RU2047697C1

RU2047697C1 - Method for trenchless laying pipelines

Info

Publication number: RU2047697C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Б. Рейфисов; В.А. Григоращенко; А.Е. Земцова; М.В. Курленя; В.А. Козлов
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1991-05-05
Filing date: 1991-05-05
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: pipe laying. SUBSTANCE: working and receiving pits are developed. A pipe with open front end is immersed into soil. Impact load i s applied to the back end of the pipe. Then the pipe is cleaned up of the soil by moving soil taker with pneumatic/impact drive through its internal surface. Prior to pipe laying a cable is laid down along design axis of the pipeline. Cable end is fixed to the hoist placed in receiving pit. Static load is applied to back end of the pipe by stressing the cable prior to pipe immersion. Static load is applied by prestressing the cable concurrently to the soil taker prior to cleaning up the pipe from soil. EFFECT: power consumption. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано для бестраншейной прокладки подземных инженерных коммуникаций. The invention relates to construction production and can be used for trenchless laying of underground utilities.

Известен способ бестраншейной прокладки подземного трубопровода путем ударного погружения трубы с закрытым передним торцом в грунт. Однако этот процесс вследствие высокой энергоемкости используется только для прокладки труб небольшого диаметра. A known method of trenchless laying of an underground pipeline by shock immersion of a pipe with a closed front end in the ground. However, this process due to the high energy intensity is used only for laying pipes of small diameter.

Известен способ, включающий проходку лидирующей скважины и погружение трубы с закрытым концом в эту скважину ударной нагрузкой. A known method, including driving a leading well and immersing a pipe with a closed end in this well by an impact load.

Известен также способ (патент ФРГ N 2824915), предусматривающий создание тросом, проложенным в лидирующей скважине, тягового усилия, приложенного к переднему торцу трубопровода при его погружении в грунт. Эти способы позволяют несколько повысить диаметры прокладываемых труб, но не могут использоваться для прокладки труб большого диаметра. При недостаточной глубине заложения и наличии близко расположенных коммуникаций применение указанных cпособов приводит к разрушению давлением грунта дорожных покрытий и существующих коммуникаций. There is also known a method (German patent N 2824915), which provides for the creation of a cable laid in a leading well, traction applied to the front end of the pipeline when it is immersed in the ground. These methods allow you to slightly increase the diameters of the laid pipes, but cannot be used for laying large-diameter pipes. With insufficient depth of laying and the presence of closely spaced communications, the use of these methods leads to the destruction by the pressure of the soil of pavements and existing communications.

Известен способ, позволяющий прокладывать трубы большого диаметра и лишенный указанных выше недостатков. Этот способ включает операции погружения в грунт трубы с открытым передним торцом динамической нагрузкой и очистку ее от грунта грунтозаборным устройством с пневмоударным приводом [1] Недостатком этого способа является недостаточная производительность, связанная со значительными потерями на колебания трубы, вызванные упругими силами грунта, поступающего в трубу (с образованием грунтовой пробки) и малой скоростью движения грунтозаборного устройства вперед по трубе и внедрения его в неразрушенный керн грунта при наборе грунта. A known method that allows laying pipes of large diameter and devoid of the above disadvantages. This method includes the operation of immersing a pipe with an open front end of a dynamic load into the soil and cleaning it from the soil with a pneumatic impact drive intake device [1] The disadvantage of this method is the insufficient productivity associated with significant losses in pipe vibrations caused by the elastic forces of the soil entering the pipe (with the formation of a soil plug) and the low speed of the soil pick-up device moving forward along the pipe and introducing it into an undestructed soil core during soil collection.

