ГлавнаяСтатьи

Бурение скважин станками ударно-канатного бурения

Бурение скважин станком УКС. При ударно-канатном бурении порода разрабатывается бурильным инструментом —долотом, который периодически сбрасывается в забой с высоты 0,4— 1 м. При каждом следующем падении долото поворачивается на 5—10°. Это происходит за счет упругого раскручивания свивки троса при его натяжении в момент подъема долота. Поворот долота при каждом ударе обеспечивает равномерную разработку породы по площади забоя.

В зависимости от размера скважины для ударно-канатного бурения применяют различные виды станков, которые по грузовым характеристикам делятся на три типа: легкие, средние и тяжелые. В мостостроении применяют только тяжелые станки.

При весе долота 3 m требуется усиление станка: укородение мачты до 12 м, усиление подкосов и других рабочих органов.

В числителе даны габаритные размеры в рабочем положении, а в знаменателе—в транспортном положении.

Все ударно-канатные станки имеют много общего. Станок УКС-30 имеет следующие основные узлы: раму станка, на которой смонтированы все механизмы, мачта и рычаги управления, а также электродвигатель с редуктором; ударный механизм, состоящий из оттяжной рамы и кривошипа и служащий для сообщения возвратно-поступательного движения долоту в скважине; инструментальную лебедку, обслуживающую долото; желоночную лебедку, применяемую для подъема и спуска желонки и обсадных труб; рычаги управления механизмами станка; механизмы для подъема мачты; мачты.

Рис. 1. Буровой станок УКС-30

Электродвигатель, установленный на станке, при помощи клино-ременной передачи приводит во вращение приводной вал. От приводного вала через зубчатые передачи получают вращение ударный механизм, желоночный и талевый барабаны. Каждый из них приводится в движение при помощи соответствующих дисковых фрикционных муфт. Ударный механизм снабжен шатунами, кривошипом и балансирной рамой. При вращении ударного механизма долото поднимается и опускается. ‘Канат инструментального барабана, огибая направляющий и оттяжной ролики внизу и инструментальный ролик наверху, соединяется с бурильным инструментом.

Электродвигатель имеет сменные шкивы разных диаметров, чтобы можно было регулировать число оборотов приводного вала, т. е. число ударов бурового инструмента. По мере углубления скважины канат, соединенный с долотом, сматывают с инструментального барабана при медленном вращении штурвала, связанного червячным регулятором. После разбуривания породы долото вынимают из скважины и опускают желонку с притормаживанием при выключенном желоночном барабане. Желонка, падая, врезается в разбуренную породу. При подъеме желонки дно ее закрывается сферическим клапаном.

При ударно-канатном бурении обсадная труба служит для предохранения стенок от обвалов. Трубу погружают забивным снарядом, который подвешивается на канате и приводится в движение ударным механизмом станка. В мягких породах труба иногда опускается в забой под действием собственного веса. Обсадные трубы диаметром до 426 мм соединяются между собой при помощи муфт. В этом случае верхний конец трубы защищают забивной головкой, которую ввинчивают в муфту. Обсадные трубы диаметром более 426 мм, выпускаемые без резьбы, соединяют между собой сваркой.

Талевый механизм состоит из кронблока, талевого блока, талевого каната и мачты (или вышки). Кронблок состоит из двух или трех роликов и является неподвижным узлом талевого механизма. Его монтируют на верхнем основании мачты на под-кронблочных брусьях. Талевый блок, который является подвижным механизмом, имеет несколько роликов (на один ролик меньше, чем в кронблоке) и крюк.

В комплект бурового станка входит также мерник для контроля формы скважины.

Мачта станка УКС-30 телескопическая, т. е. она состоит из двух частей. Верхняя часть в рабочем положении выдвигается из нижней при помощи лебедки. Для подъема и опускания мачты имеется ручная червячная лебедка. Мачта снабжается также стрелой-укосиной для обслуживания вспомогательных работ. Мачта станка УКС-54 состоит из цельного ствола и в транспортном состоянии укладывается в горизонтальное положение, так же как УКС-30. Станки УКС-30 и УКС-54 смонтированы на колесном ходу.

В мостостроении ударно-канатное бурение применяют в плотных глинах, в грунтах, содержащих валуны, а также в скальных породах.

