Прокладка трубопроводов способом прокола грунта с помощью пневмопробойников

Прокладка трубопроводов способом прокола грунта с помощью пневмопробойников

Бестраншейная прокладка инженерных коммуникаций с по­мощью пневмопробойников применяется при устройстве перехо­дов водопроводных, канализационных и газовых трубопроводов под автомобильными железными дорогами, трамвайными соору­жениями, а также зелеными насаждениями. В зависимости от грунтовых условий с помощью пневмопробойников возможно выполнение работ, приведенных в таблице ниже. Выполнение работ пневмопробойниками в зимних условиях возможно ниже глубины промерзания грунта. Выполнение работ пневмопробойником не­возможно в скальных и мерзлых грунтах, при наличии твердых включений размером более 250 мм, фундаментов, свай, валунов, корней деревьев.

При устройстве бестраншейных переходов пневмопробойни­ками выполняются следующие работы:

• пробивают скважину необходимого диаметра с расширителями или без них, используемую для бестраншейной прокладки ка^ бельных трасс или в качестве лидирующей при прокладке ко­жуха;
• при забивании стальных труб предварительно пробивают сква­жину в грунте диаметром, большим или меньшим диаметра стальной трубы, в скважину забивают трубы, которые могут использоваться в качестве кожухов для прокладки любых под­земных коммуникаций;
• при затягивании асбестоцементных и пластмассовых труб в грунт используют пневмопробойник с устройством для затяги­вания труб, при этом пневмопробойник движется впереди, пробивая скважину, и за собой тянет секции труб, соединенных муфтами.

Выполнение работ с помощью пневмопробойников

Связные неводонасыщен­ные То же

Забивка стальных труб: в массив грунта

в лидирующую скважину

Любые, кроме скальных и мерзлых

Затягивание асбестоцементных труб

Любые, кроме скальных и мерзлых

Извлечение труб из грунта

Образование скважин происходит за счет приложения ударной нагрузки ударником на передний торец корпуса пневмопробой- ника. Энергия удара в зависимости от марки пневмопробойника колеблется от 6 до 130 кгс/м. В отличие от других способов бес­траншейной прокладки подземных коммуникаций, где необходи­мы громоздкие механизмы, подпорные стенки, воспринимающие реактивные усилия, и т.д., преимущество данного способа в том, что пневмопробойник автономен, а реактивные нагрузки воспри- нимаются стенками скважин. Пневмопробойник оснащен реверсивным устройством, которое дает возможность изменять направление ударов, а следовательно, и направление движения машины, т.е. возвращать ее по скважине.

При прокладке стальных кожухов можно забивать отдельные секции труб или трубопровод, сваренный на полную длину пере­хода. Забивка труб возможна как непосредственно в грунт, так и в предварительно пробитую лидирующую скважину. В зависимо­сти от диаметра труб, плотности грунта и мощности пневмопро­бойника диаметр лидирующей скважины может быть больше или меньше диаметра трубы.

Устройство бестраншейных переходов можно производить при различных расположениях входного и приемного приямков. Вход­ной приямок рекомендуется располагать с той стороны перехода, где расположено больше существующих подземных коммуника­ций.

Варианты расположения приямков:

• посередине перехода выполняют контрольный приямок для проверки правильности направления движения пневмопробой­ника или прокладываемой трубы, работу ведут из входного приямка в приемный;
• посередине перехода отрывают приемный приямок, а с двух сторон перехода — входные, и работу ведут из двух приямков в один;
• посередине перехода делают входной приямок, и работу из него ведут в обе стороны в два приемных приямка.

В каждом конкретном случае рабочий технологический вариант выбирают с учетом диаметра и длины перехода, характеристики грунтов, глубины заложения трассы, насыщенности существу­ющими подземными коммуникациями, возможностей имеющихся пневмопробойников.

Если к месту прокладки коммуникаций проведены готовые траншеи достаточной длины и ширины, то наиболее целесообразна прокладка трубопровода, соединенного на полную длину пе­рехода.

