CC BY
57
2. Организация, планирование и управление строительством: учебник/ под ред.П.Г. Грабового. М.: Проспект, 2012 — 528 с.
3. Теличенко В.И. Технология возведения зданий и сооружений / М:. Высшая школа, 2004. — 447 с.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Хадави Могаддам Мохаммад Казем. Взаимосвязь градостроительных, архитектурных решений с выбором конструкций, материалов, технологий и организации строительных работ. — Системные технологии. — 2018. — № 27. — С. 98—105.
INTERRELATION OF TOWN-PLANNING, ARCHITECTURAL DECISIONS WITH A CHOICE OF DESIGNS, MATERIALS, TECHNOLOGIES AND Hadavi Mohaddam Mohammad Kazem
National Research Moscow State University of Civil Engineering
Abstract Keywords:
In the process of construction, it is often necessary to shorten the express planning, ACTO scheme,
terms for the implementation of the conceptual stage. In this article, it is conceptual stage.
proposed to use the scheme of interrelation of architecture, structures, Date of receipt in edition: 03.04.18
technology and organization for express planning at the conceptual stage. Date of acceptance for printing: 07.04.18
УДК 628
РЕКОНСТРУКЦИЯ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ И СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
В.А. Орлов*, С.А. Тимофеев**, С.В. Кабачкин** * Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва ** Акционерное общество «Мосводоканал», г. Москва
Аннотация Ключевые слова:
В статье рассматриваются комплексные вопросы реконструкции вет- трубопровод, ремонт, компенса-
хих трубопроводных сетей путем протаскивания в них полимерных торы удлинений, температура,
труб и использования различного типа компенсаторов температурных прочностной расчет, водоснабже-
удлинений. Представлен опыт проектирования и подбора компенса- ние, водоотведение
ционных устройств, позволяющих восстановить пропускную способ- История статьи:
ность проложенной в коллекторе водопроводной сети диаметром 600 Дата поступления в редакцию
мм и протяженностью 949 м. 03.04.18
Дата принятия к печати 07.04.18
Вопросы восстановления пропускной способности ветхих трубопроводов городских систем водоснабжения и водоотведения на сегодняшний день являются актуальными для РФ, так как свыше 60% отечественных коммунальных трубопроводов требуют ремонта, реконструкции и модернизации [1]. Аналогичная картина наблюдается и в зарубежных странах [2]. В качестве основного мероприятия, позволяющего оперативно и экономично восстанавливать старые трубопроводы можно рассматривать бестраншейные технологии [3, 4]. В свою очередь среди наиболее перспективных методов бестраншейной реконструкции трубопроводных систем водоснабжения и водоотведения следует отметить такие, как нанесение набрызговых защитных покрытий на базе использования полимерных материалов, протаскивание в старые трубопроводы полимерных труб меньшего диаметра, нанесение на внутреннюю поверхность полимерных рукавов и т.д. [5-7].
Неотъемлемой составной частью проектов по реконструкции трубопроводов систем напорного водоснабжения с использованием полимерных труб является применение компенсирующих температурные удлинения устройств [8-10].
Нижерасположенный материал представляет собой опыт проектирования, строительства и эксплуатации одного из объектов реконструкции в г. Москве.
В соответствии с программой перекладки ветхих трубопроводов в городских коллекторах по заказу АО «Мосводоканал» необходимо было произвести реконструкцию участка водопроводной сети диаметром 600 мм и протяженностью 949 м. Объект реконструкции находился в Москве по адресу «Большой Кисловский переулок». Проектные и монтажные работы были поручены строительной компании ООО «ВиК», которая приступила к ним в 2017 году.
В качестве альтернативных вариантов реконструкции участка водопроводной сети диаметром 600 мм рассматривались два метода: протягивание в трубопровод стальных труб диаметром 400 мм с нанесенным цементно-песчаным покрытием (ЦПП); протягивание в трубопровод плети полимерных труб ПЭ 100 SDR 17 диаметром 315 мм.
В отношении первого варианта было сделано заключение о сложности размещения оборудования в стесненных условиях коллектора и невозможности разработки котлованов для опускания стальных труб по причине наличия одной полосы движения автомобильного транспорта. Кроме того, было установлено, что в коллекторе невозможно проведение монтажных огневых работ из-за нахождения в нем высоковольтных кабелей электроснабжения, телефонной и оптоволоконной связи, тепловой изоляции теплосети.
