CC BY
289
Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2009. Вып. 3. С. 238-244 = Науки о земле
У/1 К 622.236.732
Современные бестраншейные технологии*
Е.В. Белякова, К.А. Головин
Аннотация. Одним из современных способов прокладки коммуникаций является бестраншейный метод. При бестраншейной прокладке коммуникаций используются в зависимости от начальных условий различные технологии, имеющие особенности и свою область применения.
Ключевые слова: бестраншейные технологии, горизонтально-направленное бурение, продавливание трубопроводов, управляемый прокол.
Рост объёмов строительства, повышение требований к экологической безопасности ведения строительных работ при устройстве тоннелей и прокладке инженерных коммуникаций в условиях небольших глубин и наличия на поверхности зданий и сооружений обуславливают необходимость использования технических средств, обеспечивающих образование выработок с минимальным воздействием на окружающий массив. В значительной степени этим условиям отвечают машины реализующие технологию прокладки выработок малого сечения методом прокола. При этом обеспечивается сохранение устойчивости и целостности массива.
Традиционно прокладка трубопроводов до недавнего времени независимо от их назначения проводилась так называемым «открытым» способом. Этот способ предусматривает вскрытие грунтов (рытье траншеи) на заданную глубину, проведение технических мероприятий по подготовке траншеи для прокладки трубопровода (как правило, это выравнивание дна траншеи), создание песчаной постели, прокладку трубопровода или кабеля, засыпку проложенных коммуникаций инертным материалом, окончательную засыпку траншеи и, наконец, восстановление растительного слоя или дорожного полотна.
Метод бестраншейной проходки является альтернативной традиционному траншейному методу и позволяет преодолевать преграды, встречающиеся на пути трубопроводов (реки, дамбы, дороги, железнодорожные насыпи и т.д.), без нарушения режима их функционирования.
Работа выполнена при поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № 2.2.1.1/3942) и ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России» (проект № 02.740.11.0319).
В то время как под землей возводятся новые инфраструктуры, на поверхности все остается без изменений: город живет обычной жизнью, движение на улицах города, по рельсам и на воде не прекращается.
Использование бестраншейных технологий позволяет:
— обеспечить замену коммуникаций без нарушения благоустройства и полотна дорог;
— не нарушать обычный ритм жизни города;
— не перекрывать транспортные магистрали;
— не нарушать существующие коммуникации;
— значительно снизить затраты (до 50%);
— проводить работы в зимних условиях;
— значительно увеличить сроки эксплуатации вновь прокладываемых трубопроводов;
— обеспечить мобильность и высокую производительность работ.
Бестраншейные технологии применяются при решении инженерных задач
в двух направлениях: строительство новых и реконструкция изношенных трубопроводов, и позволяют быстро, выгодно и качественно выполнить такие работы, как:
— прокладка газопроводов;
— прокладка нефтепроводов;
— прокладка канализации и водопроводов;
— прокладка кабелей связи;
— вертикальное использование — для формирования свай и свайных конструкций, колодцев и скважин, закрепление сводов подземных сооружений.
При бестраншейной прокладке коммуникаций используются следующие технологии:
Горизонтально-направленное бурение (рис. 1) — это бурение скважин в горизонтальном направлении, при котором существует возможность управлять под землей траекторией скважины. В ряде случаев за счет использования упругой деформации штанг, применяемых для этой технологии, возможно изменение курса бурения на 90° градусов на 90-метровом участке. Используются трубы из полиэтилена, стали и др. видов материалов. Длина прокладки путей достигает 2 км, а диаметр 1200 мм.
Шнековое бурение (рис. 2) — метод управляемого продавливания труб, осуществляемого с высокой степенью точности в самых разнообразных грунтах. Кроме того, выбранная технология позволяет проходить подземные выработки без риска обрушения забоя и избежать значительных деформаций поверхности, что особенно важно при проходке коллекторов под существующими сооружениями и коммуникациями. Прокладка коммуникаций данной
Рис. 1. Установка горизонтально-направленного бурения Grundodrill 13Х/15Х фирмы Tracto-Technik
установкой применяется в стесненных городских условиях для прокладки трубопроводов больших диаметров. Для данного метода характерны: скорость проходки не менее 10 м в смену и высокая точность, независимо от длины трассы. Длина проходки — до 150 м, диаметр труб от 600 мм до 1820 мм.
