Бестраншейные технологии – это технологии позволяющие прокладывать новые инженерные коммуникации и ремонтировать старые с минимальным вскрытием земной поверхности. В условиях плотной городской застройки, при пересечении железнодорожных магистралей, автодорог, рек, озер и многих других объектов, эти технологии просто незаменимы. За последнее десятилетие сложилось несколько направлений бестраншейных технологий:
Микротоннелирование
Технология микротоннелирования – это технология бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, исключающая необходимость проведения комплекса работ, связанных с традиционными технологиями. В отличии от метода ведения работ открытым способом, она не требует вскрытия поверхности по всей трассе прокладки коммуникаций, что неизбежно влечёт за собой закрытие транспортного и пешеходного движения, вырубку садово-парковых насаждений и прочие негативные последствия. В отличие от подземной проходки, применяющейся в настоящее время, эта технология не требует длительного подготовительного этапа, связанного со строительством шахт.
Для того, чтобы осуществить прокладку коммуникаций, достаточно двух котлованов: стартового и приёмного, глубина которых соответствует глубине прокладки. В стартовом котловане устанавливается мощная домкратная станция, на которую помещается проходческий щит.
С помощью домкратов осуществляется перемещение щита в грунтовом массиве на величину заходки, равную его длине, после чего на домкратную станцию помещается труба продавливания той же длины и процесс повторяется. Наращиванием става труб отдельными трубами производится монтаж трубопровода, т.е. осуществляется проходка до выхода щита в приёмный котлован.
Точность проходки осуществляется компьютерным комплексом управления с применением системы лазерного ведения щита. Изменяя типоразмер проходческого щита, можно осуществить прокладку подземных микротоннелей различного диаметра от 250 мм до 3000 мм.
Технология микротоннелирования позволяет прокладывать трубопроводы в грунтах любой категории – от неустойчивых суглинков и водоносных песков до скальных пород. В зависимости от категории грунта подбирается соответствующий режущий орган проходческой машины, что позволяет добиться оптимальных скоростей и параметров проходки. Передовая система управления комплексами обеспечивает удовлетворяющую самым высоким требованиям точность проходки и позволяет в каждый момент времени контролировать показатели, полностью характеризующие положение проходческого щита, параметры его движения, а также параметры работы его основных узлов и механизмов.
Преимущества и выгоду применения данной технологии, это:
- обеспечение строительства трубопроводов без вскрытия поверхности, что создаёт безопасные условия при производстве работ и не нарушает городскую среду и движение транспорта;
- работы ведутся бесшумно и вибрации поверхности практически отсутствуют;
- полностью устраняет ручной труд при проходке и исключает нахождение людей в забое (управление комплексом осуществляется одним оператором из контейнера управления, находящегося на поверхности);
- окружающая среда и инфраструктура города не подвергаются повреждению в процессе проведения работ;
- обеспечение высокой точности траектории проходки;
- существующие коммуникации остаются нетронутыми;
- применение данной технологии возможно в условиях плотной городской застройки.
Горизонтально направленное бурение (ГНБ)
Метод ГНБ состоит в использовании специальных буровых установок, способных осуществлять предварительное бурение, так называемое пилотное бурение, по заранее рассчитанной траектории с последующим расширением скважины и прокладкой в ней трубопроводов. Пилотное бурение с изменением направления прокладываемой трассы проводится с помощью бурового инструмента специальной конструкции и передаваемой энергии на этот инструмент, т.е. прямолинейное движение вперед или в сочетании с вращением. Практически все установки горизонтально направленного бурения работают с буровым раствором, который необходим для размыва грунта, охлаждения и смазки бурового инструмента, выноса разбуренного грунта и стабилизации бурового канала. В качестве бурового раствора может применяться вода в чистом виде, но в большинстве случаев используются растворы на основе бентонита и полимеров.
Бестраншейные технологии прокладки трубопроводов, к которым относится горизонтально направленное бурение, наряду с оперативностью и экономичностью отличаются высоким качеством и возможностью выполнения работ в местах, где традиционные методы не применимы. Основной областью применения установок являются: переходы через естественные и искусственные препятствия, строительство трубопроводов под которыми традиционными методами очень сложно и трудоёмко.
Немаловажным фактором остаётся и экологическая сторона применения подобных установок.
Первый этап работ – пилотное бурение, которое производится по направлению от бурового лафета. Буровой инструмент специальной конструкции с уже вмонтированным передатчиком (зондом) для определения его местоположения, устанавливается на буровую штангу. Зонд в реальном времени передает такие показания как глубина, угол наклона бурового инструмента относительно горизонта и другие показания, позволяющие корректировать процесс бурения по заранее спланированной траектории. Буровая головка имеет цилиндрическую форму с наклонным срезом передней части. Она может быть оснащена пластинами из твердосплавного металла. Изменение направления бурения в грунте происходит за счет изменения вариантов передачи усилий на буровой инструмент. При подаче буровых штанг вперед одновременно с вращением, движение бурового инструмента будет прямолинейно, без вращения – направление бурения изменяется в сторону, противоположную срезу буровой головки.
