DETERMINING OF THE EQUIVALENT AND OPTIMUM DIAMETERS OF CONE-CYLINDER TIP WITH SOIL BROACHING SPURS

S. V. Kravets, O. P. Posmitjukha, V. M. Suponyev

Abstract


Purpose. Building of new railway tracks and facilities, repair and replacement of existent underground utilities and communications is related to the receipt of horizontal cavities in soil by trenchless method. A static soil broaching with a working body with cone tip is the most widespread method in practice of forming a pilot hole at the trenchless laying of distributive communications. However, in the process of implementation of project calculations, receipt of pilot hole and subsequent expansion to the necessary sizes, there is a question of workings effort calculation methods. Existent methods are based on empiric dependences and experimental coefficients which diminish exactness of calculations and increase the cost of works. Methodology. The work proposes the dependence for determination of equivalent diameter of cone tip depending on the hole diameter and theoretical method for calculation of optimum parameters of soil broaching head using the well-known parameters: type of soil and its humidity, that determined by the State Construction Regulations (DBN). Findings. The results of the theoretical studies can be used to increase the efficiency of the working equipment for soil broaching by static method during trenchless laying of underground utilities and communications. Originality. The authors establish the dependence of the equivalent diameter of the cone base on the diameter of the cylindrical part of the broaching head, which allows for removal of the frictional force from the static broaching on the lateral cylindrical surface of the tip. Practical value. The obtained theoretical calculations for determining the optimal diameters of the cone tip with soil broaching spurs made it possible to establish that if thediameteroftheconeisgreaterthanthemaximumdiameterofthehole (soilcavity), thenthefrontalresistanceofthecone-cylindertipincreasesmoreintensivelythantheresistanceofthecylindricalpartofthetip. The maximum reduction in the broaching force takes place for a soil cavity whose diameter is 2 times smaller than the maximum limit diameter. When conducting the calculations regarding the choice of the size of working bodies for soil broaching, the source data include the type of soil, and its characteristics by DBN, as well as the moisture content of the soil determined by traditional methods.


Keywords


analytical model; trenchless technology; static soil broaching; utilities and communications; broaching head; horizontal holes

References


Babych, Y. M., & Krus, Y. O. (2001). Mekhanika gruntiv, osnovy ta fundamenty [Manual]. Rivne: National University of Water and Environmental Engineering.

Vyalov, S. S. (1978). Reologicheskiye osnovy mekhaniki gruntov [Manual for build institutes of higher]. Moscow: Vysshaya shkola.

Goldshteyn, M. N. (1979). Mekhanicheskiye svoystva gruntov: napryazhenno-deformirovannyye kharakteristiki gruntov. Moscow: Stroizdat.

Dyakov, V. P. (1987). Usiliye vertikalnogo rezaniya pochvy. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva, 4, 34-36.

Yeshutkin, D. N., Smirnov, Y. P., Tsoy, V. I., & Isaev, V. L. (1990). Vysokoproizvoditelnyye gidropnevmaticheskiye udarnyye mashiny dlya prokladki inzhenernykh kommunikatsiy. Moscow: Stroizdat.

Zemskov, V. M., & Sudakov, A. V. (2005). Analiz issledovaniya lobovogo soprotivleniya pri bestransheynoy prokladke truboprovodov metodom prokola. Izvestiya TulGU, Seriya Podemno-transportnyye mashiny i oborudovaniye, 6, 35-38.

Kovanko, V. V., & Kovanko, O. V. (2008). Prokladannia liniino-protiazhnykh obiektiv na novii tekhnichnii osnovi. Bulletin of Engineering Academy of Ukraine, 158 (3-4), 158-162.

Kravets, S. V., Posmitjukha, O. P., & Suponyev, V. M. (2017). Analytical method for determining resistance immersing tapered tip in soil. Construction, Material Science, Mechanical Engineering. Series Lifting-transport, construction and road mashines and equipment, 103, 91-98.

Kravets, S. V., Kovanko., V. V., & Lukianchuk, O. P. (2015). Naukovi osnovy stvorennia zemleryino-yarusnykh mashyn i pidzemno rukhomykh prystroiv [Monograph]. Rivne: National University of Water and Environmental Engineering.

Kravets, S. V. (2008). Teoriia ruinuvannia robochykh seredovyshch. Rivne: National University of Water and Environmental Engineering.

Mikhelson, I. S. (2011). The definition of pressure in the ground at introduction of trenchless pining machine working tool. Vestnik Saratov State Technical University, 1 (52), 80-83.

Osnovy ta fundamenty sporud. Osnovni polozhennia proektuvannia, DBN V.2.1-10-2009 (2009). Retrieved from http://dbn.at.ua/load/normativy/dbn/dbn_v21_10_2009/1-1-0-319

Poltavtsev, I. S., Orlov, V. B., & Lyakhovich, I. F. (1977). Spetsialnyye zemleroynyye mashiny i mekhanizmy dlya gorodskogo stroitelstva. Kyiv: Budivelnyk.

Romakin, N. Y., & Malkova, N. V. (2006). Usiliye vnedreniya i optimalnyy ugol zaostreniya rabochego nakonechnika pri staticheskom prokole grunta. Construction and Road Building Machines, 10, 35-37.

Rubinshteyn, A. L. (1961). Gruntovedeniye, osnovaniya i fundamenty. Moscow: Selkhozgiz.

Suponev, V. N., Oleksin, V. I., & Khachaturyan S. L. (2016). Investigation of changes in the state of ground around the horizontal well while it is being made using the method of static puncture. Bulletin of Kharkiv National Automobile and Highway University, 73, 196-202.

