Обновяване на градската тръбопроводна мрежа

Ремонтът на тръбопроводи по традиционните изкопни методи е доста трудоемък и скъп. Ето защо безизкопните технологии за обновяване на тръбопроводи с различно предназначение са най-ефективното решение на този проблем. Това е модерен, рентабилен метод за ремонт на топло-, водо- и газо-снабдителни мрежи, който елиминира разходите за земни работи, а впоследствие възстановяване на асфалтовата настилка и облагородяване на изкопаните площи. Надеждността, дълготрайността и безопасността за околната среда, са основни изисквания за топло-, водо-, газо-снабдителните и канализационни мрежи. С увеличаване на разходите за подмяна на тръбопроводи и пътно-строителни работи, при наличие на пътни платна с интензивен трафик, най-икономичните възможности за възстановяване на подземните инженерни мрежи, е използването на безизкопните технологии. 

Текст: списание Инфрабилд

снимка: DISTRAI Fontaneria

В края на 60-те години на миналия век се въвежда първата технология за обновяване на тръбопроводи чрез изтегляне на гъвкава пластмасова тръба вътре в стар аварирал тръбопровод. Тя предоставя нови възможности за отстраняване на течове във връзките, като прави възможно полагането на нова по-устойчива тръба вътре в съществуващата. Оттогава се наблюдава значително развитие на тези технологии. Появиха и нови методи за възстановяване с помощта на пластмасови тръби. Например, във Великобритания изкопаването на изкопи през пътища е забранено от закона. Тук около 80% от произведените полиетиленови тръби се използват за безизкопно обновяване на съществуващи тръбопроводи или за безизкопна подмяна с разрушаване на старите тръби.

Безизкопните методи не изискват наличие и използване на голяма изкопна техника и голям брой работници и специалисти. Те намаляват разходите, а също така спомагат за чудесно настроение на пешеходци и водачи на пътни превозни средства, които могат свободно да се движат по обичайните си маршрути.

Характеристика на обновяването на старите подземни тръбопроводи

Безизкопното възстановяване на съществуващи подземни тръбопроводи е сравнително нов метод. При него след почистване на стария тръбопровод и установяване на повредите, тръбопроводът получава ново покритие по цялата си дължина или на отделни места, което го подсилва и укрепва. Така на практика се получава нова тръба в старата, без значителна промяна в диаметъра. Дебелината на новото покритие зависи от изискванията на проектното задание.

Пластмасовите тръби, използвани за реконструкция на тръбопроводи без налягане, като канализация и отводняване, обикновено се считат за „независими“, тъй като са проектирани да издържат на външни товари-или на част от тях. Пластмасовите тръби, използвани за обновяване на напорни тръбопроводи, се класифицират или като „независими“, или като „интерактивни“ според това как издържат на периферното напрежение на опън поради вътрешното налягане. Независимата тръба е в състояние да издържи на постоянно вътрешно напрежение от налягане, при което няма абсолютно никакви ограничения за радиално изместване вътре в старата тръба.

Интерактивната тръба прехвърля част или цялото вътрешно напрежение от налягане чрез радиалния контакт към стената на съществуващата тръба, но запазва постоянната способност да отстранява всякакви пробиви, образувани в резултат на корозия или пробиви във връзките на тръбопроводната система.При проектирането трябва да се вземат предвид и краткосрочните и дългосрочните ефекти на натоварванията, възникващи по време на монтажа, така че да не надвишават определени граници.

Въпреки, че реконструкцията с помощта на пластмасови тръби може да реши проблеми с целостта на тръбопровода и да премахне течовете, обновените тръби трябва да осигурят адекватна пропускателна способност. Следователно, първото нещо, което трябва да се определи, е новата пропускателна способност, която е необходима за възстановяването на тръбите, а не просто приемане, че пропускателната способност е останала непроменена.

Необходимата пропускателна способност се определя въз основа на минималния вътрешен диаметър на пластмасовата тръба, а максималният външен диаметър е ограничен от съществуващата тръба. При анализа на пропускателната способност могат да се вземат предвид допълнителните предимства на хидравличната гладкост и непрекъснатостта на вътрешния слой, които се осигуряват от стената на пластмасовата тръба.

