Рис. 7.1. Установка для гидромеханического бурения

Подача воды от центробежного насоса (на рис. не показан) к насадке осуществляется двумя способами: непосредственно по прокладываемой трубе (при ее диаметре до 100 мм) или по специальному напорному шлангу, помещенному внутри прокладываемой трубы по ее оси. Необходимое давление воды в напорной магистрали зависит от характера размываемого грунта и колеблется от 2 до 8 кгс/см2 (от 0,2 до 0,8 МПа), Требуемое усилие проталкивания — 0,5—3 тс определяется диаметром и длиной прокладываемой трубы и сообщается трубе через торцовую муфту. К последней с помощью крюков прикреплен тяговый канат, который, огибая отводной блок, прикрепленный к якорю, запасовывается на барабане лебедки. Через торцовую муфту проходит к насадке напорный шланг. Труба движется в забой по направляющим роликам рамы. По мере прокладки трубу наращивают новыми звеньями при помощи внутренних нарезных муфт. Пульпа удаляется в специально отрытый сборный котлован, из которого после отстоя пульпы вода откачивается мотопомпой через заборный рукав 4. Диаметр отверстия насадки d0 (рис. 7.2) выбирают в соответствии с диаметром прокладываемой трубы D и родом разрабатываемого грунта. Так, для трубопроводов Z) = 50-f-100 мм d0 отверстия насадки составляет 18 мм при прокладке в глине, 20 мм—-в суглинке, 25 мм — в супеси; для прокладки трубопроводов D= 1504-300 мм применяют насадки с отверстиями диаметром, равным 20, 25 и 30 мм, для трубопроводов £> = 350-f-500 MM, do = 3Q-f-40 мм.

Рис. 7.2. Конические насадки для гидромеханического бурения:
а — насадка для труб малого диаметра (50—100 мм);б — насадка для труб большого диаметра (100—500 мм)

Скорость струи воды для размыва скважины должна составлять при прокладке трубопровода в песках и супесях 10—20 м/с, в суглинках —20—30 м/с, в глинах — 30—40 м/с. Скорость подачи трубы в скважину должна строго соответствовать скорости размыва грунта. При превышении оптимальной скорости подачи трубы над скоростью размыва насадка упрется в грунт, поступление воды в забой прекратится и произойдет мгновенное зажатие трубы; и наоборот, превышение скорости размыва грунта над скоростью подачи трубы приведет к образованию пустот (каверн), наличие которых способствует отклонению трубопровода от заданного направления, и вызовет просадку вышележащих слоев грунта, покрытий дорог и улиц.

Гидромеханическое бурение применяют для прокладки трубопроводов диаметром до 500 мм на длину 30—40 м в песчаных, супесчаных и глинистых грунтах. Средняя скорость проходки в зависимости от физико-механических свойств грунта и диаметра прокладываемого трубопровода — 10—20 м/ч.

При гидромеханическом бурении обеспечивается довольно высокая скорость прокладки труб без повреждения антикоррозионной изоляции. Основным недостатком этого способа бурения является возможность значительного отклонения прокладываемой трубы от проектной оси.
Установки для механического бурения скважин. Такие установки различаются по типу бурового инструмента и роду его привода, методу прокладки труб и способу удаления разрыхленного грунта из скважины.

Процесс бурения и прокладки в скважину звеньев трубопровода может быть раздельным и совмещенным. При раздельном методе вначале производится бурение скважины с последующим извлечением бурового инструмента, а затем протаскивание трубы через готовую скважину. Совмещенный метод характеризуется одновременным продвижением бурового инструмента и прокладываемой трубы.

В качестве бурового инструмента в установках используют специальные сверла и фрезерные головки, разбуривающие скважину несколько большего диаметра, чем прокладываемая труба. Крепление бурового инструмента может производиться на конце вращающейся штанги, проходящей внутри поступательно перемещаемой трубы, или наглухо на переднем торце несущей трубы, которой сообщается кроме поступательного также и вращательное движение.
В настоящее время широко распространены унифицированные шнековые установки горизонтального бурения (УГБ) с совмещенным процессом бурения и прокладки.

