CC BY
205
УЕБТЫНС
мвви
УДК 621.644.07
В.А. Орлов, И.О. Богомолова, И.С Гуреева
ФГБОУВПО «МГСУ»
БЕСТРАНШЕЙНАЯ РЕНОВАЦИЯ ВЕТХИХ ТРУБОПРОВОДОВ ПУТЕМ ПРОТАСКИВАНИЯ НОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ НА МЕСТО ПРЕДВАРИТЕЛЬНО РАЗРУШЕННЫХ СТАРЫХ
Представлен эффективный метод бестраншейной реновации ветхих трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения. Метод заключается в предварительном разрушении ветхих участков трубопровода и протаскивании в освободившееся пространство новых полимерных труб. Приведен анализ устройств для разрушения трубопроводов бестраншейным способом. Описаны условия их применения, в частности, диапазоны разрушаемых диаметров и скорости проходки. Представлен зарубежный опыт бестраншейной реновации стальных трубопроводов с муфтами роликовыми резаками. Даны характеристики объекта реновации, работ по разрушению ветхого трубопровода, в частности, тестовых испытаний по оценке эффективности разрезания трубопровода. Приведены технические показатели процесса.
Ключевые слова: реновация, трубопроводы, разрушение, пробойники, расширители, бестраншейная технология.
Реновация сильно поврежденных трубопроводов из различных материалов (сталь, чугун, бетон, железобетон, хризотилцемент, керамика и др.) может быть проведена путем предварительного разрушения и протаскивания в освободившееся пространство новых труб [1]. Наибольшее распространение в качестве протаскиваемых труб нашли полимерные трубы в виде отдельных трубных модулей, соединяемых на резьбе, или плетей, сматываемых с бобин или свариваемых на месте производства строительных работ [2].
Реализуемый на практике метод восстановления ветхих водоотводящих сетей полимерными модулями или плетью используется для нанесения сплошного защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопроводов из различных материалов при любой глубине заложения труб в грунте [3]. Метод наиболее эффективен в тех случаях, когда необходима полная замена участка трубопровода с увеличением его диаметра, что ведет к повышению пропускной способности трубопроводной системы.
Метод применяется при следующих видах повреждений: множественные продольные, поперечные, винтообразные трещины, абразивный износ, свищи, раскрытые стыки, смещение труб в стыках и т.д. С помощью данного метода бестраншейной реконструкции восстанавливаются ветхие водоотводящие трубопроводы на участках длиной до 50 м из керамики, асбестоцемента, чугуна, бетона и стали путем замены их на полиэтиленовые [4].
В качестве инструментов для разрушения ветхих трубопроводов применяются множество типов специальных устройств, включающих, как правило, ударный механизм и конический расширитель и имеющих специфические особенности в зависимости от материала и диаметра трубопроводной сети [5].
ВЕСТНИК
МГСУ-
7/2014
В отечественной практике наибольшее распространение получили пнев-мопробойники, успешно применяемые на объектах реновации городских водопроводных и водоотводящих сетей с 1992 г. [6].
Одним из видов пневмопробойников являются пневматические ударные машины, такие, как ГРУМ, выпускаемые санкт-петербургским предприятием «Грундомаш», и др., позволяющие разрушать старые трубопроводы в диапазоне диаметров 110.. .500 мм и протаскивать в освободившееся пространство полимерные трубы аналогичного ряда диаметров при скоростях проходки 2.30 м/ч и более.
В зарубежной практике в качестве разрушающих трубы механизмов используются лепестковые расширители, которые представляют собой массивные конструкции, состоящие из четырех раздвижных лепестков и конического расширителя [7]. При работе устройства лепестки периодически раздвигаются, разрушая трубопровод, и плавно вдавливают осколки трубопровода в окружающий грунт. Таким образом, создаются условия для беспрепятственного протаскивания новых труб такого же диаметра или больше на сортамент при использовании расширителя соответствующего диаметра [8].
На рис. 1 показан разрез пневмопробойника, расположенного в разрушаемом трубопроводе, а на рис. 2 — процесс разрушения трубопровода.
