RU2787741C2 - System and method for underground pipe laying - Google Patents

Abstract

FIELD: pipeline making.

SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of trenchless pipe laying. The system contains a pneumatic rammer made with the possibility of provision of an impact force for a pipe section, the main jack frame connected to the pneumatic rammer, one or more hydraulic jacks connected to the main jack frame and made with the possibility of provision of a static hydraulic force for the pipe section, and a set of guide rails connected to the main jack frame, wherein the set of guide rails provides sliding of the main jack frame in a longitudinal direction. Moreover, the main jack frame contains a surface for a direct contact with the pipe section and its compression, and the static hydraulic force is combined with the impact force for movement of the pipe section under the ground.

EFFECT: trenchless laying of pipes of a wide range of diameters in a wide range of soil conditions, in particular in unstable, sandy, and incoherent soils in the presence of ground water or in strongly heterogenous soils along roads.

21 cl, 12 dwg

Description

[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной патентной заявке США No.62/629,865, зарегистрированной 13 февраля, 2018 г. под названием “Trenchless Pipeline Installation Method and Apparatus”, в целом включенной в настоящий документ посредством ссылки.[0001] This application claims priority under U.S. Provisional Patent Application No. 62/629,865, filed February 13, 2018, titled “Trenchless Pipeline Installation Method and Apparatus”, incorporated herein by reference as a whole.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

[0002] Изобретение относится в общем к системам и способам прокладки подземных секций труб, в том числе трубопровода, газовых магистралей, водных и сточных линий, трубопроводов инженерных систем и других инженерных сетей. В частности, изобретение относится к бестраншейной прокладке подземной трубы, например, с применением инструментов и способов, подходящих для прокладки новых труб, с применением усилия одного или более гидравлических домкратов, ударного динамического воздействия пневматических устройств и технологии удаления шлама для почвы, входящей внутрь трубы во время прокладки.[0002] The invention relates generally to systems and methods for laying underground sections of pipes, including pipeline, gas lines, water and waste lines, pipelines of engineering systems and other engineering networks. In particular, the invention relates to trenchless laying of an underground pipe, for example, using tools and methods suitable for laying new pipes, using the force of one or more hydraulic jacks, impact dynamic action of pneumatic devices and sludge removal technology for soil entering the inside of the pipe during laying time.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

[0003] Необходимость прокладки подземных труб между двумя пунктами, например, между двумя смотровыми колодцами или двумя боковыми сторонами шоссе без создания траншеи между ними возникает в различных областях. [0003] The need to lay underground pipes between two points, for example, between two manholes or two sides of a highway without creating a trench between them, arises in various areas.

[0004] Разработано несколько методик для осуществления бестраншейной прокладки рабочих труб (также известных, как продуктовые трубы) или защитных трубных футляров (обычно, стальных футляров). Большинство данных способов основаны на статической толкающей силе, приложенной к трубе, упертой в грунт; то есть, трубы или футляры продавливают через грунт с помощью установки с гидравлическими домкратами от заранее подготовленного начального или входного колодца до являющегося целью колодца. В общем, все данные установки, основанные на продавливании трубы домкратом (например, горизонтальные шнековые бурильные машины, управляемые по направлению бурильные машины и машины для микротоннелирования, среди прочего) требуют вращающегося щита или режущей головной части впереди первой трубы для резки грунта перед трубой, а также системы транспортировки отвального грунта в начальную выемку. Кроме того, для всех данных способов существует общая потребность в больших и мощных гидравлических домкратах для преодоления не только поверхностного трения прокладываемых труб, но также в дополнительной вдавливающей силе, обеспечивающей способность резать грунт перед режущей головной частью, для проходки. [0004] Several techniques have been developed for trenchless laying of work pipes (also known as product pipes) or protective pipe cases (typically steel cases). Most of these methods are based on a static pushing force applied to a pipe resting on the ground; that is, the pipes or cases are forced through the ground by a hydraulic jacking machine from a pre-prepared start or entry well to the target well. In general, all these pipe jacking based installations (e.g., horizontal auger drills, directional drills, and microtunneling machines, among others) require a rotating shield or cutting head forward of the first pipe to cut the ground in front of the pipe, and also systems for transporting dump soil to the initial excavation. In addition, for all these methods there is a general need for large and powerful hydraulic jacks to overcome not only the skin friction of the laid pipes, but also additional indentation force, providing the ability to cut the ground in front of the cutting head, for penetration.

[0005] Один вариант шнековой бурильной машины представлен в патенте США 4,013,134. В общем, машина содержит базу, которая включает в себя разнесенные направляющие элементы, которые устанавливают в траншее смежной с холмом, подлежащим бурению. Машина также включает в себя раму, смонтированную для перемещения вдоль направляющего средства, и такая тележка поддерживает силовой блок для вращения соединенных секций валов шнека, которые представляют собой постепенно выдвигающийся бурильный шнек (см. фиг. 1). Рама поддерживает кольцо толкателя для продавливания секций футляров в пробуренную скважину, и обеспечен связанный толкающий цилиндр н для продвижения вперед и убирания рамы и кольца толкателя вдоль направляющих. [0005] One embodiment of an auger drilling machine is presented in US Pat. No. 4,013,134. In general, the machine comprises a base that includes spaced guide elements that are installed in a trench adjacent to the hill to be drilled. The machine also includes a frame mounted to move along the guide means, and such a cart supports a power unit to rotate the connected sections of the auger shafts, which are progressively retractable auger (see Fig. 1). The frame supports a pusher ring for pushing the case sections into the drilled hole, and an associated push cylinder n is provided for advancing and retracting the frame and pusher ring along the guides.

[0006] Один недостаток машины данного типа заключается в необходимости иметь полный комплект шнеков (по меньшей мере с длиной равной длине проходки) с диаметром одинаковым диаметром трубы, подлежащей прокладке, для протаскивания почвы, приходящей от режущей головной части в выемку для работы домкратов или входной колодец. Поэтому, если отличающийся проект требует прокладки труб отличающегося диаметра, в большинстве случаев весь комплект шнека требуется закупать вновь. Другим недостатком применения непрерывного шнека является высокий крутящий момент, требуемый в системе данного типа. Высокий крутящий момент увеличивает вероятность ранения или смерти для персонала, работающего вблизи машины, поскольку имеется риск опрокидывания машины при встрече с прочными грунтами, при котором разбивается все вблизи машины. Высокие крутящие моменты являются следствием необходимости резания природного грунта перед режущей головной частью, энергии требуемой для перемещения всего комплекта шнеков внутри стальных футляров, и/или крутящего момента, требуемого для протаскивания отвального грунта вдоль всех смонтированных труб. Данная система извлечения отвального грунта на основе непрерывного шнека производит протаскивание отвального грунта, как реакцию, производимую вращением таких шнеков, окруженных шламом. В данном способе значительная часть энергии теряется на трение и от радиальной составляющей силы, получаемой от взаимодействия между грунтом и шнеками. Другой проблемой в данном способе является риск генерирования карстовой воронки при мелком заложении или в песчаных грунтах.[0006] One disadvantage of this type of machine is the need to have a complete set of augers (at least as long as the penetration length) with a diameter equal to that of the pipe to be laid to pull the soil coming from the cutting head into the jacking hole or inlet well. Therefore, if a different project requires pipes of a different diameter, in most cases the entire auger kit will need to be purchased again. Another disadvantage of using a continuous screw is the high torque required in this type of system. High torque increases the chance of injury or death to personnel working near the machine, as there is a risk of the machine tipping over when hitting hard ground, shattering everything around the machine. The high torques are due to the need to cut natural soil in front of the cutting head, the energy required to move the entire set of augers inside the steel cases, and/or the torque required to pull the spoil along all the installed pipes. This continuous auger spoil removal system pulls spoil spoil as a reaction produced by the rotation of such augers surrounded by slurry. In this method, a significant part of the energy is lost to friction and from the radial component of the force obtained from the interaction between the soil and the augers. Another problem with this method is the risk of sinkhole generation when shallow or in sandy soils.