Пневмопробойник представляет собой самодвижу- щуюся пневматическую машину ударного действия. Его корпус является рабочим органом, образующим скважину, а ударник, раз­мешенный в корпусе;, совершает под действием сжатого воздуха возвратно-поступательные движения и наносит удары по перед­нему торцу корпуса, забивая его в грунт Обратному перемещению корпуса препятствуют силы трения, возникающие между его на­ружной поверхностью и грунтом. Благодаря осевой симметрии и значительной длине пневмопробойник во время движения в фун­те сохраняет заданное направление.

Техническая характеристика реверсивных пневмопробойников ИП-4603, ИП46-05, СО-144, ПР-400 приводится в табл. 3.3. Для работы пневмопробойников необходимы передвижные компрес­сорные станции.

Устройство пневмопробойника

1 — корпус; 2 — наковальня; 3 — ударник; 4 — патрубок; 5 — амортизатор;
6 — задняя гайка; 7 — клапан; 8 — воздухопроводящий шланг; 9 —гайка

Технические херактеристики пневмопробойников

Наружный диаметр корпуса, мм

Рабочее давление сжатого воздуха, МПа

Расход воздуха (не более), м 3 /мин

Энергия единичного удара на прямом ходе [не менее), кгс/м

Число ударов в 1 мин

Скорость проходки скважин, м/ч

Масса (не более), кг

Для предотвращения обмерзания п невм о пробойни ка необходимо сжа­тый воздух пропустить через влагоотделитель или принять следу­ющие меры:

• промыть детали пневмопробойника и его внутренние полости керосином;
• проверить легкость вращения патрубка и хода ударника в кор­пусе;
• прогреть компрессор и ресивер;
• продуть ресивер и шланг для удаления конденсата.

Если пневмопробойник остановился из-за обмерзания, нужно через шланг ввести в машину 200—300 г солярового масла и про­дувать его сжатым воздухом 1—3 мин. Для проходки скважины пневмопробойник запускают в грунт входного приямка в направ­лении приемного приямка. При движении пневмопро­бойник своим коническим передним концом уплотняет грунт, раздвигая его в стороны, и образует скважину.

Для восприятия реактивных усилий в момент запуска машины из приямка применяют стартовые устройства, создающие силы трения из корпуса пневмопробойника (для пневмопробойников И П-4603, И П-4605) либо поджимающие машину к забою (для пневмопробойников СО-134).

Схема производства работ при пробивке скважин пневмопробойником

а — нацеливание пневмопробойника; 6 — запуск пневмопробойника; в — установка удлинителя; г— пробивка скважины;
д— установка расширителя; е — готовая сква-жина; 1 — приемный приямок; 2 — вешки; 3 — шнур; 4 — отвес;
5 — входной приямок; 6 — стартовое устройство; 7 — линейка с уровнем; 8 — пневмопробойник; 9 —ком-прессор;
10 — шланг; 11 — расширитель; 12 — удлинитель; 13 — заглушка

Точность проходки скважины зависит от двух факторов: точ­ности ориентирования машины при запуске и прямолинейности ее движения в грунте. Для увеличения точности ориентирования запуск пневмопробойника должен осуществляться со стартового устройства. Прямолинейность движения пневмопробойника в фунте обеспечивается за счет значительной длины его корпуса и зависит от однородности фунта, глубины заложения скважины, наличия в грунте твердых включений, пустот, близости к трассе несмешаемых конструкций, мерзлого фунта.

Для уменьшения искривления скважины в сложных условиях и при значительной длине применяется специальная насадка-уд­линитель. При обеспечении точного запуска пневмопробойника отклонение скважины от проектного положения на длине 20 м, как правило, не превышает 0,2—0,3 м по вертикали и 0,05—0,1 м по горизонтали.

Глубина заложения скважины должна быть не менее указанной в таблице ниже. Большие значения даны для неоднородных грунтов и значительной (более 30 м) длины скважины.

Глубина заложения скважины

Диаметр скважины, мм

Минимальная глуби­на заложения, м

Диаметр скважины, мм

Минимальная глуби­на заложения, м

При встрече пневмопробойника с непреодолимым препят­ствием пневмопробойник реверсируется и возвращается во вход­ной приямок. Для увеличения диаметра скважины осуществляют повторный запуск пневмопробойника, оборудованного специаль­ной насадкой-расширителем. Диаметры скважин, по­лучаемых с применением расширителей, приведены в таблице ниже.