Рис. 1. Продольный разрез пневмопробойника в разрушаемой трубе: 1 — расширитель; 2 — пневмомолот; 5 — натяжное устройство; 4 — ролик; 5 — ось; б — планшайба; 7 — подложка; 8 — палец; 9 — тяга
Рис. 2. Общий вид пневмопробойника в работе
Сущность работы пневмопробойника заключается в передаче от компрессора к ударному механизму воздуха, за счет которого происходит возвратно-поступательное движение ударника [9]. Таким образом, удар передается на расширитель, а от него — на ветхую трубу. В результате происходит разрушение трубы и расширение грунта за пределы наружного диаметра трубопровода. В освободившееся пространство затягивается новая труба. Разрушение стенок труб из хрупких материалов (например, из керамики, хризотилцемен-та) ведет к образованию хаотических осколков различной величины и формы
(см. рис. 2). Если грунтовый свод над трубопроводом и вокруг него сформирован и уплотнен (вдоль трассы нет грунтовых вод), то осколки трубопровода достаточно долго остаются в грунте и не оказывают негативного влияния на новый протаскиваемый в освободившееся пространство трубопровод. В противном случае возможны осложнения при протаскивании труб, так как осколки могут повредить его поверхность. В связи с этим для реновации лучше выбирать такие полимерные трубы, которые наиболее стойки к порезам (например, полипропиленовые или полиэтиленовые с наружным полипропиленовым защитным слоем).
Особым случаем при реализации технологий бестраншейного разрушения трубопроводов являются операции по разрезанию ветхих стальных трубопроводов. В отличие от «хрупких» труб, образующих осколки при разрушении, разрезание стальных труб специальными устройствами, включающими разрушающие наконечники-резаки с расширителями, приводит к двум возможным последствиям: к образованию полости с плавными очертаниями, копирующими, в основном, рабочую поверхность расширителя в случае применения разрушающего резака с одной режущей кромкой; к образованию двух и более металлических полос, подлежащих (или не подлежащих) удалению через колодцы, если применяются резаки с несколькими режущими кромками.
На рис. 3 представлен общий вид роликового резака и расположенного за ним расширителя для разрезания пополам стального трубопровода, а на рис. 4 — фрагмент разрезания старой трубы на четыре отдельные полосы.
Рис. 3. Резак с тремя разновеликими роликами диаметрами 100, 150 и 3200 мм и коническим расширителем
Наконечники-резаки независимо от их конструктивных отличий действуют как консервный нож, разрезая трубопровод на две или большее количество частей с последующим вдавливанием их в окружающий грунт и обеспечивая за счет конического расширителя беспрепятственный проход новой трубы. Средняя скорость передвижения установки с разрушающим наконечником составляет порядка 80 м/ч. Некоторое снижение скорости наблюдается лишь при прохождении наконечника через резьбовые соединения труб [10].
При использовании пневмопро-бойников и других устройств для разрушения необходимо уделять особое внимание характеру грунта, а именно степени его агрессивности
по отношению к материалу труб°- Рис. 4. Резак с несколькими продольны-провода [11]. Агрессивность грунтов ми режущими кромками
ВЕСТНИК 7/оп, л
7/2014
приводит с течением времени к разъеданию наружных изоляционных покрытий, например стальных и чугунных трубопроводов, а процессы интенсивной наружной коррозии способствуют образованию достаточно прочной структуры «труба — грунт», т.е. специфическому явлению их «срастания». При этом сила сцепления грунта с наружной поверхностью труб может быть настолько сильной, что для разрушения трубопровода необходимо прилагать значительные усилия. В находящемся в непосредственной близости от трубопровода грунте присутствуют продукты коррозии, цементирующие частицы грунта вокруг трубопровода по всей длине участка. В подобных условиях могут находиться и другие, параллельные или пересекающиеся с рассматриваемым трубопроводы, срастающиеся в одно целое. В случае игнорирования «срастания» возможны негативные последствия для процесса разрушения старого трубопровода и протягивания нового, так как в зону разрушения попадают другие коммуникации [12].
Важнейшим условием эффективной работы по разрушению старых труб и протягиванию в них полимерных и других труб является правильный подбор конических расширителей (его длина и материал изготовления, угол захода, наличие и количество режущих ножей определенной формы, острота лезвия и т.д.). В зависимости от вида трубы (прочности стенок) могут использоваться расширители с гладкой заходной частью либо оснащенные режущими продольными или роликовыми ножами [13].
Практический опыт показывает, что при правильно подобранных конструкции и параметрах частей расширителей удается производить разрушение старых трубопроводов без нанесения заметного вреда пластмассовым трубам как в процессе их протяжки, так и при последующей длительной эксплуатации в разных грунтовых условиях и при разных глубинах залегания труб [14].