[0007] Другие способы бестраншейной прокладки связаны с машинами для микротоннелирования. Такие системы включают в себя целое семейство машин с некоторыми вариациями среди них. Многие вариации зависят от способов выемки грунта и транспортировки отвального грунта на поверхность колодца для работы домкратов. В общих чертах, они включают в себя бурильный щит, который продавливают вперед продуктовыми трубами, расположенными сзади и поддомкрачиваемыми большими и прочными гидравлическими домкратами в стартовой выемке. Когда данные бурильные машины для микротоннелирования перемещаются вперед через грунт, отвальный грунт удаляют, обычно смешивая его с текучей средой, чтобы затем откачивать насосом смесь из туннеля в сепарационную установку, в которой твердые частицы сепарируются из текучих сред. Альтернативно, транспортировку вынутого отвального грунта осуществляют с помощью короткого шнека, расположенного непосредственно сзади режущего щита, заполняя ковшовые вагонетки, которые непрерывно перемещаются вперед и назад внутри тоннеля, и вывозят наружу вынутый материал. Данные способы не всегда удовлетворительно работают в вариантах мелкого заложения, в зависимости от типа грунта. В дополнение, проходка тоннеля является медленной и дорогостоящей при требуемом оборудовании, и поскольку режущий щит специально изготавливают или подбирают на основе спецификаций каждого проекта (например, по диаметру трубы и грунтовым условиям).[0007] Other trenchless methods are associated with microtunneling machines. Such systems include a whole family of machines, with some variations among them. Many variations depend on the methods of excavation and transportation of spoil soil to the surface of the well for jacking. In general terms, they include a drilling shield that is pushed forward by product pipes located at the rear and jacked up by large and strong hydraulic jacks in the starting hole. As these microtunneling machines move forward through the earth, the spoil is removed, typically by mixing it with the fluid, to then pump the mixture out of the tunnel and into a separation plant where the solids are separated from the fluids. Alternatively, the hauled material is conveyed by a short auger located directly behind the cutter shield, filling bucket cars which are continuously moving back and forth inside the tunnel and carrying the hauled material out. These methods do not always work satisfactorily in shallow applications, depending on the type of soil. In addition, tunneling is slow and costly with the required equipment and because the cutterbar is specially made or selected based on each project's specifications (eg pipe diameter and ground conditions).

[0008] Альтернативно, в основе других способов лежат ударные динамические воздействия для забивания стальных труб в грунт вместо применения статических сил при работе домкратов. В большинстве данных случаев стальные трубы являются защитными трубами для завершающего размещения у них внутри рабочих труб. Обычно в данных способах, основанных на динамическом воздействии, имеется режущая кромка переднего открытого конца первой трубы, позволяющего грунту входить внутрь. Когда прокладка завершена, начинают процедуру механического, гидравлического, пневматического или вручную извлечения грунта изнутри трубы. Один пример способа, основанного на динамическом воздействии, предложен в патенте США 4,671,703 на имя Paul Schmidt (пример показан на фиг. 2).[0008] Alternatively, other methods are based on impact dynamic effects for driving steel pipes into the ground instead of using static forces when operating jacks. In most of these cases, steel pipes are protective pipes for final placement inside the working pipes. Typically, these dynamic methods have a cutting edge at the front open end of the first tube to allow soil to enter. When laying is completed, the procedure for mechanical, hydraulic, pneumatic or manual extraction of soil from inside the pipe begins. One example of a dynamic action method is provided in US Pat. No. 4,671,703 to Paul Schmidt (an example is shown in FIG. 2).

[0009] В одном обычном подходе для забивания трубы применяют ударный пневматический молот, для задавливания трубы горизонтально или под углом в грунт. Кожух молота прикрепляют к концу трубы с помощью подходящего крепежа и в некоторых случаях дополнительно скрепляют тросами. Приводимая в действие поршнем баба ударяет по плите внутри кожуха и ударная сила передается на конец трубы через кожух, при этом обеспечивая продвижение трубы вперед в грунт. Пневматические забойники отличаются тем, что производят несколько ударов в минуту, передавая энергию от малой до средней в каждом ударе. Обычный небольшой ударный пневматический молот передает энергию 0,17 КДж и наносит 580 ударов в минуту при массе меньше 10 кг. Обычный большой молот передает энергию 40 КДж, имеет массу 12 тонн и наносит 180 ударов в минуту.[0009] In one common approach, an impact pneumatic hammer is used to drive the pipe, to drive the pipe horizontally or at an angle into the ground. The hammer casing is attached to the end of the pipe with suitable fasteners and in some cases additionally secured with cables. The piston-actuated ram hits the plate inside the casing and the impact force is transmitted to the end of the pipe through the casing, while propelling the pipe forward into the ground. Pneumatic hammers are distinguished by the fact that they produce several blows per minute, transferring low to medium energy in each blow. A typical small impact pneumatic hammer delivers 0.17 kJ of energy and delivers 580 blows per minute with a mass of less than 10 kg. An ordinary large hammer transmits 40 kJ of energy, has a mass of 12 tons and delivers 180 blows per minute.

[0010] Гидравлические (вместо пневматических) молоты часто применяют в вертикальном бурении. Большой молот данного типа в общем работает с меньшей частотой ходов в минуту, но передает ударом гораздо больше энергии. В данном случае ударный поршень проходит снаружи кожуха молота для нанесения удара по кожуху. Обычно один гидравлический молот имеет массу 4 тонны, наносит 65 ударов в минуту с энергией 30 КДж, а молот в 242 тонны передает энергию 2300 КДж при 30 ударах в минуту. В вертикальном бурении кожух молота удерживается в контакте в упор с обсадной колонной, в основном с помощью силы тяжести. Даже если их обычно не применяют для горизонтального забивания трубы, они являются альтернативой при прокладке футляров больших диаметров. Вместе с тем, поскольку баба проходит снаружи кожуха молота, непрактично скреплять кожух с трубой. Поэтому становится важным обеспечения прижатия молота в упор к трубе. Один подход для выполнения указанного раскрыт в патенте США 6,652,190 на имя Verkyk, который основан на системе прижатия тросовой лебедкой (см., например, фиг. 3A).[0010] Hydraulic (instead of pneumatic) hammers are often used in vertical drilling. A large hammer of this type generally works at a lower rate of strokes per minute, but transmits much more energy by blowing. In this case, the percussion piston extends outside the hammer casing to strike the casing. Typically, one hydraulic hammer has a mass of 4 tons, delivers 65 blows per minute with an energy of 30 kJ, and a 242 ton hammer delivers an energy of 2300 kJ at 30 beats per minute. In vertical drilling, the hammer casing is held in close contact with the casing, primarily by gravity. Even though they are not normally used for horizontal pipe plugging, they are an alternative when laying large diameter casings. However, since the ram runs outside the hammer casing, it is impractical to fasten the casing to the pipe. Therefore, it becomes important to ensure that the hammer is pressed against the pipe. One approach to accomplish this is disclosed in Verkyk US Pat.

