При необходимости оперативного и экономичного строительства трубопроводных коммуникаций в системах водоснабжения, водоотведения, газои теплоснабжения и других нашли широкое применение бестраншейные технологии [1, 2].
Эти технологии наряду с указанными свойствами обладают важной характеристикой, к которой можно отнести сохранение экологической обстановки вблизи объекта строительства за счёт полного отсутствия раскопочных земляных работ или их минимальных объёмов [3, 4].
Традиционная прокладка трубопроводов, которая реализуется путём рытья траншей на необходимую глубину, их укрепления, укрывания труб инертным материалом, засыпкой и восстановлением дорожного полотна и ландшафта, приводит к большим материальным и трудовым затратам [5].
Результаты исследования маркетологов, проводивших сравнение закрытого и открытого способов по четырём критериям, позволили сделать выводы о преимуществе бестраншейных технологий.
Это выразилось в экономии трудозатрат в три раза и восстановлении благоустройства в 1,6 раз, в сокращении сроков строительства в два раза, в экономии от реализации проекта в целом, с учётом применяемых материалов, в два раза [6].
В настоящее время наибольшее распространение находят методы бестраншейной прокладки трубопроводов: прокол, продавливание, микротоннелирование (шнековое бурение как частный случай микротоннелирования); горизонтальное направленное бурение (ГНБ); запахивание в грунт (плужный метод) [7]. Метод прокола является первой и наиболее простой разновидностью бестраншейных технологий.
Сущность этого метода заключается в образовании в грунте горизонтальной скважины за счёт воздействия домкрата, обеспечивающего продвижение первого модуля трубы с наконечником и последовательно устанавливаемых за ним последующих модулей до приёмного котлована.
Данная технология применима для малых диаметров, так как усилие, необходимое для прокола, прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины.
Метод продавливания заключается в продавливании стальных футляров в тело грунта с помощью домкратов. Для уменьшения трения футляра в грунте конец трубы оснащён ножом. В отличие от прокола, грунт не «вдавливается» в стенки скважины, а разрабатывается различными способами и выводится из забоя специальной техникой.
Бестраншейный метод прокладки трубопроводов и коммуникаций в технологии микротоннелирования осуществляется с помощью специальных домкратных станций и микрощитов с режущими органами [8, 9].
Труба «продавливается» сквозь грунт от одной станции (шахты) до другой. Расстояние между шахтами составляет от 50 до 500 м.
Однако при использовании специальных промежуточных домкратных станций это расстояние может быть увеличено в несколько раз.
Одним из достоинств метода является то, что технология микротоннелирования позволяет прокладывать криволинейные трассы с большим радиусом поворота, позволяя обходить подземные препятствия, водные объекты, авто и ж/д пути.
При реализации этой технологии применяют трубы: железобетонные, стальные, керамические и полимербетонные, которые должны обладать высокой прочностью, обеспечиваемой специальными муфтами, оказывающими незначительное сопротивление при продавливании труб в скважине. С помощью микротоннелирования могут быть осуществлены работы по бестраншейному присоединению к действующему трубопроводу боковых ветвей [10].
К основным этапам реализации технологии микротоннелирования следует отнести: подготовительный (например, изучение свойств грунта вдоль будущей трассы и т. д.); подготовка стартовой и приёмной шахт; спуск домкратной установки и монтаж микрощита в приёмной шахте; прокладка трубопровода с использованием навигационной системы управления; демонтаж оборудования.
В качестве навигационной системы, обеспечивающей высокую точность проходки микрощита и протаскиваемого за ним трубопровода, используется специальный компьютерный комплекс и электронная лазерная система управления микрощита.
В зависимости от протяжённости трассы могут применяться: система с измерительным колесом и мишенью (при длине трассы до 200 м), электронная лазерная система с гидростатическим водяным уровнем (при длине трассы от 200 до 400 м) и система с гироскопом (для проходки криволинейных участков).
Технология горизонтального направленного бурения представляет собой управляемый процесс прокладывания подземных коммуникаций на глубину до 50 м, основанный на использовании специальных буровых комплексов (установок) [11].
Длина прокладки путей может быть от нескольких метров до нескольких километров, а диаметр от 25 до 2000 мм. Скорость бурения достигает 100 м трубопроводов за смену.
Горизонтальное бурение производят при помощи специальных комплексов: бурильных машин с ходовой гусеничной частью; приспособлений для приготовления бурового раствора; навигационной системы и штанг. Буровой раствор необходим для охлаждения бура, обеспечения смазки и укрепления стенок канала.
Он состоит из бентонита, воды, полимеров и водного кондиционера. В зависимости от вида почв, требуется определённый ряд характеристик бурового раствора.
При использовании технологии применяют трубы: из полиэтилена низкого давления (ПНД) диаметрами от 25 до 1200 мм; стальные диаметрами от 50 до 2000 мм (используются в качестве защитных футляров); из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом диаметрами от 80 до 1000 мм.
К основным этапам реализации технологии горизонтального направленного бурения следует отнести: изучение свойств грунта вдоль трассы; организация места проведения работ; бурение пилотной скважины по заранее выбранной траектории, с расчётом процента изгиба буровой колонны на каждую штангу; расширение и формирование устойчивой скважины до требуемого диаметра без обвалов, засоров, пробок и т. п.; протягивание трубопровода из финишного колодца в стартовый с помощью риммерарасширителя.
В отношении эффективности методов бестраншейного строительства на тех или иных объектах, как правило, следует проводить оценку по следующим критериям: возможным диаметрам коммуникаций при прокладке; геологическим условиям, при которых возможно применение того или иного метода; максимальном расстоянии прокладки трубопроводов и стоимости работ.
