Технология бестраншейного строительства методом ГНБ

Перед началом работ тщательно изучаются проектная документа­ция (рис. 6.24), свойства и состав фунта, дислокация существующих подземных коммуникаций, оформляются соответствующие разреше­ния и согласования на производство подземных работ. Осуществляет­ борочное зондирование фунтов и, при необходимости, шурфле-особо сложных пересечений трассы бурения с существующими коммуникациями. Результаты этих работ имеют определяющее значение для выбора траектории и тактики строительства скважины. Особое внимание следует уделить оптимальному расположению обеспечению безопасных условий труда буровой бригады и окружающих людей.

Строительство подземных коммуникаций по технологии ГНБ осу­ществляется в три этапа: бурение пилотной скважины, последовательное расширение скважины и протягивание трубопровода.

Рис. 6.24. Изучение проектной документации по ГНБ.

Принцип работы ГНБ. Перед началом бурения, готовится вводнобентонитная суспензия (буровая жидкость) с внесением в нее полимера. Относительное количество полимера, бентонита и расход суспензии определяются составом фунта. Примерный состав суспензии: для инистых и мягких грунтов используется суспензия, в состав которой водит 1900л воды, 25кг бентонита и 1 литр полимера; для глинисто-Песчаных фунтов используется суспензия, в состав которой входит 1900л воды, 50кг бентонита и 1,5 литра полимера. Расход суспензии на 100м бурения, расширения отверстия до 100мм и укладке трубы будет не более 1900 литров. Стоимость расходных материалов не превышает 5% стоимости бурильных работ.

Установка ГНБ закрепляется на исходной точке вертикальными стойками-упорами (анкерами) и бурильная лопатка с преобразовате­лем, прикрепленная к первой штанге, вращателно-поступательным движением вводится в грунт под углом примерно 13°.

На рис. 6.25 показан общий вид установки горизонтального направ-менного бурения «Robbins HDD», модель 1510TMSC.

В зону бурения под большим давлением, по внутреннему каналу Дуровой штанги и специальным отверстиям в бурильной лопатке (со­плам), подается буровая жидкость, разжижающая грунт, формирую­щая в нем скважину. Буровая жидкость одновременно является смазкой между грунтом, буровыми штангами и коммуникационным средством при последующем его затягивании в скважину.

По мере вхождения бурильной лопатки в грунт, штанги автоматиче­ски подаются из кассеты и соединяются между собой при помощи конической резьбы. Оператор установки ГНБ при помощи рычага-управления может изменять вталкивающее усилие и частоту вращения бурильной лопатки. Важным условием долговечности работы буровых штанг является смазка из резьбы специальными смазочными материалами при свинчивании штанг в плеть. Форма бурильной лопатки позволяет изменять «угол атаки» при бурении, т.е. производить «руление» бурильной лопатки. При этом останавливается вращение лопатки в определенном положении, отслеживаемом на локаторе и производится только ее вдавливание. В зависимости от того, как рас положена лопатка в данный момент времени, она может изменять на правление движения под землей. За счет упругой деформации штанг на 90-метровом участке бурения возможно изменение направление бурения на 90°.

Рис. 6.25. Общий вид установки ГНБ «Robbins HDD».

Оператор локационной системы во время процесса бурения постоянно отслеживает положение бурильной лопатки по трем координатам: пройденному расстоянию, глубине залегания бурильной лопатки и «углу атаки». Кроме того, эти данные оперативно передаются на информационный пульт оператора установки ГНБ, с которым опера тор локационной системы также поддерживает радиосвязь. Это позволяет вводить плеть буровых штанг в грунт и выводить ее из грунта в расчетном месте с высокой точностью позиционирования. Возникшие под землей по маршруту бурения препятствия (крупные камни металлические предметы и т.п.), можно обойти изменяя «угол атаки; бурильной лопатки. Для этого, необходимо вытащить плеть на одну -две штанги, выставить бурильную лопатку под определенным углом и

вновь произвести вдавливание плети. За счет изменения «угла атаки» бурильная лопатка с плетью штанг изменит направление движения и обойдет препятствие. Для обхода крупногабаритных препятствий вы­шеуказанную операцию, при необходимости, проводят в несколько проходов. Если обойти препятствие вышеуказанным способом не представляется возможным, вместо бурильной лопатки используют шарошечный бур, которым в препятствии высверливается отверстие. После выхода плети штанг на поверхность земли, бурильная лопатка заменяется расширителем (риммером), который предназначен для расширения отверстия в грунте при обратном ходе плети - втягива­нии. При этом, буровая жидкость формирует скважину и наличие в вводно-бентонитовой смеси полимера, позволяет ей сохранять форму после прохождения риммера.