[0011] Недавнее улучшение изобретения по патенту на имя Verkyk раскрыто в патентной публикации США 2016/0333642 на имя Bachand et al., в котором прижатие лебедкой заменено тележкой, поджимаемой вперед гидравлическими цилиндрами, действующими между тележкой и упором. Работающий на сжатие упругий узел смонтирован на тележке для высвобождения его энергии на гидравлический молот для удержания его в контакте с трубой после каждого удара (см., например, фиг. 3B). Поскольку в данной технологии задействован гидравлический молот, пространство, требуемое для входной выемки, должно быть значительно больше, чем пространство, требуемое для других бестраншейных методик, что делает данную машину наиболее подходящей для прокладки труб большого диаметра (например, труб диаметром больше 72 дюйма (183 см), как в варианте предшественника (патент США 6,652,190 на имя Verkyk). Другим недостатком публикации Bachand является генерирование проходки, по существу, динамическими воздействиями молота. В таком случае гидравлическую силу применяют для удержания большого гидравлического молота на месте (прикрепленным к трубе) и не для противодействия присущей трубе упругости или для заметного увеличения вдавливающей силы. Кроме того, вследствие высоких пиков энергии удара, генерируемых гидравлическим молотом, непрактичным является приложение высокой статической силы к трубе, поскольку это должно приводить к применению стальных футляров со стенками значительной толщины для предотвращения повреждения в трубе.[0011] A recent improvement to the Verkyk invention is disclosed in U.S. Patent Publication 2016/0333642 to Bachand et al., which replaces winch clamping with a dolly pushed forward by hydraulic cylinders acting between the dolly and anvil. The compression resilient assembly is mounted on a cart to release its energy to a hydraulic hammer to keep it in contact with the pipe after each impact (see, for example, FIG. 3B). Since this technology uses a hydraulic hammer, the space required for the entry cut must be significantly larger than the space required for other trenchless techniques, making this machine most suitable for laying large diameter pipe (e.g., pipe larger than 72 in. (183 cm) as in the predecessor variant (U.S. Patent 6,652,190 to Verkyk). Another disadvantage of Bachand's publication is that the penetration is generated by essentially dynamic hammer actions. In this case, hydraulic force is used to hold a large hydraulic hammer in place (attached to the pipe) and not to counteract the inherent resilience of the pipe or to noticeably increase the pressing force.Furthermore, due to the high impact energy peaks generated by the hydraulic hammer, it is impractical to apply a high static force to the pipe, as this would result in the use of steel cases with considerable wall thicknesses. to prevent damage to the pipe.

[0012] Вне зависимости от типа применяемого забойника, одна обычная проблема ударных способов забивания трубы (в том числе по публикации Bachand) состоит в том, что очистку отвального грунта нельзя выполнять одновременно с прокладкой, что приводит к снижению общей производительности. Другой общей проблемой является потребность относительно больших энергозатрат (большие молоты) для прокладки труб или футляров, поскольку значительная часть энергии каждого удара теряется. Одна релевантная часть энергии поглощается, благодаря естественной упругости стальной трубы, а трение наружной и внутренней поверхности трубы (от почвы, поступающей внутрь) поглощает другую важную часть энергии. Дополнительно, вследствие кинетической энергии, передаваемой с забойника на трубу, дополнительная масса, добавленная трубе почвой, поступившей внутрь во время операции, уменьшает ускорение режущей кромки, уменьшая силу продавливания впереди первой трубы. Действие всех данных нежелательных факторов усиливается с увеличением длины продавливания, делая данный способ только ограничено применимым для относительно короткого продавливания (обычно, меньше 300 футов (90 м).[0012] Regardless of the type of hammer used, one common problem with percussion methods of driving a pipe (including those published by Bachand) is that spoil cleaning cannot be performed simultaneously with laying, which leads to a decrease in overall productivity. Another common problem is the need for relatively large energy inputs (large hammers) for laying pipes or cases, since a significant part of the energy of each impact is lost. One relevant part of the energy is absorbed due to the natural elasticity of the steel pipe, and the friction of the outer and inner surface of the pipe (from the soil entering inside) absorbs another important part of the energy. Additionally, due to the kinetic energy transferred from the hammer to the pipe, the additional mass added to the pipe by the soil ingested during the operation reduces the acceleration of the cutting edge, reducing the pushing force ahead of the first pipe. All of these undesirable factors increase with the length of the punch, making this method only limitedly applicable to relatively short punches (typically less than 300 feet (90 m).

[0013] Кроме того, все описанные выше бестраншейные способы имеют свои собственные ограничения и применимость, в зависимости от длины, диаметра, требуемой точности и грунтовых условий. Кроме того, все данные машины выполнены с возможностью преодоления максимальной длины прокладки и диаметра, которые для них предопределены, даже если это означает избыток мощности для более короткого продавливания или меньших диаметров. Наконец, большинство машин, перечисленных выше (в особенности, основанных на способе продавливании трубы домкратом), имеют свои основные части с размерами для трубы конкретного диаметра, и каждая переделка под новый диаметр требует значительных затрат на заказные части.[0013] In addition, all trenchless methods described above have their own limitations and applicability, depending on the length, diameter, required accuracy, and soil conditions. In addition, all of these machines are designed to overcome the maximum shim length and diameter that are predetermined for them, even if that means excess power for shorter punches or smaller diameters. Finally, most of the machines listed above (especially those based on the jacking method) have their main parts sized for a pipe of a particular diameter, and each conversion to a new diameter requires significant costs for custom parts.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0014] Задачей некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения является предложение способа и устройства для прокладки трубных секций (например, стальных футляров), или прокладки новых продуктопроводов без отрывки траншеи в грунте между двумя выемками или колодцами. Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание универсального способа бестраншейного прокладки новых труб, с функциональными возможностями достижения широкого диапазона диаметров (например, до 72 дюймов (183 см) и почвенных условий, в особенности рискованных грунтовых условий для многих сегодняшних технологий. Некоторые из данных трудных условий включают в себя нестабильные грунты (например, галечник), песчаные или несвязные грунты с присутствием грунтовой воды, или сильно гетерогенные грунты вдоль дорог. [0014] It is an object of some embodiments of the present invention to provide a method and apparatus for laying pipe sections (eg, steel cases), or laying new product pipelines without cutting a trench in the ground between two cuts or wells. In addition, it is an object of the present invention to provide a versatile method for trenchless laying of new pipes, with the functionality to achieve a wide range of diameters (for example, up to 72 inches (183 cm) and soil conditions, especially the risky soil conditions for many of today's technologies. Some of these difficult conditions include unstable soils (eg gravel), sandy or loose soils with groundwater present, or highly heterogeneous soils along roads.

[0015] Признаки некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения объединяют преимущества некоторых известных бестраншейных методик. В одном варианте осуществления данного изобретения рама гидравлических домкратов сжимает и толкает стальные трубы, упирая в грунт с постоянной силой, а удары, приходящие от пневматического забойника, генерируют дополнительную продавливающую силу для перемещения труб вперед в грунт. Труба с открытым концом впереди позволяет почве входить внутрь, а независимая линейно смещаемая система очистки от почвы поступательно удаляет шлам, когда установка продвигается вперед, уменьшая общую перемещающуюся массу во время прокладки и, следовательно, повышая эффективность ударов. Поскольку труба с открытым концом имеет минимальную площадь контакта с грунтом перед ним, режущая кромка обеспечивает вход почвы в трубу, при котором требуется малая продавливающая сила, в отличие от устройства в варианте с вращательными режущими головными частями впереди первой трубы. Приложенная сила динамического воздействия максимизируется, поскольку постоянная гидравлическая сила минимизирует потери энергии, обусловленные отскакиванием трубы назад (вследствие присущей трубе упругости), при этом добавляется сила для преодоления поверхностного трения трубы или футляра. Пневматический забойник генерирует более низкие пики энергии в сравнении с гидравлическим молотом, на более высокой частоте (например, от 160 до 580 ударов в минуту), и данные более низкие пики энергии обеспечивают приложение более высокой статической силы к трубе, не требуя применять стальную трубу с более толстой стенкой.[0015] The features of some embodiments of the present invention combine the advantages of some known trenchless techniques. In one embodiment of the present invention, a frame of hydraulic jacks compresses and pushes steel pipes against the ground at a constant force, and the blows coming from the pneumatic hammer generate additional pushing force to move the pipes forward into the ground. The open-ended pipe at the front allows soil to flow in, and the independent, linearly offset soil clearing system progressively removes debris as the unit moves forward, reducing the overall moving mass during laying and therefore increasing impact efficiency. Because the open end pipe has a minimal ground contact area in front of it, the cutting edge allows soil to enter the pipe, which requires little pushing force, in contrast to the rotational cutting head arrangement in front of the first pipe. The applied dynamic force is maximized as a constant hydraulic force minimizes the energy loss due to the pipe bouncing back (due to the inherent resilience of the pipe), while a force is added to overcome skin friction of the pipe or case. The pneumatic hammer generates lower energy peaks than a hydraulic hammer, at a higher frequency (eg 160 to 580 bpm), and these lower energy peaks allow for a higher static force to be applied to the pipe without requiring steel pipe with thicker wall.

