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 усилием по 500...3000 кН каждый с ходом штока 1,1 ... 2,1 м, работающие от насосов высокого давления. Количество домкратов в установке зависит от необходи­мого нажимного усилия

 

(6.10)

 

где q_c- удельное сопротивление вдавливанию ножа в грунт, кН; l- периметр ножа, м; ξ₀- коэффициент бокового давления грунта; M_T - масса 1 м трубы (футляра), кг; L- длина продавливания трубы, м; tg φ - коэффициент трения трубы о грунт; P₁ - вертикальное давление на 1 м длины трубы;

 

(6.11)

 

где ρ - плотность грунта, т/м3; D_K - диаметр кожуха (футляра), м; t_кp - коэф­фициент крепости грунта по проф. М.М. Протодьякову.

Приближенное необходимое усилие для продавливания трубы

 

(6.12)

 

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.

Поскольку при продавливании труб больших диаметров, особенно в твердых грунтах, применяют особо мощные нажимные установки из не­скольких домкратов, способных создать усилия более 10000 кН, для них не­обходимы прочные упорные стенки. Длина рабочих котлованов для продав­ливания труб диаметром 720 - 1420 мм составляет 10 - 12 м, а глубина их равна глубине заложения трубопровода или коллектора плюс 0,2 м. Шири­на котлована в зависимости от диаметра продавливаемых труб принимает­ся: для труб диаметром 720 мм - 2,8 м; 820 мм - 2,9; 920 мм - 3; 1020 - 4; 1220 -4, 5 и 1420 - 5 м. Приемный котлован служит для отсоединения рабо­чего органа или кольцевого ножа после продавливания трубопровода, что обусловливает его размеры и тип крепления.

Нажимное устройство состоит из силовой установки и приспособле­ний, передающих усилие на продавливаемую трубу. Усилие от домкратов на торец трубы передается при ее продавливания в грунт на длину хода штоков домкратов через нажимные патрубки. Поскольку при продавливании желе­зобетонных труб и элементов коллекторов непосредственная передача уси­лий на них не допускается, между нажимным патрубком и их торцом уста­навливают нажимную раму, а в стыках - прокладки из мастики. Работы по продавливанию трубопроводов делятся на подготовительный и основной периоды. В подготовительный период устраивают рабочий и приемный кот­лованы, ограждают их, монтируют упорную стенку и направляющие, про­давливаемую трубу с нажимной установкой, а в основном периоде циклич­но выполняют работы по продавливанию трубы, включающие операции по продавливанию трубы, в забой на длину штока домкрата, обратного хода штока и постановки патрубка. При подготовке следующей трубы к продав­ливанию нажимной патрубок отводят в конец направляющих до соприкосновения со штоком домкрата, подают в рабочий котлован следующую тру­бу, выравнивают на направляющих и изолируют стык, опробывают нажим­ную установку. Таким образом, цикл продавливания повторяют до полного продавливания всего трубопровода или всей секции коллектора.

Способ продавливания бывает с ручной разработкой грунта и меха­низированной (рис. 6.31).

Применение ручной разработки грунта при продавливании малоэф­фективно, так как из-за неудобства удаления грунта из забоя снижаются производительность таких установок и общая скорость проходки. Поэтому для бестраншейной прокладки трубопроводов чаще всего применяют уста­новки с механизированной разработкой и удалением грунта

Ножевую секцию (см. рис. 6.31, б) с диффузором приваривают к пе­реднему концу прокладываемой трубы. При вдавливании ножа в грунт он проходит через диффузор и поступает в телескопический ковш, который тросом извлекают из трубопровода через отверстие в траверсе и после отсо­единения от троса удаляют из котлована. Опорожненный ковш затем снова укладывают в корпус рабочего органа и с помощью каната подают в забой.