Обобщив сведения из литературных источников и нормативно-технической литературы по бестраншейным методам строительства, ниже в качестве наглядности представлены графики сравнения методов по диаметрам (рис. 1).
На основании анализа рис. 1 можно констатировать, что, по сравнению с другими методами бестраншейного строительства, метод прокола имеет наименьший диапазон значения диаметров.
Это связано с тем, что усилие, необходимое для прокола, прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины.
Самый большой диапазон принадлежит микротоннелированию, который позволяет осуществлять строительство больших коллекторов (диаметром до 4000 мм).
Метод горизонтального направленного бурения лидирует по значению минимального диаметра, которое составляет 25 мм. Что касается геологических условий, то для оценки эффективности ведения работ можно использовать данные из табл.
1, где для соответствующего метода бестраншейного строительства представлен диапазон стандартных категорий грунтов (в диапазоне от I-VII).
При наличии знака «+» применение соответствующей технологии возможно, а при знаке «-» невозможно.
Таким образом, метод прокола применяют при ведении работ в глинистых и суглинистых грунтах (грунты I-III категорий), способ продавливания эффективен в грунтах I-IV категорий, а также в вечномёрзлых сезонно промерзающих грунтах, методы микротоннелирования и горизонтального направленного бурения способны справиться со всеми категориями грунтов, включая сланцы окварцованные и слюдяные, песчаник плотный, твёрдый мергелистый известняк, плотный доломит, мрамор, вечномёрзлые сезонно промерзающие грунты, такие как морёные грунты и речные отложения с содержанием крупной гальки и валунов до 70% по объёму.
На рис. 2 в качестве примера категорий грунтов представлены их некоторые типы в части гранулометрического состава и водопроницаемости, а на рис. 3 — передние части микротоннельного агрегата с режущим инструментом для различных типов грунтов.
Для сравнения максимальных длин прокладки трубопроводов различными методами без использования дополнительного оборудования для наглядности представлены сводные графики (рис. 4).
Анализ данных на рис. 4 свидетельствует, что метод прокола позволяет прокладывать трубопроводы на длину до 60 м, что почти в два раза меньше длины, реализуемой методом продавливания и равной 100 м.
Длина прокладки методом горизонтального направленного бурения может составить несколько километров. Этот метод является лидирующем по данному критерию оценки.
Максимальное расстояние для реализации метода микротоннелирования составляет 500 м.
Если производить оценку альтернативных методов по прокладке трубы, например, диаметром 600 мм, то можно констатировать следующее (табл. 2).
На первый взгляд является очевидным, что стоимости работ методом прокола и горизонтального направленного бурения являются наиболее дешёвыми.
Однако при использовании метода горизонтального направленного бурения не требуется строительства котлованов, а значит — и затрат на земляные работы, поэтому именно он будет являться самым дешёвым в сравнении с остальными. Метод микротоннелирования, напротив, будет являться самым дорогим.
Выводы
1.
Анализируя приведённые сравнительные данные по различным методам бестраншейного строительства, установлено, что методы горизонтального наклонного бурения и микротоннелирования являются наиболее перспективными; во-первых, данные методы охватывают большой спектр диаметров прокладываемых коммуникаций во всех категориях грунтов; во-вторых, они позволяют строить участки большой протяжённости, в-третьих, позволяют прокладывать трубопроводы на большой глубине.
2. Затраты на выполнение работ в случае использования технологии горизонтального направленного бурения являются самыми дешёвыми в сравнении с другими методами, так как в данном случае не требуются земляные работы.
3.
Несмотря на кажущуюся достаточно высокую стоимость работы при применении микротоннелирования, имеется ряд случаев, когда применение этого метода является наиболее выгодным, поскольку использование других альтернативных методов потребует большого количество дополнительного оборудования, а следовательно, и затрат на решение поставленной задачи. Особым аспектом, обуславливающим привлекательность данного метода, является то, что обеспечиваемый им диапазон строительства трубопроводов составляет от 200 до 4000 мм, причём в любых геологических условиях.
Преимущества прокладки труб методом ГНБ – как выполняются работы
Содержание:
Прокладывать трубопроводные коммуникации можно, не вскрывая грунт, а используя бестраншейные способы прокладки труб. Этот вариант не образует видимых нарушений участка, сохраняет целыми асфальтированные дороги, не уничтожает растительность. Реализовать такой способ сегодня можно применением одного из нескольких методов.
Преимущественные моменты прокладки труб без траншей
Чаще всего трубопроводные системы укладывают посредством вырытых траншей. Этот метод имеет некоторые существенные недостатки:
- Нарушение плодородного слоя вследствие вскрытия грунта.
- Удаление растительности, включая деревья и кустарники.
- Высокие тарифы на проводимые работы.
- Длительная подготовка.
Помимо этого канал, проходящий через дорожное полотно, невозможно проложить, не нарушив асфальтовое покрытие, что неизбежно приводит к реконструкции дороги по окончании работы. А перекрытие оживленного участка трассы может вызвать определенные трудности. Решением проблем в этом случае становится бестраншейную или закрытую прокладку коммуникационных линий, включая прокладку труб ГНБ.
Указанный метод имеет множество достоинств:
- Меньшие материальные затраты на выполнение процесса.
- Ускоренное выполнение монтажного процесса.
- Минимальные трудозатраты, включая число рабочих.
- Безопасность в экологическом плане.