Планирование и расчет траектории бурения. Траектория бурения должна быть спланирована и рассчитана до начала проведения работ. Основные моменты планирования включают в себя определение дли­ны и глубины пути, учет подземных препятствий, получение информа­ции о существующих подземных структурах (наличие карт подземных коммуникаций), получение разрешений на проведение работ, уведом­ление служб единого вызова, аварийных служб и служб дорожного движения, инспектирование места работы, определение источников риска.

Траектория бурения может быть размечена прямо на поверхности, или на чертеже места производства работ (плане бурения). Расчет траектории бурения выполняется с помощью специальных диаграмм. Это позволит рассчитать минимальные радиусы кривизны плети штанг и укладываемого материала, углы входа и выхода бура по отношению к поверхности земли, дистанции возврата (расстояния от начала или конца пути бурения до точки горизонтального участка бурения). При расчетах траектории бурения должны быть учтены мощностные ха­рактеристики установки ГНБ при расширении скважин и затягивании коммуникационных средств, т.к. в этом режиме установка ГНБ работа­ет на максимальных мощностных режимах.

На это этапе также должна быть произведена оценка условий поч­вы (уплотняемость, содержание влаги, пористость, липкость, наличие камней и подземных вод). Оценка условий почвы влияет на выбор ин­струмента и состав буровой жидкости. Комплектность инструмента и подбор состава суспензии также проводится на этапе планирования траектории. При планировании траектории бурения составляется кон­трольный перечень пунктов по планированию бурения, являющийся руководством для проведения работ.

Организация места работ. Проводится непосредственно перед началом бурения. Она включает в себя доставку комплекса ГНБ к мес­ту проведения бурения, выгрузку установки ГНБ с трейлера, позицио­нирование установки на местности с учетом уклонов земной поверх­ности, выбор угла наклона буровой рамы установки.

Организация места работы предусматривает также настройку сиг­нализации предупреждения подземного столкновения с электрически­ми сетями, находящимися под напряжением, размещение защитных «зануляющих» матов, а также соединение матов, корпуса установки ГНБ, миксера (смесителя) и системы сигнализации кабелями, тести­рование всей системы перед началом проведения работ.

Следующим этапом организации является анкерная фиксация ус­тановки ГНБ. После анкерной фиксации установки ГНБ производится запуск двигателей установки ГНБ, миксера для приготовления суспен­зии, приготовления вводно-бентонитовой суспензии и добавка в нее требуемого количества полимера, а также соединение шлангов гидро­системы. На протяжении всего этапа организации работы необходимо обязательно руководствоваться контрольным перечнем действий по организации места работ.

Выполнение пилотного бурения. Пилотное бурение (первичная проходка лопатки по заданной траектории) состоит из тех этапов: на­чала пилотного бурения, непосредственного выполнения пилотной скважин и заключительного этапа бурения, когда бурильная лопатка выходит на поверхность земли.

На первом этапе пилотного бурении необходимо загрузить первую штангу в направляющую раму и произвести ее сборку с буровой го­ловкой, состоящей из бурильной лопатки, фильтра подачи суспензии и передатчика локационной системы. Перед свинчиванием буровой штанги и буровой головки необходимо тщательно смазать резьбовые соединения, так как от этого зависит долговечность службы штанг и бура. После выполнения операции сборки буровой штанги с буровой головкой необходимо с помощью переключателя управления подачи с насосно-нагнетательной станции буровой жидкости, пропустить жид­кость через шланги в буровую штангу, ствол буровой головки, фильтр и сопла, убедившись в правильном функционировании гидросистемы и создании необходимого для выполнения бурения давления буровой жидкости. Для создания оптимальных условий вхождения бурильной лопатки в грунт и компенсации, возникающих при этом радиальных усилий, целесообразно прокопать входное отверстие, обеспечив пер­пендикулярность поверхности фунта к продольной оси буровой голов­ки.