Устройство расширителя

1 — расширитель; 2 — пневмопробойник; 3 — шланг

Диаметр скважин, получаемых с применением расширителей

Диаметр скважины, мм

Марка пневмо пробойника

Диаметр скважины при последо­вательных проходах, мм

При прокладке кожухов из стальных труб пневмо­пробойник используют как ударный узел, присоединяемый к зад­нему торцу трубы и забивающий ее в грунт. Передний торец трубы закрывают конусным наконечником. Неправильная форма нако­нечника может вызывать отклонение трубы от проектного направ­ления, поэтому следует использовать съемные инвентарные ого­ловки.

При наличии примыкающей к переходу отрытой траншеи стальной трубопровод длиной, равной длине перехода, размещают в этой траншее и забивку его в грунт производят без технологиче­ских перерывов. В стесненных условиях трубы забивают секциями. Длину секции принимают на 2 м меньше длины входного приям­ка. Учитывая значительные динамические нагрузки, стыки секций обязательно нужно усиливать продольными накладками.

Возможны следующие варианты технологии: забивка трубы в грунт и забивка трубы в лидирующую скважину. Использование лидирующей скважины возможно только в устойчивых глинистых грунтах. Диаметр лидирующей скважины может быть больше или меньше диаметра трубы в зависимости от диаметра трубы, име­ющегося оборудования и плотности грунта. При использовании лидирующей скважины, диаметр которой меньше диаметра трубы, передний торец трубы следует закрывать оголовком-лидером, ко­торый предотвращает разрушение стенок скважины и отклонение трубы от проектного направления.

Перед забивкой в грунт труба должна быть уложена на надеж­ное основание (тщательно спланированное дно приямка, направляющий швеллер, прокладки) и тщательно выверена в проектном направлении. Пневмопробойник присоединяют к заднему торцу трубы с помощью специальной переходной втулки, имеющей две конические поверхности: внутреннюю для соединения с пневмо­пробойником и наружную для соединения с забиваемой трубой.

Схема производства работ по прокладке кожухов из стальных труб

а — подготовка и забивка первой секции трубы; 6 — укладка последующей секции и сварка трубопровода;
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 — подкладка; 11 — секция труб; 12 — оголовок; 13 — шланг;
14 — компрессор; 15 — сварочный агрегат

Для предотвращения разрыва торца трубы (при большой длине перехода и плотных грунтах) рекомендуется торец усилить прива­ренным снаружи кольцом. В плотных устойчивых грунтах для снижения трения по боковой поверхности трубы рекомендуется применение оголовка, диаметр которого на 10—30 мм больше диа­метра трубы. Возможен также вариант, при котором на расстоянии 1 м от переднего торца трубы приваривают кольцевой поясок тол­щиной 1—15 мм.

Сваренные стыки труб следует обязательно усиливать продоль­ными накладками (4—6 шт. в зависимости от диаметра) длиной 200—300 мм, расположенными равномерно по окружности стыка. При стыковке особое внимание следует обращать на соосность секций трубопровода.

С помощью пневмопробойника можно выполнять работы по замене старых стальных трубопроводов новыми того же или боль­шего диаметра. В этом случае первую секцию нового трубопровода присоединяют к удаляемому трубопроводу (в случае разных диаметров — с помощью конического переходника), а ста­рые трубы по мере выхода в приемный приямок обрезают и уда­ляют.

Пневмопробойником можно извлекать из грунта стальные тру­бы диаметром до 300 мм в любых грунтовых условиях. Длина из­влекаемых из грунта стальных труб зависит от грунтовых условий (величины сцепления грунта с поверхностью трубы).

Источник

Пневмопробойник. Бестраншейная замена труб

Работы по прокладке новых или модернизации действующих подземных трубопроводов в условиях плотной городской застройки или вблизи транспортных магистралей всегда является серьёзной проблемой. Производить такие работы бестраншейным способом возможно только с использованием пневматических пробойников.