- Всесезонное проведение работ (мерзлый грунт затрудняет открытую укладку труб при низкой температуре воздуха).
- Обеспечение безопасности проводимым работам.
Монтажный процесс, выполняемый на коротком участке, к примеру, под дорожным полотном, не требуют привлечения специальной техники. Процесс такой укладки достаточно прост.
Для его выполнения требуется цилиндр определенного размера и штанга с элементами наращивания. Такое устройство позволяет вручную удалять грунт, но предварительно нужно выкопать небольшие котлованы по бокам дороги, то есть на входе и выходе трубы.
Если монтаж предполагает работу на длинном участке, то необходимо привлечение специального оборудования.
Варианты закрытой прокладки
Бестраншейный способ прокладки труб используется при проведении разных коммуникационных систем:
- Кабели связи.
- Трубопроводы, транспортирующие нефть, газ и тепловые ресурсы.
- Канализация, а также холодное и горячее водоснабжение.
- Ремонтные работы на определенных участках трубопровода или замена отдельных участков трубы.
Закрытая прокладка трубопровода в настоящее время предполагает много способов исполнения. В частности выделяются следующие варианты:
- Замена устаревших трубных изделий новыми элементами (санация).
- Прокалывание грунта.
- Продавливание грунта.
- Горизонтально-направленное бурение.
Первый вариант (санация) используется при необходимости проведения ремонтных работ или требуется полная замена отдельных элементов трубопровода. Другие варианты подразумевают непосредственную укладку трубных элементов. Бестраншейная прокладка широко распространена, так как указанный способ помогает предотвратить множество проблем, возникающих при открытой укладке трубопровода.
Использование метода санации для ремонта и прокладки трубопроводов
Санация – это закрытая укладка труб, выполнение которого подразумевает замену старых элементов новыми трубными изделиями. Существует два способа выполнения процесса:
Релайнинг
Этот способ предполагает сохранение старой системы и ее использование в качестве капсулы для нового трубопровода. Перед проведением работы требуется предварительная качественная очистка трубы от лишнего мусора.
Затем в нее вставляют новый трубный элемент, имеющий меньший диаметр.
Несмотря на то, что современные трубы производятся из материалов с отличными качественными характеристиками, старая конструкция может выступить в роли дополнительной защиты, снижая риск возникновения аварий.
Релайнинговые работы можно выполнить несколькими способами, в частности втягивание трубы. Этот процесс начинается в конце старой коммуникации и до начала трубы.
На время проведения работы участок отключается от общей системы, затем в ремонтируемую трубу на этом участке вставляется новый элемент, выполненный из более технологичных материалов. Релайнинг допускает небольшое разрушение некоторых участков старого трубопровода.
«Какую трубу в канаву на заезд лучше выбрать – виды и особенности, правила укладки».
Проведение релайнинга требует обязательной замены ремонтируемого отрезка временными элементами. По окончании процесса временные элементы удаляются, а реставрированный участок подключают к системе.
Реновация
Если первый способ предполагает ремонт старых коммуникаций с частичным введением новых элементов, то в результате реновационного процесса выполняется полное обновление линий.
В некоторых случаях допускается изменение диаметра трубопровода. Реновация подразумевает разрушение устаревших элементов в процессе введения новой линии.
При этом обломившиеся части трубы, оставшиеся в земле, играют роль уплотнительной оболочки для новой системы.
Санация позволяет проводить замену коммуникаций из керамики, бетона и металла.
Монтаж труб методом прокола
Метод прокола используется чаше всего на глинистых и суглинистых почвах. Таким способом можно укладывать трубы диаметром не более 600 мм.
Максимальное расстояние, на которое можно прокладывать трубы с использованием прокола грунта, составляет 60 метров. Такая проводка предполагает уплотнение почвы вокруг трубы.
Выполнить прокол можно только с помощью специальной техники, так как для этого требуется сила в 3000 кН. Самым распространенным вариантом считается прокол и помощью гидравлического домкрата.
Чтобы уменьшить коэффициент трения и сопротивления в грунте, можно использовать наконечник в виде конуса. Основание этого элемента должно быть шире самой трубы на 2 см. Трубопроводы, имеющие небольшой диаметр, можно прокладывать без использования наконечника, прокол выполняется непосредственно трубой.
Использование конусного наконечника на трубе снижает точность прохождения. Так как при прохождении через грунт этот элемент может натолкнуться на препятствие и отклониться от намеченной линии прокола.
Прокол выполняется со скоростью 4-6 метров в час, в зависимости от сложности грунта и используемого оборудования.
Увеличить скорость движения трубы при таком способе бестраншейной прокладки помогает вибрация. Совместно с усилиями домкрата она позволяет осуществлять движение через грунт со скоростью 20-40 метров в час.
«Варианты бестраншейной прокладки труб – преимущества и недостатки способов».
Существует еще один вариант прокалывания грунта – гидропрокол. Он эффективен в том случае, когда почва поддается легкому размыву водой.
При этом способе разрушение почвы проводится направленным водяным потоком. Результатом процесса становится колодец, в который проводится укладка коммуникационных систем.
«Способы прокладки трубопроводов – открытый и закрытый, правила выполнения работ».
Метод продавливания грунта
Проведение трубопроводов бестраншейным способом также предполагает использование метода продавливания грунта. Этот вариант более эффективен при укладке стальных труб большого диаметра, до двух метров. Процесс аналогичен методу прокалывания, но продавливание выполняется открытым концом. Образующуюся в результате землю удаляют.