В плотных глинах применяют двутавровое долото. Чтобы лучше выбирать породу желонкой, в скважину после каждого долбления рекомендуется подливать воду (если скважина сухая).

Бурить скважины в грунтах, содержащих валуны, тяжело, особенно если валуны встречаются в рыхлой породе. В этом случае надо стремиться не разбивать валуны, а сбить их в сторону. Для этого применяют пирамидальное долото. Валуны в твердых породах менее опасны, так как они легко разбиваются. Валуны способствуют искривлению скважины, поэтому бурение требует от бурильщика большого опыта и внимания.

Для бурения скальных пород применяют тяжелые трех- и четырехперые долота из высокопрочной стали. Трехперые долота применяют для бурения прочных пород. Вес долота, применяемого в мостостроении, доходит до 7—10 т. Чистку скважины от выбуренной породы производят желонкой 2—3 раза подряд. В первый момент после чистки забоя долото работает наиболее эффективно. По мере накопления буровой грязи (шлама) скорость проходки уменьшается. Чтобы увеличить скорость бурения, в прочных породах применяют глинистый раствор. Глинистого раствора не требуется при бурении мергелей, доломитов, гипса, мела и пород с глинистыми прослойками.

Ударно-канатным бурением можно бурить вертикальные и наклонные скважины. В настоящее время следует считать возможным бурение вертикальных скважин диаметром до 3 ж и наклонных скважин диаметром до 1,6 м при наклоне до 5 : 1.

Для наклонного бурения применяют долото с направляющими роликами и специальным цилиндром, если обсадной трубой служит железобетонная оболочка.

Преимущества ударно-канатного бурения станками УКС — простота и надежность работы: отсутствует сложное оборудование; удобен монтаж и демонтаж станка; можно бурить любые грунты. Недостатки — разбуривают и извлекают породы разными агрегатами (долотом и желонкой), что снижает производительность станка; низкая производительность.

Рис. 2. Общий вид буровой установки «Беното»: а — в рабочем положении; б — в транспортном положении; 1 — обсадная труба; 2 — грейфер-бур; 3 — гидравлические домкраты; 4 — хомут для захвата обсадной трубы

Станок УКС опробован на многих объектах и показал себя надежным и удобным в работе. При бурении скважин диаметром 1,35 м в скальных породах с пределом прочности от 500 до 1200 кг/см2 была получена техническая скорость проходки УКС-30 при весе долота 3 т в среднем 20 см в час. Коммерческая скорость проходки доходит до нескольких сантиметров в час.

При дальнейшем усовершенствовании современных буровых установок УКС из-за его низкой производительности найдет только ограниченное применение.

Бурение скважин станком «Беното». Буровой французский станок «Беното» работает по принципу ударно-канатного станка, но разработка грунта и извлечение его производятся одним агрегатом— буром-грейфером, а управление всеми операциями механизировано.

Станок состоит из станины, мачты, обсадных труб, бура-грейфера и механизмов управления с 12 гидравлическими домкратами. На станине имеются две лебедки грузоподъемностью 2,5 и 1 т. Первая служит для опускания и подъема грейфера, вторая — для вспомогательных работ. Вес станка 32 т.

Особенностями бурения скважин станком «Беното» являются погружение стальной обсадной трубы при помощи гидравлических домкратов, сообщающих ей поступательно-вращательное движение, и разработка и извлечение грунта любой плотности буром-грей-фером. Обсадные трубы — инвентарные и извлекаются по мере заполнения скважины бетонной смесью теми же гидравлическими домкратами.

Обсадные трубы состоят из отдельных секций. Каждая секция — это двухстенчатая труба с фланцами на концах. Толщина внутренней стенки 8 мм, а наружной 10 мм. Зазор между стенками — 22 мм, т. е. полная толщина стенки составляет 40 или 45 мм.

Рис. 3. Обсадная труба станка «Беното»: 1 — обсадная груба; 2— съемный болт; 3 — сердечник (до натяжения); 4 — рукоятка; 5 — стенки трубы;

В комплекте станка имеется набор труб с внутренними диаметрами 600, 800, 890 и 1000 мм. Наружные диаметры на 80 «ли 90 мм больше внутренних. Стандартная длина секции трубы 6 м. Для набора необходимой длины имеются, кроме того, секции длиной 2 и 4 м.