На втором этапе пилотного бурения оператор установки ГНБ про­изводит непосредственное бурение, контролируя рычагами управле­ния (джойстиком) поступательное и вращательное движение бура, на­ращивает плеть буровых штанг, с помощью загрузчика и специальных зажимов, отключая при этом давление буровой жидкости в гидросис­теме. Кроме этого, находясь в постоянной радиосвязи с оператором локационной системы, оператор установки ГНБ обеспечивает направ­ление движения буровой головки по заданной траектории, путем ком­бинации прямых проходов бура (при его вращении) с дугообразными (рулевыми). «Руление» происходит за счет поворота бурильной лопатки до нужной ориентации бурового скоса и последующего протал­кивания бура без вращения, что приводит к нужному изменению на­правления движения. Первый этап «руления» выполняется для горизонтального выравнивания бура, когда буровая головка достигла не­обходимой глубины, определяемой локационной системой. Оператор Локационной системы постоянно отмечает новую позицию, глубину и «угол атаки» бурильной головки, сверяет ее местонахождение с спла­нированной траекторией, определяет, требуется ли дополнительное Переориентирование и наносит фактическую траекторию продвижения бура на план бурения.

Оператор установки ГНБ во время бурения не только контролирует Величины осевого усилия и крутящего момента, но и регулирует объ­ем подачи бурильной жидкости в зону бурения. При правильно уста­новленном потоке буровой жидкости, обеспечивается охлаждение бу­рового вала, укрепление стенок туннеля и минимизация трения буро­вой головки о стенки скважины.

Пилотное бурение завершается, как только бурильная головка вы­ходит на поверхность почвы, обычно в запланированной точке выхода. Поворот траектории горизонтального бурения к запланированной точ­ке выхода. Поворот траектории горизонтального бурения к запланиро­ванной точке выхода не должен превышать ограничений радиуса из­гиба, так как последний изгиб при пилотном бурении является первым изгибом при прокладке и/или расширении.

Когда оператор локационной системы видит, что бурильная головка сориентирована вверх, необходимо обезопасить зону вокруг точки вы­хода, и как только головка выйдет на поверхность, оператор установки ГНБ должен отключить подачу бурильной жидкости, продвинуть плеть •перед, чтобы освободить бурильную головку от земли и выключить двигатель. А затем отсоединить бурильную головку и извлечь пере­датчик.

При пилотном бурении формируется скважина диаметром 75-100мм, которая, как правило, может быть достаточной для прокладки кабелей связи. Однако, если нужно, то можно расширить скважину пу­тем протягивания «риммера - расширителя» в обратном направлении.

Протягивание трубопровода. На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая к протягиванию плети трубопровода. К переднему концу плети крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммером. Вертлюг позволяет вращаться буровой нити и риммеру, и в то же время не пе­редает вращательное движение на трубопровод. Таким образом, бу­ровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубо­провода по проектной траектории. Следует отметить, что диаметр сформированной скважины, как правило, должен быть на 30-50% больше диаметра затягиваемой в нее пластмассовой или металличе­ской трубы без изоляции и в 2 раза больше, при затягивании в сква­жину трубы в изоляции. При затягивании трубы бентонит заполняет пустоты, затвердевает и предотвращает проседание грунта. Проверку целостности изоляции после прокладки трубы производят методом неразрушающего контроля. Затем в трубопровод (пластмассовая или металлическая труба) затягивают волоконно-оптический кабель. На рис. 6.26 показаны этапы горизонтального направленного бурения скрытых переходов для прокладки ОК.

На заключительном этапе работ необходимо заровнять все проде­ланные экскавации грунта, убрать ограждения и восстановить озеле­нение. Регламентные работы комплекса горизонтального направлен­ного бурения проводятся в соответствии со специальной инструкцией.

Контрольные вопросы

1. Отличительные особенности, по сравнению с электрическими
кабелями, прокладки ОК в грунт.

2. Технология прокладки ОК в открытую траншею.

3. Технология прокладки ОК в грунт при помощи кабелеукладчика.

4. Чем ограничивается скорость прокладки ОК в грунт?

5. Для какой цели производится предварительная пропорка грунта?

6. Технология прокладки ОК на переходах через подземные комму­никации.

7. Технология прокладки ОК с применением защитного трубопро­вода.

8. Особенности прокладки ОК в условиях многолетнемерзлых грун­тов.

9. Технология прокладки ОК методом задувки в предварительно проложенную 10. полиэтиленовую трубу.

11. Технология прокладки ОК через водные преграды.

12. В каких случаях отдают предпочтение ГНБ?

13. Назовите основные достоинства ГНБ.

14. Поясните принцип работы ГНБ.

15. Технология пилотного бурения скважины.

16. Технология протягивания плети трубопровода в скважину.