Их преимуществами являются:
1) высокая скорость и точность проходки при непрерывном цикле бурения и прокладки труб-кожухов в различных грунтах (до IV категории включительно);
2) возможность работы без прекращения движения по пересекаемым дорогам, так как производимая одновременно с бурением прокладка трубы-кожуха исключает осадку дорог и обрушение горизонтальной скважины;
3) возможность применения установок в любое время года (за счет сухого удаления грунта из забоя);
4) высокий уровень механизации трудоемких процессов.

Установки предназначены для прокладки под дорогами и сооружениями труб-кожухов диаметром 325—1220 мм при максимальной длине сооружаемых переходов 40—60 м. Через трубы кожухи прокладывают рабочие трубопроводы несколько меньшего диаметра— 219—1020 мм.

В ходе рабочего процесса установки осуществляют:
1) непрерывное механическое бурение фрезерной головкой горизонтальной скважины, совмещаемое с одновременной прокладкой в ней трубы-кожуха;
2) сухое непрерывное удаление разрыхленного грунта из скважины винтовым конвейером.

Установка горизонтального бурения (рис. 7.3) состоит из двигателя внутреннего сгорания мощностью 60 л. с. (44 кВт), трансмиссии, тяговой лебедки, трубы-кожуха 4 и шнека, в головной части которого закреплена буровая фрезерная головка, предназначенная для разработки горизонтальной скважины. Труба-кожух опирается на направляющие тележки 6, размещенные на дне траншеи, из которой ведется проходка. Установка удерживается от опрокидывания и поворота сопровождающим краном-трубоукладчиком, который передвигается вдоль траншеи со скоростью, равной скорости подачи машины в забой. Двигатель с механизмами привода тяговой лебедки и винтового конвейера монтируется на общей раме, установленной на заднем конце прокладываемой трубы-кожуха с помощью сменных стяжных хомутов.

Рис. 7.3. Установка горизонтального бурения типа УГБ

Установки УГБ оснащаются тяговой лебедкой с максимальным тяговым усилием 8 тс (78 кН). Лебедка предназначена для подачи установки вместе с трубой-кожухом в пробуриваемую скважину при помощи тягового полиспаста 10, имеющего кратность 2—10. Выбор кратности тягового полиспаста зависит от условий проходки. Нагрузка на тяговый полиспаст (усилие подачи) определяется диаметром и длиной прокладываемой трубы-кожуха, ее прямолинейностью, а также физико-механическими свойствами разрабатываемого грунта. Наибольшие сопротивления подаче установки в забой возникают при строительстве переходов в песчаных грунтах, легко поддающихся обрушению, в результате чего ликвидируется зазор между трубой-кожухом и скважиной. Для контроля за нагружением тягового полиспаста в его цепь включен динамометр. Если усилие подачи, приходящееся на одну ветвь полиспаста, превысит допустимое, увеличивают число ветвей. Подвижная обойма тягового полиспаста вмонтирована в переднюю часть рамы, а неподвижная 9, ориентируемая по оси траншеи, шарнирно крепится к якорю 8, заделанному в грунт насыпи в начале скважины.

Один конец каната полиспаста закрепляется в коуше рамы, а другой запасовывается на барабане (рис. 7.4) лебедки. Привод барабана осуществляется от коробки отбора мощности через цепную передачу, фрикционную муфту включения, коробку подач, карданный вал и червячный редуктор. Усилие на барабан (при прокладке трубы-кожуха) передается через кулачковую муфут, при выключении которой (во время монтажных работ и перемотке каната) барабан свободно вращается на валу. Изменение скорости вращения барабана лебедки достигается изменением передаточного числа коробки подач, обеспечивающей шесть рабочих скоростей подач и обратный ход. Торможение барабана при включенной кулачковой муфте производится эксцентриковым колодочным тормозом, установленным на конце вала червяка. При выключенной кулачковой муфте торможение производится ленточным тормозом с ручным приводом.

Скорость подачи установки в забой выбирается в соответствии с конкретными условиями проходки и зависит от частоты вращения барабана тяговой лебедки, кратности тягового полиспаста и числа рядов намотки каната полиспаста на барабан. Оптимальная скорость подачи составляет 2—5,5 м/ч при строительстве переходов в средних грунтах и 1,8—3,5 м/ч — в тяжелых.