По мере погружения труб секции стыкуют болтами оригинальной конструкции. Болт имеет трубчатый стержень с продольными прорезями. Полная длина болта с головкой равна толщине стенки трубы —40 мм. Вo внутренней стенке трубчатого стержня болта имеется нарезка и подсажен сердечник длиной несколько меньше длины болта. Сердечник имеет форму усеченного конуса и может перемещаться вдоль болта. Для этого в головке сердечника имеется отверстие квадратного сечения. При перемещении сердечника он расширяет стержень болта, который плотно заклинивается в коническом гнезде фланца. Для того чтобы сердечник не вращался вместе с болтом, один край головки болта срезан, а в отверстиях для болтов имеется соответствующий упор. Такой болтовой стык очещз надежен и удобен в работе. Вся операция по стыкованию секций труб занимает не более 10—15 мин. Этот способ стыкования секций труб полностью вытеснил сварной стык, применявшийся до модернизации-станка, т.е. до 1955 г.

При переходе от сварного стыка к болтовому одностенчатая труба заменена двухстенчатой, что увеличило ее лобовое сопротивление при погружении. Несмотря на это, болтовое соединение с двухстенчатой обсадной трубой считается наиболее рациональным. Количество болтов зависит от диаметра трубы. Для объединения секции труб диаметром 600 и 800 мм требуется 8 болтов, а для труб диаметром 890—1000—10 болтов.

Обсадную трубу над устьем скважины обхватывает съемный хомут, который зажимает трубу при помощи домкратов. Через этот хомут трубе сообщается поступательно-вращательное движение. Два гидравлических домкрата сообщают трубе поступательное движение усилием до 30 т. три погружении направленным вниз, а при извлечении — вверх. Реактивное усилие воспринимается собственным весом станка. Два домкрата сообщают трубе вращательное движение. По мере погружения обсадной трубы съемный хомут переставляет* ся в новое положение. Поступательно-вращательное движение уменьшает силу трения поверхности трубы о грунт, и она под собственным весом и усилием от двух домкратов преодолевает лобовое сопротивление грунта и опускается вниз. Для бурения скважины не требуется насосного и компрессорного хозяйства для подмыва; не нужен также глинистый раствор для выноса разбуренной породы. Погружение -обсадной трубы происходит без резкого удара и вибрации, что очень важно при производстве работ вблизи других сооружений.

Бур-грейфер имеет удлиненную форму с направляющими ребрами на верхней части корпуса. Внутри грейфера размещен механизм раскрытия и закрытия, состоящий из тяг и шарниров с защелкой. На грейфер устанавливается съемный бур-наконечник. Вес грейфера —от 1,15 до 1,42 т.

Бур-наконечник состоит из нескольких раскрывающихся лопастей. Бур-грейфер с раскрытыми лопастями наконечника падает и врезается в грунт. Лопасти закрываются, и разработанная порода извлекается наверх. Наконечник для слабых грунтов имеет полушарообразную форму большой емкости.

В комплекте буровой установки имеются грейферы с разными наконечниками, различными по размерам и форме. Для каждого диаметра скважины имеются три типа наконечников, предназначенных для слабых, средних и тяжелых грунтов. Наконечник к грейферу крепится при помощи шпонок за 10—15 мин. Скорость разработки грунта очень высока: в слабых грунтах она достигает 15 м в час и более. В скальных породах скорость бурения доходит до 1 м в час. Например, при опытном бурении на взлетной дорожке аэродрома Орли, недалеко от Парижа, покрытие толщиной 35 см из бетона марки 500 пробуривали за 16—29 мин.

Рис. 3. Съемный хомут е гидравлическими домкратами: 1 — съемный хомут; 2 — гидравлические домкраты, сообщающие трубе вращательное движение; 3 — то же, поступательное движение

В слабых грунтах падение бура-грейфера под действием собственного веса достаточно для того, чтобы грунт заполнил наконечник. Тяжелые грунты разрабатывают несколькими ударами с раскрытыми лопастями плоской или когтевой формы. При этом применяют наконечники малой емкости, а их лопасти делают из высокопрочной хромо-никелевой стали.

