Treść artykułu
- Technologie bezwykopowe
- Poziome wiercenie kierunkowe
- Wiercenie wibracyjne
- Awaria hydrauliczna
- Na końcu
W tym artykule: jaki jest powód potrzeby stosowania technologii bezwykopowych; rodzaje technologii bezwykopowych; technologia poziomego wiercenia kierunkowego; technologia wiercenia wibracyjnego; technologia pękania hydraulicznego.
Układanie i naprawa podziemnych mediów w świadomości wielu z nas wiąże się z dużym nakładem pracy – kopaniem rowów, układaniem w nich rur, późniejszym zatykaniem ziemią, zasypaniem i zagęszczaniem poduszek żwirowych, asfaltowaniem czy betonowaniem. W okresie letnim i wiosennym pył i błoto oraz błoto pośniegowe są nieodłącznymi atrybutami robót ziemnych, nie wspominając o całkowitej niemożności korzystania z podjazdów w rejonie placu budowy. Jednak chaosu okopowego ze wszystkimi jego atrybutami można całkowicie uniknąć, stosując wiercenie HDD (kierunkowe poziome).
Technologie bezwykopowe
Era industrializacji zmieniła miasta na Ziemi – ich ekspansji towarzyszył rozwój złożonego systemu komunikacji naziemnej i podziemnej. A jeśli wiadukty naziemne można naprawić i wymienić przy minimalnym uszkodzeniu, wówczas podziemne prace przy wymianie rur można by przeprowadzić w inny sposób niż przez wykopy. 70 lat temu problem naprawy i przywracania nieszczelnych rur metalowych i żeliwnych pełniących funkcję estakad dla ciepłej i zimnej wody, gazu ziemnego, ścieków itp. Był mniej dotkliwy niż obecnie.
Ponieważ można było przewidzieć problem masowego krytycznego zużycia mediów podziemnych, w 1976 r. W Stanach Zjednoczonych utworzono Narodowe Stowarzyszenie Usług Kanalizacyjnych (NASSCO), którego celem było znalezienie i opracowanie rozwiązań technicznych w zakresie bezwykopowej naprawy infrastruktury podziemnej. Z biegiem czasu podobne stowarzyszenia powstały w wielu krajach, aw 1986 roku połączyły się w International Society for Trenchless Technologies (ISTT) z siedzibą w Londynie (Wielka Brytania). Wśród uczestników ISST jest także rosyjskie przedstawicielstwo – NPO ROBT, utworzone w 1996 roku i zreformowane w 2003 roku.
Z reguły bezwykopowe układanie komunikacji odbywa się następującymi metodami:
- wibracje (stemple pneumatyczne). Służy zarówno do budowy nowych rurociągów, jak i do prac rekonstrukcyjnych (niszczenie starych rur i ich wymiana na nowe). Warunkiem użytkowania tego sprzętu jest dopuszczalność obciążeń wibracyjnych podłoża;
- poziome wiercenie kierunkowe. Sprzęt tego typu służy tylko do układania nowych rurociągów;
- zniszczenie hydrauliczne. Najczęściej ta technologia służy do naprawy zużytej komunikacji.
Następnie rozważymy bardziej szczegółowo metody produkcji i sprzęt do pracy bezwykopowej..
Poziome wiercenie kierunkowe
Metoda ta pozwala na tworzenie rurociągów podziemnych o długości od kilku metrów do wielu kilometrów, dopuszczalna maksymalna średnica rur to ponad 1200 mm, mogą być wykonane zarówno ze stali jak i polietylenu niskociśnieniowego (HDPE).
Pozioma wiertarka kierunkowa składa się z metalowej ramy i korpusu, podwozia kołowego lub gąsienicowego. W jego korpusie znajduje się stacja hydrauliczna, silnik wysokoprężny, wózek wiertniczy, układ podawania pręta i pulpit sterowniczy maszyny. Maszyny HDD różnią się między sobą największą siłą ciągnącą cięgna prętów (mierzoną w tonach), ugięciem cięgna pręta (podany jest promień) oraz prędkością przepływu roztworu bentonitu (mierzoną wl / min).