Широкото използване на безизкопния метод се дължи на факта, че капацитетът на тръбата остава непроменен. За извършване на възстановителните работи е необходимо да се използват съществуващите канализационни шахти или само локално отваряне на пътната настилката за достъп до началото и края на ремонтирания участък-създаване на входен и изходен изкоп. Така възстановяването на подземните тръбопроводи се извършва достатъчно бързо, с минимално въздействие върху почвата и с минимални разходи. Безизкопната подмяна се определя като изграждане на нов тръбопровод в съществуващия. Новият тръбопровод изпълнява същите функции като стария.

Друг вид безизкопна подмяна е разрушаване на съществуващия тръбопровод. Неговите части се изтласкват отстрани заедно с прилежащата почва, с помощта на специален накрайник. По този начин се образува кухина за инсталиране на нов тръбопровод. Накрайникът може да бъде пневматичен чук, хидравличен разширител или неподвижен конус. Той се изтегля през съществуващ тръбопровод, последван от нова полиетиленова тръба със същия или по-голям размер. За поемане на точковото натоварване, за предпочитане е полиетиленовата тръба да има допълнителен твърд уякчаващ слой.Безизкопното обновяване на подземни тръбопроводи освен с изтеглянето на нови полиетиленови тръби в старите, може да се извърши и чрез методите на вътрешното саниране-облицовка, обвивка, риза, мембрана, вложка и др.

Обосновката за използване на конкретен метод за безизкопен ремонт трябва да бъде определена след подробни диагностични обследвания на стария тръбопровод описани в доклад за техническото му състояние. Във всеки конкретен случай подлежат на обследване материалът на на тръбопровода и степента му на износване, дължината на ремонтния участък, неговият диаметър, видът на транспортираната среда, заобикалящата го надземна и подземна инфраструктура, видът на почвата, наличието на подземни води и редица други фактори, които могат да повлияят на избора на метод за безизкопен ремонт.Един от най-често срещаните методи за безизкопен ремонт на подземни тръбопроводи е нанасянето на различни видове покрития върху вътрешната повърхност на тръбопровода.

Цименто-пясъчно покритие-метод на пръскане

За водопроводните тръби защитени с циментово-пясъчни покрития, най-характерните фактори за разрушаване са механични, а за канализационните-механични и химични. Това до голяма степен определя целесъобразността от използването на защитни циментово-пясъчни покрития в канализационните мрежи, транспортиращи агресивни към покритията отпадъчни води. Трябва да се отбележи, че прилагането на метода за ремонт на тръбопроводи с полагане на цименто-пясъчни покрития не винаги е възможно или не е ефективно при разклонена мрежа, включваща тръбопроводи с различен диаметър. От друга страна, ако има алтернатива при използването на два метода за обновяване на мрежата-нов тръбопровод с цименто-пясъчно покритие или ремонт на стар тръбопровод с нанасяне цименто-пясъчно покритие на място, тогава последният често се предпочита. Факт е, че е много трудно да се избегнат повреди по време на транспортиране или инсталиране на нови тръбопроводи с предварително фабрично нанесено цименто-пясъчно покритие. Тръбопроводите, покрити с цименто-пясъчно покритие, могат да бъдат подложени на товар с радиус на огъване най-малко 500 пъти по-голям от диаметъра на тръбата-по немски стандарт DIN 2614.

Напоследък алтернатива на нанасянето на цименто-пясъчни покрития върху вътрешната повърхност на тръбопроводите, е пръскането на бързо втвърдяващи се във въздуха специални съединения, устойчиви на агресивни вещества. Например, метода „Triton“, разработен от „CUES“-САЩ. За разлика от циментирането с полагане на достатъчно дебел слой на защитно покритие и възможно свличане под действието на гравитацията, то облицовката „Triton“ включва повече от 20 различни вещества, има дебелина 1mm и време на изсъхване 30 минути, докато цименто-пясъчното покритие се втвърдява за 24 часа.

Непрекъснато полимерно покритие

Старите тръбопроводи, както на водоснабдителните, така и на канализационните системи могат да бъдат покрити с вътрешни защитни полимерни покрития-обвивки, мембрани, ръкави. Те напълно херметизират тръбните стени, като осигуряват високата им устойчивост на динамични натоварвания. Така с новите покрития се възстановява носещата способност на тръбопровода. По това те се различават от отдавна използваните циментно-пясъчни покрития.