Необходимая степень усилия для продавливания создается гидравлическими домкратами, установленными по всей окружности трубы. Работы такого типа можно проводить на грунте с большим содержанием глины, суглинков и песка.
Оптимальная величина диаметра используемых труб может лежать в пределах от 60 см до 172 см. Прокладывать трубопроводы продавливанием грунта можно на участках шириной не более 100 метров.
Таким методом часто укладывается труба в канаву на заезд, так как это достаточно эффективный способ.
Продавливание грунта выполняется следующим образом:
- Вначале необходимо вырыть котлован.
- Затем устанавливается упорная стена, на которой крепятся домкраты.
- Соединяют один конец трубы и домкраты, расположенные на стене. Другой конец остается открытым.
- Усилия, создаваемые домкратами, переходят на трубу, ее свободный конец вдавливается в слой грунта.
- Движение детали в грунте приводит к образованию внутри земляного столба. Его удаляют с помощью лопат, имеющих длинную и короткую рукоятку, а также используя ударные пневматические приспособления.
Горизонтально-направленное бурение для прокладки труб
Бестраншейная прокладка труб также может выполняться горизонтально-направленным бурением (ГНБ) грунта. Прокладка трубы методом ГНБ выполняется с использованием буровой техники.
Бестраншейная прокладка труб с применением метода ГНБ выполняется в три этапа:
- Бурение скважины.
- Увеличение ширины скважины.
- Прокладка трубных элементов.
Выполнение прокладки труб методом горизонтального направленного бурения возможно только при помощи буровой установки, оснащенной специальным наконечником. Гибкая штанга, соединенная с наконечником, дает возможность изменять траекторию бурения.
Это особенно важно в тех ситуациях, когда необходимо предотвратить столкновение бура с естественными препятствиями в грунте. Для периодического охлаждения наконечника в процессе работы на его корпусе имеются отверстия.
Для контроля и корректировки траектории бурения наконечник оснащен навигационным аппаратом.
Ширина скважины увеличивается посредством расширителя, который устанавливается вместо наконечника. Расширение может выполняться многократно до получения необходимого диаметрального сечения скважины. При этом следует помнить, что этот параметр должен превосходить диаметр прокладываемой трубы на 30%.
Заключительный этап технологии прокладки труб методом ГНБ предполагает непосредственное протягивание трубы. Процесс заключается в следующем: на специальной штанге фиксируется плеть коммуникации и вся конструкция протягивается в скважину машиной ГНБ. Использование бурильного раствора облегчает протягивание трубных изделий по горизонтальному каналу, снижая коэффициент трения.
Проведение различных коммуникационных систем с использованием бестраншейных методов прокладки труб – это современная технология, с помощью которой можно существенно сэкономить ресурсы. При этом существует несколько способов ее реализации, которые позволяют выбрать подходящий вариант для определенного случая.
Бестраншейные технологии прокладки инженерных коммуникаций — новости строительства и развития подземных сооружений
В настоящее время, выбор оптимального способа ремонта, прокладки инженерных коммуникаций – первостепенная задача в освоении подземного пространства современных мегаполисов, для крупных городов инженерные коммуникации являются неотъемлемой частью комфортной среды обитания современного жителя мегаполиса. Существуют различные способы прокладки инженерных коммуникаций, такие как открытая прокладка, с различными видами крепления траншеи, и бестраншейная прокладка коммуникаций, которая является динамически развивающимся и наиболее перспективным направлением подземного строительства.
Бестраншейная прокладка трубопровода, США
Применение бестраншейных технологий при прокладке инженерных коммуникаций позволяет оставлять нетронутыми полезные площади и ландшафт, а также осуществлять прокладку коммуникаций, в тех случаях, когда на поверхности уже имеется искусственное сооружение и другие препятствия.
Это позволяет исключить расходы на восстановление прилегающих территорий, а так же сократить сроки проведения работ.
Таким образом, бестраншейные технологии – это термин для наименования различных методов и технологий строительства и ремонта инженерных коммуникаций, а также для других подземных работ, проводимых закрытым способом, то есть без выемки траншей и без разрушения дорожного покрытия, благоустроенных участков городской территории.
Еще вначале 80-х гг. зарубежные специалисты рассматривали неэффективность использования открытых методов строительства в коммунальном хозяйстве, которые несут различные неудобства и затраты для крупных городов.
Первое широкое ознакомление российской инженерной общественности с многообразными зарубежными технологиями бестраншейного восстановления действующих трубопроводов различного назначения и их прокладки пришлось на 90-е гг. ХХ века.
Осознание реальности, целесообразности и возможности применения бестраншейных технологий в нашей стране послужило мощным импульсом их пропаганды в последующие годы.
Горизонтально направленное бурение, США
Основные методы бестраншейных технологий
Метод прокола
Одним из первых и наиболее простых методов бестраншейных технологий является метод прокола. Суть метода заключается в образовании скважины за счет уплотнения массива грунта.
Технология работ выглядит следующим образом: сначала вырываются два котлована требуемой глубины – стартовый и приемный.
В первом устанавливается рама с домкратами, и движимая их усилием снаряженная наконечником труба, в буквальном смысле, пронзает массив грунта и постоянно удлиняемая за счет добавления новых секций, выходит в приемном котловане.
Необходимое для прокола усилие (обычно оно составляет от 150 до 2000 кН) прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины, что автоматически позиционирует эту технологию в область малых диаметров труб.
Важное значение имеют свойства грунта – пористость (чем она меньше, тем тяжелее сделать прокол) и коэффициент трения стали о грунт. Свою лепту в требуемую величину усилия вносят масса трубы и длина скважины (поэтому особенно длинные проколы нецелесообразны).