Работы по восстановлению ветхих участков трубопроводов проводятся в соответствии с технологическим регламентом1, включающим подготовительные (телевизионное обследование, прочистка, пропуск троса лебедки и т.д.), основные (монтажные) и заключительные (демонтажные) работы, которые связаны со всеми этапами реализации процесса разрушения старого и протаскивания нового трубопровода. Скорость проведения основных работ составляет порядка 6 м/ч при протаскивании пластмассовых труб из полиэтилена низкого давления (ПНД) типа с диаметрами 225.500 мм (с длиной секций труб при работе из колодца в колодец 700.750 мм). Диаметры расширителей составляют следующие величины: для труб диаметром 110 мм — 130 мм, 160 мм — 180 мм, 225 мм — 250 мм и 315 мм — 340 мм. Минимальный диаметр колодца при этом должен составлять: для труб диаметром 225 мм — 800 мм, то же 280.315 мм — не менее 1000 мм и то же 400.500 мм — не менее 1500 мм. Расход воздуха, нагнетаемого компрессором, составляет не более 10 м3/мин при рабочем давлении 0,5.0,6 МПа, минимальное тяговое усилие лебедки — 30 кН.
Хотелось бы отметить интересный зарубежный опыт последних лет в данном виде работ.
1 Положение о санации водопроводных и водоотводящих сетей / НТС Госстроя РФ. М.
Прима-Пресс-М, 2003. 40 с.
Американские специалисты в 2010 г. с помощью бестраншейной технологии разрушения восстанавливали подвергнувшийся многочисленным повреждениям и значительной коррозии протяженный участок подземного водопроводного трубопровода диаметром 12 дюймов (300 мм) из стали с толщиной стенки порядка 9 мм [15]. Имеющиеся дефекты приводили к значительным утечкам воды из трубопровода. Работы по реновации осложнялись наличием в непосредственной близости железнодорожных путей и высоковольтного кабеля (с одной стороны трассы) и интенсивного автомобильного движения (с другой стороны). Кроме того, на одном из участков трубопровод проходил через заболоченную местность.
Сложность восстановления заключалась и в том, что соединение стальных труб осуществлялось на специальных фланцах (муфтах), которые устраивались на расстоянии в 40 футов (12 м). Таким образом, в местах их установки толщина стенки трубопровода увеличивалась.
В качестве метода реновации было предложено использовать технологию бестраншейного разрушения старого трубопровода и протаскивания на его место строго по трассе трубы из поливинилхлорида (ПВХ) с аналогичным диаметром (300 мм).
Строительным работам предшествовали полевые тестовые испытания по разрезанию фрагмента аналогичного трубопровода специальными режущими головками (ножами) в виде плоских дисков (рис. 5).
Тестирование на открытой местности показало, что стальная труба и все муфтовые соединения успешно подвергаются разрезанию и разжиму трубы следующим за режущей головкой расширителем. Это подтвердило возможности применения для реновации 150-тонной статической разрывной машины Grundoburst.
На рис. 6 представлен фрагмент разрезания муфты в верхней части трубопровода, а на рис. 7 — воздействие на трубопровод расширителя.
Операции по разрезанию трубопровода производились на трассе, залегающей на глубине 8 футов (2,4 м), разбитой на захватки длиной от 400 до 600 футов (120.180 м). Реконструкция трубопровода проводилась из колодца в колодец непрерывно в пределах захватки, причем из-за высокого уровня грунтовых вод вблизи колодцев также производился непрерывный процесс водопониже-ния. После протягивания в освобождающееся пространство труб ПВХ и их монтажа с запорно-регулирующей арматурой проводились гидравлические испытания. Характерной особенностью и большим преимуществом описанной технологии разрушения явилось то, что все работы по реновации были проведены за двое суток.
Рис. 5. Наземное тестирование возможности разрушения трубопровода с муфтой типа Dresser
ВЕСТНИК
7/2014
Рис. 6. Фрагмент резки муфты дисковыми ножами
Рис. 7. Фрагмент прохождения расширителя через разрезанную муфту
Выводы. Оперативная реновация не подлежащих ремонту ветхих трубопроводов проводится методом их бестраншейного разрушения с последующим протягиванием в освободившееся пространство полимерных и других труб.
В качестве устройств для разрушения ветхих трубопроводов используются пневмопробойники с коническими расширителями, лепестковые расширители, резаки различных конструкций.
Выбор типа устройства для бестраншейной реновации ветхих трубопроводов методом предварительного разрушения в основном зависит от материала ветхого трубопровода, окружающей обстановки (наличия грунтовой воды вдоль трассы, степени уплотнения грунта вблизи свода трубопровода), степени насыщенности подземного пространства параллельными и пересекающимися трубопроводными коммуникациями.
1. Храменков С.В. Стратегия модернизации водопроводной сети. М. : Стройиздат, 2005. 398 с.
