Бестраншейная реконструкция изношенных сетей

06.09.2024

В. Клещев

В условиях роста и расширения городов, устойчивого развития инфраструктуры, промышленных предприятий, транспортных и коммуникационных сетей все большую актуальность приобретают инновационные технологии строительства новых и реконструкции действующих трубопроводов. Россия занимает одно из первых мест по протяженности трубопроводных сетей, при этом более половины из них проложены 25-50 лет тому назад, то есть нуждаются в реконструкции и обновлении. Статистические данные показывают, что количество аварий на трубопроводах год от года увеличивается в 1,7-2 раза, что влечет за собой значительный экологический, материальный ущерб. Износ сетей и оборудования (27,3%), а также нарушения правил эксплуатации и строительства трубопроводных сетей (24,8%) являются одними из важнейших причин техногенных аварий на трубопроводах.

Старение подземных трубопроводных коммуникаций различного назначения приводит:

• к потерям напора и снижению пропускной способности из-за зарастания труб;
• к ухудшению физико-химических показателей транспортируемой среды;
• к загрязнению подземных и поверхностных вод, почв, атмосферы (в случае старения нефтяных и газовых коммуникаций, водоотводящих сетей бытовой, дождевой и производственной канализации); (1)
• к авариям на тепловых сетях, способным причинить не только материальный ущерб, но и создать угрозу для жизни и здоровья людей, находящихся вблизи прорыва;
• разрушению эксплуатируемых зданий и действующих сооружений инженерной инфраструктуры.

В условиях плотной городской застройки (особенно в исторических центрах), обновление аварийных и изношенных сетей траншейным методом зачастую невозможно. В последние десятилетия в сфере строительства, ремонта и реконструкции городских коммунальных систем появилось новое перспективное направление, получившее название бестраншейной технологии. Бестраншейный метод является в этом случае самым приемлемым, надежным, технологичным и экономичным способом, обеспечивающим наиболее эффективный результат в условиях ограниченного пространства, интенсивного транспортного потока и высокой плотности проложенных подземных коммуникаций.

Поэтому повышение надежности работы подземных трубопроводов, предупреждение износа, возможность оперативного ремонта и ликвидации последствий аварий на сетях являются важными и актуальными как для городских служб, так и для рядовых потребителей.

Технология бестраншейного ремонта трубопроводов имеет ряд преимуществ:

• ее применение возможно в условиях плотной городской застройки;
• ее применение возможно в нестабильных грунтовых условиях;
• снижаются повреждения существующих коммуникаций;
• исключаются затраты по переносу существующих коммуникаций;
• не требуется перекрытие транспортного потока;
• снижается стоимость работ и сроков строительства объектов;
• сохраняются твердые покрытия и зеленые насаждения.

На сегодняшний день существует довольно много технологий по бестраншейной санации и ремонту трубопроводов, а также производителей, предлагающих различные решения в этой области. С технической точки зрения интересен опыт швейцарской компании "TERRA AG", разработавшей методы замены старых трубопроводов с помощью:

• гидравлического разрушителя;
• тросовой лебедки;
• пневмопробойника ("земляной ракеты").

Замена старого трубопровода при помощи гидравлического разрушителя

Гидравлические разрушители TERRA-HYDROCRACK HC 600 S+ и C+ развивают тяговое усилие 60 тонн, достаточное для одновременного безударного разрушения старого трубопровода и протягивания новой трубы того же или большего (в 1,5 - 2 раза) диаметра (Фото 1). Замена изношенного трубопровода производится по участкам, ограниченным специально отрытыми котлованами. Эти разрушители позволяют раскалывать или разрезать трубы из полиэтилена, стали, керамики, чугуна и ковкого чугуна размерами от d 50 до d 350 мм на максимальное расстояние 170 м. Максимальный диаметр затягиваемой трубы - d 355 мм. Радиус изгиба штанг при диаметре d 47 мм составляет 17 м, что позволяет разрушать трубы даже по кривой траектории. Версия разрушителя HC 600 S+ оснащена сиденьем для оператора, которое при необходимости может демонтироваться.

Фото 1. Штанговый разрушитель TERRA-HYDROCRACK HC 600 C+ (комфортная версия).

Фото 2. Штанговый разрушитель TERRA-HYDROCRACK HC 600 S+ (короткая версия) в рабочем котловане.

Порядок работы

В стартовом котловане устанавливается штанговый разрушитель, штанги последовательно соединяются друг с другом и проталкиваются через старый трубопровод в приемный котлован. Далее на ведущую штангу монтируются разрушающий нож, расширитель и новая затягиваемая труба (Фото 3). Обратным ходом старая труба разрушается, одновременно затягивается новая, как правило, полиэтиленовая труба. Для разрушения трубопроводов d 100 - 300 мм применяются также роликовые ножи (Фото 4).

Разрушающий инструмент, расширитель и новая труба могут легко и быстро быть затянуты прямо в лафет разрушителя, благодаря подвижному цилиндру, который смещается к его задней части (Фото 2) (патент компании TERRA).

Фото 3. Раскалывающий инструмент для труб d 273-406 мм с расширителем и полиэтиленовой трубой.

Фото 4. Роликовый нож для труб d 100-150 мм

Замена старого трубопровода при помощи тросовой лебедки

Разрушение труб при помощи тросовой лебедки является экологически безопасным способом бестраншейного ремонта практически всех типов трубопроводов, позволяя затягивать новую трубу равного или большего диаметра. Срок службы новых труб составляет 50-80 лет. Стандартно тросовые лебедки TERRA-EXTACTOR Х100, Х400 с тяговым усилием 10 и 40 тонн позволяют производить замену старых труб из стали, чугуна, бетона, ПЭ/ПВХ d 15-50 мм и d 40-250 мм на расстояние 50-125 м. (Фото 5) Тяговый трос заводится через старый трубопровод. Затем производится монтаж расширителя, ножа и новой ПЭ трубы. Раскалывающий инструмент лебедки TERRA-EXTRACTOR разрушает старый трубопровод, увеличивая при этом диаметр бурового канала с помощью расширителя. Одновременно производится затягивание новой трубы.