Изначально прокол был просто «механическим».
Затем появились его усовершенствования: гидропрокол (когда струя воды под давлением выходит из расположенной впереди трубы специальной насадки и, размывая грунт, помогает ей двигаться вперед) и вибропрокол (в этом случае применяются специальные источники продольно-направленных колебаний – вибромолоты).
Метод прокола
Плужный метод бестраншейной прокладки труб
Сущность метода запахивания труб состоит в плавном перемещении плуга и протягивания их через кассету. Передвижение плуга осуществляется при помощи тягача, с которым плуг соединен стальным тросом, намотанным на барабан лебедки.
Модернизированная конструкция позволяет запахивать не только пластиковые трубы, но и звенья чугунных труб с муфтовыми соединениями, имеющими тяговый замок с продольным силовым замыканием TIS-K.
При этом сила тяги, воздействующая на замок, не должна превышать 100 кН, а скорость протяжки трубопровода от 6 до 10 м/мин.
Вытесненный на поверхность грунт может заравниваться землеройной машиной или катком. Наиболее приемлем для легковытесняемых грунтов. Удобен для прокладки коммуникаций через водоемы. Применяются отечественные и импортные бестраншейные вибрационные кабеле- и трубоукладчики. По некоторым данным, производительность метода может составлять до 15 км прокладки коммуникаций в сутки.
Санация газопровода методом Феникс, Москва
Горизонтальное направленное бурение – ГНБ
Метод горизонтального бурения состоит в одновременном бурении горизонтальной скважины и прокладки в ней трубы. Скважину создает буровая коронка, насаженная на вал шнекового конвейера, который предназначен для удаления грунта из трубы и вращается с частотой 5,1…31,9 об/мин.
Труба подается в скважину полиспастом и лебедкой, приводимой в действие двигателем внутреннего сгорания. Все узлы такой установки, получившей название машины горизонтального бурения, смонтированы на общей раме.
С помощью этой установки прокладывают трубы диаметром от 100 до 1000 мм на длину 20…45 м в песчаных грунтах и до 100 мм — в глинистых.
Применяют машины разных типов, отличающиеся методом разработки грунта, способами его транспортирования внутри трубы и удаления из котлована, а также конструкцией буровой коронки. Грунт разрабатывают резанием или резанием и размывом водой под давлением.
Если конструкция машин такова, что в процессе бурения прокладываемая труба перемещается вместе с буровой машиной, установленной и закрепленной на конус трубы, то длина рабочего котлована определяется общей длиной перехода (прокладываемой трубы).
Если буровую машину устанавливают и закрепляют на отдельной деревянной раме, укладываемой на дне рабочего котлована, то его длина не превышает 15 м, что достаточно для размещения бурового оборудования и прокладываемой секции трубопровода.
Ширина котлована по дну — 2…3 м, глубина на 0,5…0,6 м больше проектного заложения трубопровода.
Способ продавливания
Сущность способа продавливания состоит в том, что трубу вдавливают в грунтовый массив открытым концом, а грунт, попадающий внутрь по мере ее продвижения, разрабатывают и удаляют средствами гидромеханизации или вручную.
Схема выполнения процесса в основном аналогична применяемой при проколе. Различие состоит лишь в том, что продавливанием прокладывают трубы диаметром от 600 до 1400 мм и на расстояние до 80 м.
Это требует установки четырех, а иногда и шести гидравличесских домкратов, усложняющих конструкцию упора, рамы для домкратов и наголовника.
Снизить усилия продавливания можно, придав режущей кромке трубы заостренную форму ножа (под углом 15…20° с утолщением ее на 50…60 мм по отношению к наружному диаметру трубы). Такие ножи в виде стальных секций длиной до 2 м применяют для прокладки железобетонных труб.
Длина проходки из одного рабочего котлована — от 30 до 80 м. Более длинные трассы делят на несколько участков. Из каждого котлована проходку ведут сначала в направлении одного участка, затем — в противоположном.
Рабочий и приемный котлованы к продавливанию труб подготавливают так же, как и при проколе. Давление от домкратов трубе передается наружными шомполами. Их так же, как и внутренние, блокируют с одной стороны со штоками домкратов или нажимной балкой, а с другой — с наголовником.
Скорость и трудоемкость проходки продавливанием зависят от диаметра трубы, длины прокладки, свойств грунта и способов его разработки.
Микротоннелирование, Польша Источник: Альбом The Wonders of Trenchless Technologies, ISTT
Шнековое бурение
Метод управляемого продавливания труб, осуществляемого с высокой степенью точности в самых разнообразных грунтах.
Этот метод позволяет проходить подземные выработки без риска обрушения забоя, избежать значительных деформаций поверхности, что особенно важно при проходке коллекторов под существующими сооружениями и коммуникациями.
Для данного метода характерны: скорость проходки до 150 м., диаметр труб от 600 мм до 1820 мм.
Микротоннелирование
Этот метод основан на строительстве тоннеля с помощью дистанционно управляемого проходческого щита, выдвигаемого из заранее подготовленной стартовой шахты. После завершения проходки (а она может вестись в прямолинейном или криволинейном направлении) его извлекают из приемной шахты.
От продавливания микротоннелирование отличается большей длиной проходки (до 500 м, а при необходимости до нескольких километров), скоростью и точностью (независимо от длины трассы она контролируется компьютерным комплексом с применением системы лазерного ведения).
А кроме того, минимизацией затрат и материальных ресурсов.