Въвеждането в стария тръбопровод и фиксирането в него на обвивни слоеве, които се втвърдяват на място, се извършва чрез изтегляне на безшевен гъвкав полимерен материал по цялата дължина на тръбата между две шахти, последвано от разтваряне с вода или подаване на горещ въздух, или водна пара под налягане. Друг начин е чрез постепенно въвеждане в ремонтирания тръбопровод на усукан на руло обвивен полимерен слой под формата на „чорап“ с притискането му към тръбната стена чрез налягането на течността. Защитните обвивни слоеве се изтеглят в тръбопровода през отворения капак на шахтата. Процесът на полимеризация, продължава до няколко часа при влачене на тънките обвивки. Последните се втвърдяват, след което от тръбопровода се отстраняват всички помощни устройства и течност. Комуникациите могат да бъдат пуснати в експлоатация след приключване на описаните операции.

В зависимост от материала на повредения тръбопровод, който трябва да бъде възстановен, неговата остатъчна носеща способност и естеството на дефекта, защитните обвивки могат да бъдат непрекъснати, т. е. покриващи цялата вътрешна повърхност на тръбопровода, или частични- например, защитаващи само пространството в близост до свод, изложен на газова корозия, или улей на тръба, което е характерно за стари керамични тръбопроводи. Различачават се полимерни ръкави на базата на синтетичен филц, полимерни ръкави подсилени с фибростъкло, полимерни ръкави, подсилени със специални структури от фибростъкло-комплекси. Полимерната основа на съвременните възстановителни ръкави, са ненаситени полиестерни смоли-UPHarz, винилови естерни смоли-VE-Harze, епоксидни смоли-EP-Harze. Например, композитният възстановителен ръкав по технологията на фирмата „Per Aarsleff“ се използва за реконструкция на напорни тръбопроводи с диаметър до 1400mm и изграден от различни материали.

Метод „нова тръба в стара“

Този метод за обновяване на трубопроводните мрежи се използва за безизкопна реконструкция на стари напорни и канализацинни тръбопроводи с дължина до 50m и диаметър 2000mm изградени от керамика, азбестоцимент, чугун, бетон и стомана. По време на реконструкцията по този метод напречното сечение на тръбопровода намалява, но поради по-ниския коефициент на грапавост на материала-полиетилен, индексът на пропускане на тръбопровода се компенсира. Най-популярните методи, използващи изтегляне на нови пластмасови тръби и елементи, са реконструкция на цяла стара тръба-известен още като метод за изтегляне на нова пластмасова тръба в съществуваща стара, реконструкция чрез втвърдяване на тръба, реконструкция с плътно прилепнала тръба.

При изтеглянето на гъвкава полиетиленова тръба в съществуваща стара аварирала, се извършва вмъкване на сегменти от полиетиленови тръби, които са предварително заварени. Например, издърпване на гъвкава тръба от PE100. Реконструкцията с тръба втвърдяваща се на място се извършва с изтегляне на еластичен ръкав, импрегниран с термореактивна смола. След втвърдяване смолата образува твърда обвивка.

Реконструкцията с плътно прилепнала тръба се извършва с изтегляне на непрекъсната пластмасова тръба-с намалено напречно сечение за улесняване на монтажа. След монтажа напречното сечение се увеличава, така че пластмасовата тръба плътно да приляга към съществуващата. От средата на 80-те години са разработени много нови методи от този тип. Първото поколение включва методи, използващи тръби, чието напречно сечение е намалено на мястото на монтаж. Второто поколение включва методи, използващи тръби, чието напречно сечение е намалено в производствените предприятия.

Например, с използването на технологията „Swagelining“ е възможно възстановяването на тръби с диаметри от 100mm до 1000mm и дължини до 1000m. Технологията „Subline“ е процес на инсталиране на плътно прилепнала тънкостенна полиетиленова тръба-РЕ, вътре в съществуващ тръбопровод с помощта на патентования от „Subterra“ метод за огъване на тънкостенни полиетиленови тръби, направени от стандартни полимери-например, PE80, PE100. В този случай PE-тръба, се прокарва през формовъчна машина, за да я огъне в дадена форма. Процесът се осъществява при температура на околната среда, като се използва обикновен тласкач с хидравличен задвижващ механизъм. Веднага след формовъчната машина желаната форма се фиксира с помощта на временни задържащи ленти. PE-тръба в „Subline“-формата, се изтегля в съществуващата тръба-директно от машината или по друг начин, в зависимост от условията на работната площадка. След затягане на новата тръба в старата, краищата на „Subline“ се херметизират. Подава се вода под налягане, за разкъсване на задържащите ленти и разгъване на PE-тръба. Технологията „Sublinе“ се прилага за PE-тръби с външен диаметър от 75mm до 1600mm, и дебелина на стената-SDR, от 26mm до 80mm.