 

 

Рис. 6.31 – Установка для прокладки труб методом продавливания

а - продавливание с ручной разработкой грунта, б - продавливание с механизированной разработкой грунта; 1 - насосная станция, 2 - трубопровод, 3 - рабочий котлован, 4 - водоотводной котлован, 5 - трубопровод (футляр), 6 - лобовая обделка (нож), 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

 

Бестраншейную прокладку труб диаметром 1220 мм способом продавливания в сухих и увлажненных грунтах I - III групп можно производить также с помощью установки У-12/60 конструкции Гипронефтеспецмонтажа (рис. 6.32, а). Этой установкой, имеющей массу 12,7 т, при усилии продавливания 3400 кН и мощности приводных электродвигателей 18 кВт, можно продавливать трубы указанного диаметра на длину 60 м. Головку ус­тановки приваривают к продавливаемому трубопроводу для восприятия ло­бового сопротивления грунта. Грунт удаляется челноком, находящимся вну­три головки.

Работа установки заключается в периодическом вдавливании прокла­дываемой трубы на длину хода домкрата (1000 мм) с последующим извле­чением челнока из трубы и его разгрузкой. После каждого цикла надавлива­ния производят операции по удалению нажимных патрубков, зачистке мес­та установки челнока в головке, наращиванию или установке нажимных па­трубков большей длины для последующего надавливания. Заполнение чел­нока грунтом обеспечивается вдавливанием трубы гидравлическим домкра­том. Разгрузку челнока производят в отвал или на транспорт.

 

 

Рис. 6.32 – 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. 6.32, б) можно продавли­вать трубы (кожухи) диаметром 530 - 1020 мм, причем диаметром до 530 мм без эвакуации грунта из скважины, а диаметром до 1020 мм - с эва­куацией грунта. При прокладке труб способом виброударного прокола (диаметром до 530 мм) к забойному концу трубы (кожуха) привари­вают глухой конусный наконечник, забивают трубу, нанося удары вибромо­лотом с дополнительной статической нагрузкой (до 50 т) или без нее.

При прокладке труб способом виброударного продавливания на за­бойном конце трубы наконечник не устанавливают, а приваривают сверху серповидную накладку для обеспечения зазора (10 - 15 мм) между скважиной и трубой, а в задней части трубы прорезают два боковых симметрично расположенных разгрузочных окна для удаления грунта. Внутрь трубы (кожуха) помещают виброударную желонку (рис. 6.32, 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 пе­ремещается 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, причем при необходимости в забойной части кожуха может оставаться грунтовая пробка длиной 1 - 3 диаметра, исключающая отбор лишнего грунта и, тем самым, возможность образования пустот в грунтовом масси­ве.

Иногда применяют также способы с разработкой грунта гидроразмывом и удалением его из забоя в виде пульпы. Возможно также более простое по конструкции и надежно действующее устройство для продавливания труб домкратами с разработкой грунта в забое гидромонитором и уда­лением его с помощью шнека. С помощью такой установки можно прокла­дывать трубы диаметром 400 - 1220 мм на длину до 100 м при средней ско­рости 12 - 15 м в смену.

Железобетонные трубы и элементы коллекторов продавливают с по­мощью металлического ножа, опорное кольцо которого соответствует фор­ме торца продавливаемых труб или указанных элементов. При разработке грунта в забое вручную или с помощью малогабаритных гидроэкскаваторов грунт убирают только в пределах выходного отверстия ножа, оставляя впе­реди грунтовую пробку. В пластичных грунтах в ножевую секцию встраива­ют решетку, разрезающую грунт на отдельные блоки, которые затем удаля­ют.

Способ продавливания тоннельных секций может быть применен в различных инженерно-геологических условиях. Этим способом можно про­давливать тоннели и коллекторы длиной до 20 - 50 м, а при использовании промежуточных домкратных установок - длиной до 300 м и более. Однако существенным недостатком при этом является разрушение стыков и появле­ние в стенах тоннелей трещин. Для устранения этих недостатков разработана технология проклад­ки тоннелей, при которой внутри каждого кольца соосно монтируют секцию упорной металлической обечайки (сердечника), на которой закрепляют, не касаясь друг друга, элементы тоннеля или коллектора. Сжимающее усилие в этом случае воспринимаются не железобетонными элементами, а обечай­кой. Благодаря этому появляется возможность не только продавливать в грунт тоннельные секции с полной их сохранностью, но и уменьшать толщину стенок секций и увеличить длину продавливания.