Разработка конструкции расширителя прокалывающей установки для закрепления неустойчивых горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ГОРНОЕ ДЕЛО

УДК 622.236.736

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РАСШИРИТЕЛЯ ПРОКАЛЫВАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

М.В. Гарипов, К. А. Головин

Рассмотрен принцип работы прокалывающей установки для бестраншейной прокладки трубопровода с использованием струйной цементации, приведены его недостатки и предложен конструктивный вариант решения проблемы.

Ключевые слова: прокалывающая установка, риммер, вращатель, гидросъемник, струеформирующая насадка.

Гидроструйная цементация грунтов (ГСЦ) является одной из перспективных технологий при решении сложных технических задач в различных областях строительства, геотехники и фундаментостроения.

Применение метода ГСЦ для закрепления слабых грунтов приводит к значительному улучшению их физико-механических свойств: пылеватоглинистые грунты - уменьшается деформативность, увеличивается сопротивление сдвигу; несвязные песчаные грунты - повышается прочность, снижается водопроницаемость.

Принципиально технология ГСЦ грунтов заключается в использовании кинетической энергии высокоскоростной суспензионной водноцементной струи, направляемой на разрушение и перемешивание грунта в массиве без создания в нем избыточного давления. Таким образом, формируется массив закрепленного грунта, состоящий из нового материала -грунтобетона.

Технология прокладки трубопроводов методом управляемого прокола с созданием защитной грунтобетонной оболочки является синтезом известных прогрессивных строительных технологий - управляемого прокола и закрепления массивов грунта методом гидроструйной цементации.

Данная технологическая схема (рис. 1) реализуется следующим образом: на первом этапе работ методом управляемого прокола или горизонтального направленного бурения выполняется прокладка пилотной скважины, на вышедший на дневную поверхность исполнительный орган машины для направленного прокола или горизонтального направленного бурения крепится конический расширитель (риммер) с присоединенной к нему трубой, которая должна быть установлена в насыпи; на втором этапе обратное вытягивание прокалывающего става осуществляется с одновременным вращением и подачей из специального ГСЦ гидромонитора (расширителя со струеформирующей насадкой) высокоскоростных водоцементных струй от автономного насосного оборудования. Причем скорость вытягивания прокалывающего става, частота его вращения, диаметр установки насадки и диаметр струеформирующей насадки в гидромониторе задаются, исходя из рекомендаций по закреплению массива грунтов методом ГСЦ.

Рис. 1. Технологическая схема процесса управляемого прокола с созданием грунтобетонной оболочки

Минусом комплекта оборудования, реализующего данную технологическую схему, является периодический выход из строя механизма вращения, состоящего из вращателя и гидросъемника, установленных на дом-кратной станции.

Решением данной проблемы является использование расширителя с установленными на нем щелевыми струеформирующими насадками (рис. 3), что позволяет избавиться от вращения прокалывающего става.

Рис. 2. Вариант исполнения ГСЦ инструмента с щелевыми струеформирующими насадками:

1 - хвостовик; 2 - расширитель; 3 - канал подачи водоцементной суспензии; 4 - струеформирующая насадка

Таким образом, избавляясь от вращателя и гидросъемника, упрощаем конструкцию прокалывающей установки и увеличиваем ее надежность, при этом производительность установки в целом не уменьшается. Конструкция щелевых насадок позволяет менять угол распыления суспензии, за счет чего можно варьировать значение диаметра закрепляемого массива.

На сегодняшний день в передовой зарубежной практике 95 % объема работ по прокладке и реконструкции подземных инженерных коммуникаций производится бестраншейными методами, что позволяет снизить затраты на проведение ремонта трубопроводов на 10...40 % (в зависимости от их диаметра).

Выполнение управляемого прокола с созданием грунтобетонной

оболочки позволяет получить в насыпи металлическую трубу, расположенную в теле грунтобетонного массива, имеющего заданную форму и регламентированные физико-механические свойства. Данное обстоятельство положительно сказывается при проведении работ в слабых грунтах, исключая возможные просадки насыпи, приводящие к деформированию и разрушению трубопровода.

Список литературы

1. Разработка оборудования для закрепления массивов неустойчивых горных пород методом гидроструйной цементации: монография / К.А. Головин [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 206 с.

2. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидромеханическое разрушение горных пород / Бреннер В. А. [и др.]. М.: Изд-во Академии горных наук, 2000. 343 с.

Гарипов Марсель Вояфисович, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Головин Константин Александрович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

DEVELOPMENT CONSTRUCTIONS OF RIMMER PIERCE THE SET TO

ATTACH UNSTABLE ROCK

M. V. Garipov, K.A. Golovin

The principle of rod pusher systems fortrenchless laying of pipelines with the use of jet grouting, given its shortcomings and propose a constructive solution to the problem.

Key words: rod pusher, rimmer, boring head, nozzle.

Garipov Marsel' Voyafisovich, postgraduate, [email protected]. Russia, Tula, Tula State University,

Golovin Konstantin Aleksandrovich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University