В итоге было отдано предпочтение второму варианту реконструкции — протяжке в старый трубопровод полиэтиленовой трубы. Основная сложность при реализации данной технологии заключалась в необходимости учета значительного линейного температурного удлинения полимерных труб, а также наличия расположенных в колодцах фасонных частей в количестве 14 единиц. Проблема усугублялась значительной разницей температур наружного воздуха в городском коллекторе и трубопроводе, которые колебались в диапазоне 20-30 °С и температуре транспортируемой воды 10 °С.
В связи с этим был принят ряд инженерных решений, в частности: для предотвращения смещения концов трубы и выдерживания требуемых нагрузок в конструкции восстанавливаемой системы предусмотреть неподвижные опоры, устанавливаемые на расстоянии не более чем 54 м друг от друга на прямых участках полиэтиленовой трубы. В качестве новаторского решения для компенсации линейного расширения полиэтиленовых труб и исключения разрыва трубопровода был применен сильфон-ный компенсатор осевого типа КСО-300-16-180 с условным диаметром 300 мм на условное давление 0,16 МПа и осевой компенсирующей способностью 180 мм.
Компенсаторы типа КСО предназначены для установки на длинных участках трубопроводов и используются в вентиляционных системах, теплоцентралях, системах отвода дыма и газа, а также трубопроводах транспорта воды, нефти и пара (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид выполненного из нержавеющей стали сильфонного омпенсатора осевого типа КСО-300-16-180
В процессе работы компенсатор вследствие расширения или сжатия сильфона, двигается в направлении продольной оси, тем самым, компенсируя линейные изменения на участке трубопроводной системы. Компенсаторы КСО имеют следующие технические характеристики: условный диаметр (DN) от 20 до 2200 мм; рабочее давление (PN) от полного вакуума до 100 кг/см2; температурный режим от -250 до +950°C.
Осевые компенсаторы используются на трубопроводах, где из-за колебаний температуры, внешних и внутренних факторов наблюдается изменения их длины. Компенсаторы устанавливаются между двумя неподвижными опорами. Справа и слева они оснащены патрубками, которые позволяют приварить устройство непосредственно к трубам, минимизировав возможность негерметичной установки. Сильфон, который напоминает своим видом гофру, создается из одного или нескольких слоев нержавеющей стали. Преимуществом осевых сильфонных компенсаторов являются малые гидравлические сопротивления движению воды и незначительные габариты, которые позволяют легко устанавливать их в систему транспорта жидкостных потоков.
Перед установкой компенсаторов и протягиванием в старый трубопровод полиэтиленовых труб проводился расчет возможного воздействия линейного удлинения полиэтиленовой трубы на прочностные характеристики и предельных усилий, воспринимаемых полиэтиленовым трубопроводом.
Для предотвращение смещения концов трубы по причине перепада температур производился расчет усилий N (кН,) по формуле (1):
N = aAT ■ E ■ F/1000, (1)
где а — коэффициент линейного термического расширения, 1/0С (для полиэтилена 2-10-4); ДТ — диапазон изменение температуры, 20 0С; Е — модуль упругости материала полиэтиленовой трубы, 800406 Н/м2; F — площадь стенки трубы диаметром 315 мм в ее поперечном сечении (для трубы SDR 17 с толщиной стенки 18,7 мм) 0,0174 м2;
N = 2 ■ÍO-4 ■ 20 ■ 800 ■ÍO6 ■ 0,0174/1000 = 55,6 кН Для определения величины максимальных усилий F (кН), которые воспринимаются полиэтиленовым трубопроводом, расчет производился по формуле (2):
F„ = (( D2 -(D - 21 }2)/4) а (2)
где D и l — соответственно внешний диаметр трубы (0,315 м) и толщина стенки (0,0187 м); о — предел текучести трубы при растяжении, 19-103 кН/м2;
FM„ = (з,14^0,3152-(0,315-2• 0,0 1 87)2)-19-103 = 3 3 0,56 кН Проверка прочности трубопровода при воздействии температурного расширения осуществляется по формуле (3):
N < 0,5F , ^
' (3)
где 0,5 — коэффициент запаса;
Таким образом, имеем: 55,6 < 0,5-330,56 = 165,28
В качестве вывода можно отметить, что при выполнении данного условия прочность трубопровода будет обеспечена.