Wiercenie HDD obejmuje następujące etapy: przygotowanie wiercenia; wiercenie studni pilotażowej; wzrost średnicy studni; przeciągnięcie rurociągu przez studnię; prace końcowe.
Przygotowanie do wiercenia. Prowadzone są badania składu i właściwości gruntu, schemat istniejących uzbrojenia podziemnego, opracowywane są niezbędne dokumenty. W celu dobrania najbardziej optymalnej trajektorii przejścia studni sonduje się obszar roboczy w kilku miejscach, w przypadku bliskości rurociągów podziemnych układane są doły.
Wiercenie studni pilota. Głowica wiertarska wyposażona w narzędzie tnące jest instalowana na maszynie HDD. Sonda systemu lokalizacji, umieszczona wewnątrz głowicy, umożliwia śledzenie jej położenia, a skosu narzędzia skrawającego – w celu wykonania kontrolowanego wiercenia. Podczas pracy sygnały z czujnika sondy są odbierane przez jednostkę lokalizującą i wyświetlane na monitorze operatora sterującego poziomą wiertarką kierunkową – wyświetlane są dane o głębokości i nachyleniu głowicy wiertarki w odniesieniu do czasu. Ponadto pozycja głowicy wiertarskiej jest monitorowana przez operatora za pomocą ręcznego urządzenia lokalizującego, podążając za wiertłem przez obszar. Jeśli wiertło odbiega od obliczonej trajektorii, operator platformy zatrzymuje obrót prętów i koryguje kąt skosu głowicy wiertła.
Elastyczny drążek amortyzujący, czyli sznurek prętowy z głowicą wiertniczą, spełnia dwa zadania – zmniejsza obciążenie żerdzi i pomaga w kontrolowaniu przewodu wiertniczego. Dysze, w które wyposażona jest głowica wiertła, przeznaczone są do podawania roztworu bentonitu o specjalnym składzie – w trakcie wiercenia wprowadzany jest do studni pod ciśnieniem poprzez drążone pręty. Główne zadania roztworu bentonitu to: usuwanie skały z odwiertu; chłodzenie i smarowanie przewodu wiertniczego i głowicy; wnoszenie i utrzymywanie skały w zawieszeniu; stabilizacja gruntu wokół sznurka wędziska; erozja gleby (hydro-monitoring).
Wiercenie otworu pilotowego kończy się wysunięciem głowicy wiertła w punkcie projektowym.
Zwiększenie średnicy odwiertu. W punkcie wyjścia głowica wiertnicza jest odłączana, w jej miejsce zamocowana jest głowica rozwiertaka o większej średnicy, również wyposażona w dysze do wyprowadzania roztworu bentonitu, który jest dostarczany w sposób ciągły w trakcie rozszerzania odwiertu. Poprzez siłę obrotową i ciągnącą rozwiertak jest przeciągany wzdłuż odwiertu w przeciwnym kierunku, zwiększając jednocześnie jego średnicę do wymaganej – końcowa średnica odwiertu powinna być o 30% większa niż średnica rurociągu, który zostanie w niego włożony. Etapy wiercenia i wyciągania rozwiertaka są powtarzane kilkakrotnie, z każdym kolejnym etapem średnica głowic wzrasta.
Ciągnięcie rurociągu. Rury przeznaczone na rurociąg są wcześniej zespawane ze sobą. Po zakończonym przejściu głowicy wiertniczej (otwór jest rozszerzany do wymaganej średnicy) zamiast niej na sznurku po kolei instaluje się głowicę rozprężną, krętlik (urządzenie zapobiegające przenoszeniu obrotu ze sznurka na rurę), szeklę (łączy krętlik z chwytakiem) i chwytak do rury. Gotowa jednostka HDD jest uruchamiana i wchodzi do rurociągu do przygotowanego odwiertu.
Na ostatnim etapie wykonawca przygotowuje i przekazuje klientowi dokumentację zawierającą plan-schemat położenia rurociągu w kilku płaszczyznach z odniesieniem do punktów orientacyjnych na placu budowy.
