установка для строительства переходов магистральных трубопроводов под дорогами и насыпями

Формула изобретения

Установка для строительства магистральных трубопроводов, содержащая гидротолкатель, опирающийся на опорную плиту и воздействующий через наставку на трубу-патрон, отличающаяся тем, что установка включает ножевую секцию с углубленно расположенным внутри нее диффузором, снабженную кольцевым ножом, уплотнительно-опорным кольцом, контейнером и продольными стабилизаторами направления, расположенными на наружной поверхности ножевой секции между кольцевым ножом и уплотнительно-опорным кольцом, при этом диаметр ножевой секции меньше наружных диаметров кольцевого ножа и уплотнительно-опорного кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бестраншейного строительства переходов магистральных трубопроводов под шоссейными дорогами и железнодорожными насыпями в грунтах I-IV категорий.

Известны установки, принцип действия которых основан на механическом бурении грунта с одновременной подачей трубы-патрона. Эвакуация грунта осуществляется шнековыми и скребковыми транспортерами (Каталог машин для строительства трубопроводов (Газстроймашина) изд. 6-е, - М.: Недра, 1977, 224 с.).

Недостатком этих установок является то, что при работе в неустойчивых породах (сыпучих грунтах, плывунах) происходит осыпание, сползание грунта из прилегающего к буровой коронке пространства. При этом происходит непрерывная работа буровой коронки и выборка грунта без подачи трубы-патрона. Только после прекращения поступления грунта из окружающего пространства к коронке становится возможным проталкивание трубы-патрона.

В результате после проталкивания трубы-патрона вокруг нее остаются пустоты, которые в последующем заполняются за счет естественного оседания тела насыпи, полотна дороги, что приводит к нарушению их целостности, физико-механических характеристик.

При строительстве переходов во влажных и обводненных грунтах шнековый и скребковый транспортеры забиваются, залипают и установка становится неработоспособной.

При несанкционированном изменении направления движения конструкция данной установки не позволяет провести коррекцию направления движения.

Отмеченный недостаток может быть устранен устройством поворотных буровых коронок или применением на переднем конце трубы различных отклоняющих устройств. Из таких устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является установка (патент ФРГ N 4235936, кл. E 21 B 7/20, 20.04.1993), где на переднем конце направляющей трубы устанавливают дополнительную трубу, ось отверстия которой расположена под определенным углом к оси направляющей трубы. С противоположной по отношению к направлению отклонения отверстия на наружной поверхности дополнительной трубы выполнена конусная поверхность. Внутри направляющей трубы размещено породоразрушающее устройство и устройство для удаления породы. К основанию направляющей трубы прикладывают крутящий момент и продвигающее усилие. При удалении направляющей трубы от заранее установленной линии дополнительную трубу поворачивают так, чтобы конусная поверхность располагалась с противоположной направлению корректировки стороны и, используя давление породы на конусную поверхность, корректируют направление прокладки направляющей трубы.

Данная установка, имея устройство коррекции направления движения, сохранила все недостатки, присущие шнекобуровым установкам: сложность конструкции, технологии выемки и эвакуации: сохраняется опасность осыпания, сползания грунта в неустойчивых породах. Как показывает опыт, эти установки обладают большой удельной энергоемкостью.

Изобретение направлено на упрощение конструкции установки, снижение удельной энергоемкости и обеспечение технологических требований при строительстве переходов магистральных трубопроводов под шоссейными дорогами и железнодорожными насыпями.

Для решения поставленной задачи установка для строительства магистральных трубопроводов, содержащая гидротолкатель, опирающийся на опорную плиту и воздействующий через наставку на трубу-патрон, включает ножевую секцию с углубленно расположенным внутри нее диффузором, снабженную кольцевым ножом, уплотнительно-опорным кольцом, контейнером и продольными стабилизаторами направления, расположенными на наружной поверхности ножевой секции между кольцевым ножом и уплотнительно-опорным кольцом, при этом диаметр ножевой секции меньше наружных диаметров кольцевого ножа и уплотнительно-опорного кольца.