Целью изобретения является повышение производительности работ за счет увеличения скорости погружения трубопровода и его очистки. Достигается эта цель тем, что в способе бестраншейной прокладки трубопроводов, согласно которому обустраивают рабочий и приемные котлованы, погружают трубу с открытым передним торцом в грунт приложением к ее заднему торцу ударной нагрузки и очищают трубу от грунта перемещением по ее внутренней полости грунтозаборного устройства с пневмоударным приводом, перед погружением трубы с открытым передним торцом в грунт прокладывают трос по проектной оси трубопровода, конец которого закрепляют на размещенной в приемном котловане лебедке, а при погружении трубы в грунт к ее заднему торцу дополнительно прикладывают статическую нагрузку натяжением троса, причем перед очисткой трубы от грунта трос присоединяют к грунтозаборному устройству, а при очистке трубы от грунта к грунтозаборному устройству одновременно прикладывают нагрузку натяжением троса. The aim of the invention is to increase productivity by increasing the speed of immersion of the pipeline and its cleaning. This goal is achieved by the fact that in the method of trenchless laying of pipelines, according to which the working and receiving pits are arranged, a pipe with an open front end is immersed in the ground by applying an impact load to its rear end face and the pipe is cleared of the soil by moving an air-intake drive device along its inner cavity , before immersing a pipe with an open front end in the ground, lay a cable along the design axis of the pipeline, the end of which is fixed to a winch located in the receiving pit, and and immersing the pipe into the ground, a static load is additionally applied to its rear end by tensioning the cable, and before cleaning the pipe from the ground, the cable is attached to the soil sampling device, and when cleaning the pipe from soil to the soil sampling device, the load is applied by tensioning the cable.

Увеличение скорости погружения трубы происходит за счет следующих факторов:
тяговое усилие троса компенсирует в значительной степени упругие силы отдачи грунта;
приложение тягового усилия к заднему торцу забиваемой трубы повышает эффективность использования этого усилия, так как статическое и динамическое воздействие совпадают во времени и пространстве;
трос, проложенный в грунтовом массиве, прорезает последний, нарушая его монолитность и образуя компенсационные полости, облегчая тем самым разрушение керна грунта, поступающего в трубу, и уменьшая силы сопротивления керна движению трубы вперед.The increase in pipe immersion speed is due to the following factors:
the pulling force of the cable compensates to a large extent the elastic recoil forces of the soil;
the application of traction to the rear end of the driven pipe increases the efficiency of this effort, since the static and dynamic effects coincide in time and space;
the cable laid in the soil massif cuts through the latter, violating its solidity and forming compensation cavities, thereby facilitating the destruction of the core of the soil entering the pipe, and reducing the resistance of the core to the pipe moving forward.

Увеличение скорости очистки трубы происходит за счет следующих факторов:
за счет тягового усилия увеличивается скорость движения грунтозаборного устройства по трубе вперед;
восприятие тяговым усилием сил отдачи ударного механизма ускоряет внедрение грунтозаборного устройства в керн грунта и набор последнего в грунтозаборную емкость;
набор грунта облегчается также тем, что монолитность керна нарушена вследствие многократных движений троса в грунтовом массиве.The increase in pipe cleaning speed is due to the following factors:
due to traction, the rate of movement of the soil intake device along the pipe forward increases;
the perception by the pulling force of the recoil forces of the shock mechanism accelerates the introduction of the soil sampling device into the soil core and the set of the latter into the soil sampling tank;
soil collection is also facilitated by the fact that core integrity is violated due to repeated cable movements in the soil mass.

При посекционном наращивании прокладываемого трубопровода целесообразно тяговое усилие передавать через корпус ударного механизма. Это облегчает присоединение ударного механизма к трубе и снятие его с трубы, что существенно сокращает время прокладки трубопровода. When building up the laid pipeline section by section, it is advisable to transmit the traction force through the shock mechanism body. This facilitates the attachment of the percussion mechanism to the pipe and its removal from the pipe, which significantly reduces the time of laying the pipeline.

