Выбор и обоснование параметров установки для бестраншейной прокладки трубопроводов с созданием защитной грунтобетонной оболочки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Белякова, Елена Владимировна

• Белякова, Елена Владимировна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белякова, Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Бестраншейные способы прокладки коммуникаций и сфера их практического использования

1.2. Технология гидрострупной цементации слабых грунтов 20 1.2.1 Сущность технологии гидроструйной цементации грунтов

1.2.2. Состав комплекта оборудования реализации технологии

ГСЦ грунтов

1.2.2.1. Источник водоцементной суспензии высокого давления

1.2.2.2. Буровые установки для ГСЦ

1.3.3. Опыт практического применения машин для ГСЦ грунтов

1.3.3.1. Закрепление массива при проходческих работах

1.3.3.2. Закрепление массива при подземном строительстве

1.3.4. Перспективы развития технологии ГСЦ для строительной промышленности

1.4. Технология прокладки трубопроводов методом управляемого прокола с созданием защитной грунтобетонной оболочки

1.5. Цель и задачи исследований

2. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГРУНТОВ ВОДОЦЕМЕНТНЫМИ ЗАТОПЛЕННЫМИ СТУЯМИ

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ГСЦ

3.1. Общие положения методики экспериментальных исследований

3.2. Стендовая база

3.3. Экспериментальные исследования влияния параметров процесса ГСЦ грунтов на эффективность закрепления массива на стендовой установке

3.3.1. Влияние давления водоцементной суспензии на диаметр закрепляемого массива

3.3.2. Влияние диаметра струеформирующей насадки на диаметр закрепляемого массива

3.3.3. Влияние частоты вращения буровой колонны на диаметр закрепляемого массива

3.3.4. Влияние диаметра установки насадки на диаметр закрепляемого массива

3.3.5. Влияние скорости перемещения прокалывающего става на диаметр закрепляемого массива

33.6. Влияние параметров ГСЦ грунтов на скорость приращения объема закрепляемого массива и удельную энергоемкость процесса

3.4. Анализ и обобщение экспериментальных данных, полученных на стендовой установке и проверка адекватности расчетной модели

4. РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ С СОЗДАНИЕМ ЗАЩИТНОЙ ГРУНТОБЕТОННОЙ ОБОЛОЧКИ

4.1. Разработка элементов прокалывающего става вращатель, гидросъемник, расширитель, штанги)

4.2. Методика расчета параметров установки для бестраншейной прокладки трубопроводов с созданием защитной грунтобетонной оболочки

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор и обоснование параметров установки для бестраншейной прокладки трубопроводов с созданием защитной грунтобетонной оболочки»

Актуальность темы. Рост объёмов строительства, повышение требований к экологической безопасности ведения строительных работ при устройстве тоннелей и 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 отвечают машины реализующие технологию прокладки коммуникаций методом прокола. При этом обеспечивается сохранение устойчивости и целостности массива. Комплект оборудования для прокладки трубопроводов компактен и мобилен, не требует значительных территорий и времени для подготовки и выполнения работы. Однако существует возможность просадки грунта, приводящей к деформации и разрушению трубы. Вариантом решения данной проблемы является прокладка трубопроводов методом управляемого прокола с одновременным закреплением неустойчивого массива методом гидроструйной цементации фунтов (далее по тексту ГСЦ). Сущность ГСЦ грунтов заключается в использовании кинетической энергии высокоскоростной суспензионной водоцементной струи, погруженной в грунтовый массив и вращающейся в плоскости перпендикулярной оси предварительно прокалываемой до проектной отметки скважины с одновременным перемещением вдоль этой оси обратным ходом до следующей проектной отметки без создания в массиве избыточного давления. В результате разрушения и перемешивания грунта суспензионной струей формируется закрепленный грунтобетонный массив цилиндрической формы заданной длины, состоящий из нового материала - грунтобетона.

Таким образом, все это вызывает необходимость проведения комплексных исследований, направленных на обоснование конструктивных параметров и разработку установки для бестраншейной прокладки трубопровода с созданием защитной грунтобетонной оболочки в слабых неустойчивых грунтах, и определяет актуальность работы.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт №02.740.11.0319)

Цель работы. Обоснование режимов работы инструмента и конструктивных параметров прокалывающе-цементирующей установки, а также выявление закономерностей формирования грунтобетонного массива заданной конфигурации.

Идея работы заключается в использовании эффекта повышения прочности и устойчивости грунтов при прокладке трубопроводов методом управляемого прокола путем разрушения и перемешивания их высокоскоростными водоцементными струями и создании на основе установленных закономерностей и при рациональных параметрах этого процесса эффективного оборудования для получения грунтобетонной оболочки в неустойчивых грунтах.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: п установлены закономерности процесса ГСЦ грунтов с учетом конструктивных и режимных параметров технологического инструмента; п разработана математическая модель гидравлического разрушения грунтов водоцементными струями; a установлена обобщенная зависимость для определения диаметра закрепленного массива; п установлена рацио тальная с точки зрения достижения наименьших удельных энергозатрат и максимальных значений скорости приращения объема закрепляемого массива скорость перемещения прокалывающего става; п создан комплект оборудования для реализации технологии управляемого прокола с одновременным созданием защитной грунтобетонной оболочкой в слабых грунтах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом теоретических исследований процесса разрушения и закрепления грунтового массива методом ГСЦ; подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов, полученных расчетным путем, с результатами экспериментов (средняя величина относительной погрешности не превышает 15 %).

В работе использован комплексный метод исследования, включающий научный анализ и обобщение опыта эксплуатации прокалывающих установок и оборудования для реализации технологии ГСЦ; разработку математической модели разрушения грунтового массива водоцементными затопленными струями; экспериментальные и теоретические исследования закономерностей процесса ГСЦ, анализ и обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятности и математической статистики, сопоставление экспериментальных и расчетных данных.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирования гунтобетонного массива методом ГСЦ в зависимости от физико-механических свойств массива и конструктивных параметров оборудования, что позволяет обосновать его конструкцию, выбрать режимы работы установок и расширить область их применения на прокладку трубопроводов заданного профиля.

Практическое значение работы: создана стендовая установка для исследования работы оборудования для ГСЦ в широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров. разработана «Методика расчета конструктивных параметров ГСЦ инструмента и режимных параметров процесса ГСЦ при создании грунтобетонной оболочки». разработан пакет программ для персонального компьютера, позволяющих рассчитывать конструктивные параметры ГСЦ инструмента и режимные параметры процесса ГСЦ.

Реализация результатов работы. «Методика расчета конструктивных параметров ГСЦ инструмента и режимных параметров процесса ГСЦ грунтов при создании грунтобетонной оболочки» передана ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» и использована при разработке и создании экспериментальных и опытных образцов прокалывающе-цементирующих установок. Результаты работы используются в учебном процессе по дисциплинам «Проектирование и конструирование горных и транспортных машин», «Гидроструйные технологии разрушения грунтов».