Машины для бестраншейной прокладки трубопроводов

3. Прокладка труб способом продавливания

     Бестраншейная прокладка труб продавливанием отличается тем, что прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий  в трубу в виде плотного керна (пробки), разрабатывают и удаляют  из забоя. При продвижении трубы  преодолевают усилия трения грунта по наружному ее контуру и врезания ножевой части в грунт.

     Для продавливания труб применяют нажимные насосно-домкратные установки из двух, четырех, восьми и более гидродомкратов. Количество домкратов в установке  зависит от необходимого нажимного  усилия Р:

 
где q_c - удельное сопротивление вдавливанию ножа в грунт, кН; l- периметр ножа, м; ξ₀- коэффициент бокового давления грунта; М_т - масса 1 м трубы (футляра), кг; L - длина продавливания трубы, м; tgφ- коэффициент трения трубы о грунт; Р₁ - вертикальное давление на 1 м длины трубы;

где ρ - плотность грунта, т/м³ ; D_к - диаметр кожуха (футляра), м; t_кр - коэффициент крепости грунта по проф. М.М. Протодьякову. Приближенное необходимое усилие для продавливания трубы .

где I - сила трения грунта по поверхности  трубы, равная 20-25 кН на 1 м2 поверхности  трубы, м; D_тр - наружный диаметр трубы, м; L - общая длина продавливания трубы, м. Способом продавливания ведут прокладку не только стальных труб, но и железобетонных коллекторов и тоннелей из элементов различной замкнутой по периметру формы. 
         Способ продавливания бывает с ручной разработкой грунта и механической (рис. 3).

Рис. 3. Установки для прокладки труб методом продавливания: 
а — продавливание с ручной разработкой грунта ; б — продавливание установкой СКВ Главмосстроя с механизированной разработкой грунта ; 1 — насосная станция ; 2 — трубопровод ; 3 — рабочий котлован ; 4 — водоотводный поток ; 5 — трубопровод ( футляр ); 6 — лобовая обделка ( нож ); 7 — приемный котлован ; 8 — приямок для сварки труб ; 9 — направляющая рама ; 10 — нажимной патрубок ; 11 — нажимная заглушка ; 12 — гидродомкраты ; 13 — башмак ; 14—упорная стенка ; 15, 18 — канаты ; 16 — ролики ; 17 — ковш ; 19 — барабан - накопитель ; 20 — уравнитель ; 21 — нажимные штанги ; 22 — траверса ; 23 — поворотные фланцы ; 24 — лебедка ; 25 — шпалы направляющей рамы. 

     Применение  ручной разработки грунта при продавливании  мало эффективно. Поэтому для бестраншейной  прокладки трубопроводов чаше всего  применяют установки с механизированной разработкой и удалением грунта, в том числе установки типов  СКВ Главмосстроя и ПУ-2 конструкции  ЦНИИП. 
      С помощью установки СКВ Главмосстроя (рис.3, б) можно продавливать трубопроводы диаметром до 920 мм в грунтах 1-111 групп. Установка общей массой 13 т при давлении в гидросистеме 30 МПа (300 кгс/см2 ) и ходе штоков гидродомкратов 1,15 м позволяет достичь скорости прокладки 18 м в смену при общей максимальной длине трубопровода до 60м. 
        Установка ПУ-2 состоит из силового агрегата (два гидродомкрата ГД-170/1150, насосной станции, двухбарабанной лебедки с пультом управления), рабочего органа, устройства для передачи нажимных усилий и ножевой секции. С ее помощью можно продавливать трубопроводы диаметром 1220 и 1420 мм в таких же грунтах, что и установкой СКВ Главмосстроя, при скорости прокладки 8,4 м в смену и максимальной длине трубопровода 60 м.

Рис.4. Установка У-12/60 для продавливания труб больших диаметров и виброударная установка УВГ-51:

1 — гидропривод ; 2 — упорный башмак ; 3 — гидродомкрат ; 4 — нажимной патрубок ; 5 — труба ( футляр ); 6 — головка ; 7 — направляющая ; 8 — лебедка ; 9 — конусный наконечник ; 10 — передвижная электростанция ; 11 — корпус установки с расположенным внутри него вибромолотом горизонтального действия ; 12 — электродвигатель ; 13 — портальная рама ; 14 — неподвижный блок ; 15 —стакан ; 16 — вибромолот с электроприводом ; 17 — канаты для перемещения желонки внутри трубы ( футляра ); 18 —окно для разгрузки грунта.

