CC BY
41
ГЕОМЕХАНИКА
УДК 622.232
Е.Н. Белякова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-22-74, kagolovin@inbox .ru (Россия, Тула, ТулГУ),
К.А. Головин, д-р техн. наук, проф., зам. декана, (4872) 35-22-74, kagolovin@inbox .ru (Россия, Тула, ТулГУ), И.В. Сапронов, асп., (4872) 35-22-74, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
БЕСТРАНШЕЙНАЯ ПРОКЛАДКА ТРУБОПРОВОДОВ С СОЗДАНИЕМ ЗАЩИТНОЙ ГРУНТОБЕТОННОЙ ОБОЛОЧКИ
Рассматривается комбинированное использование метода управляемого прокола совместно с методом ГСЦ.
Ключевые слова: бестраншейная технология, прокол, ГСЦ, комбинированное использование.
Интенсивные темпы строительства, плотная городская сеть инженерных коммуникаций и высокая конкуренция все чаще требует использования альтернативных, дешевых и технологичных способов прокладки инженерных сетей.
Бестраншейные технологии характеризуются высоким уровнем механизации, практически стационарным режимом работы и в отличие от траншейного способа меньшим объемом ручных работ. Контакт с поверхностью грунта и асфальтобетонным покрытием либо полностью исключен либо происходит только на начальном и конечном этапах работ.
Бестраншейные технологии применяются при решении инженерных задач строительство и реконструкция изношенных трубопроводов и дают возможность быстро выполнить следующие виды работ:
- строительство газо- и нефтепроводов;
- строительство канализации и водопроводов;
- прокладка телекоммуникационных кабелей;
- формирование свай и свайных конструкций, колодцев, скважин, закрепление сводов подземных сооружений.
Использование бестраншейных технологий позволяет:
- обеспечить замену коммуникаций без нарушения благоустройства и целостности полотна дорог;
- не перекрывать транспортные магистрали;
- не нарушать имеющиеся коммуникации;
- не нарушать обычный ритм жизни города;
- существенно снизить затраты (до 50 %);
- проводить работы в зимних условиях;
- значительно увеличить сроки эксплуатации вновь прокладываемых трубопроводов;
- обеспечить мобильность и высокую производительность работ.
Высокие требования, предъявляемые к экологической безопасности
ведения строительных работ при прокладке инженерных коммуникаций в условиях небольших глубин и наличия на поверхности зданий и сооружений, обуславливают необходимость создания технических средств, обеспечивающих образование выработок с минимальным воздействием на окружающий массив. В значительной степени этим условиям отвечает технология прокладывания трубопроводов методом прокола.
Прокол [1] - самый простой и экономичный способ бестраншейной прокладки новых трубопроводов. Проходка осуществляется из небольшого рабочего котлована, подвала здания или существующего колодца. Основой установки управляемого прокола является силовой гидроцилиндр усилием порядка 30...50 тс с полым штоком для размещения буровых штанг и присоединенным перекашивающимся захватом штанг.
Наконечник буровой головки имеет скошенную поверхность и при задавливании отклоняет буровую колонну в сторону. Оператор с помощью георадара видит, как необходимо повернуть головку, чтобы выправить траекторию в нужную сторону. При задавливании штанг с вращением буровая колонна двигается прямолинейно.
После выхода в приемном котловане буровая головка заменяется на конический расширитель, и обратным ходом штанг с уплотнением грунта пилотная скважина расширяется до необходимого диаметра. Одновременно или после расширения в скважину протаскивается труба. Она может использоваться и зимой - при работе ниже уровня промерзания грунта. Прокладка коммуникаций методом земляного прокола рассчитана на длину проходки до 80 м и для прокладки труб диаметром до 400 .500 мм.
Различные грунты, служащие основаниями здания и сооружений, являются продуктом геологических и метеорологических процессов, вследствие которых на протяжении многих тысяч и миллионов лет происходили формирование, перемещение и разрушение горных пород.
В результате тектонических процессов движения воды, льда, воздуха и колебаний температур, а также техногенных процессов, связанных с деятельностью человека, происходили различные явления, приведшие к
образованию конкретных видов грунтов с различными свойствами и определившие их плановое и высотное расположение.
При использовании технологии прокладки труб методом прокола существует вероятность просадки грунта, приводящей к деформации и разрушению трубы. Вариантом решения данной проблемы является комбинированное использование метода управляемого прокола с одновременным закреплением неустойчивого массива методом ГСЦ.
Струйная геотехнология позволяет осуществлять процессы, обратные по отношению к природным: из искусственно, химически связанных дисперсных грунтов образовать техногенную горную породу (грунтобетон) для использования ее в качестве строительного материала.