С помощью микротоннелирования можно «пробиться» через грунты любой категории – от неустойчивых суглинков и водоносных песков до скальных пород, работать в смешанном забое, не бояться появления в грунтовом массиве по трассе крупнообломочных включений, валунов, гальки и щебня. Для прокладки микротоннелированием используются самые разные трубы: полимербетонные, железобетонные, керамические, стеклопластиковые, асбестоцементные.
Санация
Способ замены труб, производимый без прекращения движения транспорта, объездов, пробок, и.т.п. Способ основан на принципе динамического удара: разрушающая головка продвигается по заменяемому трубопроводу из бетона (без арматуры), асбоцемента, ПЭ и чугуна, разрушает их. Одновременно затягивается труба такого же или большего диаметра.
Бестраншейная прокладка труб: обзор технологии работ и разбор нюансов
- При строительстве новых трубопроводов, а также при ремонте или замене старых линий коммуникаций, активно применяется бестраншейная прокладка труб.
- Разнообразие методов позволяет подобрать оптимальный способ — в зависимости от сложности участка или плотности застройки.
- В этом материале мы подробно расскажем о методах бестраншейной прокладки трубопроводов и их отличительных особенностях.
Преимущества и особенности БПТ
Очевидными преимуществами по сравнению с земляными работами при копке траншей являются следующие аспекты:
- сокращение сроков проведения работ;
- минимизация затрат на восстановление благоустройства;
- сохранение работы объектов инфраструктуры в штатном режиме;
- снижение влияния на экологически чувствительные районы.
Выбор метода бестраншейной прокладки трубопровода зависит от диаметра необходимой скважины, характеристик ландшафта и грунтов, материала укладываемых труб, наличия или отсутствия действующих коммуникаций.
Естественные водоёмы, наземная и подземная инфраструктура, зелёные насаждения и постройки не затрагиваются, если работы по строительству трубопроводов проводятся бестраншейным способом
Вариантов реализации множество, но среди них можно выделить четыре основных метода: санация, продавливание и прокол грунта, горизонтально-направленное бурение.
Реконструкция и замена трубопровода методом санации
Метод санации применяется в тех случаях, когда в процессе ревизии была выявлена необходимость полной или частичной замены имеющегося трубопровода.
При помощи санации эффективно решаются следующие проблемы:
- засорение участков трубопровода и образование трещин;
- разрушение локальных ответвлений коммуникаций корнями деревьев;
- угроза прорыва труб в результате коррозии.
В зависимости от состояния коммуникаций и поставленных задач прибегают к технологии релайнинга или реновации.
Технология релайнинга или “труба в трубе”
Релайнинг — вариант санации, применяемый для трубопроводов, в которых возможно несущественное уменьшение диаметра. Если реальный срок службы металлических труб исчерпан и есть опасения, что они работают до очередного прорыва, то их предварительно очищают от отложений кальция, ржавчины и песка.
Подготавливают полиэтиленовый вкладыш, имеющий вид рукава, который предварительно изнутри наполняют полимерным составом, равномерно распределяемым по всей длине. Этот полимерный чулок под давлением воды или воздуха расправляют внутри трубы, одновременно выворачивая его наизнанку, чтобы нанесённый ранее состав примыкал к стенкам трубопровода.
После того, как рукав заполнил весь сегмент изношенного трубопровода, под воздействием температуры проводят процесс полимеризации. В результате увеличивается как прочность коммуникаций, так и их пропускная способность.
Другая технология релайнинга подразумевает прокладывание новых полипропиленовых труб изнутри имеющихся старых. Таким способом заменяют стальные, керамические, асбестоцементные, чугунные, бетонные и железобетонные трубопроводы диаметром 200-315 мм.
Релайнинг – быстрый и экономичный способ обновления трубопровода и увеличения его пропускной способности, несмотря на незначительное уменьшение внутреннего диаметра труб
При этом требуется учитывать, что в местах соединения труб ПВХ образовывается шов около 15 мм, а от него необходимо вымерить зазор между внутренним диаметром старой трубы и внешней поверхностью трубы новой.
Из-за низкого гидравлического сопротивления пластиковых труб пропускная способность не ухудшается даже при уменьшении диаметра.
Обновление трубопроводов по технологии реновации
Ещё один вариант санации — реновация. От релайнинга отличается куда менее щадящим отношением к уже имеющимся коммуникациям, которые разрушаются и уплотняются в грунт, создавая защитную оболочку для нового трубопровода, имеющего зачастую больший диаметр.
При задействовании технологии реновации изношенные сегменты старого трубопровода разрушаются и вдавливаются в грунт, тем самым для новых коммуникаций создаётся дополнительная защитная оболочка
Для такой бестраншейной прокладки труб необходимо специализированное оборудование — используется пневмоударная машина с конусом-расширителем, оснащённым режущими рёбрами. На видео под статьёй наглядно показано, как конус справляется с трубой из 6-миллиметровой стали.
Рабочий механизм фиксируется к тяговому тросу, после чего поэтапно присоединяются модули из труб ПВХ, длина которых может колебаться от 600 до 1000 мм — в зависимости от ширины колодца. Пневматический шланг подключается к компрессору, после чего вместе со страховочным тросом пропускается через присоединённые модули.
Вход в заменяемый трубопровод расширяется и в него вводится пневмоударная машина. Перемещаясь по коммуникациям, она разламывает их, одновременно протягивая за собой укладочный материал.
Методы продавливания грунта
Продавливание грунта также выполняется значительным количеством вариаций. Это технология микротоннелирования, использование пневмопробойников, направленно-шнековое бурение, управляемый и неуправляемый прокол.