2. Храменков С.В., Примин О.Г., Отставнов А.А. Использование полиэтиленовых труб для систем водоснабжения и водоотведения. М. : Современная полиграфия, 2010.
3. РыбаковА.П. Основы бестраншейных технологий. М. : ПрессБюро, 2005. 304 с.
4. Храменков С.В., Орлов В.А., Харькин В.А. Оптимизация восстановления водоот-водящих сетей. М. : Стройиздат, 2002. 160 с.
5. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp., 2010. 735 p.
6. Отставнов А.А., Орлов Е.В., Хантаев И.С. Первоочередность восстановления трубопроводов водоснабжения и водоотведения // Строительный инжиниринг. 2007. № 10. С. 44—49.
7. Zwierzchowska A. Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodoci-agowych i kanalizacyjnych // Politechnika swietokrzyska. 2006. 180 p.
8. RameilM. Handbook of pipe bursting practice. Vulkan verlag, 2007. 351 p.
9. Отставнов А.А. Современные материалы и технологии для реализации задач реформы ЖКХ // Сантехника. 2004. № 4. С. 2—4.
10. Гончаренко Д.Ф., Коринько И.В. Ремонт и восстановление канализационных сетей. Харьков : Рубикон, 1999. 364 с.
11. Белобородов В.Н., Ли А.Н., Емелин В.И. Отечественные бестраншейные технологии восстановления трубопроводов. Красноярск : СФУ, 2010. 192 с.
Библиографический список
318 с.
12. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкции крепей. М. : Недра. 1992. 257 с.
13. Харькин В.А. Систематизация и анализ патологий водоотводящих сетей, подлежащих восстановлению // РОБТ. 2001. № 2. С. 13—25.
14. Zwierzchowska A. Optymalizacja doboru metod bezwykopowej budowy // Politechnika swietokrzyska. 2003. Pp. 16—19.
15. Brahler C. City of Helena. California Rutherford 12-inch Diameter Water Pipeline Rehabilitation. Sydney, Australia : NO-DIG, 2013. Режим доступа: www.nodigdownunder. com. Дата обращения: 20.12.2013.
Поступила в редакцию в июне 2014 г.
Об авторах: Орлов Владимир Александрович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-36-29, orlov950@yandex.ru;
Богомолова Ирина Олеговна—ассистент кафедры водоснабжения, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-36-29, bogomolova83@mail.ru;
Гуреева Ирина Сергеевна — студент Института инженерно-экологического строительства и механизации, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-36-29, gureeva.irina.sergeevna@mail.ru.
Для цитирования: Орлов В.А., Богомолова И.О., Гуреева И..C. Бестраншейная реновация ветхих трубопроводов путем протаскивания новых полимерных труб на место предварительно разрушенных старых // Вестник МГСУ. 2014. № 7. С. 101—109.
V.A. Orlov, I.O. Bogomolova, I.S. Gureeva
TRENCHLESS RENOVATION OF WORN-OUT PIPELINES THROUGH THEIR PRIOR DESTRUCTION AND DRAGGING NEW POLYMER PIPES IN PLACE OF THE OLD
The authors present an analysis of effective methods of trenchless renovation of worn-out pipelines for water supply and wastewater disposal systems by means of prior destruction and dragging the new polymer pipes in the free space. The analysis of the devices for the destruction of the pipeline by trenchless methods, which include the pneumatic hammers, the wideners, petal cutters of various designs, is given. The article describes the conditions for application of different types of devices for destruction of pipelines, in particular, the range of destructible diameters and ROP.
A fundamental condition for the effective work on the destruction of old pipes and dragging polymer and other pipes is the correct selection of conical reamers (their length and material, the angle of approach, the presence and number of cutting blades of a certain form, blades, etc.). Depending on the type of pipe (the strength of the wall) can be used to smooth the lead-in part of extenders or equipped with cutting lengthwise or roller blades.
Tips-chopping knives, regardless of their design differences act like a can opener, slitting line into two or more parts and then pressing them into the surrounding soil and ensuring the free passage of the new extender conical pipes. The average speed of movement with destructive tip is about 80 m/h. A speed reduction is observed only when passing through the tip of the screw connections of the pipes.
ВЕСТНИК 7/on, л
7/2014
The work on restoration of old pipe sections shall be conducted in accordance with technological regulations, including preparations, which include inspection, skipping rope, winch procleaning, etc.), the main (construction) and final (dismantling) work that are associated with all stages of the process of the destructing the old and dragging a new pipeline.
