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.

Выполнение работ с помощью пневмопробойников

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 кабельных 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 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.

Образование скважин происходит за счет приложения ударной нагрузки ударником на передний торец корпуса пневмопробойника. Энергия удара в зависимости от марки пневмопробойника колеблется от 6 до 130 кгс/м. В отличие от других способов бестраншейной прокладке 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 воспринимаются 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.

При значительной длине перехода возможны (в зависимости от конкретных условий) варианты расположения приямков, представленные на рисунке.

Варианты расположения приямков

1 — входной;

2 — контрольный;

3 — приемный

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 самодвижущуюся пневматическую машину ударного действия. Его корпус является рабочим органом, образующим скважину, а ударник, размещенный 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 грунте сохраняет заданное направление.

Устройство пневмопробойника

1 — корпус;

2 — наковальня;

3 — ударник;

4 — патрубок;

5 — амортизатор;

6 — задняя гайка;

7 — клапан;

8 — воздухопроводящий шланг;

9 — гайка

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

Технические характеристики пневмопробойников

При работе в зимних условиях глубина заложения скважины должна быть больше глубины промерзания на 2—3 диаметра скважины. Если это условие не соблюдено или машина неправильно ориентирована при запуске, возможны искривления траектории и уход пневмопробойника в глубину либо деформация корпуса, заклинивание ударника и остановка пневмопробойника. Если в этом случае пневмопробойник невозможно запустить ни в прямом, ни в обратном направлении, то запуск следует повторить через 10—12 ч. За это время вследствие релаксации напряжений в грунте и корпусе машины может произойти освобождение ударника.

Наибольшая опасность обмерзания внутренних полостей пневмопробойника возникает при температуре от —5 до — 10 ⁰С и влажности воздуха более 85%. При температуре ниже — 10 ⁰С влажность воздуха, как правило, мала и задержек в работе не происходит.

Для предотвращения обмерзания пневмопробойника 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, вдвигая его в стороны, и образует скважину.

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

Схема производства работ при пробивке скважин пневмопробоиником

а — нацеливание пневмопробойника;

б — запуск пневмопробойника;

в — установка удлинителя;

г — пробивка скважины;

д — установка расширителя;

е — готовая скважина;

1 — приемный приямок;

2 — вешки;

3 — шнур;

4 — отвес;

5 — входной приямок;

6 — стартовое устройство;

7 — линейка с уровнем

8 — пневмопробойник;

9 — компрессор;

10 — шланг;

11 — расширитель;

12 — удлинитель;

13 — заглушка

Точность проходки скважины зависит от двух факторов:

— точности ориентирования машины при запуске;

— прямолинейности движения машины в грунте.

Для увеличения точности ориентирования запуск пневмопробойника должен осуществляться со стартового устройства. Прямолинейность движения пневмопробойника в грунте обеспечивается за счет значительной длины его корпуса и зависит от однородности грунта, глубины заложения скважины, наличия в грунте твердых включений, пустот, близости к трассе несменяемых конструкций, мерзлого грунта.

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. Большие значения даны для неоднородных грунтов и значительной (более 30 м) длины скважины.

Глубина заложения скважины

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.

Устройство расширителя

1 — расширитель;

2 — пневмопробойник;

3 — шланг

Диаметры скважин, получаемых с применением расширителей

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, размешают 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 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.

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 5—15 мм.

Схема производства работ по прокладке кожухов из стальных труб

а — подготовка и забивка первой секции трубы;

б — 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

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.

Схема производства работ по замене трубопровода

1 — извлекаемая труба;

2 — переходная втулка;

3 — секция забиваемой трубы;

4 — пневмопробойник;

5 — подкладки

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).