Timoshenko, V. K. (1969). Opredeleniye formy nakonechnika, obespechivayushchey minimalnoye usiliye prokola. Stroitelstvo truboprovodov, 3, 18-20.

Najafi, M., & Ma, B. (Eds.). (2009). ICTPP 2009: Advances and Experiences with Pipelines and Trenchless Technology for Water, Sewer, Gas, and Oil Applications. American Society of Civil Engineers.

Najafi, M. (2012). Trenchless Technology: Planning, Equipment, and Methods (1st ed.). New York: McGraw Hill Professional.

Bian, Z. J. L. (2014). Trenchless technology underground pipes (Chinese Ed.). Machinery Industry Press.


GOST Style Citations


  1. Бабич, Є. М. Механіка ґрунтів, основи та фундаменти : підручник / С. М. Бабич, Ю. О. Крусь. – Рівне : Вид-во РДТУ, 2001. – 367 с.
  2. Вялов, С. С. Реологические основы механики грунтов : учеб. пособие для строит. вузов / С. С. Вялов. – Москва : Высш. шк., 1978. – 447 с.
  3. Высокопроизводительные гидропневматические ударные машины для прокладки инженерных коммуникаций / Д. Н. Ешуткин, Ю. П. Смирнов, В. И. Цой, В. Л. Исаев ; под ред. Д. Н. Ешуткина. – Москва : Стройиздат, 1990. – 176 с.
  4. Гольдштейн, М. Н. Механические свойства грунтов: напряженно-деформированные характеристики грунтов / М. Н. Гольдштейн. – Москва : Стройиздат, 1979. – 304 с.
  5. ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти споруд. Основні положення проектування [Електронний ресурс]. – Київ : Мінрегіонбуд України, 2009. – 161 с. – Режим доступу: http://dbn.at.ua/load/normativy/dbn/dbn_v21_10_2009/1-1-0-319. – Назва з екрана. – Перевірено : 19.07.2017.
  6. Дьяков, В. П. Усилие вертикального резания почвы / В. П. Дьяков // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. – 1987. – № 4. – С. 34–36.
  7. Земсков, В. М. Анализ исследования лобового сопротивления при бестраншейной прокладке трубопроводов методом прокола / В. М. Земсков, А. В. Судаков // Изв. ТулГУ. Серия: «Подъёмно-транспортные машины и оборудование» : сб. науч. тр. – Тула, 2005. – Вып. 6. – С. 35–38.
  8. Кованько, В. В. Прокладання лінійно-протяжних об’єктів на новій технічній основі / В. В. Кованько, О. В. Кованько // Вісн. інженерної акад. України. – 2008. – № 3/4. – С. 158–162.
  9. Кравець, С. В. Аналітичний спосіб визначення опору занурення конусного наконечника в ґрунт / С. В. Кравець, О. П. Посмітюха, В. Н. Супонєв //Строительство. Материаловедение. Машиностроение. Серия: Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование : сб. науч. тр. / Приднепров. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днипро, 2017. – Вып. 103. – С. 91–98.
  10. Кравець, С. В. Наукові основи створення землерийно-ярусних машин і підземно рухомих пристроїв : монографія / С. В. Кравець., В. В. Кованько, О. П. Лук’янчук. – Рівне : НУВГП, 2015. – 319 с.
  11. Кравець, С. В. Теорія руйнування робочих середовищ : навч. посіб. / С. В. Кравець. – Рівне : НУВГП, 2008. – 124 с.
  12. Михельсон, И. С. Определение напряжений в грунте при внедрении рабочего инструмента бестраншейной прокладывающей машины / И. С. Михельсон // Вестн. Саратов. гос. техн. ун-та. – Саратов, 2011. – Вып. 1. – С. 80–84.
  13. Полтавцев, И. С. Специальные землеройные машины и механизмы для городского строительства / И. С. Полтавцев, В. Б. Орлов, И. Ф. Ляхович. – Киев : Будівельник, 1977. – 136 с.
  14. Ромакин, Н. Е. Усилие внедрения и оптимальный угол заострения рабочего наконечника при статическом проколе грунта / Н. Е. Ромакин, Н. В. Малкова // Строительные и дорожные машины. – 2006. – № 10. – С. 35–37.
  15. Рубинштейн, А. Л. Грунтоведение, основания и фундаменты : учеб. пособие для вузов /А. Л. Рубинштейн. – Москва : Сельхозгиз, 1961. – 312 с.
  16. Супонев, В. Н. Исследование процесса изменения состояния грунта вокруг горизонтальной скважины после её формирования методом статического прокола грунта / В. Н. Супонев, С. Л. Хачатурян, В. И. Олексин // Вестн. Харьков. нац. автомоб.-дор. ун-та : сб. науч. тр. / Харьков. нац. автомоб.-дор. ун-т, Сев.-Вост. науч. центр трансп. акад. Украины. – Харьков, 2016. – Вып. 73. – С. 196–202.
  17. Тимошенко, В. К. Определение формы наконечника, обеспечивающей минимальное усилие прокола / В. К. Тимошенко // Строительство трубопроводов. – 1969. – № 3. – С. 18–20.
  18. ICTPP 2009: Advances and Experiences with Pipelines and Trenchless Technology for Water, Sewer, Gas, and Oil Applications / Edited by Mohammad Najafi and Baosong Ma. – Shanghai, China, 2009. – 2137 p.
  19. Najafi, М. Trenchless Technology: Planning, Equipment, and Methods / Mohammad Najafi. – [s. l.], 2012. – 608 р.
  20. Trenchless technology underground pipes / by Zhao Jun Ling Bian. – [s. l.], 2014.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2017/109483

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)