Фото 5. Тросовая лебедка TERRA EXTRACTOR X400

Работы с использованием тросовых лебедок TERRA-EXTACTOR могут производиться как из котлована, так и из колодца в колодец.

Замена труб из котлована в котлован используется для протяжки длинных труб с одновременным разрушением старого трубопровода. TERRA-EXTRACTOR устанавливается в стартовом котловане. Упорная и опорная плиты надежно фиксируют лебедку, препятствуя ее смещению в процессе разрушения и протяжки трубы.

Для замены труб из колодца в колодец компания "TERRA AG" разработала специальный метод с использованием коротких отрезков (секций) полиэтиленовых труб d 150 - 500 мм, с одновременным разрушением старого трубопровода d 150 - 400 мм (Рис 1). Главными компонентами системы являются тросовая лебедка TERRA-EXTACTOR Х400, калибровочная головка, направляющие штанги, упорная пластина, система измерения тягового усилия и компьютер, отображающий информацию о состоянии всей системы в процессе работ.

Рис 1. Реконструкция старого трубопровода из колодца в колодец.

Замена старого трубопровода при помощи пневмопробойника ("земляной ракеты")

Тросовая лебедка TERRA-EXTRACTOR X 400 устанавливается на опорах специальной рамы колодца непосредственно над стартовым колодцем. Секции труб соединяются с расширителем для протяжки в приемном колодце. При этом используются специальные направляющие штанги, равные длине каждой секции (Фото 6), и упорная пластина для фиксации труб. Для установки новой секции трубы, направляющая штанга вручную прикручивается к предыдущей, а затем заглушается упорной пластиной (Фото 7). Калибровочная головка без разрушения следует по ходу старого трубопровода, восстанавливая его исходный диаметр в местах разлома, повреждений, овальности трубопровода, одновременно затягивая новые секции труб.

Фото 6. Направляющие штанги имеют длину, равную секциям труб.

Вышеописанный запатентованный компанией "TERRA AG" метод обновления труб позволяет вдвое быстрее обновлять трубы по сравнению с аналогичными технологиями.

Фото 7. Секции труб с калибровочной головкой и упорной пластиной.

Пневмопробойники начали широко использоваться для прокладки и реконструкции трубопроводных систем еще в 60-х годах XX века. Кроме своего основного назначения (пробивания в грунте скважин для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций) "земляные ракеты" могут с успехом применяться для реконструкции трубопроводов.

В стартовом котловане размещается пневмопробойник со расширительной гильзой (Фото 8). К нему присоединяется пневматический шланг и трос лебедки, протянутый через участок трубопровода, подлежащий замене.

Рис. 2. Схема разрушения старой трубы с использованием тросовой лебедки и пневмопробойника.

Следуя по ходу старой трубы, пневмопробойник разрушает ее, продавливая осколки в грунт, и одновременно затягивает в скважину новый трубопровод. (Рис.2) Такая технология позволяет производить замену стальных, чугунных, керамических, асбестоцементных трубопроводов диаметрами до 450 мм.

Фото 8. Расширительная гильза d 200 мм ракетой TERRA-HAMMER T 080 mini SK и разрушающим ножом.

Для увеличения тягового усилия тросовой лебедки TERRA-EXTRACTOR X 400 и штангового разрушителя TERRA-HYDROCRACK HC 600 S+ и HC 600 применяются специальные расширительные гильзы.(Фото 9) Внутрь конструкции помещается пневматическая ракета TERRA-HAMMER, за счет чего существенно увеличиваются мощность и поступательная скорость раскалывания.

Для протяжки новых трубопроводов и разрушения труб до d 400-800 мм с помощью тросовой лебедки TERRA-EXTRACTOR X 400 используются специальные расширительные гильзы в комплекте с пневмопробойниками TERRA-RAMMEN TR 220 или TR 360. Для распределения натяжения троса лебедки X 400 под нагрузкой и без нагрузки на передней части гильзы предусмотрен пружинный механизм, состоящий из нескольких пружин. При нагрузке (рабочем ходе) пружины сжимаются, при отсутствии нагрузки пружины обеспечивают необходимое натяжение троса лебедки.

Фото 10. Расширительная гильза d 610 мм пробойника TERRA-HAMMER TR 220 с расширителем и разрушающими ножами на его корпусе.

В ближайшем будущем ожидается закономерным рост капиталовложений в реконструкцию и ремонт подземных коммуникаций. Причем современные способы реконструкции трубопроводных сетей при помощи бестраншейных технологий по обновлению и реконструкции трубопроводов будут являться приоритетными. В передовой зарубежной практике 95% объема работ по прокладке и реконструкции подземных коммуникаций уже проводится бестраншейным методом. Это касается не только городских трубопроводных сетей, требующих санации, но и коммуникаций, проложенных на территории промышленных предприятий, под железнодорожными путями, автомобильными дорогами, где традиционные методы работы затруднены, а зачастую и просто невозможны.

Новый подход к реконструкции и санации трубопроводов позволит снизить аварийность на изношенных сетях, сохранить благоприятную экологическую обстановку, в значительной мере повысить уровень коммунального обслуживания населения. Своевременное успешное предотвращение старения подземных трубопроводов будет способствовать реализации долгосрочных экономических, социальных и экологических проектов, которые стоят сегодня перед современным городом.