Методи за полагане на ВиК тръби

В населените места водопроводните и канализационните мрежи са разположени под улици и булеварди. Прокарването на нова и поддържането на старата комунална инфраструктура изисква приложение на съвременнни екологосъобразни технологии. А такива са безизкопните технологии, които намаляват отрицателното въздействие на траншейното изкопаване и автомобилните задръствания, засягащи нивото на шума и чистотата на въздуха в градовете. В статията ще разкажем за същността на безизкопната технология на полагане, за видовете безизкопни технологии на полагане, за водещите производители на машинни за безизкопно полагане.

Текст: списание Инфрабилд

снимка: Use-for-Line-F-HDD

За полагане на водопроводни и канализационни тръбопроводи под автомобилни пътища и железопътни линии, трамвайни линии и други препятствия са известни два основни начина на работа - изкопен и безизкопен.
При изкопния трябва да бъде изкопана траншея напречно на пътя, с разрушаване на настилката и нарушаване на интензивността на трафика по време на строителния период. Всичко това, разбира се, е свързано с оскъпяване на работата, тъй като е необходимо да се възстановят настилките и елементите на благоустрояване в мястото на преминаване. Днес в градската среда, особено в големите европейски градове, този метод на работа е нежелателен и трябва да се осъществява само в краен случай, когато проблемът не е възможно да се реши по друг начин.

По-ефективен е безизкопният метод за полагане на комунални тръбопроводи, който не изисква изкопаване на траншея. За целта под улиците и булевардите, с помощта на специални технологии, първо се поставя предпазен тръбопровод, през който се изтегля работният. Изборът и обосновката на параметрите на машините за безизкопно полагане на комунални тръбопроводи се определят от изискванията на нормативните документи за подземно строителство, размерите на тръбите за съответния случай и земните условия.

Същност на безизкопната технология 

Бъдещето е свързано с прилагане на новите технологии, каквито са безизкопните в сферата на инфраструктурното строителство. Безизкопният метод на полагане може да бъде използван както за поставяне на нови тръбопроводи, така и за ремонт и подмяна на вече съществуващи. При този метод изкопната работа е с около 95% по-малко в сравнение с изкопния. Сроковете на изпълнение са по-кратки, не се налага разрушаване и възстановяване на пътни настилки, подземни комуникации и др. Избягват се неблагоприятните последствия от класическия изкопен метод на изпълнение в определени ситуации. Сега в големите градове широко се прилагат безизкопни технологии при поддръжка и рехабилитация предимно на водопроводната мрежа. Над половината от проектите за рехабилитация/реконструкция на водопроводи се проектират и изпълняват по безизкопни способи.

Външният диаметър на предпазните тръбопроводи при безизкопно полагане се проектира в зависимост от предвидената технология за полагане, диаметъра и вида на тръбите. При определяне на метода за безизкопно полагане, например, на канализационни тръбопроводи, се изисква следната информация. Местоположение на съществуващите подземни сгради и на подземните мрежи и съоръжения от техническата инфраструктура по проектното трасе на полагания канализационен тръбопровод. Технически характеристики на тръбите - вътрешни и външни диаметри, дължина, допустими експлоатационни натоварвания, вид и изпълнение на тръбопроводните връзки, допустим радиус на кривина или ъглово отклонение на тръбопроводните връзки. Вид и параметри на земните пластове, през които се предвижда прокарването, за което се извършват подробни хидрогеоложки проучвания. Експлоатационни натоварвания и натоварвания от превозни средства.

Допустими отклонения в трасето на тръбопроводите. При безизкопното полагане тръбите са подложени на две сили - сила на избутване/изтегляне и постоянна сила от земният натиск. Необходимо е тръбите да бъдат проектирани така, че да издържат на напреженията и усилията, които съпътстват тази технология. Видът и качеството на почвата, подпочвените води и видът на тръбите са важни за избора на метод и механизация за процеса на полагане.

Видове безизкопни технологии на полагане

При безизкопния метод на полагане се използват следните технологии. Horizontal Directional Drilling,HDD-Хоризонтално насочено сондиране. Trust boring-Шнеково хоризонтално сондиране. Microtunneling-Микротунелиране. Sliplining/рехабилитация (тръба в тръба). Пробиване на почвата с накрайник на тръбата. Пробиване на почвата с края на тръбата.

Хоризонтално насочено сондиране се използва за прокарване на пластмасови и стоманени тръби под препятствия - пътища, ж. п. линии, инженерно-технически съоръжения, канали, реки и др. Процесът започва с управляем пилотен сондаж с малък диаметър по зададена предварително траектория. Сондажът се извършва от сондажна глава с помощта на разтвор под налягане. Положението на главата се контролира от електронна система, състояща се от предавател, разположен в нея, и приемник на повърхността. След като сондажната глава достигне крайния изкоп тя се демонтира и вместо нея се монтира т. нар. райбер. Машината изтегля райбера с въртеливо-постъпателно движение и увеличава диаметъра на тунела.