Установка лебедки в приемном приямке, прокладка в грунтовом массиве или в скважине троса этой лебедки и передача этим тросом тягового усилия на трубопровод известны (патент ФРГ N 2824915), однако в известных способах осуществляется прокладка трубопроводов с закрытым передним торцом, и тяговое усилие прикладывается к переднему торцу трубопровода. Использование тягового усилия, передаваемого тросом, проложенным в грунтовом массиве, передача тягового усилия на задний торец погружаемого трубопровода авторам не известно. Это дает новый технический эффект, заключающийся в нарушении монолитности грунтового массива и керна грунта, поступающего в трубу, что облегчает погружение трубопровода и очистку его от грунта. Приложение тягового усилия к тому же торцу трубопровода, по которому наносятся удары, увеличивает интенсивность нагрузки и проскальзывание трубы относительно грунта при ударе, что также является новым техническим эффектом. Авторам не известно также применение тягового троса, проложенного в массиве грунта и в грунтовом керне, для перемещения грунтозаборного устройства при циклической очистке трубы от грунта. При прокладке в известных способах трубопроводов с закрытым передним торцом тяговый трос не совершает возвратно-поступательных движений, а перемещается поступательно по мере погружения трубо-провода в грунт. В предложенном способе трос в процессе очистки совершает многократные возвратно-поступательные движения, что значительно увеличивает интенсивность разрушения массива грунта перед трубой и керна грунта, поступающего в трубу, что облегчает погружение трубопровода, внедрение и набор грунта грунтозаборным устройством. The installation of a winch in a receiving pit, laying a cable of this winch in a soil massif or in a well and transferring the pulling force to the pipeline by this cable (German Patent No. 2824915), however, pipelines with a closed front end are laid and the pulling force is applied to the front end of the pipeline. The authors do not know the use of traction transmitted by a cable laid in a soil massif, the transmission of traction to the rear end of an immersed pipeline. This gives a new technical effect, which consists in breaking the solidity of the soil mass and the core of the soil entering the pipe, which facilitates the immersion of the pipeline and its cleaning from the soil. The application of traction to the same end of the pipeline, which is hit, increases the intensity of the load and the slippage of the pipe relative to the ground upon impact, which is also a new technical effect. The authors also do not know the use of a traction cable laid in an array of soil and in an earth core to move the soil sampling device during cyclic cleaning of the pipe from the soil. When laying in known methods of pipelines with a closed front end, the traction cable does not make reciprocating movements, but moves progressively as the pipe wire immerses in the ground. In the proposed method, the cable during the cleaning process makes multiple reciprocating movements, which significantly increases the rate of destruction of the soil mass in front of the pipe and the core of the soil entering the pipe, which facilitates the immersion of the pipeline, the introduction and collection of soil with a soil sampling device.

На фиг. 1 показана прокладываемая труба в продольном вертикальном разрезе в момент погружения; на фиг. 2 то же, в момент набора грунта грунтозаборным устройством. In FIG. 1 shows a pipe being laid in a longitudinal vertical section at the time of immersion; in FIG. 2 the same, at the time of soil collection with an intake device.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