[0016] В одном варианте осуществления основная домкратная рама содержит гидравлические цилиндры, действующие на смонтированной на рельсах нажимной пластине в которой ударный пневматический забойник прочно прикреплен с помощью подходящего крепежа. Нажимная пластина работает, как средство для объединения динамических воздействий и статической силы для трансформации их энергии в продавливающую силу для труб впереди нее, при этом, поддерживая трубу на требуемой оси. Крепеж гидравлического забойника имеет небольшой эксцентриситет относительно осевой линии трубы, чтобы обеспечить штангам системы очистки (которые выставлены по осевой линии) проход через окно в нажимной пластине для очистки труб от шлама внутри. [0016] In one embodiment, the main jack frame comprises hydraulic cylinders operating on a rail-mounted pressure plate to which the impact hammer is firmly attached with suitable fasteners. The pressure plate works as a means to combine dynamic forces and static force to transform their energy into a pushing force for the pipes in front of it, while maintaining the pipe on the desired axis. The hydraulic hammer fixture has a slight eccentricity with respect to the centerline of the pipe to allow the cleaning system rods (which are centerlined) to pass through a window in the pressure plate to clear the pipes from cuttings inside.

[0017] В другом варианте осуществления система очистки от почвы включает в себя штанги системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, и линейно перемещающуюся раму, несущую гидравлический двигатель. Данная рама смонтирована на тех же рельсах основной домкратной системы, но с независимым комплектом гидравлических исполнительных механизмов для продвижения вперед и назад по данным рельсам или направляющим. Система извлечения шлама данного изобретения отличается от существующих шнековых систем поскольку, вместо протаскивания шлама с применением только вращения непрерывного шнекового комплекта, в системе применяется вращение (при продвижении вперед) нескольких разнесенных на равные расстояния шнековых сегментов только для захвата почвы внутри трубы, аналогично захвату штопором пробки в бутылке. Затем, сегментированные шнеки вытягивают назад с шламом, применяя гидравлические домкраты; данный процесс осевого действия является энергосберегающим, как и процесс его аналога, стандартного штопора, где применяются рычаги для извлечения пробки из бутылки вместо применения только вращения. Данный процесс поступательно повторяется так, что каждый шнек оставляет за собой шлам после убирания системы, и затем стартует вновь, перемещаясь вперед (с вращением) для сбора шлама, оставленной сзади, следующим шнековым сегментом. Отмечается, что чем больше разделение между шнековыми сегментами, тем длиннее смещение всей очищающей системы для выполнения данной координированной задачи. Как альтернативный вариант осуществления, данную систему очистки от почвы можно заменить непрерывным шнеком, с приводом от большего гидравлического двигателя, неподвижно закрепленного на основной домкратной раме, аналогично стандартной шнековой бурильной машине. Данная последняя конфигурация может требовать большего крутящего момента и может нуждаться в замене всего шнекового набора каждый раз, когда меняется диаметр трубы, вместо замены всего нескольких шнековых сегментов. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы может содержать по меньшей мере одну штангу устройства очистки с одной шнековой секцией или, альтернативно, всего одну шнековую секцию, прикрепленную напрямую к гидравлическому двигателю.[0017] In another embodiment, the soil cleaning system includes cleaning system rods, at least one auger section, and a linearly moving frame carrying a hydraulic motor. This frame is mounted on the same rails of the main jacking system, but with an independent set of hydraulic actuators for moving forward and backward along these rails or guides. The cuttings recovery system of this invention differs from existing auger systems in that, instead of pulling through the cuttings using only the rotation of a continuous auger set, the system uses the rotation (in forward movement) of several equally spaced auger segments only to capture the soil inside the pipe, similar to corkscrew capture in the bottle. Then, the segmented augers are pulled back with cuttings using hydraulic jacks; this axial action process is energy efficient, as is the process of its counterpart, the standard corkscrew, which uses levers to remove the cork from the bottle instead of using only rotation. This process is progressively repeated so that each screw leaves the cuttings behind after the system is retracted, and then starts again, moving forward (rotating) to collect the cuttings left behind by the next screw segment. It is noted that the greater the separation between the screw segments, the longer the displacement of the entire cleaning system to perform this coordinated task. As an alternative embodiment, this soil clearing system can be replaced by a continuous auger driven by a larger hydraulic motor fixed to the main jack frame, similar to a standard auger drill. This latter configuration may require more torque and may require the entire screw set to be replaced each time the pipe diameter changes, instead of replacing just a few screw segments. In some embodiments, the soil clearing system may comprise at least one clearer bar with a single auger section, or alternatively, just one auger section attached directly to a hydraulic motor.

[0018] Другим признаком настоящего изобретения является возможность оптимизации по мощности, в которой независимая линейно смещаемая система очистки от почвы применяется для генерирования дополнительной силы гидравлического домкрата, только когда нужна дополнительная толкающая сила. То есть, толкание, своими собственными гидравлическими цилиндрами, основной домкратной рамы для увеличения общей толкающей силы для преодоления препятствий, высокого поверхностного трения длинных продавливаний или условий твердой почвы. Извлечение вынутого материала временно приостанавливают, когда систему очистки от почвы применяют для толкания домкратной рамы.[0018] Another feature of the present invention is a power optimization capability in which an independent linearly displaceable soil clearing system is used to generate additional hydraulic jack force only when additional push force is needed. That is, pushing, by its own hydraulic cylinders, of the main jacking frame to increase the overall pushing force to overcome obstacles, high surface friction of long bursts or hard ground conditions. Extraction of excavated material is temporarily suspended when the soil clearing system is used to push the jack frame.

[0019] В одном аспекте изобретением предложена система для прокладки трубы под землей. Система содержит пневматический забойник, выполненный с возможностью передачи ударной силы на секцию трубы. Система также содержит основную домкратную раму, соединенную c пневматическим забойником, причем основная домкратная рама содержит поверхность для контакта с секцией трубы. Система также содержит один или более гидравлических домкратов, соединенных c основной домкратной рамой и выполненных с возможностью передачи гидравлической силы на секцию трубы. Система также содержит комплект направляющих, соединенных c основной домкратной рамой, причем комплект направляющих обеспечивает скольжение основной домкратной рамы в продольном направлении.[0019] In one aspect, the invention provides a system for laying a pipe underground. The system comprises a pneumatic hammer configured to transfer the impact force to the pipe section. The system also includes a main jacking frame connected to a pneumatic hammer, the main jacking frame having a surface for contact with the pipe section. The system also includes one or more hydraulic jacks connected to the main jack frame and configured to transfer hydraulic force to the pipe section. The system also contains a set of guides connected to the main jacking frame, and the set of guides ensures the sliding of the main jacking frame in the longitudinal direction.

[0020] В некоторых вариантах осуществления система дополнительно содержит систему очистки от почвы, имеющую базовую раму, соединенную c комплектом направляющих. Система очистки от почвы выполнена с возможностью извлечения шлама изнутри секции трубы во время подземной прокладки секции трубы. Базовая рама выполнена с возможностью скольжения по комплекту направляющих независимо от основной домкратной рамы. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит узел из штанг и шнеков, с приводом от гидравлического двигателя или другого вращательного исполнительного механизма для протаскивания шлама во время работы. В некоторых вариантах осуществления основная домкратная рама содержит нажимную плacтину, имеющую по меньшей мере одно окно для обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы. [0020] In some embodiments, the system further comprises a soil clearing system having a base frame coupled to a set of rails. The soil clearing system is configured to extract cuttings from inside the pipe section during underground laying of the pipe section. The base frame is designed to slide along the set of guides independently of the main jacking frame. In some embodiments, the soil clearing system comprises an assembly of rods and augers driven by a hydraulic motor or other rotary actuator to pull cuttings during operation. In some embodiments, the main jack frame includes a pressure plate having at least one window to allow slurry to pass past the soil clearing system.