През райбера се подава бентонитен разтвор, който изнася частиците почва и стабилизира тунела. Този процес се повтаря до достигане на необходимия диаметър на тунела. След това тръбата се изтегля в тунела. Сондажният разтвор запълва пространството между тръбата и стените на тунела, като по този начин ефикасно защитава тръбата. Сондажните машини за този вид работа имат различни характеристики, като въртящ момент и теглително усилие. От последното зависи дължината на тръбите, които ще бъдат положени в земята, която може да достигне 1000 m.

Допустимият диаметър на тръбите е 1200 mm. Чрез хоризонтално насочено сондиране могат да се положат метални и пластмасови тръби. Сондирането се извършва по предварително изчислена траектория, като движението на сондажа се контролира от системата за локализиране. Ъгълът на пробиване може да варира в диапазона от 26-34°.

Хоризонтално шнековото сондиране е популярна технология за полагане на тръби с шнекови машини. За реализирането йсе използва специална хидравлична инсталация, действаща като крик. Сондирането започва от работнен изкоп до друг приемен, без да се достига до повърхността. При този метод, отстраняването на обработената скална маса от канала, се извършва не с течни вещества, а с повърхността на шнек. Така се самоукрепва повърхността на сондажния отвор. В процеса на сондиране се използва шнеково длето със спирални и плоски остриета. След монтиране на устройството и започване на сондирането, шнекът се върти с постъпателна сила и постепенно размеква почвата. Скалната маса според степента на разрушаване, се изнася навън и се отстранява механично. Шнековото сондиране се отнася към скоростните видове сондирания, така че има голям брой мобилни машини, които позволяват да се работи дори и при най-неблагоприятни условия.

Хоризонталното шнеково сондиране включва използване на управляван и неуправляван метод. Неуправляваният метод се състои в създаване в един етап на фундаментна шахта и избутване на опорна тръба. Първоначално се подготвя тръбата. Вътре в нея се монтират шнекове със сондажна глава. Поставят се рамки. Шнековете се свързват с преса, като се настройва за нивото на пробиване.

Управляемият метод на сондиране е изкопаване на шахта в 3 етапа. Първият етап е пилотно сондиране -пробиване с дистанционно управление на земното ниво с ъгъл на пробиване. Вторият етап е разширяване на пилотната шахта с едновременно плъзгане на опорната тръба - степента на разширение е свързана с пилотна щанга, монтират се шнекове и стоманена тръба, сондирането продължава в създадената посока. Третият етап се прилага, ако е необходимо постепенно да се разшири пилотната шахта - първоначално каналът се разширява с инструменти до междинен диаметър, след което шахтата се разширява до работния диаметър. Сондирането винаги се извършва с помощта на сондажна смес. Хидро-шнековото сондиране защитава шахтата от срутвания, охлажда сондажните глави, почиства канала от отломките на инструментите, намалява съпротивлението на почвата.

Хоризонталното шнеково сондиране позволява полагане на стоманени, бетонови и полиетиленови тръби с диаметър от 100 до 1700 mm и дължина до 100 m. Полагането на тръбопровода е много точно - отклонението от зададената посока е не повече от 30 mm, и дори без провисване на работната тръба. Това е необходимо при полагането на канали от самотечен тип, в зоната на свързване към сгради, както и при полагане на тръби под железопътни линии.

Микротунелирането е изключително точен метод, прилага се за монтаж на тръби с голям диапазон на диаметри и позволява изграждане, например на канализация с голяма дължина. Микротунелната машина се състои от пробивна глава, тласкаща хидравлична преса и лазерна система за контрол и направление на сондажа. Машината се инсталира в стартова шахта, където хидравличната преса тласка пробивната глава и тръбните секции. Пробивната глава е с режещ щит за раздробяване на почвата и оформяне на тунел до приемната шахта. Изкопаната земна маса може да се изнася по различни начини-механични устройства, шнек, промивни системи, вакуум и др. Операторът управлява микротунелната машина с помощта на лазерна насочваща система. Лазерът е разположен в стартовата шахта и неговият лъч указва точното направление на изкопаване. Използват се почистващи промивки за почистване на тръбата и глазури за обработка на вътрешната є част по време на работа.