Величины температурного удлинения ДЬ на соответствующих участках трубопровода определяются по формуле (4):
AL = a ■AT■L, (4)
где Ь. — длина участка трубопровода, м;
Соглано расчетной схеме, подвергаемый реновации трубопровод делился на 18 участков. Значения расчетных величин температурного удлинения на этих участках приведены в табл. 1.
Таблица 1
Величины температурного удлинения, м
а рк е
т ^ о оа К £ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
АЬ, м 0,28 о 0,22 1 0, 0,24 0,13 0,17 0,13 0,17 СО о 0,175 0,175 0,16 0,12 0,16 1 1—1 0, 0,16 0,16
Анализируя данные табл. 1, необходимо отметить, что величины удлинений за счет изменения температуры не превышают 0,18 м. В последующем это обстоятельство было принято за основу при производстве строительно-монтажных работ.
Следующим этапом явилось проектирование (расстановка) соответствующих устройств, компенсирующих удлинение по всей трассе трубопровода с учетом возможностей каждого.
На участках с номерами 8, 9 и 11-18 компенсация температурного расширения производилась за счет установки сильфонных осевых компенсаторов типа КСО 300-16-180 с диапазоном компенсационной способности 0,18 м (рис. 2).
Температурные расширения на участках трубопровода номер 1, 2, 4 и 10 компенсировались за счет отводов под 900, а на участках 1-7 за счет П-образных компенсаторов.
В качестве примера приведены общие формулы для расчета компенсирующей возможности отводов (5) и П-образных компенсаторов (6) для соответствующих участков Ь:
М = (2с/3Е0 Б)((Ц + г )3 + 0,007г3)/(Ц + г)) (5) М = (с/0,25 Е0 Бк )(9,4г3 +14,9г2 а + 7,8а2 + 1,3а3), (6) где D — наружный диаметр трубы, м; R — радиус изгиба отвода, м; Ь. — длина прилегающего к отводу прямого участка, м; к — вылет компенсатора, м; а — длина прямого участка компенсатора, м.
В табл. 2 в качестве примера представлены выборочные значения величин компенсации удлинений за рш. 2. Иллюстрацш фрагмента трубопро- счет установки отводов и П-образных компенсаторов. вода с сильфонным осевым компенсатором и отводом под 900 в коллекторе
Таблица 2
Величины удлинений на выборочных участках, м
Номер участка 4 10 3 5 6 7 8
Дельта Ь, м 0,38 0,45 0,6 0,6 0,75 0,18 0,18
Как следует из табл. 2, компенсирующая способность отводов и П-образных компенсаторов позволяет удлиняться участкам трубопроводов в диапазоне 0,18-0,75 м, обеспечивая при этом надежную работу трубопроводной системы.
Ответственным моментом являлись пуско-наладочные работы на трубопроводе. Для определения эффективности компенсаторов проводился постоянный мониторинг с замерами их строительной длины, температуры в коллекторе и на поверхности трубы. Работы проводились в декабре 2018 года в период интенсивного и значительного понижения температуры транспортируемой по трубам воды. Мониторинг осуществлялся два раза в сутки на каждом установленном компенсаторе. Ниже приводятся данные по наиболее характерным точкам в моменты наполнения трубопровода водой, а также при операциях хлорирования и промывки с понижающейся температурой.
Строительная длина компенсатора типа КСО до наполнения трубопровода водой составляла 68 см. Температура в коллекторе и трубе составляли 15-30 °С. После наполнения трубопровода водой в ходе гидравлических испытаний характер изменения температуры трубопроводе составлял 9-15 °С при неизменном диапазоне температур в коллекторе 15-30 °С. Определение удлинения на компенсаторе производилось с помощью мерной линейки и составляло от 10 до 17 см. При хлорировании и промывке трубопровода температура трубы составляла 9-17 °С, а удлинение на компенсаторе 4-11 см. При пуске трубопровода в эксплуатацию с температурой в диапазоне 4-12 °С и относительно стабильном интервале температур в коллекторе 15-30 °С удлинение на компенсаторе находилось в рамках 8-11 см.
