Пневмопробойник Бестраншейная замена труб

Работы по прокладке новых или модернизации действующих подземных трубопроводов в условиях плотной городской застройки или вблизи транспортных магистралей всегда является серьёзной проблемой. Производить такие работы бестраншейным способом возможно только с использованием пневматических пробойников.

Принцип работы

Технология использования пневмопробойника заключается в следующем:

Через установленные промежутки (их длина определяется диаметром подземной траншеи и составом грунта) выполняются вертикальные скважины необходимой глубины и диаметра.

Ударное устройство, оснащённое приспособлением для затягивания труб, вводится в подготовленную скважину. Её называют лидирующей, причём диаметр скважины может равняться диаметру трубы, а может быть, и несколько меньше её.

Пневмопробойник, постоянно получая ударные импульсы от компрессора, постепенно продвигается по каналу вперёд, увлекая трубу за собой.

Для наращивания длины труб применяют соединительные муфты, после чего продолжают прокладку. В зависимости от условий прокладки и технических характеристик пневмопробойника может быть полностью подготовлен к монтажу и весь участок трассы.

Такой способ имеет ряд очевидных преимуществ:

Сокращается общая трудоёмкость работ;
Исключается потребность в прочих конструкциях (дополнительных механизмах, опорах и т. д.);
Пневмопробойники обладают свойством реверсирования – изменения угла или направления прокладки трубопровода. Это даёт возможность использования рассматриваемой технологии на участках лесных массивов и уже имеющихся подземных коммуникаций;
Все ударные нагрузки, которые возникают при работе устройства, полностью воспринимаются внутренней поверхностью траншеи и не воспринимаются другими предметами или объектами, расположенными в зоне прокладки;
Устройства могут использоваться не только для прокладки, но и для извлечения из грунта заменяемых труб.

Существующие конструкции пневмопробойников позволяют эффективно использовать их для прокладки подземных трасс длиной до 60 метров в грунтах любой сложности, исключая скальные, насыщенные водой и мёрзлые. Важно, что в зимнее время технология вполне пригодна для работ, если глубина прокладываемой траншеи превышает глубину сплошного промерзания. Диаметр прокладываемых труб может находиться в пределах 70…450 мм, при этом материал труб – сталь или асбоцемент – значения не имеет. Меньшие диаметры труб соответствуют условиям пробивки глухих или сквозных скважин, а максимальные – работам по извлечению ранее проложенных участков труб.

Диаметр скважины может изменяться в ходе её прокладки, с этой целью пользуются специальными расширителями.

Устройство пневмопробойника

Устройство представляет собой перемещающийся в толще грунта сигарообразный механизм, который включает в себя следующие элементы:

Корпус, изготавливаемый из прочной конструкционной стали марок не ниже 35ГС или 40Г2.

Наковальню, которая состоит из двух частей – внутренней цилиндрической и ударной, заканчивающейся рабочей насадкой в виде конуса.

Ударник, воздействующий на наковальню.

Амортизатор, который изготавливается из высокоуглеродистой рессорно-пружинной стали, и воспринимает при работе пробойника все возникающие вибрационные нагрузки.

Обратный клапан, прикрепляемый к корпусу с противоположной от ударника стороны, и предназначенный для стравливания избытка воздуха в корпусе.

Шланг высокого давления, служащий для подачи сжатого воздуха во внутреннем рабочем пространстве корпуса.

Все конструктивные элементы пневмопробойника рассчитываются на ударные нагрузки до 1300…1500 кН•м, при создаваемом внутри корпуса рабочем давлении до 6…8 атмосфер. Основные технические характеристики наиболее распространнённых типоразмеров пневмопробойников следующие:

Внешний диаметр корпуса устройства, мм – 70…240;
Предельный расход сжатого воздуха, м3/мин – 0,8…8,0;
Частота ходов ударника, мин-1 – 400…200;
Производительность при проходке скважин, м/ч – 40…60.