Korzyści z poziomego wiercenia kierunkowego:
- układanie i naprawa rurociągów pod dowolnym terenem, w każdym typie gleby (w tym w pływakach i skałach), w różnych strefach bezpieczeństwa, w trudnych warunkach miejskich;
- znaczne ograniczenie liczby zezwoleń i warunków ich uzyskiwania, ponieważ nie ma potrzeby zatrzymywania ruchu na autostradach na czas prac;
- wykorzystanie nowoczesnych urządzeń wiertniczych pozwala skrócić czas pracy;
- nie wymaga zaangażowania ciężkiego sprzętu i dużej liczby pracowników potrzebnych do wykonywania wykopów;
- autonomia maszyn HDD, tj. nie potrzebują zewnętrznych źródeł energii;
- poziom wód gruntowych nie wpływa na termin zakończenia;
- minimalny wpływ na równowagę ekologiczną i krajobraz w miejscu pracy.
Wady pracy HDD:
- jeśli odległość rurociągu jest mniejsza niż 2 m, zastosowanie tej metody wiercenia będzie kosztowne;
- sterowanie maszyną HDD i procesem wiercenia mogą być wykonywane tylko przez profesjonalistów – wszelkie błędy drastycznie podnoszą koszty pracy;
- procesu pracy bezwykopowej z wykorzystaniem technologii HDD nie da się przyspieszyć – prace mogą być wykonywane tylko w przewidywanym czasie.
Wiercenie wibracyjne
Do wiercenia wibracyjnego wykorzystuje się specjalne narzędzie – stempel pneumatyczny, który umożliwia wybijanie w gruncie zarówno poziomych, jak i pochyłych odwiertów o określonej średnicy. Wiercenie wibracyjne służy do układania studni w odległości do 15 mi średnicy otworu nie większej niż 203 mm – służą na przykład do tworzenia przebić pod drogami, bez otwierania jezdni i bez zatrzymywania ruchu.
Pneumatyczny stempel składa się z metalowego korpusu w kształcie stożka, wewnątrz niego znajdują się mechanizmy uderzenia, rewersji i dystrybucji powietrza. Sprężone powietrze doprowadzane jest do stempla pneumatycznego ze sprężarki poprzez elastyczny wąż powietrzny o średnicy 25 mm. Długość węża odpowiada odległości, na jaką przebijany jest odwiert, a średnica korpusu stempla odpowiada średnicy odwiertu. Pneumatyczne stemple produkowane są ze średnicą kapsułki od 44 do 203 mm.
Etapy pracy podczas wiercenia wibracyjnego: przygotowanie dołów; wiercenie studni; umieszczenie komunikacji w gotowej studni; zakończenie pracy.
Przygotowanie dołów fundamentowych. Zanim zaczniesz dziurkować dziurkę stemplem pneumatycznym, musisz wykopać dół startowy i odbiorczy – w pierwszej zostanie zainstalowana kapsuła stempla pneumatycznego, w drugiej wyjdzie po wybiciu otworu. Jeżeli wymagana długość odwiertu przekracza 15 m, wówczas konieczne będzie otwieranie dołów pośrednich co 15 m – większość modeli stempli pneumatycznych pracuje w tej odległości. Głębokość wżerów powinna być dziesięciokrotnie większa od średnicy wykrawanego otworu, tj. przy wymaganej średnicy 44 mm głębokość każdego wykopu powinna wynosić 440 mm lub więcej.
Wiercenie studni (niekontrolowane przebicie). Prowadnicę układa się na dnie studzienki startowej w kierunku studzienki odbiorczej (pośredniej), na niej jest zainstalowany stempel pneumatyczny, do jego korpusu podłącza się węże powietrzne, łącząc kapsułę ze sprężarką. Po ustawieniu kierunku uruchamia się kompresor, a stempel pneumatyczny pod ciśnieniem sprężonego powietrza rozpoczyna impulsowy ruch do studzienki odbiorczej z prędkością około 300 mm / min, poruszając się równolegle do powierzchni gruntu. Kapsuła stempla nie może odchylać się w żadnym kierunku od ustalonego przebiegu – zapobiega temu jej konstrukcja. Po przejściu przez studnię stempel pneumatyczny wychodzi do studzienki odbiorczej, po czym kompresor zatrzymuje się, następuje odpowietrzenie sprężonego powietrza i odłączenie węży od kapsuły, wytłumienie i przeciągnięcie przez studnię w kierunku studzienki startowej.