Принцип работы

Технология использования пневмопробойника заключается в следующем:

1. Через установленные промежутки (их длина определяется диаметром подземной траншеи и составом грунта) выполняются вертикальные скважины необходимой глубины и диаметра.
2. Ударное устройство, оснащённое приспособлением для затягивания труб, вводится в подготовленную скважину. Её называют лидирующей, причём диаметр скважины может равняться диаметру трубы, а может быть, и несколько меньше её.
3. Пневмопробойник, постоянно получая ударные импульсы от компрессора, постепенно продвигается по каналу вперёд, увлекая трубу за собой.
4. Для наращивания длины труб применяют соединительные муфты, после чего продолжают прокладку. В зависимости от условий прокладки и технических характеристик пневмопробойника может быть полностью подготовлен к монтажу и весь участок трассы.

Такой способ имеет ряд очевидных преимуществ:

• Сокращается общая трудоёмкость работ;
• Исключается потребность в прочих конструкциях (дополнительных механизмах, опорах и т. д.);
• Пневмопробойники обладают свойством реверсирования – изменения угла или направления прокладки трубопровода. Это даёт возможность использования рассматриваемой технологии на участках лесных массивов и уже имеющихся подземных коммуникаций;
• Все ударные нагрузки, которые возникают при работе устройства, полностью воспринимаются внутренней поверхностью траншеи и не воспринимаются другими предметами или объектами, расположенными в зоне прокладки;
• Устройства могут использоваться не только для прокладки, но и для извлечения из грунта заменяемых труб.

Существующие конструкции пневмопробойников позволяют эффективно использовать их для прокладки подземных трасс длиной до 60 метров в грунтах любой сложности, исключая скальные, насыщенные водой и мёрзлые. Важно, что в зимнее время технология вполне пригодна для работ, если глубина прокладываемой траншеи превышает глубину сплошного промерзания. Диаметр прокладываемых труб может находиться в пределах 70…450 мм, при этом материал труб – сталь или асбоцемент – значения не имеет. Меньшие диаметры труб соответствуют условиям пробивки глухих или сквозных скважин, а максимальные – работам по извлечению ранее проложенных участков труб.

Диаметр скважины может изменяться в ходе её прокладки, с этой целью пользуются специальными расширителями.

Устройство пневмопробойника

Устройство представляет собой перемещающийся в толще грунта сигарообразный механизм, который включает в себя следующие элементы:

1. Корпус, изготавливаемый из прочной конструкционной стали марок не ниже 35ГС или 40Г2.
2. Наковальню, которая состоит из двух частей – внутренней цилиндрической и ударной, заканчивающейся рабочей насадкой в виде конуса.
3. Ударник, воздействующий на наковальню.
4. Амортизатор, который изготавливается из высокоуглеродистой рессорно-пружинной стали, и воспринимает при работе пробойника все возникающие вибрационные нагрузки.
5. Обратный клапан, прикрепляемый к корпусу с противоположной от ударника стороны, и предназначенный для стравливания избытка воздуха в корпусе.
6. Шланг высокого давления, служащий для подачи сжатого воздуха во внутреннем рабочем пространстве корпуса.

Все конструктивные элементы пневмопробойника рассчитываются на ударные нагрузки до 1300…1500 кН∙м, при создаваемом внутри корпуса рабочем давлении до 6…8 атмосфер. Основные технические характеристики наиболее распространнённых типоразмеров пневмопробойников следующие:

• Внешний диаметр корпуса устройства, мм – 70…240;
• Предельный расход сжатого воздуха, м 3 /мин – 0,8…8,0;
• Частота ходов ударника, мин -1 – 400…200;
• Производительность при проходке скважин, м/ч – 40…60.

Кроме собственно пробойника, для практического применения рассматриваемого способа прохождения подземных траншей необходимы также стартовые устройства, которые создают необходимые условия для последующего внедрения ударника в грунт, и устройства для фиксации корпуса агрегата к стенкам траншеи. Функциональность пневмопробойника увеличивается, если в комплект к нему идут различные формы насадок и удлинителей. Они могут быть в виде усечённого конуса, с отверстиями для увлажнения грунта, снабжённые кольцевыми ножами, производящими подрезку грунта в местах его прокалывания, с приварными заглушками, которые исключают попадание грунта внутрь корпуса агрегата и пр. В комплект инструмента обязательно входит удлинитель – заострённая с одного торца штанга из прочной стали типа 60С2 или 50ХФА, которая обеспечивает точное направление прокладки траншеи, и корректирует направление перемещения пневмопробойника. Удлинитель вставляют в проколотое отверстие, когда его длина более чем вдвое превышает диаметр корпуса пробойника.