В целях гарантирования безопасной работы компенсатора в чрезвычайных ситуациях, т.е. возможности его разрыва при максимальном расчетном удлинении 18 см были установлены фиксаторы в виде 6 расположенных по окружности шпилек, исключающих растяжение компенсатора более чем на 17 см (см. рис. 2).
Выводы
1. Проведение комплекса работ по проектированию и реконструкции участков сети протяженного водопроводного трубопровода с помощью протаскивания полимерных труб позволило в кратчайшие сроки осуществить реновацию ветхого трубопровода, исключить проведение огневых работ, раскопку котлованов на проезжей части, а также способствовать экономии ручного труда по монтажу более легких полиэтиленовых труб в городском коллекторе.
2. Благодаря применению отечественных сильфонных компенсаторов осевого типа, работающих в больших диапазонах давлений и температур, создана простая трубная конструкция, которая вкупе с другими компенсаторами температурных удлинений обеспечивает надежную работу трубопроводной сети в полном соответствии с расчетами и характеристиками оборудования, выпускаемого отечественными заводами-изготовителями.
3. Рекомендуется использовать опыт АО «Мосводоканал» по применению сильфонных компенсаторов в условиях монтажных работ на водопроводных сетях при высоких температурах в коллекторах, а также при монтаже полиэтиленовых труб в летнее время при высоких положительных температурах в футлярах без заполнения межтрубного пространства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Орлов В.А., Хантаев И.С., Орлов Е.В. Бестраншейные технологии. М.: АСВ. 2016. 223 с.
2. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp, 2010. 735 p.
3. Отставнов А.А., Хантаев И.С. К выбору труб для бестраншейного устройства трубопроводов водоснабжения и водоотведения // Пластические массы. 2007. С. 40-43.
4. Rabmer-Koller U. No-dig technologies — innovative solution for efficient and fast pipe rehabilitation. // 29 NO-DIG International Conference and Exhibition, NO-DIG Berlin 2011, Paper 2C-1, pp. 1-10.
5. Wei G., Xu R., HuangB. Analysis of stability failure for pipeline during long distance pipejacking. // Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, Volume 24, 8, рр. 1427-1432.
6. Cruz C., Emerson M. Spray applied coatings for the rehabilitation of drinking water pipelines. // 31st NO-DIG International Conference and Exhibition, 2012, Sao Paulo (Brasil), PAP 011521, pp.1-7.
7. Zwierzchowska A. Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociagowych i kanalizacyjnych. Politechnika swietokrzyska. 2006. 180 p.
8. Орлов В.А. Защитные покрытия трубопроводов. М.: АСВ. 2009. 125 с.
9. Zwierzchowska A. Optymalizacja doboru metod bezwykopowej budowy // Wydawnictwo Politechniki Swietokrzyskiej. 2003. 161 р.
10. Захаров Ю.С., Орлов В.А. Восстановление водоотводящих сетей полимерными рукавами. М.: Издательство Русайнс. 2017. 107 с.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
В.А. Орлов, С.А. Тимофеев, С.В. Кабачкин. Реконструкция водопроводной сети с использованием полиэтиленовых труб и сильфонных компенсаторов . — Системные технологии. — 2018. — № 27. — С. 105—110.
RECONSTRUCTION OF WATER NETWORK WITH THE USE OF POLYETHYLENE PIPES
AND BELLOWS EXPANSION JOINTS
V. A. Orlov*, S. A. Timofeev**, S. V. Kabashkin**
*Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow **Joint-stock company «Mosvodokanal», Moscow
Abstract
The article deals with complex issues of reconstruction of dilapidated pipeline networks by dragging in them polymer pipes and the use of various expansion joints. The article presents the experience of designing and selecting compensation devices that allow to restore the capacity of the water supply network laid in the collector with a diameter of 600 mm and a length of 949 m. .
Keywords:
pipeline, repair, expansion joints, temperature, strength calculation, water supply, water disposal Date of receipt in edition: 03.04.18 Date of acceptance for printing: 07.04.18