Винтовой конвейер установки предназначен для сухой транспортировки грунта из забоя в траншею и состоит из трубы-кожуха, внутри которой помещен шнек. Длина конвейера должна соответствовать протяженности перехода. Шнек состоит из последовательно соединенных между собой секций различного диаметра: головных (центрирующих), промежуточных и транспортирующих, количество которых зависит от длины трубы-кожуха. Наибольший диаметр имеют головные секции, наименьший — транспортирующие, устанавливаемые соответственно в начале и конце трубы-кожуха. Шнек не имеет концевых и промежуточных опор, т. е. выполнен свободноплавающим. Для обеспечения нормальной работы конвейера головная секция должна выступать за пределы кожуха на 0,15—0,20 м, а транспортирующая— на 0,30—0,40 м.

Спереди головных секций шнека помещена буровая фрезерная головка (рис. 7.5), снабженная резцами 2 с пластинками из твердого сплава.

Рис. 7.4. Кинематическая схема УГБ

По краям диска головки шарнирно закреплены два откидных резца, обеспечивающие образование скважины несколько большего («а 30—50 мм) диаметра по сравнению с наружным диаметром прокладываемой трубы-кожуха. Такая разница в диаметрах позволяет значительно уменьшить лобовое сопротивление подаче установки в забой. Срезаемый буровой головкой грунт шнеком перемещается к противоположному открытому концу кожуха и высыпается на дно траншеи.

Рис. 7.5. Буровая фрезерная головка

Привод винтового конвейера осуществляется от двигателя (см. рис. 7.4) через коробку передач, двухступенчатый цилиндрический редуктор и цепную передачу. На валу привода шнека(направление винта левое) устанавливается муфта предельного момента, штифты которой срезаются при встрече буровой головки с крупными каменистыми включениями или при нарушении нормальной работы конвейера, предохраняя тем самым установку от повышенного износа, поломок и перегрузок.

Оптимальная частота вращения шнека 10—18 об/мин при разработке средних грунтов и 5—9 об/мин — тяжелых. Изменение частоты вращения шнека достигается изменением передаточного числа коробки передач, обеспечивающей пять рабочих скоростей и обратный ход.

Каждая установка в соответствии с размерами прокладываемой трубы-кожуха сооружаемого перехода комплектуется набором винтового конвейера и фрезерными головками.

Режим работы установки определяется скоростью подачи ее в забой и скоростью вращения режущей головки со шнеком и выбирается таким образом, чтобы обеспечить нормальный режим работы двигателя, не допуская его перегрузки.

Для горизонтального бурения скважин диаметром до 1420 мм и длиной до 40 м в скальных грунтах применяется установка (рис. 7.6), смонтированная на базе гусеничного трактора мощностью 108 л. с. (80 кВт). В комплект навесного оборудования входят коробка отбора мощности с ходоуменыпителем, винтовой конвейер, защитная труба-кожух, рабочий режущий орган фрезерного типа, сварочный генератор, тяговое устройство и направляющая площадка . Режущая головка рабочего органа представляет собой сварную конусную фрезу с цилиндрическим буром 8. Фреза состоит из пяти рабочих ножей, несущих режущие зубья с твердосплавными пластинками. Режущая головка установлена на переднем конце вала 6 шнека 4 винтового конвейера, предназначенного для эвакуации разработанного фрезой грунта. Шнек расположен внутри защитной трубы-кожуха диаметром до 1220 мм и состоит из отдельных секций, соединяемых в процессе бурения. Труба-кожух после проходки остается в скважине и в дальнейшем служит для защиты прокладываемых через нее коммуникаций. Привод шнека с режущей головкой осуществляется от коробки отбора мощности, обеспечивающей их вращение с частотой 4,3; 8,6 и 17,2 об/мин. Подача рабочего органа в забой производится перемещением всей машины по направляющей площадке с помощью тяговой лебедки через канатный полиспаст. Тяговое устройство обеспечивает подачу со скоростью 0,3—0,4 м/ч. В процессе бурения труба-кожух опирается на поддерживающие ролики. Оптимальные скорости подачи и вращения рабочего органа выбирают в зависимости от категории разрабатываемого грунта, диаметра сменной трубы-кожуха и длины проходки.