Рис. 4. Схема бура-грейфера: 1 — корпус грейфера; 2 — механизмы открывания грейфера; 3 — механизмы закрывания грейфера; 4 — съемный бур

В практике строительства имеется случай, когда скважина была пробурена станком «Беното» на глубину до 100 м за один день.

Рис. 5. Уширитель станка «Беното»: а — з собранном виде; б — в рабочем положении; 1 — ствол уширителя; 2 — ножи для разработки грунта; 3 — домкраты для закрепления уширителя; 4 — обсадная труба

Буровой станок EDF-55 («Беното» выпуска 1955 г.) имеет съемное оборудование (рис. 5) для устройства уширенного основания — электрогидравлический уширитель, состоящий из цилиндрического ствола и трех раскрывающихся ножей. Уширение при помощи этого приспособления устраивают в следующей последовательности: по окончании бурения скважины бур-грейфер извлекают и поднимают обсадную трубу на высоту уширения (от 80 до 135 см в зависимости от диаметра свай); опускают уширитель и при помощи блокирующих домкратов 3 закрепляют его к обсадной трубе. Блокирующие домкраты и приводящие их в действие электродвигатель и гидравлический компрессор размещены в цилиндрическом стволе уширителя. Здесь же размещены домкраты для раскрытия ножей и электродвигатель для их вращения. После закрепления уширителя к обсадной трубе включают двигатель вращения ножей и домкраты раскрытия. При медленном вращении ножи уширителя срезают грунт. Разбуренную породу извлекают в несколько приемов тем же уширителем, используя его как грейфер. Уширитель приспособлен для работы в различных грунтах, в том числе и в насыщенных водой. Все стыки и швы уширителя герметичны. Уширитель бурового станка «Беното» пока находится в стадии освоения в производственных условиях.

Буровой станок по нормальным дорогам перевозится на колесном ходу. Для перевозки станка по слабым грунтам сконструирована специальная машина «Отари». Вес ее около 30 т. Она передвигается как шагающий экскаватор. Скорость передвижения «Отари» до 400 м в час. Давление, передаваемое на грунт, не превышает 0,2—0,4 кг/см2. Механизм шагания обеспечивает возможность изменения направления движения, бокового перемещения и поворота на месте.

Возможность перевозки станка по заболоченным местам делает его маневренным. Буровой станок также легко монтируется на плаву.

Спуск и подъем бура-грейфера, а также перемещение всей установки производятся при помощи дизельного двигателя мощностью 105—120 л. с. Все механизмы управления станком сосредоточены в кабине.

После погружения обсадной трубы до проектной глубины скважину заполняют бетонной смесью. Если необходимо, ставят арматурный каркас.

По мере укладки бетонной смеси обсадную трубу извлекают. При этом за счет вращения трубы снижается сила трения бетонной смеси о стенки, благодаря чему появление раковин или разрывов ствола сваи исключается.

В скважину, устроенную станком «Беното», можно опускать готовые железобетонные звенья-оболочки с заполнением их внутренней полости бетонной смесью. Такой способ был применен при строительстве моста в Абиджане в Африке.

По окончании бурения до извлечения обсадной трубы опускали первые секции оболочек с закрытым дном, чтобы создать плавучесть. Оболочки постепенно затапливали и наращивали последующими секциями. После опускания оболочек обсадную трубу извлекали, а пространство между наружной поверхностью оболочек и грунтом заполняли цементным раствором.

Недостатком буровой установки «Беното» является то, что невозможно бурить скважины с большим наклоном. Пока осуществлено бурение скважин с наклоном 6:1, что далеко’ не удовлетворяет практические потребности (при устройстве высоких свайных ростверков наклон свай достигает 3:1). При бурении скважин с большим наклоном усложняется технология бурения (из-за необходимости установки направляющих) и снижается эффективность работы бура-грейфера. Особенно это важно при бурении скважин в плотных грунтах.



Читать далее:
Выбор вида свай и оболочек
Проектирование фундаментов глубокого заложения
Конструкция винтовых сваи
Бурение скважин станками роторного бурения
Способы бурения скважин
Виды буровых свай
Примеры строительства фундаментов на железобетонных оболочках
Устройство уширенного основания оболочек
Бетонирование полости оболочек
Направляющие устройства и извлечение грунта из внутренней полости оболочек



Ваш отзыв


 



Главная