[0021] В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к штанге системы очистки, и аксиально смещаемую смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама несет гидравлический двигатель. В некоторых вариантах осуществления смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна штанга системы очистки, по меньшей мере одна шнековая секция и аксиально смещаемая, смонтированная на рельсах рама, выполнены с возможностью извлечения шлама из последовательных секций трубы. В некоторых вариантах осуществления пневматический забойник является высокочастотным молотом, производящим от 160 до 580 ударов в минуту. В некоторых вариантах осуществления секция трубы является стальной. В некоторых вариантах осуществления стальная труба действует, как стальной футляр для несения другой трубы внутри. В некоторых вариантах осуществления секция трубы имеет диаметр 72 дюйма (183 см) или меньше.[0021] In some embodiments, the soil cleaning system comprises at least one cleaning system rod, at least one auger section attached to the cleaning system rod, and an axially movable rail-mounted frame attached to the cleaning system rod, and mounted on The railed frame carries a hydraulic motor. In some embodiments, the rail-mounted frame is moved back and forth in the longitudinal direction by at least one hydraulic cylinder acting between the rail-mounted frame and the blocking system. In some embodiments, at least one cleaning system rod, at least one screw section, and an axially movable, rail-mounted frame are configured to extract cuttings from successive pipe sections. In some embodiments, the pneumatic hammer is a high frequency hammer producing 160 to 580 beats per minute. In some embodiments, the pipe section is steel. In some embodiments, the steel pipe acts as a steel case to carry another pipe inside. In some embodiments, the pipe section has a diameter of 72 inches (183 cm) or less.

[0022] В другом аспекте изобретение предлагает способ прокладки трубы под землей. Способ содержит сжатие с помощью основной домкратной рамы, соединенной c комплектом направляющих, при помощи по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, секции трубы на грунтовой поверхности. Способ также содержит генерирование пневматическим молотом, прикрепленным к основной домкратной раме, ударного динамического воздействия для продвижения секции трубы в грунт. Способ также содержит толкание домкратной рамой и пневматическим забойником труб в грунт.[0022] In another aspect, the invention provides a method for laying a pipe underground. The method comprises compressing, by means of a main jack frame, connected to a set of guides, by means of at least one hydraulic cylinder, a pipe section on a ground surface. The method also includes generating a shock dynamic impact with a pneumatic hammer attached to the main jacking frame to advance the pipe section into the ground. The method also includes pushing pipes into the ground with a jack frame and a pneumatic hammer.

[0023] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит извлечение с применением системы очистки от почвы, соединенной c комплектом направляющих, шлама изнутри секции трубы во время прокладки секции трубы, причем система очистки от почвы перемещается по отношению к основной домкратной раме. В некоторых вариантах осуществления основная домкратная рама содержит нажимную пластину, имеющую по меньшей мере одно окно обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы. В некоторых вариантах осуществления в способе дополнительно задействуют гидравлическую силу для предварительного сжатия секции трубы для противодействия упругой работе секции трубы для обеспечения эффективной передачи энергии от пневматического забойника через секцию трубы.[0023] In some embodiments, the method further comprises extracting, using a soil cleaning system connected to a set of guides, cuttings from inside the pipe section during laying of the pipe section, the soil cleaning system moving relative to the main jack frame. In some embodiments, the main jack frame includes a pressure plate having at least one slurry port behind the soil clearing system. In some embodiments, the method further employs hydraulic force to precompress the pipe section to counteract the elastic operation of the pipe section to ensure efficient transfer of power from the pneumatic hammer through the pipe section.

[0024] В некоторых вариантах осуществления постоянная сила прикладывается с упором в грунт домкратной рамой. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит после прокладки секции трубы под землей присоединение одной или более дополнительных секций к секции трубы для создания подземного тоннеля между местом входа под поверхностью грунта и являющейся целью выемкой. В некоторых вариантах осуществления пневматический забойник имеет высокую частоту от 160 до 580 ударов в минуту. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к штанге системы очистки, и аксиально смещаемую смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама содержит гидравлический двигатель. [0024] In some embodiments, a constant force is applied against the ground by the jack frame. In some embodiments, the method further comprises, after laying the pipe section underground, attaching one or more additional sections to the pipe section to create an underground tunnel between the subsurface entry point and the target excavation. In some embodiments, the pneumatic hammer has a high frequency of 160 to 580 beats per minute. In some embodiments, the soil cleaning system comprises at least one cleaning system bar, at least one auger section attached to the cleaning system bar, and an axially movable rail-mounted frame attached to the cleaning system bar, the rail-mounted frame comprising hydraulic motor.

[0025] В некоторых вариантах осуществления смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит по меньшей мере две штанги системы очистки, причем Каждая штанга системы очистки имеет по меньшей мере одну шнековую секцию, аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, выполненную с возможностью извлечения шлама последовательно, в координированном перемещении по меньшей мере двух штанг системы очистки и шнековых секций. В некоторых вариантах осуществления система очистки от почвы содержит узел с непрерывным шнеком с приводом от гидравлического двигателя для протаскивания шлама во время работы.[0025] In some embodiments, the rail-mounted frame is moved forward and backward in the longitudinal direction by at least one hydraulic cylinder acting between the rail-mounted frame and the blocking system. In some embodiments, the soil cleaning system comprises at least two cleaning system rods, wherein each cleaning system rod has at least one auger section, an axially movable, rail-mounted frame configured to extract cuttings sequentially, in a coordinated movement of at least at least two bars of the cleaning system and screw sections. In some embodiments, the soil clearing system comprises a continuous auger assembly driven by a hydraulic motor to pull slurry during operation.

[0026] в другом аспекте изобретением предложена система для очистки от почвы секции трубы во время подземной прокладки. Система содержит основную домкратную раму, включающую в себя поверхность для контакта с секцией трубы. Система также содержит комплект направляющих, соединенных c основной домкратной рамой, причем комплект направляющих обеспечивает скольжение основной домкратной рамы в продольном направлении. Система также содержит систему очистки от почвы, имеющую базовую раму, соединенную c комплектом направляющих, причем система очистки от почвы выполнена с возможностью извлечения шлама изнутри секции трубы во время подземной прокладки секции трубы, система очистки от почвы может перемещаться в продольном направлении независимо от основной домкратной рамы и включает в себя по меньшей мере один шнек, смонтированный в раме, соединенной c комплектом направляющих, которые могут перемещаться вперед и назад в продольном направлении независимо от основной домкратной рамы.[0026] In another aspect, the invention provides a system for clearing soil from a pipe section during underground installation. The system comprises a main jacking frame including a surface for contact with the pipe section. The system also contains a set of guides connected to the main jacking frame, and the set of guides ensures the sliding of the main jacking frame in the longitudinal direction. The system also contains a soil cleaning system having a base frame connected to a set of guides, and the soil cleaning system is configured to extract cuttings from inside the pipe section during underground laying of the pipe section, the soil cleaning system can move in the longitudinal direction independently of the main jacking frame and includes at least one auger mounted in a frame connected to a set of guides that can move forward and backward in the longitudinal direction independently of the main jacking frame.

[0027] В другом аспекте изобретением предложен способ очистки секции трубы от почвы внутри нее во время подземной прокладки. Способ содержит извлечение с применением системы очистки от почвы, соединенной c комплектом направляющих, шлама изнутри секции трубы во время прокладки секции трубы, причем система очистки от почвы выполнена с возможностью скольжения по комплекту направляющих. Система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к штанге системы очистки, и аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама включает в себя гидравлический двигатель.[0027] In another aspect, the invention provides a method for cleaning a section of pipe from the soil inside it during underground laying. The method comprises extracting, using a soil clearing system connected to a set of guides, cuttings from inside a pipe section during laying of a pipe section, wherein the soil clearing system is slidable along the set of guides. The soil cleaning system comprises at least one cleaning system bar, at least one auger section attached to the cleaning system bar, and an axially displaceable, rail-mounted frame attached to the cleaning system bar, the rail-mounted frame including a hydraulic engine.

[0028] Приведенное выше охватывает только некоторые из аспектов изобретения. Другие аспекты станут понятными из следующего описания по меньшей мере одной предпочтительной конфигурации для осуществления изобретения в контексте одного или более примеров. Следующий вариант осуществления изобретения не является его определением, но только примером, осуществления его патентоспособных признаков.[0028] The above covers only some of the aspects of the invention. Other aspects will become apparent from the following description of at least one preferred configuration for carrying out the invention in the context of one or more examples. The following embodiment of the invention is not its definition, but only an example of the implementation of its patentable features.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0029] Прилагаемые чертежи в составе подробного описания иллюстрируют один вариант осуществления изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов данного изобретения. На чертежах показано следующее.[0029] The accompanying drawings in the detailed description illustrate one embodiment of the invention and together with the description serve to explain the principles of the present invention. The drawings show the following.