Do przygotowanej studni doprowadzono linie komunikacyjne, do którego był przeznaczony – kable lub rury, których średnica powinna być o 25-30% mniejsza niż średnica studni.
Na ostatnim etapie na planie naniesiona jest studnia z komunikacją, z odniesieniem do punktów orientacyjnych w tym rejonie.
Zalety wiercenia wibracyjnego:
- zapewnia wykonanie podziemnego poziomego odwiertu (przebicia) bez uszkadzania powłok powierzchniowych i ciągów komunikacyjnych;
- koszt pracy jest znacznie niższy niż w przypadku metody okopowej;
- znacznie niższe koszty pracy i całkowity brak potrzeby przyciągania ciężkiego sprzętu;
- do działania urządzenia nie jest wymagana ściana nośna;
- niewielkie gabaryty sprzętu pozwalają na zastosowanie go w piwnicach budynków;
- stosowanie na glebach miękkich i mętach jest dozwolone.
- podczas pracy stempla pneumatycznego nie można zmienić kierunku jego ruchu;
- ograniczona długość odwiertu (nie więcej niż 15 m) i jego średnica (203 mm);
- potrzeba dołów startowych, pośrednich i odbiorczych.
Oprócz tworzenia nowych studni, stemple pneumatyczne służą do wymiany rur w istniejącej komunikacji miejskiej. Kapsuła pneumatycznego stempla jest zainstalowana w studni startowej, urządzenie kotwiące jest zainstalowane w studni odbiorczej, stalowy kabel jest wyciągany z niego przez rurę komunikacyjną i mocowany na nosie kapsuły pneumatycznego stempla. Pod działaniem sprężonego powietrza i naciągu kabla kapsuła przesuwa się wzdłuż wytartej rury, niszcząc ją i rozszerzając studzienkę, jednocześnie napinając nowe rury polietylenowe, które są ze sobą połączone za pomocą połączenia gwintowego w studni startowej. Za pomocą przebijaka pneumatycznego można rozpocząć nową rurę z polietylenu wewnątrz wytartej rury – oczywiście średnica nowej rury musi być mniejsza niż średnica istniejącej.
Awaria hydrauliczna
Przy pomocy urządzeń hydraulicznych wykonywane są dwa rodzaje prac – wtłaczanie stalowych obudów i niszczenie rur z wymianą na nowe. Pierwszy rodzaj pracy polega na cyklicznym wykrawaniu rur systemem siłowników hydraulicznych. Opaska na głowę pierwszej rury jest wyposażona w stożkowy nóż przecinający glebę, którego wydobycie odbywa się przez wydrążoną beczkę utworzoną przez pręty rurowe. Metoda ta pozwala na przebicie w ziemi rur o średnicy 1-1,4 mi długości do 50 m, niezależnie od przeszkód znajdujących się nad miejscem wiercenia.
Drugi rodzaj pracy – niszczenie hydrauliczne – zostanie omówiony bardziej szczegółowo. W odróżnieniu od kapsuł stempli pneumatycznych stosowanych przy wierceniu wibracyjnym, przebijak („kret”) wyposażony jest w specjalne noże i napędzany jest z pompowni hydraulicznej. Największa średnica stempla to 1200 mm, maksymalna długość przejścia to 50 m.
Etapy pracy: przygotowanie dołów fundamentowych; instalacja sprzętu; zniszczenie istniejącej, zużytej rury; montaż nowej rury z niskociśnieniowego polietylenu.
