способ бестраншейной замены подземных трубопроводов

Формула изобретения

Способ бестраншейной замены подземных трубопроводов, включающий операции по созданию скважины вдоль заданной линии бурения и прокладки трубопровода, передачу необходимых контактных усилий для бурения и прокладки бурильному устройству через трубопровод, соединение переднего конца трубопровода с бурильным устройством через соединительный модуль, приложение извне к трубопроводу силы с помощью устройства проталкивания труб, проталкивание трубопровода от начальной точки к заданной точке, удаление шлама, образованного при бурении, и транспортировку его из скважины гидравлическим способом, непрерывное заполнение жидкостью кольцевого пространства, образующегося между трубопроводом и стенкой скважины во время бурения, выполнение операции бурения и операции прокладки одновременно, осуществление привода режущего инструмента, по меньшей мере, одним приводом, находящимся в скважине, выполнение бурильного устройства, по меньшей мере, из двух соединенных модулей, соединенных не жестко при помощи, по меньшей мере, трех направляющих цилиндров, выполнение на режущем инструменте бурильного устройства форсунок высокого давления, из которых закачивается буровая суспензия под высоким давлением, выполнение в соединительном модуле отверстий, через которые кольцевое пространство между трубопроводом и стенкой скважины заполняется буровой суспензией, отличающийся тем, что трубопровод, через который передается сила на бурильное устройство, выполняют из последовательно соединяемых по мере сооружения скважины сборных колец, имеющих во внутренней полости ложементы для размещения на них заменяемого и нового трубопровода, сборные кольца изготавливают преимущественно из железобетонных конструкций круглого сечения с обеспечением герметичности стыков между ними, бурильное устройство выполняют в продольно-разъемном исполнении с поперечным сечением в форме кольца, имеющего внутренний диаметр больше наружного диаметра заменяемого трубопровода с возможностью перемещения шлама в пространстве между внутренней полостью сборных колец и наружной поверхностью заменяемого трубопровода, бурильное устройство с внутренней стороны снабжают направляющими элементами качения, преимущественно в форме роликов, силу давления на проталкиваемый трубопровод и бурильное устройство прилагают к задней части последнего из помещаемых в скважину сборных колец, режущий инструмент размещают равноудаленно друг от друга в передней торцевой части бурильного устройства, а форсунки высокого давления располагают в промежутках между режущим инструментом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при бестраншейной замене подземных трубопроводов.

Как показывает практика, существуют ситуации, при которых замена трубопроводов традиционными, траншейными, способами не представляется возможной по техническим, экологическим и иным причинам. Например, такие ситуации могут возникнуть на участках трассы трубопроводов со сложными условиями производства строительно-монтажных работ (горная, болотистая местность, территории с особыми природоохранными требованиями).

При рассмотрении технической литературы выявлены технические решения, относящиеся к бестраншейной прокладке трубопроводов при их замене.

Известен способ бестраншейной замены трубопроводов, заключающийся в устранении старого трубопровода и затягивании нового трубопровода через предварительно пройденную монтажную скважину, которую образуют путем забивки полой металлической трубы в мягких или насыпных и намывных грунтах (см. RU 2105919, кл. F16L 1/00 от 23.02.1996 г.).

Недостатками данного способа являются: отсутствие возможности использования заменяемого трубопровода для других нужд ввиду его устранения путем разрушения и втрамбовывания обломков трубопровода в грунт, высокая вероятность механических повреждений нового трубопровода от трения об обломки разрушенного старого трубопровода в процессе затягивания нового трубопровода в монтажную скважину, причинение экологического вреда от остатков продукта, находящегося в заменяемом трубопроводе, необходимость сооружения монтажной скважины и разрушения трубопровода при каждой очередной его замене, необходимость приложения значительных тяговых усилий для преодоления сил трения при разрушении старого трубопровода и затягивании нового трубопровода в монтажную скважину.

Известно устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов, содержащее соединенные между собой труборазрушающий орган с ножом, направляющее приспособление, тяговый элемент и расширитель для увеличения диаметра скважины, вдавливания осколков разрушенной трубы в окружающий грунт и затягивания нового трубопровода, в направляющем приспособлении выполнены соединенные между собой осевой и радиальный каналы для подачи смазочного материала, кольцо с зазором для разбрызгивания смазочного материала, за расширителем установлено средство для вибрации нового трубопровода, соединенное с расширителем и демонтажным тросом (см. RU 2473833, кл. F16L 1/028, F16L 55/18 от 03.11.2011 г.).