Каждый из этих способов бестраншейной укладки востребован и актуален в зависимости от места залегания коммуникаций.
Футляр для труб или метод неуправляемого прокола
При этом способе обсадная труба задавливается в грунт, при этом одновременно производится его выборка. Чаще для выборки используются шнеки, реже — сжатый воздух и размыв водой.
Неуправляемый прокол применяется при любом типе грунта, хотя могут возникать затруднения в случае несвязных грунтов и при наличии крупных камней, когда обсадная труба обжимается грунтом или блокируется её продвижение.
На стадии подготовки работ обсадная труба выставляется в котловане чётко по оси прокола. Из-за возможных препятствий траектория движения может быть скорректирована использованием двух труб, одна из которых подбирается большего диаметра, чем требуется, а уже внутри неё прокладывается плеть труб нужного диаметра.
Внешняя труба служит своеобразным футляром и защищает рабочий трубопровод, что актуально в тех случаях, когда укладка производится под железнодорожными или трамвайными путями, а также под автомагистралями с большой нагрузкой.
Одна из самых распространённых установок для бестраншейной прокладки плети труб малого диаметра.
Преимущества установки – компактность и удобство транспортировки
Разница в диаметре обычно составляет 150-250 мм, а межтрубное расстояние подлежит забутовке — заполнению цементно-песчаным раствором.
Таким образом снижается давление грунта на рабочую трубу, уменьшается нагрузка на неё от транспорта, а также обеспечивается защита от воздействия других коммуникаций, расположенных поблизости.
Длина сегментов обсадных труб колеблется от 3 до 12 метров; в процессе укладки они последовательно свариваются.
Отличия управляемого прокола
Этот способ отличается от неуправляемого прокола дополнительным использованием отклонителей — стальных пластин, закреплённых в передней части обсадной трубы. Они приподнимаются с помощью гидравлических цилиндров, тем самым корректируется направление прокола.
Установка управляемого прокола грунта УПГК-40У может применяться в колодцах диаметром до одного метра с крышкой люка до 600 мм
В обоих случаях для снижения трения применяется бентонитовый раствор, который после укладки трубопровода откачивается и после фильтрации может быть использован повторно.
Подробнее о технологии прокладки труб методом прокола можно прочесть в этом материале.
Задействование пневмопробойников в плотных грунтах
Использование пневмопробойников для прокола грунта — самый недорогой, быстрый и эффективный способ, благодаря относительно высокой точности бестраншейной проходки.
Этот метод не требует изготовления дополнительных упоров для гидравлических домкратов, в его применении используется небольшое и удобное в транспортировке оборудование, предъявляются минимальные требования по подготовке строительной площадки.
Пневмопробойник такой мощности используется для пробивки скважин диаметром от 155 мм без расширителя до 245 мм при условии использования расширителя
За счёт сжатого воздуха развивается достаточная энергия удара, под воздействием которой открытая стальная труба протяжённостью до 80 метров забивается в грунты высокой прочности. Средняя скорость прокладки при этом составляет 15 метров в час. После укладки трубы очищают от грунта водой и сжатым воздухом. Трубы большого диаметра очищаются вручную.
Преимущества технологии микротоннелирования
Процесс микротоннелирования полностью автоматизирован. Обсадные и рабочие трубы изготавливаются не только из стали, но и керамики, стекловолокна, чугуна и железобетона. Среднее расстояние проходки без переустановки домкратной станции составляет от 100 до 250 метров.
Микротоннелепроходческие комплексы позволяют прокладывать стальные и железобетонные футляры диаметром до 1700 мм в грунтах, содержащих валуны и скальные включения
Дальность дистанции колеблется от вида грунта, мощности рамы продавливания, которой оснащён микротоннельный комплекс, а также от материала используемых труб — в зависимости от того, какое усилие на сжатие труба способна выдержать.
Использование установок для направленно-шнекового бурения
Задействование бурошнековых установок является дешёвой альтернативой микротоннелированию. Такие установки позволяют прокладывать обсадные трубы с высокой точностью и соблюдением проектного уклона, что актуально для самотечных коммуникаций.
Ограничением по применению могут стать плывуны и крупные твёрдые включения грунта. Дистанция проходки обычно не превышает 80 метров.
Максимальная протяжённость скважины до переустановки бурошнекового оборудования – около 80 метров. Дальность также зависит от прочности обсадной трубы
Применение шнеков с полым валом позволяет осуществлять бурение без разработки приёмного котлована.
Метод горизонтально-направленного бурения
- Пожалуй, это самый затратный метод из всех существующих в бестраншейной прокладке труб, но и самый высокотехнологичный.
- К ГНБ прибегают не только при необходимости бурения на продолжительные расстояния и прокладки труб больших диаметров, но и в тех случаях, когда требуется проложить небольшой отрезок трубопровода с малым диаметром в непосредственной близости от частных владений или объектов культурной ценности.
- В процессе используется буровая жидкость, которая обеспечивает уменьшение трения при протяжке плети труб, поддержание разработанного грунта во взвешенном состоянии для исключения обжатия укладываемого материала, охлаждение и смазку оборудования, вынос разработанной почвы на поверхность.
Буровой раствор приготавливается посредством разбавления водой бентонита — природного минерала с комплексом специальных добавок. Получаемая суспензия предотвращает обрушение каналов, исключает необходимость частичной или полной откачки грунтовых вод, так как способна выполнять свои функции даже в проницаемых грунтах.