Друг начин на микротунелиране е чрез раздробяване на съществуващата тръба. При него пилотна глава следва направлението на старата, осигуряваща запазване на нивелацията на канализацията. Пробивната глава разрушава тръбата заедно с околния земен слой. Разрушеният материал и почва се отстраняват в шнек или чрез напорно промиване.

Методът „тръба в тръба“ се използва за рехабилитация на съществуващи канализационни колектори. Преди започването на процеса се прави пълно обследване на трасето което ще се рехабилитира. Старият тръбопровод се явява като капсула за новия тръбопровод. Преди започване на инсталирането той се изчиства от отломки и чужди тела. След това се вкарва нова линия с по-малък диаметър. Процесът на „тръба в тръба“ включва избутване или изтегляне на новите тръби в съществуващия тръбопровод и запълване на останалото пръстеновидно пространство между външната и вътрешната тръба с устойчив на налягане фугиращ материал, обикновено смес от свързващи вещества. По този начин новата тръба се фиксира здраво и поема изцяло статичната товароносимост. Когато се ремонтира определен участък от линията, той се изключва от системата.

По време на ремонта, се монтират временни тръби, които заменят ремонтния сегмент на конструкцията. След приключване на рехабилитационните работи, временните тръби се отстраняват и ремонтираната част на тръбопровода се свързва към системата. Методът е подходящ за пластмасови, стъклопластови и други тръби. Тръбите от съвременни материали имат отлични технически характеристики, а допълнителната защита от старата конструкция намалява вероятността от аварийна ситуация в системата.Ако рехабилитацията е ремонт на старата тръба с използване на нови материали, то обновяването є може да се осъществи с промени в диаметъра на тръбопровода. По време на обновяването старата конструкция се разрушава чрез въвеждане на нова тръбопроводна линия в нея. В същото време фрагментите на тръбите остават под земята и създават уплътняваща обвивка за новата тръба.

Методът на полагане на тръбопроводи с „пробиване на почвата с накрайник на тръбата“, се прилага обикновено са глинести почви. Този метод позволява полагане на тръби с напречно сечение до 600mm. Разстоянието, на което конструкцията може да се полага с този вариант, достига до 60m. В резултат на това полагане, почвата се уплътнява около тръбата в кръгова посока. Силата, необходима за пробиването, е от 150 до 3000kN. Това усилие се постига чрез специална техника. Най-честото изпълнение на пробиването, е с хидравличен крик.

В повечето случаи, за да се намали триенето и съпротивлението в почвата, върху тръбата се поставя конусовиден накрайник, основата на който излиза приблизително на 2cm спрямо самата тръба. Ако тръбопроводът има малко сечение, тогава използването на такъв накрайник не е задължително. В този случай пробиването се осигурява от самата тръба. Скоростта на пробиване обикновено варира от 4 до 6 m/h. Това зависи от характеристиките на почвата и оборудването, което се използва в този вариант на безизкопно полагане. В някои случаи, за да се увеличи скоростта на придвижване на тръбата, се използват вибрация, която заедно със силата на крика, позволява движение през почвата със скорост от 20 до 40m/h. Освен това има и друг метод полагане на тръби с пробиване на почвата. Той се използва в случаите, когато песъчливите, гкинесто-песъчливите почви, лесно се ерозират от водни потоци. Този метод се нарича хидропробиване. Такова полагане се извършва с воден поток. Посоченият поток унищожава почвата и образува шахта, в която се поставя тръбата.

Безизкопно полагане на тръбопроводи може да се извърши и чрез „пробиване на почвата с края на тръбата“. В повечето случаи този метод се използва за полагане на стоманени тръби с размери на напречното сечение до 2000mm. „Пробиването с края на тръбата“ е много подобно на „пробиването на почвата с накрайник“, но разликата е, че то се извършва с отворения край на тръбата. В резултат на това тръбата се изважда и се отстранява от нея натрупания земен стълб. За създаването на достатъчно усилие в този случай, отново се използват хидравлични крикове. Те се монтират симетрично по цялото напречно сечение на тръбата. Почвите, в които тези работи могат да се извършват, са глина, песачливо-глинести, пясъчни и др. Диаметърът на тръбите, който може да се използва с този метод, варира от 600 до 1720mm. Разстоянието на полагане не надвишава 100 m.

Първоначално се извършва работа по изкопаване на шахта. Следва инсталиране на опорна стена, върху която впоследствие се закрепват крикове. Първото звено на проводящата тръба е свързано към криковете, разположени на плоча. В резултат на това краят на тръбата остава свободен. Криковете създават сила, която се предава на тръбата и тя прониква с отворения край в земята. При проникване в почвата вътре в нея се натрупва земен стълб. Премахването му се извършва ръчно с лопати, а при висока плътност на почвата с ударни устройства, които работят пневматично.