У цій статті: чим обумовлена необхідність безтраншейних технологій; види безтраншейних технологій; технологія горизонтально-направленого буріння; технологія вібраційного буріння; технологія гідравлічного руйнування.
Прокладка і ремонт підземних комунікацій в уявленні багатьох з нас пов'язано з серйозним об'ємом робіт - риттям траншей, закладкою в них труб, наступним завалом грунтом, відсипання і утрамбовкой гравійної подушки, асфальтуванням або бетонуванням. Невід'ємними атрибутами траншейний-укладальних робіт виступають в літній і весняний час пил, в осінньо-зимовий сезон - бруд і сльота, не кажучи вже про повну неможливість використання шляхів проїзду в районі ділянки проведення робіт. Однак траншейного хаосу з усіма його атрибутами цілком можна уникнути, якщо використовувати ГНБ буріння (горизонтально-направлене).
безтраншейні технології
Епоха індустріалізації змінила міста Землі - їх розширення супроводжувалося розвитком складної системи надземних і підземних комунікацій. І якщо надземні шляхопроводи можна було ремонтувати і замінювати з мінімальними пошкодженнями, то підземні роботи по заміні труб виконувати якось інакше, ніж траншейним способом, було неможливо. 70 років тому проблема ремонту і відновлення дірявих металевих і чавунних труб, що виконують роль шляхопроводів для гарячої і холодної води, природного газу, каналізаційних стоків і т.д. стояла менш гостро, ніж в наші дні.
Як правило, бестраншейная прокладка комунікацій проводиться наступними методами:
- вібраційне (пневматичні пробійники). Застосовується як при побудові нових трубопроводів, так і для реконструкційних робіт (руйнування старих труб і їх заміна на нові). Умова використання даного обладнання - допустимість вібраційних навантажень на грунт;
- горизонтально-направлене буріння. Устаткування цього виду використовується тільки для укладання нових трубопроводів;
- гідравлічне руйнування. Найчастіше ця технологія використовується при ремонті зношених комунікацій.
Далі розглянемо докладніше способи виробництва і обладнання для безтраншейних робіт.
Горизонтально-направлене буріння
Даний метод дозволяє створювати підземні трубопроводи протяжністю від декількох метрів до багатьох кілометрів, допустимий максимальний діаметр труб - понад 1200 мм, вони можуть бути виконані як зі сталі, так і з поліетилену низького тиску (ПНД).
Машина горизонтально-направленого буріння складається з металевих рами і кузова, колісної або гусеничної ходової бази. В її кузові розташовані гідростанція, дизельний двигун, буровий лафет, система подачі штанг і панель управління машиною. Між собою машини ГНБ розрізняються по найбільшому зусиллю протягання колони штанг (вимірюється в тоннах), вигину штанговий колони (наводиться радіус) і інтенсивності витрати бентонітової розчину (вимірюється в л / хв).
Буріння ГНБ включає в себе наступні етапи: підготовка буріння; буріння пілотної свердловини; збільшення діаметра свердловини; протягування через свердловину трубопроводу; заключні роботи.
Підготовка буріння. Проводяться дослідження складу і характеристик грунту, схема існуючих підземних комунікацій, оформляються необхідні документи. З метою вибору найбільш оптимальної траєкторії проходу свердловини ділянку проведення робіт зондується в декількох місцях, в разі близькості підземних трубопроводів закладаються шурфи.
Буріння пілотної свердловини. Бурову головку, оснащену ріжучим інструментом, встановлюють на машину ГНБ. Зонд локаційної системи, розміщений всередині головки, дозволяє відстежувати її позицію, а скіс ріжучого інструменту - здійснювати кероване буріння. Під час робіт сигнали від датчика зонда приймаються локаційної установкою і виводяться на монітор оператора, керуючого машиною горизонтально-направленого буріння - виводяться дані про глибину залягання і ухилі головки бура з прив'язкою до часу. Крім того, за положенням бурової головки стежить оператор з ручним локаційним приладом, що переміщається по ділянці слідом за буром. У разі відхилення бура від розрахункової траєкторії оператор установки зупиняє обертання штанг і коригує кут скоса бурової головки.