Струйная геотехнология [2] - это подземный размыв грунта струями, способными работать в различных пространственных направлениях, из заранее пробуренных скважин с образованием полостей в грунте заданных формы и размеров, с синхронным заполнением этих полостей материалом с заданными свойствами и с синхронным перемешиванием при необходимости, разрыхленного грунта с твердеющим раствором.
Комбинированное использование метода управляемого прокола совместно с методом ГСЦ при закреплении массивов неустойчивых грунтов в сравнение с традиционными применяемыми способами (химическим, физическим, комбинированным) имеет ряд преимуществ: низкую стоимость работ, высокую производительность, отсутствие избирательности каждого из способов по типу закрепляемого грунта, длительный характер воздействия.
Анализ результатов исследований [2, 3] позволяет утверждать, что ГСЦ является прогрессивной технологией закрепления слабых, обводненных и неустойчивых грунтов для последующего укрепления фундаментов, создания стены в грунте, уплотнения тоннелей, укрепления склонов, создания диафрагмы плотин, строительства подземных сооружений, возведения противофильтрационных завес, укрепления откосов при ведении открытых работ.
Технологическая схема создания защитной грунтобетонной оболочки методом ГСЦ вокруг прокладываемого трубопровода реализуется следующим образом (рисунок): на первом этапе работ методом управляемого прокола выполняется проходка пилотной скважины; на вышедший на дневную поверхность исполнительный орган установки направленного прокола крепится конический расширитель с присоединенной к нему трубой-чехлом, которая и должна быть установлена в насыпи. На втором этапе обратное вытягивание прокалывающего става осуществляется с одновременным вращением и подачей из специального ГСЦ гидромонитора высокоскоростных водоцементных струй от автономного насосного оборудования. Одновременно в насыпи прокладывается металлическая труба, расположенная в теле грунтобетонного массива, имеющего заданную фор-
му и регламентированные физико-механические свойства. А совмещение технологии закрепления массива грунтов методом ГСЦ с уже известными и отработанными технологиями, такими, как бестраншейная прокладка трубопроводов и коммуникаций методом прокола, позволяет успешно справляться с задачами, решение которых на сегодняшний день было технически сложно выполнимо или экономически нецелесообразно.
Отсутствие научно обоснованных методов выбора режимов работы оборудования, обеспечивающих прокладку трубопроводов с одновременным созданием грунтобетонной оболочки, ограничивает возможности такой техники и препятствует её широкому использованию.
Технологическая схема процесса управляемого прокола с созданием грунтобетонной оболочки
На основании вышеизложенного коллективом кафедры ГиСПС Тул-ГУ было принято решение о создании стендовой установки для исследования работы оборудования ГСЦ в широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров при проходке грунтов с различными физико-механическими свойствами.
Список литературы
1. Материалы сайта http://www.str-st.ru/
2. Бройд И.И. Струйная геотехнология: учеб. пособие М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004. 448 с.
3. Гидроструйные технологии обработки горных пород /В. А. Бреннер [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 176 с.
E.N. Beliakova, K.A. Golovin, I. V. Sapronov
PIPE DRIVING WITH CREA TING PROTECTIVE SOIL-CONCRETE COVER Combined using controllable piercing method jointly with hydro-jet cementation of ground (HJC) method is considered.
Keywords: pipe driving, piercing, HJC, combined using.
Получено 10.05.12
УДК 622.363.023:624.121.54
Н.С. Булычёв, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ), Д.С. Комаров, асп., (4872)-44-34-57, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ МАССИВА СОЛЯНЫХ ПОРОД ДЛЯ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Проведён анализ физико-механических свойств пород соляной толщи верхнекамского месторождения, а также возможных моделей для описания реологических свойств массива. По результатам исследований выбрана модель Кельвина-Фойхта как наиболее подходящая.
Ключевые слова: Верхнекамское месторождение, ствол, каменная соль, реология, толща, вязкие свойства материала, реологические модели, модель Кельвина-Фойхта.
Предметом данной работы является определение оптимальной модели для описания пород соляной толщи на Верхнекамском месторождении. В административном отношении лицензионный участок расположен в Усольском муниципальном районе и на территории, подчинённой г. Березники, в 15 км на юг от данного города (рис. 1).
Многими исследователями в разное время проводились наблюдения за конвергенцией массива. Самые главные результаты натурных исследований на Верхнекамском месторождении заключаются в следующем:
- стенки околоствольных выработок смещаются со средней скоростью 0,017.0,050 мм/сут;
- скорость смещения породного контура вблизи ствола выработки и на сопряжении с приствольными выработками на стадии установившейся ползучести значительно выше (в 10 раз), чем в одиночной выработке.
Из двух вышеприведённых пунктов следует, что самыми опасными участками горного комплекса являются вся приствольная область и сопряжения с горизонтальными и наклонными горными выработками, в ча-