Кроме собственно пробойника, для практического применения рассматриваемого способа прохождения подземных траншей необходимы также стартовые устройства, которые создают необходимые условия для последующего внедрения ударника в грунт, и устройства для фиксации корпуса агрегата к стенкам траншеи. Функциональность пневмопробойника увеличивается, если в комплект к нему идут различные формы насадок и удлинителей. Они могут быть в виде усечённого конуса, с отверстиями для увлажнения грунта, снабжённые кольцевыми ножами, производящими подрезку грунта в местах его прокалывания, с приварными заглушками, которые исключают попадание грунта внутрь корпуса агрегата и пр. В комплект инструмента обязательно входит удлинитель – заострённая с одного торца штанга из прочной стали типа 60С2 или 50ХФА, которая обеспечивает точное направление прокладки траншеи, и корректирует направление перемещения пневмопробойника. Удлинитель вставляют в проколотое отверстие, когда его длина более чем вдвое превышает диаметр корпуса пробойника.

Как выбрать типоразмер пневмопробойника?

Исходными данными для расчёта служит значение усилия прокалывания грунта Р, которое устанавливается в зависимости от наибольшего радиуса поперечного сечения скважины R, предела временного сопротивления грунта ?в, степени пористости грунта u, массы одного погонного метра трубы М, и длины прокладываемого участка трубопровода L.

Для расчёта пользуются формулой

Р = 3,14R2 ?в/u +(0,25…0,5)МL

Первая составляющая зависимости учитывает усилие для внедрения пневмопробойника в грунт, а вторая – сопротивление перемещению корпуса в пробитом канале. Для более тяжёлых, глинистых грунтов значение числового коэффициента перед второй составляющей устанавливают по максимуму.

В качестве ориентировочных данных можно принимать, что для труб диаметром 350…400 мм усилия внедрения пневмопробойника находятся в пределах 800…2000 кН, а для труб диаметром 200…300 мм – соответственно 300…900 кН.

Зная рабочее давление, развиваемое компрессорной станцией, длину шланга и его диаметр, можно подсчитать фактическое давление на грунт, которое будет оказываться работающим пневмопробойником, после чего выбрать подходящую модель агрегата.

Эффективность функционирования механизма усиливается, если при прокладке использовать нажимные насосно-домкратные установки. С этой целью в готовый под пневмопробойник котлован или приямок на общей раме устанавливают два гидродомкрата усилием не менее 60% от определённого по формуле, включают штоки перемещения попеременно, то на прямой, то на обратный ход. В результате получается стартовое углубление, в которое и вводится силовая головка пневмопробойника. После этого устройство можно эксплуатировать самостоятельно.

Организация работ с пневмопробойниками

Перед началом работ подготавливают рабочие котлованы. Их в идеале должно быть три: приёмный, конечный и контрольный (промежуточный). Последний потребуется для визуального контроля правильности перемещения пневмопробойника с трубами. При наличии тепловизора контрольный приямок можно не обустраивать.

Перекос пневмопробойника возможен при работе в мёрзлом грунте, при использовании искривлённого инструмента, а также при деформации наковальни относительно центра ударника. В этом случае возможно заклинивание устройства. В таких ситуациях работы приостанавливают, а извлечение пневмопробойника производят либо реверсированием подачи сжатого воздуха, либо временной (на несколько часов) приостановкой работ. За этот период напряжения в грунте релаксируются, а корпус механизма остывает, уменьшаясь в размерах. Силы трения ослабевают, и устройство, в зависимости от вида проблемы, можно либо извлечь из пробитой траншеи, либо запустить вновь, скорректировав направление перемещения ударника при помощи удлинительной штанги.

Указанные негативные явления не возникают, если проходка ведётся в диапазоне температур окружающего воздуха либо до -50С, либо при отрицательных температурах ниже -150С. Относительная влажность воздуха в районе применения пневмопробойника не должна быть более 80%.

Рекомендуются следующие глубины проходки подземных коммуникаций с применением пневмопробойников:

При диаметре траншеи до 130 мм – до 1,2 м;
При диаметре траншеи до 200 мм – до 1,6 м;
При диаметре траншеи до 300 мм – до 2,2 м;
При диаметре траншеи свыше 300 мм – до 2,6…3,0 м.

Среди отечественных производителей пневмопробойников стоит отметить устройства, производимые компанией «Техмаш». Их размерный ряд и цены на агрегаты приводятся ниже.

Модель ИП-4610 (энергия удара 15 Дж, диаметр 60 мм) – 155000 руб.;
Модель СО-144А (энергия удара 46 Дж, диаметр 71 мм) – 195000 руб.;
Модель ИП 4605 (энергия удара 110 Дж, диаметр 95 мм) – 300000 руб.;
Модель ИП 4603 (энергия удара 250 Дж, диаметр 140 мм) – 390000 руб.;