     Виброударной  установкой УВГ-51 (рис.4, б) можно продавливать трубы (кожухи) диаметром 530—1020мм, причем диаметром до 530мм без эвакуации грунта из скважины, а диаметром до 1020мм — с эвакуацией грунта. С помощью этой установки можно прокладывать трубы на длину до 50м. 
      Внутрь трубы (кожуха) помещают виброударную желонку (рис.4, в). При проходке труба (кожух) открытым концом внедряется в грунт на определенное расстояние (заходку), а затем желонка подается канатом к ее забойному концу, внедряется с помощью вибромолота в грунт, забирает его и с помощью каната перемешается к разгрузочным окнам, где под действием ударов вибромолота грунт высыпается через окна желонки в разгрузочные окна кожуха на дно траншеи. Процесс проходки состоит из отдельных периодически повторяющихся циклов, в которых каждое внедрение в грунт трубы на 1-5 диаметров чередуется с выбором грунтового керна виброударной желонкой.

4. Прокладка труб способом горизонтального бурения

     Процесс бурения и прокладки звеньев  трубопровода в скважину может быть раздельным и совмещенным. При раздельном вначале бурят скважину, а затем, после извлечения из нее бурового инструмента, протаскивают трубопровод. При совмещенном методе одновременно с продвижением бурового инструмента прокладывают трубу. Для прокладки трубопроводов способом горизонтального бурения применяют бурильно-шнековую установку типа ДМ-1 с механическим приводом, способную в глинистых грунтах создавать горизонтальные скважины диаметром до 325 мм и длиной до 40 м.  

     Более производительными и распространенными  являются унифицированные шнековые установки горизонтального бурения (УГБ или ГБ), в которых совмещаются процессы бурения, прокладки труб с непрерывным удалением грунта из забоя (рис.5, а).

 
Рис.5. Бестраншейная прокладка труб способом горизонтального бурения установками типа УГБ и ГБ (а), УГБ на тракторе (б) и ПМ-800-1400 (в): 
1 -режущая головка ; 2 — упорный якорь ; 3 — полиспаст ; 4 — шнек ; 5 — рама ; 6- лебедка ; 7 — карданный вал ; 8 — двигатель внутреннего сгорания ; 9 — вал привода шнека ; 10 — хомуты ; 11 — прокладываемая труба ; 12 — кран - трубоукладчик ; 13 — тяговое устройство на тракторе ; 14 — сварочный генератор ; 15 — коробка отбора мощности ; 16 — опорная плита ; 17 — люнет ; 18 — рабочий орган ; 19 — совок ; 20 — обойма блока ; 21 — опорная стенка ; 22 — направляющая рама ; 23 — захват ; 24 — лебедка подачи ; 25 — разгрузочно - тяговое устройство ; 26 — емкость ; 27 — разгрузочный обратный клапан. 

     Процесс бурения скважины и прокладки  трубопровода с помощью установок  УГБ и ГБ следующий. В ходе прокладки  непрерывное механическое бурение  скважины осуществляется фрезерной  головкой, а удаление разрыхленного  грунта — винтовым конвейером. На рис.5, б, показана установка УГБ, смонтированная на базе трактора Т-100М. 
      Разработана также установка ГБ-1621 для прокладки труб (кожухов) диаметром 1720 мм способом горизонтального бурения или продавливания с механизированной разработкой и транспортированием грунта из забоя производительностью 10-12 м в смену при общей длине прокладки до 60 м. 
             На рис.5, в, показана машина ПМ-800-1400 общей массой 11,2 т, предназначенной для прокладки труб в любых грунтовых условиях, кроме плывунов и скальных пород. Грунт в процессе продвижения трубы извлекают из нее с помощью совка, который после загрузки вытягивают из трубы с помощью специальных устройств, разгружают либо в приямок, либо в емкость.

     Способом  горизонтального бурения можно  проходить выработки для бестраншейиой  прокладки трубопроводов практически  любых диаметров с относительно меньшими усилиями, чем при проколе  или продавливании. Однако существенным недостатком при этом остается необходимость  удаления из пробуренной скважины грунта.      

     Одним из эффективных способов бестраншейной  прокладки трубопроводов с предварительным  устройством горизонтальной скважины является применение пневматических пробойников. С помощью пневмопробойников типа «Крот» можно устраивать в грунте скважины с уплотненными стенками диаметром 63-400 мм и длиной до 40- 50 м, в которых прокладывают трубопроводы.