Нанасяне на лентови покрития

Специално място в списъка на съвременните иновационни технологии за обновяване на тръбопроводи са „Ribloc“ и „Expanda-pipe“. Тези методи на спирално навиване, с право се смятат за едни от най-добрите за ремонт на канализационни тръбопроводи. Първо, те осигуряват не само отстраняване на всички видове дефекти по дължината на тръбите и в местата на тяхното съединяване, но и цялостно възстановяване на структурата на тръбопровода при запазване на първоначалните хидравлични характеристики на течния поток. Второ, те позволяват извършването на ремонта в условие на непрекъснат работен поток.

Същността на спирало-навивния метод е, че при повреден действащ тръбопровод, чрез спирално навиване на безкрайна полимерна лента от фабрично произведен въртящ се барабан, се създава нова тръба с висока якост. Процесът на навиване на безкрайна лента от щампован оребрен профил от PVC или полиетилен с висока плътност, се осъществява от специална машина за навиване, която се разполага неподвижно вътре в ревизионната шахта или в самата санирана тръба. Краищата на лентата се свързат помежду си, образувайки непрекъсната водоустойчива конструкция вътре във възстановявания тръбопровод. Изпълнението на процеса на навиване се състои, в подаване на лентата през отвора на стартовата шахта в машината за навиване, разположена във възстановявания тръбопровод.

Машината за навиване придава на PVC профила необходимата форма и свързва краищата му, като по този начин образува нова непроницаема тръба. Използването на сравнително тясна лента-10-30сm, от полимерни материали със специално съединяване по вътрешната повърхност на стари тръбопроводи, позволява да се създададе самоносеща устойчива на повреди защитна обвивка. За прилагане на метода инсталираната специална машина изпълнява следните функции. Навиване на безкрайна лента по вътрешния диаметър на тръбопровода. Закрепване на лентата. Изливане на лепилна смола. Избутване на получения PVC-скелет, в ремонтирания тръбопровод. Разширяване на скелета, за фиксирането му в реконструираната конструкция.

След процеса на навиване, останалото свободно пръстеновидно пространство между възстановената тръба и новия скелет се запълва със специален разтвор. Уплътнява се с трамбуване, за да се увеличи статичната якост. Според технологията „Panel Lok“, разработена от „Camit Ltd“-Австралия, за навиване се използва специална профилирана PVC лента, която отвън има Т-образни набраздявания. Рифеловането увеличава структурната повърхност и осигурява механично сцепление с циментовия разтвор, инжектиран между облицовката и стената на възстановявания тръбопровод.

Профилната лента може да се използва за кръгли, овални и правоъгълни сечения на канализационни тръбопроводи с диаметър до 900mm, които имат достатъчна носеща способност.Отделни модификации на метода „навиване от руло“ са единствените, при които не се спира функционирането на тръбопровода. Така, например в Германия, технологията на спирално-лентово навиване, успешно се прилага в различни рехабилитационни пътни проекти за обновяване на канализационната мрежа.

Използване на композитни стъклопластови елементи

Композитните стъклопластови елементи се прилагат в облицоването на вътрешната повърхност на каналите с поликварцитни модули по технологията „Lock Pipe“. Методът се използва за реконструкция на гравитачни канали и колектори с различни сечения с диаметър до 3000mm, изградени от всякакви материали. По време на реконструкцията, използвайки този метод, напречното сечение на тръбопровода леко намалява, което не влияе на пропускателната способност на каналите с голям диаметър. Причината отново, е по-ниският коефициент на грапавост на материала-стъклопласт, компенсиращ индекса на пропускане на тръбопровода. Особенността на тази технология е възможността за възстановяване на тръбопроводни участъци без отстраняване на отпадните води.

След монтажа пространството между стария канал и новосглобения тръбопровод се запълва със специален циментов разтвор с висока степен на течливост. С този метод е възможно възстановяването на канализационни канали с всякакво сечение, както и даване на 50-годишна гаранция за надеждност на материала от повреждане в резултат на газова корозия. Тръбопроводът, изграден от композитни елементи, е самоносещ и може да поеме проектни натоварвания. Затова се избира необходимата дебелина на стената на модула в съответствие със статичното изчисление.