются в пределах от 150 до 2000 кН. Определив нажимное усилие, принимают необходимое число гидродомкратов для силовой установки, а также выбирают тип упорной стенки в котловане. 
       Для прокола труб чаше всего применяют нажимные насоснодомкратные установки, состоящие из одного или двух спаренных гидравлических домкратов типа ГД-170 с усилием до 170 тс каждый, смонтированных на общей раме. Трубу вдавливают циклически путем попеременного переключения домкратов на прямой и обратный ход. Давление домкратов на трубу передается через наголовник сменными нажимными удлинительными патрубками, шомполами или зажимными хомутами. На рис. 21.3, а, показана наиболее распространенная схема бестраншейной прокладки труб (кожухов) способом прокола с применением гидродомкратной установки и комплекта нажимных патрубков. 
        Для бестраншейной прокладки стальных труб диаметром 104—630 мм применяют установки ГПУ-600 (рис. 21.3, б). Установка работает по принципу «шагающих домкратов», что позволяет значительно сократить время рабочего цикла.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2. Способы прокола труб:

а —  общая схема работ ; б — прокол установкой ГПУ -600; в — вибропрокол установкой УВВГП -400; г — прокол труб с помощью вибропробойников ; 1 — наконечник ; 2, 3 — приямки ; 4 — прокапываемая труба ; 5 — шпалы ; 6 — направляющая рама ; 7 — нажимной патрубок ; 8 — гидродомкраты ; 9 — упорный башмак ; 40 —упорная стенка ; 11 — насосная станция ; 12 — маслопроводы ; 13 —нажимная заглушка ; 14, 16 — рабочий и приемный котлованы ; 15 — обводной лоток ; 17 — подвижный упор ; 78 — нажимная плита на тележке ; 19 — фиксатор ; 20 — свая ; 21 — лебедка ; 22 — рама ; 23 — планка ; 24 — ударная приставка ; 25 — направляющие стержни ; 26 — вибрационный механизм ; 27 — электродвигатель ; 28 — электросварочный агрегат ; 29 — причалка ; 30 — отвес ; 31 — пневмопробойник ; 32 — сварка труб.

     Бестраншейную прокладку трубопровода в несвязных  песчаных, супесчаных и плывунных  грунтах ускоряют способом вибропрокола. В установках для вибропрокола применяются  возбудители продольно направленных колебаний.

     Способом  вибропрокола можно не только прокладывать трубопроводы диаметром до 500 мм на длину 35-60 м при, но и извлечь их из грунта.                         

     Для бестраншейной закрытой прокладки труб диаметром 63-400 мм широко применяются механические грунтопрокалыватели и пневматические пробойники типов ПР-60 (СО-144), ИП-4605, ИП-4603, ПР-400 (СО-134) и М-130. Пневмопроходка с помощью указанных пневмопробойников типа «Крот» применяется для устройства сквозных и глухих горизонтальных и наклонных скважин с уплотненными стенками диаметром 63-400 мм и длиной до 40-50 м, через которые прокладывают трубопроводы.

     Пневмопробойник представляет собой самодвижущуюся пневматическую машину ударного действия. Его корпус является рабочим органом, образующим скважину, а ударник, размешенный  в корпусе, совершает под действием  сжатого воздуха возвратно-поступательные движения и наносит удары по переднему  торцу корпуса, забивая его в  грунт.  

     С помощью пневмопробойника можно  заменять старые трубы подземной  прокладки новыми того же или большего диаметра. Для этого первую секцию нового трубопровода присоединяют к  удаляемому (в случае разных диаметров  — с помощью конического переходника), а старую трубу по мере выхода в  приемный приямок обрезают и удаляют. Пневмопробойником можно также  извлекать из грунта стальные трубы  диаметром до 800 мм.