Следующим этапом является предварительное расширение, которое производится в обратном направлении, т.е. к буровому лафету. Для этого буровая головка вместе с корпусом передатчика заменяется на расширитель необходимого диаметра. Для непрерывности рабочего процесса за расширителем, через специальный вертлюг, подсоединяются штанги. При отсутствии такой возможности для прокладки штанг в уже пробуренный и предварительно расширенный канал используют заталкиваемую головку специальной формы. Заключительным этапом является прокладка трубопровода.
Для этого за расширителем через вертлюг крепится труба. Для эффективного бурения необходимо правильно выбирать буровой инструмент с учетом типа грунтов и длины прокола.
Промежуточное расширение необходимо производить с увеличением диаметров расширителей поэтапно, с каждым последующим разом увеличивая диаметр бурового канала не более чем на 30-40 %. Диаметр расширителя при затяжке трубы должен быть увеличен также на 30-40 %.
Для управляемого бурения по технологическим причинам применяются штанги с резьбовым соединением, которые в свинченном виде создают возможность для бурения необходимой протяженности. Буровые штанги изготавливаются из стали различных марок сваркой трением под высоким давлением в месте соединения основного корпуса штанги с его резьбовой частью.
Локационные системы предназначены для определения местоположения бурового инструмента и его корректировки в процессе бурения. В зависимости от применяемых локационных систем и передатчиков к ним определяется глубина бурения.
Следует учитывать, что на качество приема сигнала влияют помехи, возникающие от близ лежащих коммуникаций и особенностей грунтов и покрытий. Основными показателями при бурении служат: проекционные точки, по которым определяется направление бурения и местоположение буровой головки; угол наклона бурового инструмента, определяющий заглубление или выход на поверхность, или меньшую глубину; глубина залегания буровой головки; почасовые характеристики расположения буровой головки, по которым определяется направление изменения траектории бурения; уровень сигнала и заряда батарей; температура передатчика и т.д.
Расширители могут быть различной конструкции и размеров в зависимости от категории грунтов и диаметра прокладываемого трубопровода.
Вертлюг предназначен для предотвращения вращения при расширении скважины или протяжке трубы. Типоразмеры вертлюгов определяются тяговыми усилиями установки.
Прокладываемая труба фиксируется специальным ниппелем, обеспечивающим жесткость крепления и герметичность.
В комплект установки ГНБ входит: гидравлическая станция, буровой лафет, смесительная установка.
На сегодняшний день установки горизонтально направленного бурения внедряются с такими же темпами, что и в прошлые годы. Это видно из активности всех официальных дистрибьюторов технологии ГНБ в России и Украине. Сейчас не только предлагают приобрести оборудование, но и оказывают услуги по оформлению лизинга, обучают персонал, осуществляют техническое обслуживание, многие поставляют бентонит. Почти все они стали проводить свои семинары, которые позволяют специалистам различного уровня ориентироваться в быстрорастущем ассортименте оборудования и материалов.
Пневмопробойники.
Очень бурно по всей территории СНГ внедряются пневмопробойники. Эти машины предназначены для реконструкции существующих коммуникаций, а это основная проблема для Водоканалов. Столь бурное внедрение этих технологий обусловлено необходимостью ремонта, но немаловажную роль в успехе внедрения оказывает деятельность заводов производителей и фирм дистрибьюторов действующих на территории всего СНГ. Очень активно работают в этом направлении Одесса, Новосибирск, фирмы «Vermeer», «Ditch Witch», «Tracto-Technik», они представляют оборудование этого класса почти на всех выставках и семинарах, постоянно обновляя модельный ряд. Стоимость комплекта оборудования для ремонта этими способами значительно отличается от микротоннелирования и ГНБ и самое главное эти технологии может освоить любая маленькая фирма или районный водоканал.
Пробойники имеют относительно небольшие габариты и стоимость, просты и удобны в эксплуатации и обслуживании. К преимуществу метода прокола можно отнести то, что проход пробойника происходит с большой скоростью и незначительным уплотнением грунта в окружающем его пространстве. Это обстоятельство особенно важно, если требуется проложить трубопроводы в грунте на близком расстоянии друг от друга, вблизи от действующих коммуникаций или на небольшом расстоянии до поверхности, позволяя тем самым не нарушать структуру почв и не провоцировать какие-либо деформации в зоне прокладки многочисленных подземных коммуникаций.
Отличительная особенность пневмопробойников состоит в том, что их корпус служит рабочим органом, пробивающим скважину своим передним заостренным концом путем незначительного радиального уплотнения грунта. Внедрение пневмопробойника в грунт происходит под действием ударов, которые наносит специальный ударник, движущийся внутри корпуса. Наличие механизма реверса в пневмопробойнике дает возможность изменить направление ударов и, следовательно, направление движения пневмопробойника с прямого хода на обратный (для возврата его назад). К хвостовой части устройства подсоединяется труба, протягиваемая по мере продвижения пробойника вперед. Иногда плеть восстанавливаемого трубопровода протаскивается обратным ходом в процессе удаления пробойника из горизонтальной скважины.
Практика показывает, что при встрече пневмопробойника с твердыми включениями (гравием, щебнем) или при проходке скважин в грунтах с прослойками различной плотности он может резко отклониться от проектной оси скважины и возвратить его на дневную поверхность часто не представляется возможным. Для исключения подобных явлений производится совершенствование конструкций. В однородных грунтах пневмопробойником можно пробивать скважины на расстояние до 50 м.
