Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2012". Автор - А.С. Кондратенко, Институт горного дела СО РАН, Лаборатория устойчивости оснований (Россия, Новосибирск).
Общеизвестно, что бестраншейный (закрытый) метод сооружения подземных инженерных коммуникаций является наиболее прогрессивным и экологичным. При прокладке коммуникаций под транспортным магистралями, особенно на небольшой глубине заложения, практически безальтернативным является метод, основанный на погружении в грунт трубы с открытым передним торцом, поскольку он в наибольшей степени исключает возможность вспучивания или просадки дорожного полотна [Рыбаков (2005)]. Важной завершающей операцией в этой технологии является удаление из трубы грунтового керна. Производительность очистки трубы от грунта в значительной мере определяет эффективность данной технологии в целом. Применяемые способы очистки имеют недостатки, существенно ограничивающие производительность [Кершенбаум, Минаев (1984)]. Поэтому изыскание и развитие прогрессивных способов удаления керна является актуальным.
Рис. 1. Очистка внутренней полости трубы комбинированным способом
В ИГД СО РАН предложен новый способ удаления грунтового керна (рис.1), который основан на комбинации двух воздействий. Со стороны переднего торца трубы на грунтовый керн воздействует статическая выталкивающая сила F, создаваемая давлением воздуха на поршень; со стороны другого торца на трубу осуществляют виброударное воздействие пневмомолотом, с помощью которого была забита труба [Червов (2003)].
Для оценки условий успешного практического применения комбинированного способа была проведена серия экспериментов [Кондратенко, Петреев (2008)]. Полученные результаты позволили определить область применения предложенного способа очистки и дать рекомендации для его реализации на практике.
В зависимости от формы рабочего и приемного котлованов, наличия уже существующих коммуникаций и других особенностей объекта возможна реализация той или иной схемы расположения оборудования, необходимого для очистки. Существует два варианта расположения подпорной камеры и упора. В первом (рис.2) случае после выхода переднего торца трубы в приемный котлован необходимо вручную очистить полость в трубе для установки в нее поршня и заглушки. Затем необходимо укрепить переднюю и заднюю стенки приемного котлована. В переднюю через промежуточный элемент упирается подпорная камера. Укрепление задней стенки необходимо для установки упора.
Рис. 2. Комплект оборудование с подпором в приемном котловане.
Укрепление стенок может быть выполнено в виде бетонной плиты или металлического листа. Плита должна иметь площадь, исключающую значительную просадку грунта под действием ударной нагрузки.
В некоторых случаях при сооружении переходов под высокими насыпями ж/д и автомагистралей приемный котлован отсутствует. В этом случае подпорная камера может быть установлена со стороны пневмомолота как показано на рисунке 3.
Рис. 3. Комплект оборудование с подпором в рабочем котловане
Наличие упора в обоих случаях не является обязательным. Однако его влияние на производительность процесса очистки заметно [Кондратенко (2007)]. В случае отсутствия упора относительное перемещение грунтового керна и трубы происходит только при движении трубы в прямом направлении. При обратном движении из-за отсутствия резкой остановки трубы происходит плавное совместное возвращение трубы и керна в начальное положение.
Организация упора имеет некоторые особенности. Следует отметить, что значение силы трения по наружной поверхности трубы в первые минуты процесса очистки еще очень велико и сила, создаваемая давлением воздуха в подпорной камере, не всегда может преодолеть ее и вернуть трубу в исходное положение. Спустя несколько минут микронеровности на поверхности трубы расширят отверстие в массиве грунта, значение силы трения уменьшится и стабилизируется. Поэтому монтировать упор на трубе можно только через 5 – 10 минут после включения пневмомолота. Работы по подготовке и монтажу упорной плиты и упора требует затрат времени и материалов, а эффективность очистки с упором выше только на 30%. В связи с этим применение упора становится ощутимым при длине перехода более 20 м.