В начале и в конце участка, на котором предстоит выполнить прокладку трубопровода, устраивают (фиг. 1) входной 1 и приемный 2 котлованы. Затем по оси будущего трубопровода между котлованами 1 и 2 прокладывают трос 3, который протягивают с поверхности путем прорезки тросом грунтового массива между котлованами до оси трассы. Трос 3 может быть проложен, например, и с помощью пневмопробойника. Для этого из входного котлована 1 в грунт запускают пневмопробойник, тщательно ориентируя его по оси будущего трубопровода. При движении в грунте пневмопробойник образует скважину и затягивает в нее трос 3. Диаметр скважины принимают минимальным, так как она нужна только для прокладки троса 3 в грунтовом массиве. Трос 3 может быть также проложен между котлованами 1 и 2 и после проходки скважины на всю длину при помощи шланга или при обратном движении пневмопробойника по скважине. После прокладки троса 3 во входном котловане 1 размещают на направляющей раме 4 прокладываемый трубопровод 5, ориентируют его по оси трассы. К заднему торцу трубопровода 5 при помощи переходного устройства 6 присоединяют конец троса 3 и ударный механизм 7. В качестве ударного механизма 7 может быть использован пневмопробойник. Второй конец троса 3 закрепляют на барабане лебедки 8, которую размещают в приемном котловане так, чтобы набегающая на барабан ветвь троса 3 была близка к оси трассы. Лебедку 8 и ударный механизм 7 включают в работу. Под действием тягового усилия, создаваемого лебедкой 8 и передаваемого тросом 3 на задний торец трубопровода 5, и под действием ударов, наносимых ударным механизмом 7, трубопровод 5 погружается в грунт. Движение трубопровода 5 в заданном направлении обеспечивается тяговым усилием троса 3, расположенного по направлению проектной трассы трубопровода 5. Тяговое усилие троса 3 повышает также скорость прокладки трубопровода 5, компенсируя в значительной мере упругие силы отдачи грунта. Трос 3, двигаясь в грунте, испытывает также пульсирующую нагрузку, вызываемую работой ударного механизма 7. Это способствует прорезке массива грунта, нарушает его монолитность, образует компенсационные полости, облегчая тем самым разрушение керна грунта, поступающего в трубу, и уменьшая силы сопротивления керна движению трубы вперед. При этом через открытый передний торец трубопровода 5 грунт 9 поступает внутрь трубопровода 5. Очистку трубопровода 5 от грунта 9 (фиг. 2) осуществляют при помощи грунтозаборного устройства 10 с ударным приводом 11. Для этого конец троса 3 присоединяют к грунтозаборному устройству 10, а конец троса 12 соединяют с ударным приводом 11. Ударный привод 11 грунтозаборного устройства 10 и лебедку 8 включают в работу. Под действием тягового усилия лебедки 8, передаваемого тросом 3, грунтозаборное устройство 10 перемещается по трубопроводу 5 вперед и внедряется в грунт 9, набирая его. При наборе грунта включают ударный привод 11 грунтозаборного устройства 10, лебедку 13 включают в работу, и грунтозаборное устройство 10 перемещается назад, транспортируя грунт из трубопровода 5 во входной котлован 1. Затем привод 11 грунтозаборного устройства 10 снова включают в работу и одновременно включают лебедку 8. Под действием ударной нагрузки грунтозаборное устройство 10 проскальзывает относительно грунта, разгружаясь от него. После разгрузки грунта привод 11 грунтозаборного устройства 10 выключают и тяговым усилием лебедки 8 перемещают его по трубе 5 вперед для набора следующей порции грунта. Далее цикл движения грунтозаборного устройства 10 повторяется до полной очистки трубопровода 5 от грунта. Вследствие многократных возвратно-поступательных движений троса 3 значительно увеличивается интенсивность разрушения массива грунта перед трубопроводом 5 и керна грунта 9, поступающего в трубопровод 5, что облегчает погружение трубопровода, внедрение и набор грунта грунтозаборным устройством 10. В зависимости от размеров входного котлована 1 трубопровод 5 может иметь полную длину перехода до начала погружения или наращиваться секциями по мере погружения. При посекционном наращивании трубопровода целесообразно конец троса 3 присоединять непосредственно к корпусу ударного механизма 7 и таким образом передавать тяговое усилие на трубу. Кроме того, это исключает передачу усилия отдачи ударного механизма 7 на погружаемый трубопровод 5, что уменьшает обратные его перемещения во время погружения и также повышает скорость погружения. Это облегчает присоединение ударного механизма к трубе и снятие его с трубы, что существенно сокращает время прокладки трубопровода. В этом случае переходное устройство 6 (фиг. 1) выполняется в виде фланца, который не жестко присоединяется к погружаемому трубопроводу, а прижимается к нему тяговым усилием троса 3. Тяговое усилие должно быть в этом случае больше усилия отдачи ударного механизма 7. Для снятия ударного механизма 7 достаточно ослабить трос 3. At the beginning and at the end of the section on which the pipeline is to be laid, an input 1 and a receiving 2 foundation pits are arranged (Fig. 1). Then, along the axis of the future pipeline between pits 1 and 2, a cable 3 is laid, which is pulled from the surface by cutting a soil mass between the pits to the axis of the track. The cable 3 can be laid, for example, using a pneumatic punch. To do this, from the inlet pit 1, a pneumatic punch is launched into the ground, carefully orienting it along the axis of the future pipeline. When moving in the ground, the pneumatic punch forms a well and draws the cable 3 into it. The diameter of the well is assumed to be minimal, since it is only needed for laying the cable 3 in the soil mass. The cable 3 can also be laid between pits 1 and 2 and after drilling the