[0030] На фиг. 1 показан вид сбоку по уровню техники для способа шнекового бурения, показана прокладка стальной трубы под землей, при этом комплект шнеков передает крутящий момент на режущую головную часть, одновременно шнеки очищают футляр от шлама внутри.[0030] FIG. 1 is a side view of the prior art for an auger drilling method, showing the laying of a steel pipe underground, with a set of augers transmitting torque to the cutting head, at the same time the augers clear the case from cuttings inside.

[0031] На фиг. 2 показан вид сбоку по уровню техники для способа забивания трубы, показана прокладка стальной трубы под землей.[0031] In FIG. 2 is a side view of the prior art for a pipe plugging method, showing the laying of a steel pipe underground.

[0032] На фиг. 3A показан вид в плане по уровню техники для способа забивание трубы с применением гидравлического молота и поджимающей системы с канатной лебедкой.[0032] FIG. 3A is a prior art plan view of a method for driving a pipe using a hydraulic hammer and a rope winch pressing system.

[0033] На фиг. 3B показана в изометрии существующая техника для способа забивания трубы с применением гидравлического молота и гидравлической поджимающей системы.[0033] FIG. 3B is an isometric view of the current technique for a pipe driving method using a hydraulic hammer and a hydraulic jacking system.

[0034] На фиг. 4A показана в изометрии схема системы для прокладки трубы под землей иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0034] FIG. 4A is an isometric diagram of an exemplary embodiment of the underground pipe system.

[0035] На фиг. 4B показана на виде сбоку схема системы для прокладки трубы под землей, иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0035] FIG. 4B is a side view diagram of an underground pipe system, an exemplary embodiment of the invention.

[0036] На фиг. 5A показан вид в плане деталей независимой линейной смещаемой системы очистки от почвы, иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0036] FIG. 5A is a detail plan view of an independent in-line displacement soil clearing system, an exemplary embodiment of the invention.

[0037] На фиг. 5B показан вид сбоку деталей независимой линейной смещаемой системы очистки от почвы, иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0037] FIG. 5B is a side view of details of an independent in-line displacement soil clearing system, an exemplary embodiment of the invention.

[0038] На фиг. 6A показан вид сбоку с сечением и детали компоновки прерывистого шнека для системы очистки от почвы иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0038] FIG. 6A shows a cross-sectional side view and layout details of an intermittent auger for a soil clearing system of an exemplary embodiment of the invention.

[0039] На фиг. 6B показан в изометрии вид деталей разобранной компоновки прерывистого шнека для системы очистки от почвы иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0039] FIG. 6B is an exploded detail view of an intermittent auger for a soil clearing system of an exemplary embodiment of the invention.

[0040] На фиг. 7A показан вид сбоку с частью в виде сечения деталей самоанкерующейся системы для гидравлических домкратов основной домкратной рамы, иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0040] In FIG. 7A shows a sectional side view of the details of a self-anchoring system for hydraulic jacking of the main jacking frame, an exemplary embodiment of the invention.

[0041] На фиг. 7B показан вид в плане с частью в виде сечения с деталями самоанкерующейся системы для гидравлических домкратов независимой линейно смещаемой системы очистки от почвы иллюстративного варианта осуществления изобретения.[0041] FIG. 7B is a sectional plan view with details of a self-anchoring system for hydraulic jacks of an independent linearly movable soil clearing system of an exemplary embodiment of the invention.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

[0042] Как показано на фиг. 4A, забойник 10 применяют для генерирования циклической силы (например, последовательности ударных динамических воздействий) на смонтированную на рельсах основную домкратную раму 12. Забойник 10 может иметь привод ударного действия от ударного пневматического молота или другого высокочастотного приводного устройства, действующего на основной домкратной раме 12 с применением любого подходящего крепежного средства (не показано). Забойник 10 может представлять собой Model No. 12-(300)-AR производства Hammerhead Trenchless Equipment. Также можно применять забойники других моделей. Домкратная рама работает при помощи комплекта гидравлических домкратов 14, который добавляет гидравлическую толкающую силу к основной домкратной раме 12. Основная домкратная рама 12 имеет поверхность для контакта с футляром 16 и передает ударную силу и гидравлическую силу на футляр 16. Секция 16 футляра может быть замещена любой продуктовой трубой, способной выдерживать и передавать ударную силу, генерируемую молотом 10. Основная домкратная рама 12 соединена с модульными основными направляющими 18 и скользит по ним, направляющие собраны вместе для достижения требуемого хода для линейного смещения основной домкратной рамы 12, зависящего от имеющегося пространства во входной выемке 20. Во время прокладки трубы систему 22 очистки от почвы (например, независимую смещающуюся систему очистки от почвы) применяют для очистки от почвы, поступающей внутрь футляра 16 по ходу прокладки. Система 22 очистки от почвы приносит вынутый материал к входной выемке 20, протаскивая его через открытую секцию или окно в основной домкратной раме 12, что обеспечивает сбор материала в являющуюся опцией ковшовую тележку 24, прикрепленную к основной домкратной раме 12. Когда ковшовая тележка 24 заполнена материалом, ее можно удалить с основной домкратной рамы 12 для разгрузки материала в назначенном месте на поверхности. Альтернативно, отвальный грунт можно сбрасывать во входной выемке без такой, являющейся опцией ковшовой тележки 24, для последующего сбора вручную или с помощью экскаватора.[0042] As shown in FIG. 4A, a hammer 10 is used to generate a cyclic force (e.g., a series of shock impacts) on a rail-mounted main jack frame 12. The hammer 10 may be driven by an impact pneumatic hammer or other high frequency drive device acting on the main jack frame 12 with using any suitable fastener (not shown). Hammer 10 may be Model No. 12-(300)-AR manufactured by Hammerhead Trenchless Equipment. You can also use hammers of other models. The jack frame operates by means of a set of hydraulic jacks 14 which adds hydraulic pushing force to the main jack frame 12. The main jack frame 12 has a surface to contact with the case 16 and transfers the impact force and hydraulic force to the case 16. The case section 16 can be replaced by any product pipe capable of withstanding and transmitting the impact force generated by the hammer 10. The main jack frame 12 is connected to and slides on the modular main rails 18, the rails are assembled together to achieve the required stroke for the linear displacement of the main jack frame 12, depending on the available space in the inlet excavation 20. During pipe laying, a soil clearing system 22 (eg, an independent moving soil clearing system) is used to clear soil that enters the interior of the case 16 along the course of laying. The soil clearing system 22 brings the excavated material to the inlet 20 by pulling it through an open section or window in the main jack frame 12, which allows the material to be collected in an optional bucket cart 24 attached to the main jack frame 12. When the bucket cart 24 is filled with material , it can be removed from the main jack frame 12 to unload material at a designated location on the surface. Alternatively, spoil material can be dumped into the inlet without such an optional bucket cart 24 for subsequent collection by hand or with an excavator.

[0043] На фиг. 4B показано, как основной узел направляющих упирается в подпорную стенку 26 для противодействия реактивным силам, генерируемым, при задавливании домкратами секций 16 футляра в грунт. Можно также применять другие способы заанкеривания для удержания основных направляющих 18 неподвижно закрепленными во входной выемке 20. Когда одна секция 16 футляра уложена, последнюю вставленную штангу 28 отцепляют от системы 22 очистки от почвы, и обе, систему 22 очистки от почвы и основную домкратную раму 12 убирают в их начальное положение для предоставления достаточного пространства для укладки другой секции 16 футляра. В качестве опции можно применять сварочную траншею 30 для представления места сварщику при сварке двух секций 16 футляра между собой. Можно также применять другие методики для соединения секций 16 футляра. Процесс повторяют до достижения первой секцией 16 футляра выходной выемки 32.[0043] FIG. 4B shows how the main rail assembly rests against the retaining wall 26 to counteract the reactive forces generated when the case sections 16 are jacked into the ground. Other anchoring methods may also be used to hold the main rails 18 fixed in the entry recess 20. When one case section 16 is in place, the last inserted rod 28 is unhooked from the soil clearing system 22, and both the soil clearing system 22 and the main jacking frame 12 are retracted to their initial position to provide sufficient space for stacking the other section 16 of the case. As an option, a welding trench 30 can be used to provide space for the welder when welding the two case sections 16 together. You can also apply other techniques to connect the sections 16 of the case. The process is repeated until the first section 16 of the case reaches the outlet recess 32.