Как выбрать типоразмер пневмопробойника?

Исходными данными для расчёта служит значение усилия прокалывания грунта Р, которое устанавливается в зависимости от наибольшего радиуса поперечного сечения скважины R, предела временного сопротивления грунта σ_в, степени пористости грунта u, массы одного погонного метра трубы М, и длины прокладываемого участка трубопровода L.

Для расчёта пользуются формулой

Первая составляющая зависимости учитывает усилие для внедрения пневмопробойника в грунт, а вторая – сопротивление перемещению корпуса в пробитом канале. Для более тяжёлых, глинистых грунтов значение числового коэффициента перед второй составляющей устанавливают по максимуму.

В качестве ориентировочных данных можно принимать, что для труб диаметром 350…400 мм усилия внедрения пневмопробойника находятся в пределах 800…2000 кН, а для труб диаметром 200…300 мм – соответственно 300…900 кН.

Зная рабочее давление, развиваемое компрессорной станцией, длину шланга и его диаметр, можно подсчитать фактическое давление на грунт, которое будет оказываться работающим пневмопробойником, после чего выбрать подходящую модель агрегата.

Эффективность функционирования механизма усиливается, если при прокладке использовать нажимные насосно-домкратные установки. С этой целью в готовый под пневмопробойник котлован или приямок на общей раме устанавливают два гидродомкрата усилием не менее 60% от определённого по формуле, включают штоки перемещения попеременно, то на прямой, то на обратный ход. В результате получается стартовое углубление, в которое и вводится силовая головка пневмопробойника. После этого устройство можно эксплуатировать самостоятельно.

Организация работ с пневмопробойниками

Перед началом работ подготавливают рабочие котлованы. Их в идеале должно быть три: приёмный, конечный и контрольный (промежуточный). Последний потребуется для визуального контроля правильности перемещения пневмопробойника с трубами. При наличии тепловизора контрольный приямок можно не обустраивать.

Перекос пневмопробойника возможен при работе в мёрзлом грунте, при использовании искривлённого инструмента, а также при деформации наковальни относительно центра ударника. В этом случае возможно заклинивание устройства. В таких ситуациях работы приостанавливают, а извлечение пневмопробойника производят либо реверсированием подачи сжатого воздуха, либо временной (на несколько часов) приостановкой работ. За этот период напряжения в грунте релаксируются, а корпус механизма остывает, уменьшаясь в размерах. Силы трения ослабевают, и устройство, в зависимости от вида проблемы, можно либо извлечь из пробитой траншеи, либо запустить вновь, скорректировав направление перемещения ударника при помощи удлинительной штанги.

Указанные негативные явления не возникают, если проходка ведётся в диапазоне температур окружающего воздуха либо до -5 ° С, либо при отрицательных температурах ниже -15 ° С. Относительная влажность воздуха в районе применения пневмопробойника не должна быть более 80%.

Рекомендуются следующие глубины проходки подземных коммуникаций с применением пневмопробойников:

• При диаметре траншеи до 130 мм – до 1,2 м;
• При диаметре траншеи до 200 мм – до 1,6 м;
• При диаметре траншеи до 300 мм – до 2,2 м;
• При диаметре траншеи свыше 300 мм – до 2,6…3,0 м.

Среди отечественных производителей пневмопробойников стоит отметить устройства, производимые компанией «Техмаш». Их размерный ряд и цены на агрегаты приводятся ниже.

• Модель ИП-4610 (энергия удара 15 Дж, диаметр 60 мм) – 155000 руб.;
• Модель СО-144А (энергия удара 46 Дж, диаметр 71 мм) – 195000 руб.;
• Модель ИП 4605 (энергия удара 110 Дж, диаметр 95 мм) – 300000 руб.;
• Модель ИП 4603 (энергия удара 250 Дж, диаметр 140 мм) – 390000 руб.;

Источник