Недостатками данного устройства являются: отсутствие возможности использования заменяемого трубопровода для других нужд ввиду его разрушения, высокая вероятность механических повреждений изоляционного покрытия нового трубопровода от трения об осколки разрушенного старого трубопровода в процессе затягивания нового трубопровода в монтажную скважину, причинение экологического вреда от остатков продукта, находящегося в заменяемом трубопроводе, необходимость сооружения монтажной скважины и разрушения трубопровода при каждой очередной его замене.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ и устройство для бестраншейной прокладки труб, заключающийся в создании скважины при помощи бурильного устройства, соединяемого с предварительно собранным трубопроводом, проталкивании трубопровода одновременно с бурением скважины, удалении гидравлическим способом шлама, образующегося при бурении, заполнении жидкостью кольцевого пространства, образующегося между трубопроводом и стенкой скважины в процессе бурения (см. RU 2392389, кл. E02F 5/18, Е21В 7/00, F16L 1/028 от 19.01.2007 г.).

Недостатками данного способа являются: невозможность его применения при замене старого трубопровода новым трубопроводом, сложность конструкции устройства для бестраншейной прокладки труб, высокая вероятность механических повреждений изоляционного покрытия нового трубопровода от усилий, прикладываемых толкателем к трубопроводу, необходимость повторного сооружения скважины для замены старого трубопровода новым трубопроводом.

Задача, решаемая в изобретении, заключается в разработке технического решения, обеспечивающего возможность последующего использования заменяемого трубопровода для других нужд и упрощении конструкции устройства для бестраншейной прокладки труб.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении вероятности механических повреждений заменяемого трубопровода при производстве тоннелепроходческих работ, сохранении от повреждений изоляционного покрытия нового трубопровода при его размещении в скважине, обеспечении возможности многократной замены трубопровода без предварительного сооружения для него скважины.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе бестраншейной замены подземных трубопроводов, включающем операции по созданию скважины вдоль заданной линии бурения и прокладки трубопровода, передачу необходимых контактных усилий для бурения и прокладки бурильному устройству через трубопровод, соединение переднего конца трубопровода с бурильным устройством через соединительный модуль, приложение извне к трубопроводу силы с помощью устройства проталкивания труб, проталкивание трубопровода от начальной точки к заданной точке, удаление шлама, образованного при бурении, и транспортировку его из скважины гидравлическим способом, непрерывное заполнение жидкостью кольцевого пространства, образующегося между трубопроводом и стенкой скважины во время бурения, выполнение операции бурения и операции прокладки одновременно, осуществление привода режущего инструмента, по меньшей мере, одним приводом, находящимся в скважине, выполнение бурильного устройства, по меньшей мере, из двух соединенных модулей, соединенных не жестко при помощи, по меньшей мере, трех направляющих цилиндров, выполнение на режущем инструменте бурильного устройства форсунок высокого давления, из которых закачивается буровая суспензия под высоким давлением, выполнение в соединительном модуле отверстий, через которые кольцевое пространство между трубопроводом и стенкой скважины заполняется буровой суспензией, причем согласно изобретению трубопровод, через который передается сила на бурильное устройство, выполняют из последовательно соединяемых по мере сооружения скважины сборных колец, имеющих во внутренней полости ложементы для размещения на них заменяемого и нового трубопровода, сборные кольца изготавливают преимущественно из железобетонных конструкций круглого сечения с обеспечением герметичности стыков между ними, бурильное устройство выполняют в продольно-разъемном исполнении с поперечным сечением в форме кольца, имеющего внутренний диаметр больше наружного диаметра заменяемого трубопровода с возможностью перемещения шлама в пространстве между внутренней полостью сборных колец и наружной поверхностью заменяемого трубопровода, бурильное устройство с внутренней стороны снабжают направляющими элементами качения, преимущественно в форме роликов, силу давления на проталкиваемый трубопровод и бурильное устройство прилагают к задней части последнего из помещаемых в скважину сборных колец, режущий инструмент размещают равноудаленно друг от друга в передней торцевой части бурильного устройства, а форсунки высокого давления располагают в промежутках между режущим инструментом.

На фиг.1-6 изображен способ, реализующий предлагаемое техническое решение.

На фиг.1 изображена принципиальная схема установки бурильного устройства на заменяемый трубопровод.