[0044] На фиг. 5A и фиг. 5B показаны детали системы 22 очистки от почвы, которая является смонтированным на рельсах узлом других подсистем, описанной ниже. Базовую раму 22A применяют для несения всей системы очистки от почвы, и рама выполнена с возможностью скольжения по основным направляющим 18, не создавая помех пути домкратной рамы 12. Базовая рама 22A имеет короткие направляющие, прикрепленные для обеспечения скольжения поверх нее верхней рамы 22B. Относительный линейное смещение между базовой рамой 22A и верхней рамой 22B генерируется с помощью другого комплекта дополнительных гидравлических домкратов 22C. Для предотвращения относительного перемещения между базовой рамой 22A и основными направляющими 18 показана дополнительная самоанкерующаяся система 22D. Вместе с тем, самоанкерующуюся систему можно заменить любыми другими заанкеривающими системами, такими как управляемые вручную блокирующие рычаги, гидравлические замки, электрические соленоиды или другие блокирующие средства. Верхняя рама 22B также содержит футляр и ротор, смонтированный на конических роликовых подшипниках для восприятия радиальных и осевых сил. Ротор верхней рамы 22B прикреплен к валу гидравлического двигателя 22E, который обеспечивает вращение для системы очистки от почвы. Как показано на фиг. 6A, крутящий момент, обеспеченный гидравлическим двигателем 22E и толкающая /тянущая сила передаются через съемные штанги 28 системы очистки. Каждая штанга 28 системы очистки обеспечена охватываемым и охватывающим соединением и отверстием в каждом соединении для вставления штифта 38 для блокирования штанги 28 системы очистки со следующей штангой. Комплект дополнительных шнеков 34 можно последовательно добавлять в узел штанг 28 системы очистки по ходу прокладки футляра. Для бурения уплотненной почвы, входящей внутрь первой секции 16 футляра, шнековое долото 36 установлено впереди первой штанги 28 системы очистки.[0044] FIG. 5A and FIG. 5B shows details of the soil clearing system 22, which is a rail-mounted assembly of other subsystems, described below. The base frame 22A is used to carry the entire soil clearing system and the frame is designed to slide on the main rails 18 without interfering with the path of the jack frame 12. The base frame 22A has short rails attached to allow the top frame 22B to slide over it. The relative linear displacement between base frame 22A and top frame 22B is generated by another set of optional hydraulic jacks 22C. An optional self-anchoring system 22D is shown to prevent relative movement between base frame 22A and main rails 18. However, the self-anchoring system can be replaced by any other anchoring systems such as manually operated locking levers, hydraulic locks, electric solenoids or other locking means. The upper frame 22B also contains a case and a rotor mounted on tapered roller bearings to absorb radial and axial forces. The 22B top frame rotor is attached to the 22E hydraulic motor shaft, which powers the soil clearing system. As shown in FIG. 6A, the torque provided by the hydraulic motor 22E and the pushing/pulling force are transmitted through the detachable bars 28 of the cleaning system. Each cleaning system rod 28 is provided with a male and female connection and a hole in each connection for inserting a pin 38 to block the cleaning system rod 28 with the next rod. A set of additional augers 34 can be added sequentially to the rod assembly 28 of the cleaning system along the course of laying the case. To drill the compacted soil, which is inside the first section 16 of the case, the auger bit 36 is installed in front of the first rod 28 of the cleaning system.

[0045] На фиг. 6A показано сечение узла штанги 28 системы очистки с дополнительным шнеком 34. Как показано, дополнительные шнеки 34 имеют кольцевое пространство для размещения у них внутри штанги 28 системы очистки. Здесь две детали соединяются вместе с помощью резьбовых штифтов 38. Можно также применять другие способы блокировки для скрепления двух частей вместе. На фиг. 6B показан пример сборки штанг 28 системы очистки и дополнительного шнека 34 с применением резьбовых штифтов 38. [0045] FIG. 6A shows a cross-sectional view of the cleaning system rod 28 assembly with an additional screw 34. As shown, the additional screws 34 have an annulus for placement within the cleaning system rod 28. Here, the two parts are connected together with grub screws 38. Other locking methods can also be used to fasten the two parts together. In FIG. 6B shows an example of assembly of cleaning system rods 28 and additional auger 34 using grub screws 38.

[0046] На фиг. 7A показана с частью в виде сечения основная самоанкерующаяся система 40 основной домкратной рамы 12, в которой основные гидравлические домкраты 14 упираются для толкания или убирания основной домкратной рамы 12. Данный компонент изобретения можно заменить любыми другими заанкеривающими системами, такими, как управляемые вручную блокирующие рычаги, гидравлические замки, электрические соленоиды или другие блокирующие компоненты для обеспечение опоры для продавливания для основных гидравлических домкратов 14. На фиг. 7B также показано сечение с видом деталей для дополнительной самоанкерующейся системы 22D, описанной выше. В обеих самоанкерующихся системах, принцип работы основан на высвобождении замков (также называемых зацепами) из основных направляющих 18, и втягивания или выдвижения гидравлических домкратов для перехода на другую точку заанкеривания.[0046] FIG. 7A shows, in part in sectional view, the main self-anchoring system 40 of the main jack frame 12, in which the main hydraulic jacks 14 abut to push or retract the main jack frame 12. This component of the invention can be replaced by any other anchoring systems, such as manually operated locking arms, hydraulic interlocks, electric solenoids, or other interlocking components to provide push-through support for the main hydraulic jacks 14. FIG. 7B is also a sectional detail view of the optional self-anchoring system 22D described above. In both self-anchoring systems, the principle of operation is based on releasing locks (also called hooks) from the main guides 18, and retracting or extending hydraulic jacks to move to another anchoring point.

[0047] Другим признаком данного изобретения является возможность увеличения гидравлической мощности, применяемой для толкания основной домкратной рамы 12, когда требуется, задействовав дополнительные гидравлические домкраты 22C системы 22 очистки от почвы. Данное является возможным, поскольку система 22 очистки от почвы может перемещаться независимо от основной системы домкратов.[0047] Another feature of the present invention is the ability to increase the hydraulic power used to push the main jack frame 12, when required, by activating additional hydraulic jacks 22C of the soil clearing system 22. This is possible because the soil clearing system 22 can move independently of the main jacking system.

[0048] Выше описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Вместе с тем, следует понимать, что возможен отход от них и что очевидные модификации могут быть разработаны специалистом в данной области техники в технике не выходя за объем изобретения.[0048] Several embodiments of the present invention have been described above. However, it should be understood that departure from them is possible and that obvious modifications can be developed by a person skilled in the art in the art without going beyond the scope of the invention.