В конструкции установки предусмотрено, чтобы внутри забоя отсутствовали подвижные элементы, а установленные элементы на ножевой секции имели бы несколько функциональных назначений. Операции резания грунта, его разрушения и загрузки в контейнер совмещены с подачей трубы-патрона и производятся гидротолкателем, находящимся вне забоя. Для резания грунта ножевая секция снабжена кольцевым ножом, установленным на внешней поверхности спереди. Для удержания самопроизвольного обрушения грунта с торца ножевой секции, а также для разрушения механической целостности образующегося керна внутри ножевой секции на определенном расстоянии установлен диффузор. Для эвакуации грунта ножевая секция содержит контейнер, фиксируемый замками относительно диффузора. Для стабилизации направления движения на внешней поверхности ножевой секции вдоль нее установлены стабилизаторы направления. Для уплотнения, зачистки поверхности грунта образующегося туннеля, а в конечном итоге для защиты изоляции трубы-патрона, а также как опорная поверхность для скольжения трубы-патрона на поверхности ножевой секции установлено уплотнительно-опорное кольцо. Для коррекции направления движения ножевая секция содержит устройство, выполненное на ее поверхности и включающее в себя стабилизаторы направления, используемые в данном случае как проводники рабочей жидкости и разграничители кольцевой полости вдоль ножевой секции; уплотнительно-опорное кольцо как замыкающий элемент полостей; кольцевой нож как элемент, образующий полость.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена установка в сборе, вид сбоку; на фиг.2 - вид А на фиг. 1 ножевой секции со стороны кольцевого ножа; на фиг.3 - сечение ножевой секции по В-В на фиг. 1.

На чертеже элементы обозначены следующими позициями: опорная плита - 1; электрическая лебедка для эвакуации контейнера с грунтом - 2; гидротолкатель - 3; опорная подвижная плита - 4; наставка - 5; фундаментные плиты - 6; приемная площадка для контейнера - 7; поддерживающие устройства (аутригеры) - 8; опорная плита - 9; рама аутригеров - 10; труба-патрон - 11; уплотнительно-опорное кольцо - 12; ножевая секция - 13; стабилизаторы - 14; контейнер - 15; диффузор - 16; кольцевой нож - 17.

Установка включает опорную плиту 1, на которую опирается гидротолкатель 3, штоки гидроцилиндров которого замкнуты опорной плитой 4, через которую на наставку 5, а затем через трубу-патрон 11 усилие передается на ножевую секцию 13. Ножевая секция 13 снабжена кольцевым ножом 17, диффузором 16, стабилизаторами направления 14, контейнером для эвакуации грунта 15, уплотнительно-опорным кольцом 12.

При передаче усилия от гидротолкателя 3 через трубу-патрон 11 на ножевую секцию 13 происходит врезание кольцевого ножа 17 секции в грунт, который поступает внутрь секции через диффузор 16 в виде керна и вследствие вначале сжатия, а затем расширения теряет механическую целостность, прочность и осыпается под собственным весом в контейнер 15, установленный и зафиксированный замками (на чертеже не указаны) сразу за диффузором 16. Это позволяет снизить энергозатраты на разрушение, погрузку и транспортировку грунта. Кроме того, диффузор 16 защищает контейнер 15 от непосредственного силового воздействия надвигающегося массива грунта (керна) внутрь ножевой секции 13. При наполнении контейнера 15 (контроль осуществляется, например, расчетным способом) он с помощью тросовой лебедки 2 выкатывается из трубы-патрона 11 на приемную площадку 7, а затем с помощью подъемного крана транспортируется в отведенное место и там из него грунт вытряхивается.