     Для прохождения скважины пневмопробойник  запускают в грунт из входного приямка в направлении приемного. В процессе движения он своим коническим передним концом уплотняет грунт, раздвигает его в сторону и образует скважину. При обеспечении точного его  запуска отклонение скважины от проектного положения на длине 20 м не превышает 0,2-0,3 м по вертикали и по горизонтали. Минимальная глубина заложения  скважины зависит от ее диаметра и  колеблется от 0,5 до 2,5 м.

Рис.6.Схема прокола стальной трубы (футляра) с помощью пневмопробойника: 
1 — приемный приямок ; 2 — вешки ; 3 — шнур ; 4 — входной приямок ; 5 — отвес ; 6 — головная секция забиваемой трубы ; 7 — линейка с уровнем ; 8 — насадка ; 9 — пневмопробойник ; 10 — прокладка ; 11 — секция труб ; 12 — оголовок ; 13 — шланг ; 14 — компрессор ; 15 — сварочный агрегат ; 16 — извлекаемая труба ; 1 7 — переходная втулка ; 18 — приспособление для извлечения труб.

     Для прокладки стальных труб с помощью  пневмопробойников их используют в  качестве ударного узла, присоединенного  к заднему торцу и забивающему  ее в грунт (рис.6, а). На переднем конце трубы крепят конусный наконечник. При этом возможны два варианта технологии работ: забивка трубы в грунт и забивка ее в лидирующую скважину (в устойчивых глинистых грунтах). По мере забивки трубы сваривают с обязательным усилием стыков продольными накладками (рис.6, б). При этом особое внимание обращают на соосность соединяемых труб. С помощью пневмопробойника можно также заменять старые трубы подземной прокладки новыми того же или большего диаметра (рис.6, в). Для этого первую секцию нового трубопровода присоединяют к удаляемому (в случаях разных их 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. При извлечении труб из грунта пневмопробойник используют в качестве ударного механизма, прикрепленного к переднему торцу трубы (рис.6, г).

     Важным  вопросом, независимо от применяемого способа бестраншейной прокладки  трубопровода, является обеспечение  и поверка заданного положения  трубопровода в процессе его прокладки. Для обеспечения необходимого направления  прокладываемой трубы используют вертикальные и горизонтальные направляющие рамы, устанавливаемые на дне рабочего котлована.

5. Прокладка рабочего трубопровода в футляре

     Рабочий трубопровод, размещенный в футляре  на участке подземного перехода, является наиболее ответственным участком водовода, и поэтому к нему предъявляются  повышенные требования, как в отношении  прочности, так и надежности. Для  него применяют стальные трубы с  толщиной стенки на 15-25 % больше толщины стенки основного трубопровода. Монтаж и сварку рабочего трубопровода выполняют чаще всего непосредственно на месте устройства перехода, из одиночных труб или плетей длиной до 36 м. После испытания и устранения дефектов на него наносят слой антикоррозионной изоляции, для предохранения которой от механических повреждений при прокладке трубопровода его в пределах футляра футеруют деревянными рейками.

     Укладку рабочего трубопровода в футляре осуществляют способами проталкивания и протаскивания. Проталкивание применяют при устройстве переходов из труб диаметром до 1020 мм.

     Для проталкивания труб используют краны-трубоукладчики грузоподъемностью 12-35 т. Перед проталкиванием на дне котлована делают направляющую дорожку из шпал, уголков и рельсов, на которую после смазки солидолом  укладывают трубопровод. Далее на торце  футляра крепят оттяжной ролик (блок), через который пропускают тяговый  канат с крюком на конце. Крюк заводят  за стенку рабочего трубопровода, а  второй конец каната зацепляют за крюк крана-трубоукладчика. В процессе подъема крюка канат натягивается и посредством системы запасовки  его через ролик проталкивает рабочий трубопровод в футляр. 
     Протаскивание рабочего трубопровода применяют при устройстве переходов из труб диаметром 1220 мм и более. При этом используют тракторы, краны-трубоукладчики или приводные и ручные лебедки грузоподъемностью 3-5 т. Перед началом протаскивания трубопровода, как и при проталкивании, устраивают направляющую дорожку и ее смазывают солидолом. Тяговый трос крепят за специальный наконечник или скобу, приваренные к переднему концу трубопровода. Конец троса протягивают через оттяжной блок, закрепленный в котловане со стороны расположения тяговых механизмов, и начинают протаскиваиие. После прокладки рабочего трубопровода в футляре монтируют сальники, устраивают колодцы и выполняют другие работы, предусмотренные проектом.