Гнучка штанга амортизатора, колони штанг з бурової головкою, здійснює два завдання - знижує навантаження на штанги і сприяє управлінню бурової колони. Форсунки, якими оснащена бурова головка, призначені для подачі бентонітової розчину особливого складу - під час буріння його під тиском подають у свердловину через порожнисті штанги. Основні завдання бентонітової розчину: видалення породи зі стовбура свердловини; охолодження і змащення бурової колони і головки; приведення і підтримання породи в стані суспензії; стабілізація ґрунту навколо колони штанг; розмиття грунту (гідромоніторінг).
Буріння пілотної свердловини завершується виходом головки бура в проектній точці.
Збільшення діаметра свердловини. На місці виходу бурова головка від'єднується, на її місце кріпиться має більший діаметр головка розширювача, також оснащена форсунками для виходу бентонітової розчину, при розширенні свердловини подається безперервно. Обертанням і тяговим зусиллям розширювач простягається по стовбуру в зворотному напрямку, збільшуючи при цьому його діаметр до необхідного - остаточний діаметр стовбура свердловини повинен бути на 30% більше, ніж діаметр трубопроводу, який буде заведений в неї. Етапи буріння і протягування розширювача повторюються кілька разів, з кожним новим етапом діаметр головок збільшують.
Протягування трубопроводу. Труби, призначені під трубопровід, зварюються між собою заздалегідь. Після фінішного проходу бурової головки (ствол розширено до необхідного діаметра), замість неї на колону штанг послідовно встановлюють розширювальну головку, вертлюг (пристосування, що дозволяє уникнути передачі обертання від колони до труби), сережку (з'єднує вертлюг з захопленням) і захоплення з трубою. По готовності установку ГНБ запускають і вона вводить трубопровід в підготовлений стовбур свердловини.
На заключному етапі виконавець робіт готує та передає замовнику документацію, яка містить план-схему положення трубопроводу в декількох площинах з прив'язкою до орієнтирів на ділянці робіт.
Переваги горизонтально-направленого буріння:
- прокладка і ремонт трубопроводів під будь-яким рельєфом місцевості, в грунтах будь-якого типу (в т.ч. плавуни і скельні породи), в різних охоронних зонах, в складних міських умовах;
- значне скорочення числа дозвільної документації та термінів на її отримання, тому що потреба у припиненні руху по транспортним магістралям на термін проведення робіт відсутня;
- використання сучасних бурових комплексів дозволяє скоротити терміни здійснення робіт;
- не вимагає залучення важкої техніки і великого числа робочих, необхідних при веденні траншейних робіт;
- автономність машин ГНБ, тобто їм не потрібні зовнішні джерела енергії;
- рівень грунтових вод не впливає на терміни завершення робіт;
- мінімальні наслідки для екологічного балансу і ландшафту в місці проведення робіт.
Недоліки робіт ГНБ:
- якщо дистанція прокладки трубопроводу менше 2 м, то застосування даного методу буріння обійдеться дорого;
- управління машиною ГНБ і процесом буріння може проводитися тільки професіоналами - будь-які помилки різко збільшують вартість робіт;
- процес безтраншейних робіт за технологією ГНБ неможливо прискорити - роботи можуть бути виконані тільки у визначений час.
вібраційне буріння
Для здійснення буріння методом вібрації використовується спеціальний інструмент - Пневмопробойник, що дозволяє пробивати в товщі грунту як горизонтальні, так і похилі свердловини заданого діаметра. Вібраційне буріння використовується при прокладанні свердловин на відстані до 15 м і діаметром стовбура не більше 203 мм - наприклад, ними користуються, щоб створити проколи під дорогами. не розкриваючи при цьому дорожнього полотна і не зупиняючи руху транспорту.
Пневмопробойник складається з металевого корпусу, що має форму конуса, всередині нього знаходяться механізми удару, реверсування і розподілу повітря. Стисле повітря подається до пневматичної пробійником від компресора за гнучким повітряному шлангу діаметром 25 мм. Довжина шланга відповідає дистанції, на яку пробивається стовбур свердловини, а діаметр корпусу пневмопробійника - діаметру свердловини. Виробляються пневмопробійники з діаметром капсули від 44 до 203 мм.
