УДК 625.73

Главацький К.Ц., Посмітюха О.П.

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту

імені академіка В. Лазаряна

МЕТОДИ БЕЗТРАНШЕЙНОГО УТВОРЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПОРОЖНИН У ГРУНТІ (ТПГ) ДЛЯ ПРОКЛАДКИ КОМУНІКАЦІЙ

Комунікації, які створюються заздалегідь упорядкованою та визначеною мережею називають інженерними. До них сьогодні відносять трубопроводи, електросилові та інформаційні мережі кабелів. Їх створення можливе трьома шляхами: наземним, надземним та підземним. З урахуванням дефіциту наземної площі, складності створення надземних конструкцій та більш інтенсивного впливу оточуючих факторів на перші два шляхи створення, найбільш ефективним є створення підземних комунікацій.

Улаштування останніх здійснюється наступними методами:

- відкритим, який вимагає: великого обсягу складних процедур узгодження робіт з місцевими адміністраціями, із представниками залізниці, водоохоронними й автодорожніми службами, повного відновлення після закінчення робіт зіпсованого ландшафту, дорожнього покриття, тротуарів, зелених насаджень, значного обсягу витрат і строків проведення робіт;

- безтраншейним, до переваг якого можна віднести високі темпи виконання, значне зниження об’єму земляних робіт, можливість виконання робіт в складних гідрогеологічних умовах, точність виконання та істотне скорочення залученої до проведення робіт техніки та робочої сили.

Співставно аналізуючи і визначаючи переваги і недоліки та вибір основних і другорядних параметрів різноманітних робочих органів (РО) слід зазначити наступне.

Основним недоліком шнекового буріння є відносно великі потужність приводу і металоємкість та невелика довжина ТПГ.

Перевага шнекового буріння у простоті конструкції, високій швидкості виконання робіт, відносно малій вартості обладнання, широкому діапазоні діаметрів отворів.

Перевагою установок горизонтально направленого керованого буріння (ГНКБ) є велика довжина отримуваних ТПГ, точність проходження траси, мінімальна кількість обслуговуючого персоналу, висока швидкість виконання робіт, широкий діапазон діаметрів ТПГ.

Перевага пневмопробійників у простоті конструкції та експлуатації РО, невеликих габаритних розмірах та відносно невеликій вартості установки, можливості одночасного пробивання ТПГ та затягування обсадної труби і у можливості забивання обсадних труб.

Основним недоліком пневмопробійників є необхідність використання додаткового обладнання, низький ККД, невелика протяжність ТПГ (обмежені довжиною пневматичного шланга) велике вібраційне навантаження на навколишнє середовище та малий діапазон діаметрів ТПГ.

Перевага проколу ґрунту домкратами у простоті конструкції та їх експлуатації, невеликих габаритних розмірах, можливості виконання робіт з колодязів, невеликій вартості установки, можливості одночасного проколу ТПГ та затягування обсадної труби або декількох труб, а також можливості виконання робіт в широкому діапазоні діаметрів ТПГ.

Основним недоліком проколу ґрунту домкратами є необхідність використання додаткового обладнання (гідростанція), невелика протяжність ТПГ, велика вага та габаритні розміри установки, велика кількість допоміжних операцій.

Поряд із зазначеними вище недоліками гідропроколу слід відзначити наявність великої кількості води, що може спричинити перезволоження навколишнього ґрунту, та необхідність джерела великої кількості води.

Основними перевагами способу розкочування ґрунту є: використання установок малої потужності, простота конструкції та експлуатації РО, невеликі габаритні розміри, можливість виконання робіт з колодязів, мала вартість установки, висока швидкість проходження ТПГ, високий ККД установки, мінімальні експлуатаційні витрати та енерговитрати.

Основним недоліком даного способу є обмеження діаметрів ТПГ, виконаних існуючими установками (до 250 мм), і високе ущільнення їх стінок та грунту поблизу розташованого грунту, а також можливість деформації інших комунікацій.

Визначаючи основні і другорядні парамери РО та бурових машин слід відзначити, що в сучасних економічних умовах основним параметром є мінімальні витрати на отримання горизонтальних ТПГ. Мінімальні витрати можливі лише при мінімальних енергетичних витратах на спорудження одного погонного метра горизонтальної ТПГ.

Найкращі результати можна отримати при використанні способів, які дозволяють отримувати ТПГ без виймання породи (ґрунту) на поверхню забою, серед яких найбільш перспективною технологією є – пневмопробивання, розкочування та механічний прокол грунту закритим кінцем труби.

Установки розкатного буріння виконують ТПГ безударним методом, що використовує РО, який сам загвинчується в ґрунт під дією осьових сил, виникаючих в процесі обертання багатовального РО розкатчика. Процес отримання ТПГ включає спорудження приямків (можливе використання існуючих колодязів або підвалів будинків), установки туди обладнання, установки пілотного розкатчика, прицілювання і проходження пілотної ТПГ. З другого боку забою пілотний розкатчик замінюється на розширювач необхідного діаметра. Довжина проходки обмежена набором штанг (до 100 м), а діаметр складає 50, 80, 120, 200 та 230 мм.

Перевагами прохідників розкатного буріння є екологічна чистота при проведенні робіт, безшумність, відсутність винесення грунту на поверхню, зменшені енерговитрати (наприклад, палива) в 12...40 разів в порівнянні з відомим устаткуванням, компактність і мала вага. Крім того, устаткування переноситься одним оператором і вирішена проблема створення ТПГ в незв’язних ґрунтах.

З економічної та екологічної точок зору спосіб передбачає: відсутність витрат на відновлення зруйнованих ділянок на шляху трубопроводу; зменшення кількості задіяних при спорудженні комунікацій механізмів (наприклад, при прокладанні трубопроводів); можливість використання устаткування у випадках, коли заборонено використання будь-яких рідин для промивання або закріплення стінок ТПГ; можливість використання в стислих умовах, використання у будь-яких типах ґрунтів з різним вмістом вологи (навіть у перезволожених). Суттєвою перевагою даного способу є низька енергоємність процесу та високі швидкості проходки з урахуванням проміжних операцій.

Також слід відмітити здатність розкатних РО руйнувати зношені трубопроводи та проводити їх заміну на нові без використання традиційного відкритого способу.

Проведений аналіз існуючих способів і робіт в області безтраншейної проходки ТПГ проколом дозволяє зробити наступні висновки.

Враховуючи велику енергоємність процесу статичного проколу одним із шляхів зниження опору прокладання ТПГ є застосування вібрації, що значно знижує габарити устаткування, підвищує швидкість і точність проходки.

Існуючі конструкції устаткування для отримання горизонтальних ТПГ методом проколу з використанням вібрації мають істотні конструктивні недоробки. При цьому найбільш активним є устаткування для вібропроколу горизонтальних ТПГ з високочастотними коливаннями робочого наконечника перпендикулярно осі проходки.

Важливими параметрами коливань робочого наконечника при проколі є частота і прискорення коливань, від яких суттєво залежить коефіцієнт внутрішнього тертя і опір ґрунту зрушенню, а зрештою і ефективність ущільнення ґрунту, а також форма ТПГ та РО.