entire length of the hole using a hose or during the reverse movement of the pneumatic punch in the well. After laying the cable 3 in the inlet pit 1 place on the guide frame 4 the laid pipeline 5, orient it along the axis of the route. The end of the cable 3 and the percussion mechanism 7 are attached to the rear end of the pipeline 5 using a transition device 6. A pneumatic punch can be used as the percussion mechanism 7. The second end of the cable 3 is fixed on the drum of the winch 8, which is placed in the receiving pit so that the branch of the cable 3 running on the drum is close to the axis of the track. The winch 8 and the impact mechanism 7 include in the work. Under the influence of the traction created by the winch 8 and transmitted by the cable 3 to the rear end of the pipeline 5, and under the action of the blows caused by the percussion mechanism 7, the pipeline 5 is immersed in the ground. The movement of the pipeline 5 in a given direction is provided by the traction force of the cable 3, located in the direction of the design route of the pipeline 5. The traction force of the cable 3 also increases the speed of laying the pipeline 5, compensating to a large extent the elastic recoil forces of the soil. The cable 3, moving in the ground, also experiences a pulsating load caused by the work of the shock mechanism 7. This contributes to the cutting of the soil mass, violates its solidity, forms compensation cavities, thereby facilitating the destruction of the core of the soil entering the pipe, and reducing the resistance of the core to the movement of the pipe forward. In this case, through the open front end of the pipeline 5, the soil 9 enters the pipeline 5. The pipeline 5 is cleaned from the soil 9 (Fig. 2) by means of the soil sampling device 10 with shock drive 11. For this, the end of the cable 3 is connected to the soil sampling device 10, and the end the cable 12 is connected to the shock drive 11. The shock drive 11 of the soil sampling device 10 and the winch 8 are turned on. Under the influence of the pulling force of the winch 8 transmitted by the cable 3, the soil sampling device 10 moves forward along the pipeline 5 and is introduced into the soil 9, picking it up. When collecting soil, the shock drive 11 of the soil sampling device 10 is turned on, the winch 13 is turned on, and the soil sampling device 10 is moved back, transporting the soil from the pipeline 5 to the inlet pit 1. Then, the drive 11 of the soil sampling device 10 is turned back on and at the same time the winch 8 is turned on. Under the influence of the shock load, the soil sampling device 10 slides relative to the soil, unloading from it. After unloading the soil, the drive 11 of the soil sampling device 10 is turned off and the pulling force of the winch 8 moves it along the pipe 5 forward to set the next portion of soil. Next, the cycle of movement of the soil sampling device 10 is repeated until the pipeline 5 is completely cleared of soil. Due to the multiple reciprocating movements of the cable 3, the rate of destruction of the soil mass in front of the pipeline 5 and the core of the soil 9 entering the pipeline 5 increases significantly, which facilitates the immersion of the pipeline, the introduction and collection of soil by the soil sampling device 10. Depending on the size of the inlet pit 1, the pipeline 5 may have the full length of the transition before diving, or build up in sections as you dive. When sectional expansion of the pipeline, it is advisable to attach the end of the cable 3 directly to the body of the percussion mechanism 7 and thus transmit traction to the pipe. In addition, this eliminates the transfer of the recoil force of the percussion mechanism 7 to the submersible pipe 5, which reduces its reverse movements during immersion and also increases the speed of immersion. This facilitates the attachment of the percussion mechanism to the pipe and its removal from the pipe, which significantly reduces the time of laying the pipeline. In this case, the transition device 6 (Fig. 1) is made in the form of a flange, which is not rigidly attached to the immersed pipeline, and is pressed against it by the pulling force of the cable 3. The pulling force in this case should be greater than the recoil force of the shock mechanism 7. To remove the shock mechanism 7 is enough to loosen the cable 3.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить скорость прокладки трубопровода, а следовательно, и производительность на 15-30% Using the proposed method allows to increase the speed of the pipeline, and therefore, productivity by 15-30%

Claims

1. A METHOD FOR TORNLESS LAYING OF PIPELINES, according to which the working and receiving pits are arranged, a pipe with an open front end is immersed in the ground by applying an impact load to its rear end face, and the pipe is cleaned of soil by moving along its internal cavity of the intake device with a pneumatic shock drive, characterized in that before immersing the pipe with an open front end into the ground, lay a cable along the design axis of the pipeline, the end of which is fixed on a winch located in the receiving pit, and when immersed SRI pipe into the ground to its rear end further comprising applying a static load of the tension cable, the cable from the ground before cleaning tube is attached to the dredge unit, and when cleaning the pipe from the ground to the soil feeding apparatus simultaneously applied static load cable tension.

2. The method according to claim 1, characterized in that the traction is transmitted to the pipe through the body of the percussion mechanism.