Етапи робіт при вібраційному бурінні: підготовка котлованів; буріння свердловини; розміщення комунікацій в готової свердловині; завершення робіт.
Підготовка котлованів. Перед тим, як почати пробивання отвору за допомогою пневмопробійника, необхідно вирити стартовий і приймальний котлован - в першому капсула пневматичного пробійника буде встановлена, в другій вона вийде після пробиття отвори. Якщо необхідна довжина свердловини перевищує 15 м, то знадобитися відрити проміжні котловани через кожні 15 м - велика частина моделей пневмопробійників працює в межах цієї дистанції. Глибина котлованів повинна в десять разів перевищувати діаметр пробивається свердловини, тобто при необхідному діаметрі 44 мм глибина кожного котловану повинна скласти 440 мм і більше.
Буріння свердловини (некерований прокол). На дно стартового котловану у напрямку до приймального (проміжного) укладається напрямна, на ній встановлюється Пневмопробойник, до його корпусу підключаються повітряні шланги, що з'єднують капсулу з компресором. Після виставлення напрямки компресор запускається і Пневмопробойник, під тиском стисненого повітря починає імпульсний рух до приймального котловану зі швидкістю близько 300 мм / хв. рухаючись паралельно поверхні землі. Відхилитися в будь-який бік від заданого курсу капсула пневмопробійника не може - цьому перешкоджає її конструкція. Пройшовши свердловину Пневмопробойник виходить в приймальному котловані, після чого компресор зупиняється, стиснене повітря стравливается і шланги від'єднуються від капсули, заглушуються і простягаються через свердловину в напрямку стартового котловану.
У підготовлену свердловину заводяться комунікаційні лінії, для яких вона призначалася - кабелі або труби, діаметр яких повинен бути на 25-30% менше, ніж діаметр свердловини.
На завершальному етапі свердловина з комунікаціями наноситься на план, з прив'язкою до орієнтирів на даній ділянці.
Переваги вібраційного буріння:
- забезпечує створення підземної горизонтальної свердловини (проколу) без пошкодження будь-яких наземних покриттів і комунікаційних шляхів;
- вартість проведення робіт значно нижче, ніж при траншейному методі;
- значно менші трудовитрати і повна відсутність потреб у залученні важкої техніки;
- для роботи обладнання не потрібно опорна стінка;
- малі розміри обладнання дозволяють використовувати його в підвалах будівель;
- допускається використання в слабких грунтах і плавуни.
- в процесі роботи пневмопробійника напрямок його руху неможливо змінити;
- обмежена довжина свердловини (не більше 15 м) і діаметр її стовбура (203 мм);
- потреба в стартових, проміжних і прийомних котлованах.
Крім створення нових свердловин, пневмопробійники використовуються для заміни труб в існуючих міських комунікаціях. Капсула пневматичного пробійника встановлюється в стартовому колодязі, анкерний пристрій - в приймальному колодязі, від нього через трубу комунікацій простягається сталевий трос і закріплюється на носі капсули пневмопробійника. Під дією стисненого повітря і натягу троса капсула рухається по зношеної труби, руйнуючи її і розширюючи свердловину з одночасним затягуванням слідом за собою нових поліетиленових патрубків, нарощуваних один до одного різьбових з'єднань в стартовому колодязі. За допомогою пневмопробійника можна заводити всередину зношеної труби нову, виконану з поліетилену - зрозуміло, діаметр нової труби повинен бути менше діаметра існуючої.
гідравлічне руйнування
З використанням гідравлічних приладів проводиться два види робіт - продавлювання сталевих футлярів і руйнування труб із заміною на нові. Перший вид робіт має на увазі циклічне продавлювання труб за допомогою системи гідравлічних домкратів. Оголовье першої труби оснащується конічним ножем, розрізав грунт, виїмка якого проводиться через порожнистий стовбур, утворений трубами-штангами. Даний метод дозволяє виконати прокол в грунті для труб діаметром 1-1,4 м і довжиною до 50 м незалежно від перешкод, розташованих над ділянкою буріння.