В результате углубленного расположения диффузора 16 внутри ножевой секции 13 зона разрушения естественного состояния грунта оказывается внутри ножевой секции 13. Это не дает возможности неустойчивым грунтам оседать, так как подрезанный грунт опирается на ножевую секцию 13. Кроме этого, возникающее перед диффузором 16 уплотнение создает "пробку", предотвращающую самопроизвольное движение неустойчивых грунтов в горизонтальном направлении.

Для стабилизации направления движения ножевой секции 13 на ее внешней поверхности корпуса установлены продольные стабилизаторы 14 (их должно быть не менее четырех) в виде толстостенных труб определенного диаметра и с отверстиями вдоль трубы. Стабилизаторы 14 расположены так, как показано на фиг. 2. Стрелками "с" на фиг.3 показаны направления истечения рабочей жидкости из труб-стабилизаторов в полости, образованные поверхностями грунта и корпуса ножевой секции, ограниченные вдоль ножевой секции трубами-стабилизаторами 14, спереди кольцевым ножом 17, сзади уплотнительно-опорным кольцом 12. При этом наружный диаметр кольцевого ножа 17 больше диаметра корпуса ножевой секции 13, в свою очередь диаметр уплотнительно-опорного кольца 12 больше диаметра кольцевого ножа 17. Ширина, диаметры кольцевого ножа 17, уплотнительно-опорного кольца 12 определяются расчетным путем. При движении ножевой секции 13 после кольцевого ножа 17 образуется кольцевая полость, разделенная стабилизаторами 14 на четыре части по окружности, замыкающиеся уплотнительно-опорным кольцом 12. При необходимости коррекции направления движения в образовавшиеся полости через соответствующие отверстия в трубе-стабилизаторе 14 или паре труб (фиг.3) подается рабочая жидкость от насосной установки (на чертеже не указана). Например, при необходимости поворота налево рабочая жидкость от насосной установки подается через трубы-стабилизаторы 14, расположенные с противоположной стороны направлению движения. В данном случае с правой стороны ножевой секции 13. При достижении расчетного гидростатического давления "P" возникает боковое корректирующее усилие R. Поскольку площадь поверхности кольцевого ножа 17 меньше площади поверхности уплотнительно-опорного кольца 12, то реакция сопротивления смятию грунта при боковом вдавливании кольцевого ножа 17 будет меньше реакции сопротивления смятию грунта уплотнительно-опорным кольцом 12 и кольцевой нож 17 будет вдавливаться в грунт боковой поверхностью больше. В результате суммарный вектор скорости ножевой секции 13 будет направлен в нужном направлении. При достижении требуемого направления прекращается подача рабочей жидкости в полости и заданное направление поддерживается стабилизаторами направления движения 14, препятствующими самопроизвольному изменению направления движения ножевой секции 13 под действием внешних возмущающих факторов (различная плотность грунта в плоскости) и внутренних факторов (несоосность передачи толкающего усилия и т.д.).

Установка кольцевого ножа 17 и уплотнительно-опорного кольца 12 нужных диаметров на внешней поверхности ножевой секции 13 расширяет диаметр отверстия в грунте, зачищает его поверхность, что дает возможность защитить изоляцию трубы-патрона 11 от механических повреждений о поверхность грунта при ее продавливании.

Применение ножевой секции 13 предлагаемой конструкции позволяет осуществлять бестраншейное строительство переходов магистральных трубопроводов под шоссейными дорогами и железнодорожными насыпями способом продавливания трубы-патрона, не нарушая при этом их физико-механических характеристик, что значительно улучшает технологию строительства переходов и снижает удельные энергозатраты.

При практическом внедрении установки с диаметром трубы-патрона 1720 мм была подтверждена ее работоспособность и использованы следующие технические характеристики:

Диаметр патрона, м - 1720

Длина перехода, м - 60-80

Усилие подачи (макс. расчетное), т - 510

Скорость проходки, м/ч - 4

Установленная мощность, кВт - 10

Кол-во обслуживающего персонала, чел - 5ь