Przygotowanie dołów fundamentowych. Wgłębienia początkowe i odbiorcze są odrywane na głębokość komunikacji, którą należy wymienić. Całkowite wymiary studzienki odbiorczej powinny być wystarczające, aby zapewnić swobodny ruch zainstalowanej rury, wymiary studzienki startowej – aby zapewnić swobodną instalację młota hydraulicznego i wprowadzenie prętów. Ściany i dno wykopu startowego muszą być dokładnie wyrównane – centrowanie stempla w stosunku do niszczonej rury musi być możliwie jak najdokładniejsze. Na dno wykopu startowego wylewa się podkładkę żwirową lub kładzie się kładkę – środek zapobiegający ucieczce niszczącej głowy w przypadku zalania wykopu.
Instalacja sprzętu. Stempel wyburzeniowy, zainstalowany na metalowej ramie, jest umieszczany w wykopie i wyśrodkowany w nim za pomocą dźwigu. Aby rama stempla nie przesuwała się w kierunku niszczonej rury, wymagany jest pionowy ogranicznik wykonany z blachy stalowej 1200 mm na 2500 mm o grubości co najmniej 15 mm – siła nacisku wstecznego urządzenia przekracza 50 ton i przy braku mocnego ogranicznika nieuchronnie wbije się w ziemię … Płyta podstawy jest mocowana z jednej strony z wąskim nacięciem z przodu rury, która ma być zniszczona i wymieniona. Po zakończeniu montażu węże są podłączane do przebijaka ze stacji hydraulicznej znajdującej się poza wykopem..
Zniszczenie starej rury. Na tym etapie głowica tnąca nie jest montowana, jedynie pręty są wkładane do kanału starej rury, które są przedłużane nowymi odcinkami, aż ich koniec pojawi się w studzience odbiorczej. Elastyczność prętów pozwala na zgięcie kanału rurociągu pod kątem 20 °, ale nie więcej.
Instalowanie nowej rury. Po wyjściu prętów w studzience odbiorczej do ich końca mocowana jest głowica tnąca, której średnica odpowiada zewnętrznej średnicy nowej rury; za pomocą zacisku zaciskowego do głowicy mocowana jest rura zastępująca starą. Tryb pracy stempla jest przełączany na przeciwny, zainstalowany jest stalowy ogranicznik. W trakcie ruchu głowica niszczy starą rurę, wciskając jej fragmenty w ściany kanału. Proces wymiany rur trwa do momentu pojawienia się końca nowej rury w studzience startowej, po czym zdejmuje się panel ograniczający, pręty są demontowane, a węże układu hydraulicznego są odłączane, a następnie stempel jest wyjmowany z dołu. Pozostaje tylko podłączyć nowy rurociąg do sieci komunikacyjnej, a integralność rurociągu zostanie przywrócona.
Zalety bezwykopowych narzędzi hydraulicznych:
- wyprodukowane bez uszkadzania jezdni;
- układanie nowej rury odbywa się w starym kanale;
- jednorazowa wymiana rur o znacznej średnicy (do 1200 mm) na odcinku powyżej 50 m;
- umożliwia zwiększenie średnicy rurociągu w stosunku do średnicy starego kanału;
- w porównaniu z pracami wykopowymi, które wymagają zaangażowania dużej ilości sprzętu i znacznej siły roboczej, prace z wykorzystaniem technologii niszczenia hydraulicznego wykonywane są mniejszym nakładem pracy i znacznie krótszym czasie;
- – nie wymaga wstępnego przepłukiwania starego kanału rurowego;
- – podczas pracy nie ma wibracji;
- – pracom nie towarzyszą żadne szkody dla środowiska.
- – konieczne jest przygotowanie dołów fundamentowych;
- – wyższy koszt pracy w porównaniu do wykopów.
Na końcu
Biorąc pod uwagę prawie 90% degradacji istniejących mediów w Rosji i krajach WNP, technologie bezwykopowe są jedynym wyjściem z tej sytuacji. Niekończące się łatanie nieszczelnych rurociągów metodą wykopów powszechnie stosowaną w zakładach użyteczności publicznej już dawno straciła swoją przydatność..
Bądź pierwszy, który skomentuje ten wpis