Повышению производительности способствует также и увлажнение керна, поскольку оно приводит к снижению сил трения в паре «труба – керн». Подачу жидкости в керн можно реализовать несколькими вариантами. Особенно важно увлажнять зону контакта керна с трубой. После забивки трубы на всю длину перехода необходимо освободить от керна пространство в трубе для размещения поршня и заглушки. Необходимо предусмотреть полость между поршнем и керном для последующей подачи в нее по гибкому трубопроводу жидкости под давлением (рис. 4).
Увлажнение в процессе забивки трубы (рис. 5) осуществляется путем подачи жидкости по технологическому трубопроводу, закрепленному на внутренней или наручней поверхности забиваемой трубы, в зону контакта переднего торца трубы и грунтового массива. Такой вариант смачивания позволяет ускорить и забивку трубы за счет снижения коэффициента трения в паре «труба – грунтовый массив».
В рамках проведенных исследований установлено, что перемещение керна происходит только при условии совместного виброударного воздействия на трубу и статического выдавливающего воздействие на керн. Исключение любого из них приводит к остановке керна. Данное обстоятельство существенно расширяет возможности управления процессом. Это особенно важно для заключительной фазы, поскольку неуправляемый выброс «хвоста» керна явно не соответствует условиям безопасного ведения работ. Для удержания процесса в спокойном русле следует применить такую последовательность действий. При визуальном ускорении выхода керна из трубы отключить пневмомолот (это осуществляется практически мгновенно прекращением подачи сжатого воздуха), соответственно, движение керна прекратится. Затем сбросить давление в напорной камере, а виброударное воздействие возобновить. При этом выхода керна из трубы по-прежнему нет. Затем постепенно увеличить давление в напорной камере до минимальной величины, обеспечивающей медленное движение керна до полной очистки трубы. Возможность быстрой остановки керна существенно расширяет возможности управления им и способствует повышению безопасности ведения работ.
Таким образом, в результате проведенных экспериментов и моделирования определились практические выводы, которые необходимо учесть при разработке оснастки, обеспечивающей реализацию комбинированного способа очистки, и проведении работ:
1. Конструкция оснастки должна иметь упругий силовой элемент, размещаемый между трубой и массивом. Его можно выполнить в виде тарельчатой или лепестковой пружины или в виде пневмокамеры. Сила упругости этого элемента должна быть больше силы трения в паре «труба – грунтовый массив» после «раскачки» системы в начальной фазе процесса. Опора непосредственно в грунтовый массив сопряжен с большими потерями, делающими процесс малоэффективным.
2. Установка жесткого упора (ограничителя возврата трубы) позволяет увеличить скорость очистки до 30%. Однако монтаж упора требует затрат времени. В связи с этим применение упора становится ощутимым при длине перехода более 20м.
3. Желательно предусмотреть возможность увлажнения керна. Это можно выполнять как в процессе забивки трубы, так и в процессе ее очистки, подавая жидкость в полость между поршнем и керном
4. Для безопасного завершения процесса очистки, т.е. без резкого выброса заключительной части керна, необходимо при визуальном ускорении выхода керна отключить пневмомолот, сбросить давление в напорной камере, а затем возобновить процесс на минимальном значении напорного давления, при котором движется керн.
Список литературы
1. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий, стр. 299. М. 2005.
2. Кершенбаум Н. Я., Минаев В. И. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. Недра. М. 1984.
3. Кондратенко А.С. Определение параметров, влияющих на производительность разгрузки трубы-кожуха от грунтового керна. Труды конференции с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы формирования техногенной среды» Т2, стр. 291. ИГД СО РАНН. 2007.
4. Кондратенко А.С., Петреев А.М. Особенности процесса удаления грунтового керна при виброударном воздействии на трубу и статическом воздействии на керн. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых №6. Н. 2008.
5. Червов В. В. Новый способ очистки труб от грунтового керна при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций. Механизация строительства № 1. 2003.
Комментарии 0