Particular attention is paid to foreign experience of trenchless renovation for steel pipes with couplings roller blades. The authors present the characteristics of renovation, approaches to the destruction of the old pipeline, in particular, the tests to assess the effectiveness of cutting pipe cutting devices. The technical process indicators are offered.
Key words: renovation, pipelines, destruction, punches, extenders, trenchless technology.
References
1. Khramenkov S.V. Strategiya modernizatsii vodoprovodnoy seti [Strategy of Modernization of Water Supply Networks]. Moscow, Stroyizdat Publ., 2005, 398 p.
2. Khramenkov S.V., Primin O.G., Otstavnov A.A. Ispol'zovanie polietilenovykh trub dlya sistem vodosnabzheniya i vodootvedeniya [Use of Polyethylene Pipes for Water Supply and Sanitation]. Moscow, Sovremennaya poligrafiya Publ., 2010, 318 p.
3. Rybakov A.P. Osnovy bestransheynykh tekhnologiy [Basics of Trenchless Technologies]. Moscow, PressByuro Publ., 2005, 304 p.
4. Khramenkov S.V., Orlov V.A., Khar'kin V.A. Optimizatsiya vosstanovleniya vodoot-vodyashchikh setey [Optimization of Gravity Networks Restoration]. Moscow, Stroyizdat Publ., 2002, 160 p.
5. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp., 2010, 735 p.
6. Otstavnov A.A., Orlov E.V., Khantaev I.S. Pervoocherednost' vosstanovleniya trubo-provodov vodosnabzheniya i vodootvedeniya [Priority Order of pipeline rehabilitation of water supply and sewerage]. Stroitel'nyy inzhiniring [Journal of Construction Engineering]. 2007, no. 10, pp. 44—49.
7. Zwierzchowska A. Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodoci-agowych i kanalizacyjnych. Politechnika swietokrzyska. 2006, 180 p.
8. Rameil M. Handbook of Pipe Bursting Practice. Vulkan verlag, 2007, 351 p.
9. Otstavnov A.A. Sovremennye materialy i tekhnologii dlya realizatsii zadach reformy ZhKKh [Modern Materials and Technologies to Achieve the Objectives of Housing Reform]. Santekhnika [Journal of Plumbing]. 2004, no. 4, pp. 2—4.
10. Goncharenko D.F., Korin'ko I.V. Remont i vosstanovlenie kanalizatsionnykh setey [Repairs and Reconstruction of Sewage Systems]. Khar'kov, Rubikon Publ., 1999, 364 p.
11. Beloborodov V.N., Li A.N., Emelin V.I. Otechestvennye bestransheynye tekhnologii vosstanovleniya truboprovodov [Native Trenchless Technologies of Pipeline Reconstruction]. Krasnoyarsk, SFU Publ., 2010, 192 p.
12. Baklashov I.V., Kartoziya B.A. Mekhanika podzemnykh sooruzheniy i konstruktsii krepey [Mechanical Design of Underground Structures and Shoring]. Moscow, Nedra Publ., 1992, 257 p.
13. Khar'kin V.A. Sistematizatsiya i analiz patologiy vodootvodyashchikh setey, pod-lezhashchikh vosstanovleniyu [Systematization and Analysis of Drainage Networks Pathologies to be Restored]. ROBT [Russian Association on Trenchless Technologies Implementation]. 2001, no. 2, pp. 13—25.
14. Zwierzchowska A. Optymalizacja doboru metod bezwykopowej budowy. Politechnika swietokrzyska. 2003, pp. 16—19.
15. Brahler C. City of Helena. California Rutherford 12-inch Diameter Water Pipeline Rehabilitation. Sydney, Australia, NO-DIG, 2013. Available at: http://www.norcalpug.com/nu_up-load/Paper_1.pdf. Date of access: 20.12.2013.
About the authors: Orlov Vladimir Aleksandrovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, chair, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 18336-29; orlov950@yandex.ru;
Bogomolova Irina Olegovna — Assistant Lecturer, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 129337, Russia, Moscow, Yaroslavskoe shosse 26, 8(499)183-36-29, bogomolova83@mail.ru;
Gureeva Irina Sergeevna — student, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 183-36-29; gureeva.irina.sergeevna@mail.ru.
For citation: Orlov V.A., Bogomolova I.O., Gureeva I.C. Bestransheynaya renovatsiya vetkhikh truboprovodov putem protaskivaniya novykh polimernykh trub na mesto predvaritel'no razrushennykh starykh [Trenchless Renovation of Worn-Out Pipelines through their Prior Destruction and Dragging New Polymer Pipes in Place of the Old]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 7, pp. 101—109.