Горизонтально-направленное бурение в водонасыщенных грунтах требует чёткого контроля по давлению и расходу бурового раствора, а также использование в его приготовлении специальных добавок.
Так как вода для приготовления раствора забирается из расположенных в непосредственной близости водоёмов, то необходимо учитывать наличие минеральных солей и pH грунтовых вод, так как эти параметры могут оказать влияние на стабильность суспензии. Такой подход позволяет избежать неконтролируемого размыва.
Проведение работ ГНБ можно разделить на несколько этапов:
- планирование траектории бурения;
- подготовка места проведения работ;
- выполнение пилотной скважины;
- этап расширения скважины;
- обратное протягивание;
- восстановление территории.
Рассмотрим каждый пункт плана.
Этап планирования и расчёт траектории скважины
До начала бурения требуется рассчитать и запланировать траекторию прохождения скважины.
Учесть не только длину и глубину пути, но и вероятные препятствия, такие как:
- уплотняемость грунта, его пористость и липкость;
- содержание влаги и уровень грунтовых вод;
- наличие крупных камней и скальных пород;
- прилегающие к зоне бурения подземные структуры.
Определяются возможные риски и направляются уведомления аварийным службам и в Управление ГИБДД.
Даже при прокладывании коммуникаций на небольшое расстояние, необходимо точно рассчитать траекторию скважины, а также учесть возможные риски
Составляется чертёж траектории бурения или делается разметка непосредственно на поверхности территории. При серьёзном инженерном подходе учитываются углы входа и выхода бура, а также минимально допустимые радиусы кривизны плети штанг.
Наибольшая нагрузка на установку возникает при одновременном расширении пилотной скважины и прокладывании трубопровода, поэтому расчёты выполняются с поправкой на мощность оборудования.
Организация места проведения горизонтально-направленного бурения
Комплекс ГНБ доставляется на объект, выгружается, выставляется на месте проведения работ. Необходимо выверить угол наклона буровой рамы и произвести анкерное крепление установки.
Без такого крепления сам бур, его привод и буровая рама быстрее изнашиваются, поэтому пренебрегать фиксацией не стоит. Затем следует произвести тестовый запуск миксера для суспензии и двигателей установки, убедиться в стабильности соединения шлангов гидросистемы.
Выполнение пилотной скважины
Пилотное бурение заключается в прохождении всей длины траектории скважины с небольшим диаметром, достаточным для протягивания плети штанг. Первый сегмент загружается в направляющую штангу, резьбовое соединение обильно смазывается и соединяется с буровой головкой — устройством, состоящего из передатчика локационной системы, самой бурильной лопатки, а также фильтра подачи суспензии.
Затем производится подача раствора бентонита и регулировка давления — это требуется для того, чтобы убедиться, что суспензия проходит через шланги в буровую штангу, поступает в ствол, фильтр и сопла буровой головки, после чего выходит с нужным напором.
Оператор установки выполняет входное отверстие перпендикулярно поверхности грунта относительно продольной оси буровой головки, после чего производит бурение, последовательно наращивая плеть штанг.
Небольшая бригада операторов, минимум вмешательства в имеющийся ландшафт, высокая скорость строительства трубопроводов – весомые доводы в пользу ГНБ
Оператор локационной системы делает отметки позиций, глубины и угла бурения, сверяется с запланированной траекторией и наносит на план фактическую траекторию, если требуется переориентирование. После того, как бурильная головка появляется в точке выхода, пилотное бурение завершается.
Этапы расширения скважины и прокладки тоннеля
В процессе пилотного бурения формируется скважина шириной 75-100 мм, которой бывает достаточно при прокладке коммуникаций небольшого диаметра. Если диаметр скважины уже, чем требуется, то в противоположную сторону протягивают риммер-расширитель.
Зачастую этот этап объединяют с укладкой средств коммуникаций, тогда за вращающимся расширителем устанавливают вертлюг, чтобы укладываемый материал не скручивался.
В некоторых случаях, с учётом усилий, требуемых для затягивания, отдельно производится расширение скважины настолько, чтобы размер туннеля обеспечил прокладку материала нужного диаметра.
Обратное протягивание производится также с подачей буровой жидкости, чтобы снизить трение материала о стенки скважины. По мере затягивания плети на длину штанги, оператор ГНБ отключает подачу суспензии, останавливает вращение и отсоединяет штангу, после чего возобновляет работу установки.
Процедура повторяется до тех пор, пока расширитель не появится из входного отверстия скважины.
Завершение работ и восстановление озеленения
После того, как бестраншейная укладка трубопровода завершена, выключается двигатель установки, отсоединяется проложенная плеть коммуникаций, убираются соединители, вертлюг и фильтр.
Все приспособления очищаются от земли, обрабатываются водостойкой смазкой. Остатки суспензии выкачиваются, приямок засыпается и, по возможности, восстанавливается естественный или близкий к естественному ландшафт.
Выводы и полезное видео по теме
- Бурение скважины подручными средствами на частном участке:
- Видеоролик о применении метода релайнинга:
- Принцип реновации – разрушение стальной трубы:
- Пошаговая инструкция по применению компактной установки ГНБ:
Применение бестраншейного способа прокладки коммуникаций подразумевает использование специального оборудования и определённых приспособлений. Однако на небольшие расстояния можно пробурить скважину диаметром 50-100 мм, имея под рукой обычные электроприборы. Главное — правильно произвести расчёты.
Остались вопросы, нашли недочеты в нашем материале или можете дополнить его ценной информацией? Оставляйте, пожалуйста, свои комментарии в блоке под статьей.
Загрузка...