Claims (29)

1. Система для прокладки трубы под землей, содержащая:1. A system for laying a pipe underground, comprising: пневматический забойник, выполненный с возможностью обеспечeния ударной силы для секции трубы;a pneumatic hammer configured to provide an impact force to the pipe section; основную домкратную раму, соединенную c пневматическим забойником, причем основная домкратная рама содержит поверхность для прямого контакта с секцией трубы и ее сжатия;a main jack frame connected to a pneumatic hammer, the main jack frame comprising a surface for direct contact with and compression of the pipe section; один или более гидравлических домкратов, соединенных c основной домкратной рамой и выполненных с возможностью обеспечeния статической гидравлический силы для секции трубы, причем, статическая гидравлическая сила объединяется с ударной силой для перемещения секции трубы под землей; иone or more hydraulic jacks connected to the main jack frame and configured to provide a static hydraulic force to the pipe section, the static hydraulic force combining with an impact force to move the pipe section underground; and комплект направляющих, соединенных c основной домкратной рамой, причем комплект направляющих обеспечивает скольжение основной домкратной рамы в продольном направлении.a set of guides connected to the main jacking frame, and the set of guides ensures the sliding of the main jacking frame in the longitudinal direction. 2. Система по п. 1, дополнительно содержащая систему очистки от почвы, имеющую базовую раму, соединенную c комплектом направляющих, причем система очистки от почвы выполнена с возможностью извлечения шлама изнутри секции трубы во время подземной прокладки секции трубы, базовая рама выполнена с возможностью скольжения по комплекту направляющих независимо от основной домкратной рамы.2. The system according to claim 1, further comprising a soil cleaning system having a base frame connected to a set of guides, and the soil cleaning system is configured to extract cuttings from the inside of the pipe section during underground laying of the pipe section, the base frame is configured to slide on a set of guides, regardless of the main jacking frame. 3. Система по п. 2, в которой система очистки от почвы содержит узел из штанг и шнеков с приводом от гидравлического двигателя или другого вращательного исполнительного механизма для протаскивания шлама во время работы. 3. The system of claim 2, wherein the soil clearing system comprises an assembly of rods and augers driven by a hydraulic motor or other rotary actuator for pulling cuttings during operation. 4. Система по п. 2, в которой основная домкратная рама содержит нажимную пластину, имеющую по меньшей мере одно окно для обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы.4. The system of claim. 2, in which the main jack frame contains a pressure plate having at least one window to allow passage of cuttings behind the soil cleaning system. 5. Система по п. 2, в которой система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, прикрепленную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, и аксиально смещаемую смонтированную на рельсах раму, прикрепленную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама несет гидравлический двигатель. 5. The system of claim 2, wherein the soil clearing system comprises at least one clearing system bar, at least one auger section attached to at least one clearing system bar, and an axially movable rail-mounted frame attached to at least one boom of the cleaning system, the rail-mounted frame carrying a hydraulic motor. 6. Система по п. 5, в которой смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой.6. The system of claim. 5, in which the rail-mounted frame is moved forward and backward in the longitudinal direction by at least one hydraulic cylinder acting between the rail-mounted frame and the blocking system. 7. Система по п. 5, в которой по меньшей мере одна штанга системы очистки, по меньшей мере одна шнековая секция, и аксиально смещаемая, смонтированная на рельсах рама, выполнены с возможностью извлечения шлама из последовательных секций трубы. 7. The system of claim. 5, in which at least one rod of the cleaning system, at least one screw section, and an axially movable, rail-mounted frame, are configured to extract cuttings from successive sections of the pipe. 8. Система по п. 1, в которой пневматический забойник является высокочастотным забойником, производящим от 160 до 580 ударов в минуту.8. The system of claim. 1, in which the pneumatic hammer is a high frequency hammer producing from 160 to 580 beats per minute. 9. Система по п. 1, в которой секция трубы является стальной.9. The system of claim. 1, in which the pipe section is steel. 10. Система по п. 1, в которой секция трубы имеет диаметр 72 дюйма (183 см) или меньше.10. The system of claim 1 wherein the section of pipe is 72 inches (183 cm) in diameter or less. 11. Способ прокладки трубы под землей, в котором:11. A method for laying a pipe underground, in which: производят сжатие, с помощью основной домкратной рамы, соединенной c комплектом направляющих, и при помощи статической гидравлический силы от по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, секции трубы в упор к грунтовой поверхности, причем основная домкратная рама находится в прямом контакте с секцией трубы;compressing, by means of a main jack frame connected to a set of guides, and by means of a static hydraulic force from at least one hydraulic cylinder, a pipe section against the ground surface, with the main jack frame in direct contact with the pipe section; генерируют пневматическим забойником, присоединенным к основной домкратной раме, ударное динамическое воздействие для продвижения секции трубы в грунт; иgenerating a pneumatic hammer attached to the main jacking frame, impact dynamic action to advance the pipe section into the ground; and проталкивают основной домкратной рамой и пневматическим забойником секцию трубы в грунт, при этом push the pipe section into the ground with the main jacking frame and pneumatic hammer, while ударное динамическое воздействие и статическая гидравлическая сила объединяются для перемещения секции трубы под землей.impact dynamic action and static hydraulic force are combined to move the pipe section underground. 12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором осуществляют извлечение с применением системы очистки от почвы, соединенной c комплектом направляющих, шлама изнутри секции трубы во время прокладки секции трубы, причем система очистки от почвы может перемещаться по отношению к основной домкратной раме.12. The method according to claim 11, further comprising the step of removing, using a soil cleaning system connected to a set of guides, cuttings from inside the pipe section during laying of the pipe section, and the soil cleaning system can move relative to main jacking frame. 13. Способ по п. 12, в котором основная домкратная рама содержит нажимную пластину, имеющую по меньшей мере одно окно для обеспечения прохода шлама за системой очистки от почвы. 13. The method of claim 12, wherein the main jack frame comprises a pressure plate having at least one window to allow slurry to pass past the soil clearing system. 14. Способ по п. 11, дополнительно содержащий использование гидравлической силы для предварительного сжатия секции трубы для противодействия упругой работе секции трубы для обеспечения эффективной передачи энергии от пневматического забойника через секцию трубы.14. The method of claim 11, further comprising using a hydraulic force to precompress the pipe section to counteract the elastic operation of the pipe section to ensure efficient transfer of power from the pneumatic hammer through the pipe section. 15. Способ по п. 11, в котором постоянная сила прикладывается на грунт домкратной рамой.15. The method of claim 11 wherein a constant force is applied to the ground by the jack frame. 16. Способ по п. 11, дополнительно содержащий после прокладки секции трубы под землей присоединение одной или более дополнительных секций трубы к секции трубы для создания подземного тоннеля между входной точкой под поверхностью грунта и являющейся целью выемкой.16. The method of claim 11, further comprising after laying the pipe section underground, attaching one or more additional pipe sections to the pipe section to create an underground tunnel between the subsurface entry point and the target excavation. 17. Способ по п. 11, в котором пневматический забойник является высокочастотным забойником, производящим от 160 до 580 ударов в минуту. 17. The method of claim. 11, in which the pneumatic hammer is a high frequency hammer producing from 160 to 580 beats per minute. 18. Способ по п. 12, в котором система очистки от почвы содержит по меньшей мере одну штангу системы очистки, по меньшей мере одну шнековую секцию, присоединенную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, и аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, присоединенную к по меньшей мере одной штанге системы очистки, причем смонтированная на рельсах рама включает в себя гидравлический двигатель.18. The method of claim. 12, in which the cleaning system contains at least one rod of the cleaning system, at least one screw section attached to at least one rod of the cleaning system, and an axially movable, rail-mounted frame attached to at least one boom of the cleaning system, the rail-mounted frame including a hydraulic motor. 19. Способ по п. 18, в котором смонтированная на рельсах рама перемещается вперед и назад в продольном направлении с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра, действующего между смонтированной на рельсах рамой и блокирующей системой.19. The method of claim. 18, in which the rail-mounted frame is moved back and forth in the longitudinal direction by at least one hydraulic cylinder acting between the rail-mounted frame and the blocking system. 20. Способ по п. 18, в котором система очистки от почвы содержит по меньшей мере две штанги системы очистки, причем каждая штанга системы очистки имеет по меньшей мере одну шнековую секцию, аксиально смещаемую, смонтированную на рельсах раму, выполненную с возможностью извлечения шлама последовательно в координированном перемещении по меньшей мере двух штанг системы очистки и по меньшей мере одной шнековой секции.20. The method of claim 18, wherein the soil cleaning system comprises at least two cleaning system rods, each cleaning system rod having at least one screw section, an axially movable, rail-mounted frame configured to extract cuttings in series. in the coordinated movement of at least two rods of the cleaning system and at least one screw section. 21. Способ по п. 12, в котором система очистки от почвы содержит узел с непрерывным шнеком с приводом от гидравлического двигателя для протаскивания шлама во время работы.21. The method of claim 12, wherein the soil clearing system comprises a continuous auger assembly driven by a hydraulic motor for pulling cuttings during operation.

Images