На фиг.2 изображена принципиальная схема прокладки трубопровода из сборных колец.

На фиг.3 изображена принципиальная схема демонтажа бурильного устройства.

На фиг.4 схематично изображено бурильное устройство.

На фиг.5 схематично изображено размещение бурильного устройства на заменяемом трубопроводе.

На фиг.6 изображена принципиальная схема прокладки нового трубопровода.

На фиг.1-6 применены следующие обозначения:

1 - заменяемый трубопровод;

2 - стартовый котлован;

3 - приемный котлован;

4 - бурильное устройство;

5 - подъемный механизм

6 - сборное кольцо;

7 - устройство проталкивания труб;

8 - режущий инструмент;

9 - форсунка торцевая;

10 - форсунка боковая;

11 - разъем бурильного устройства;

12 - элемент качения;

13 - подающая дорожка;

14 - приемная дорожка;

15 - тяговое устройство;

16 - новый трубопровод.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

В начале заменяемого трубопровода 1 сооружается стартовый котлован 2, в конце - приемный котлован 3. Отрезок заменяемого трубопровода 1, находящийся в стартовом котловане 2, отрезается на длину примерно на 2 метра меньше длины стартового котлована 2. В стенке стартового котлована 2, находящейся в противоположной стороне от выступающей части заменяемого трубопровода 1, устанавливается устройство проталкивания труб 7, нажимные элементы которого подводятся к задней части задавливаемого сборного кольца 6. На выступающую в стартовом котловане 2 часть заменяемого трубопровода 1 с помощью подъемного механизма 5 монтируется бурильное устройство 4, имеющее продольный разъем 11. К торцевой части бурильного устройства крепится первое по ходу движения сборное кольцо 6. Для работы бурильного устройства 4 используется принцип работы обычного микротоннельного бурильного устройства. Приведение в действие режущего инструмента 8 осуществляется приводом, смонтированным в первом по ходу движения модуле бурильного устройства 4, кинетическая энергия на который, преимущественно гидравлическая, подается с помощью гибких проводников, преимущественно шлангов, помещаемых во внутреннее пространство между заменяемым трубопроводом 1 и трубопроводом из сборных колец 6. Для размыва грунта, разрабатываемого режущим инструментом 8, используется давление буровой суспензии, подаваемой в торцевые форсунки 9 бурильного устройства 4 с помощью подающей линии, помещаемой во внутреннее пространство между заменяемым трубопроводом 1 и трубопроводом из сборных колец 6. Удаление шлама осуществляется за счет гидравлического давления буровой суспензии, поступающей из торцевых форсунок 9, по внутреннему пространству между заменяемым трубопроводом 1 и трубопроводом из сборных колец 6. Для снижения силы трения, возникающей между трубопроводом из сборных колец 6 и поверхностью скважины, подается буровая суспензия через боковые форсунки 10, выполненные на боковой поверхности второго по ходу движения модуля бурильного устройства 4. Перемещение бурильного устройства 4 и сборного кольца 6 осуществляется за счет силы, прикладываемой устройством проталкивания труб 7 к последнему сборному кольцу 6. По мере вхождения сборного кольца 6 в скважину к нему присоединяется очередное сборное кольцо 6, и цикл продавливания бурильного устройства 4 с трубопроводом из сборных колец 6 повторяется. При этом заменяемый трубопровод 1 размещается во внутренней полости сборных колец 6, оснащенных элементами качения 12, за счет чего снижается вероятность повреждения изоляционного покрытия заменяемого 1 и нового трубопровода. После заведения бурильного устройства 4 в приемный котлован 3 его разъем 11 разъединяется, и бурильное устройство 4 удаляется из приемного котлована 3 при помощи подъемного механизма 5. Стартовый 2 и приемный 3 котлованы оборудуются подающими 13 и приемными 14 дорожками. Демонтируемая часть заменяемого трубопровода 1 отрезается и вытаскивается из внутренней полости трубопровода из сборных колец 6 с помощью тягового устройства 15, а на его место протаскивается новый трубопровод 16.

В результате реализации предложенного технического решения обеспечивается:

сохранность заменяемого трубопровода в интересах его последующего использования для других нужд;

упрощение конструкции устройства для бестраншейной замены подземного трубопровода;

сохранность от повреждений изоляционного покрытия нового трубопровода при его размещении в скважине;

возможность многократной замены трубопровода без предварительного сооружения для него скважины.