Другий вид робіт - гідравлічне руйнування - розглянемо докладніше. На відміну від капсул пневматичних пробійників, використовуваних при вібраційному бурінні, що руйнує пробійник ( «кріт») оснащений спеціальними ножами, привід його здійснюється від гідравлічної насосної станції. Найбільший діаметр пробійника - 1200 мм, максимальна довжина проходу - 50 м.
Етапи проведення робіт: підготовка котлованів; встановлення обладнання; руйнування існуючої зношеної труби; установка нової труби, виконаної з поліетилену низького тиску.
Підготовка котлованів. Стартовий і приймальний котловани відриваються на глибину залягання комунікацій, які необхідно замінювати. Габаритні розміри приймального котловану повинні бути достатніми, щоб забезпечити вільний хід встановлюється труби, розміри стартового котловану - забезпечити вільну установку гідравлічного руйнівника і введення штанг. Стіни і дно стартового котловану необхідно ретельно вирівняти - центрування пробійника по відношенню до труби, яку належить зруйнувати, повинна бути якомога більш точною. На дно стартового котловану відсипається гравійна подушка або укладається дощатий настил - захід, що дозволяє уникнути ухилення руйнує головки в разі обводнення котловану.
Встановлення обладнання. Встановлений на металевій станині пробійник-руйнівник виставляється в котлован і центрується усередині нього за допомогою підйомного крана. Для того щоб станина пробійника не рухалася у напрямку до руйнується трубі, необхідний вертикальний упор зі сталевої плити 1200 мм на 2500 мм, товщиною не менше 15 мм - зусилля зворотної тяги приладу складає більше 50 т і при відсутності міцного упору він неминуче втягне себе в грунт . Опорна плита з одного боку оснащена вузьким вирізом, розміщених перед трубою, яку належить зруйнувати і замінити. По завершенні установки, до пробійником приєднуються шланги від гідравлічної станції, розміщеної поза котловану.
Руйнування старої труби. На цьому етапі ріжучий головка не встановлюється, в канал старої труби вводяться тільки штанги, нарощувані новими секціями до тих пір, поки їх кінець чи не з'явиться в приймальному котловані. Гнучкість штанг допускає 20 ° кут викривлення каналу трубопроводу, але не більше того.
Установка нової труби. Після виходу штанг в приймальному котловані до їх кінця кріпиться ріжучий головка, діаметр якої відповідає зовнішньому діаметру нової труби, з використанням цангового захоплення до голівці кріплять трубу, яка замінює стару. Режим роботи пробійника перемикається на зворотний, встановлюється сталевий упор. У процесі руху головка руйнують стару трубу, вдавлюючи її фрагменти в стінки каналу. Процес заміни труб триває до виходу кінця нової труби в стартовому котловані, після чого панель упору видаляють, демонтують штанги і від'єднують шланги гідравлічної системи, потім витягують пробійник з котловану. Залишається лише під'єднати нову трубу до комунікаційної мережі і цілісність трубопроводу буде відновлена.
Переваги безтраншейних робіт з використанням гідравлічних приладів:
- проводиться без пошкодження дорожнього полотна;
- укладка нової труби виконується в старий канал;
- одноразова заміна труб значного діаметра (до 1200 мм) на ділянці понад 50 м;
- допускає збільшення діаметра трубопроводу по відношенню до діаметру старого каналу;
- в порівнянні з траншейними роботами, які вимагають залучення великої кількості техніки і значною робочої сили, роботи за технологією гідравлічного руйнування виконуються меншими силами і за значно коротший термін;
- - не вимагає попереднього промивання каналу старої труби;
- - в процесі робіт відсутня вібрація;
- - роботи не супроводжуються нанесенням будь-якого екологічного шкоди.
- - необхідна підготовка котлованів;
- - більш висока вартість робіт в порівнянні з траншейними роботами.
На завершення
З урахуванням практично 90% зношеності існуючих комунальних мереж в Росії і країнах СНД, безтраншейні технології - єдиний вихід з ситуації, що склалася. Нескінченні латання протікають трубопроводів траншейним методом, зазвичай практикуються комунальними службами, давно зжили себе.
Абдюжанов Рустам, рмнт.ру
story: view | technic: - | 0.8629 | 62