Рис. 2. Установка шнекового бурения 60-1200 G2 (American Augers®,
Astee Underground)
Микротоннелирование (рис. 3) — комплексом AVN осуществляется в автоматическом режиме, под контролем операторов, находящихся в блоке управления микротоннеля. Данный метод позволяет выполнять задачи по прокладке коммуникаций в сложнейших условиях, где раньше приходилось бы выполнять водопонижение, замораживание и т.п. Прокладываются стальные и ж.б. футляры без промежуточных шахт в грунтах содержащих валуны
и скальные включения. Длина проходки — до 200 м, диаметр труб от 500 до 1700 мм [1, 2].
Рис. 3. Оборудование для микротоннелирования компании НеггепкпесЫ; АС
Прокол (рис. 4) — самый простой и экономичный способ бестраншейной прокладки новых трубопроводов. Проходка осуществляется из небольшого рабочего котлована, подвала здания или существующего колодца. Сердцем установки управляемого прокола является силовой гидроцилиндр усилием порядка 40 т с полным штоком для размещения буровых штанг и присоединенным перекашивающимся захватом штанг.
Рис. 4. Установка для прокладки магистралей методом прокола УП-30
Наконечник буровой головки имеет скошенную поверхность и при задав-ливании отклоняет буровую колонну в сторону Оператор с помощью георадара видит как необходимо повернуть головку, чтобы выправить траекторию в нужную сторону При задавливании штанг с вращением буровая колонна двигается прямолинейно.
После выхода в приемном котловане буровая головка заменяется на конический расширитель. Обратным ходом штанг с уплотнением грунта пилотная скважина расширяется до необходимого диаметра. Одновременно или после расширения в скважину протаскивается труба. Она может использоваться и зимой — при работе ниже уровня промерзания грунта. Прокладка коммуникаций методом земляного прокола рассчитана на длину проходки до 15 м и для прокладки труб диаметром до 150 мм.
Говоря о технологии прокола, нельзя не вспомнить о пневмопробойниках — самодвижущихся пневматических машинах ударного действия, рабочим органом которых является образующий скважину корпус, а источником энергии служит сжатый воздух. Под его воздействием расположенный внутри корпуса ударник совершает удары по переднему торцу с частотой 200-600 в минуту, заставляя того двигаться все дальше и дальше (обратно не дает трение о грунт).
Продавливание (рис. 5) — при использовании такого типа бурения прокладываемая труба вдавливается в грунт открытым концом, снабженным ножевым устройством (то есть происходит продавливание трубы). Поступающий в полость трубы грунт разрабатывается и удаляется из забоя вручную или механизированным способом. Способ забивки стальных труб (продавливание) используется для труб диаметром до 2000 мм.
Рис. 5. Прокладывание трубы методом продавливания [4]
Санация (рис. 6) — способ замены труб, производимый без прекращения движения транспорта, объездов, пробок, и т.п. Работающая по принципу динамического удара разрушающая головка продвигается по заменяемому
трубопроводу из бетона (без арматуры), асбоцемента, ПЭ и чугуна разрушает их. Одновременно затягивается труба такого же или большего диаметра. Бестраншейное бурение для замены старого трубопровода диаметром до 800 м [1, 3].
Рис. 6. Бестраншейная санация водовода диаметром 1400 мм по технологии Рфе\¥ау (ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»)
Таким образом, бестраншейный метод прокладки позволяет оставлять нетронутыми полезные площади и природные ландшафты, а также осуществлять прокладку подземных трубопроводов в таких местах, где поверхность ограничена. Данный метод позволяет существенно снизить затраты на строительство и сократить время проведения работ, а также отличается повышенным уровнем безопасности, в том числе и экологической. Профессиональная бестраншейная прокладка канализации и других инженерных коммуникаций обеспечивает быструю их замену, без разрушения дорожного покрытия и благоустроенных участков территории и, что не маловажно, может проводиться и в зимний период.
Список литературы
1. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий. Теория и практика. М.: Пресс-Бюро, 2005. 304 с.
2. Материалы сайта http://lpst.ru/.
3. Материалы сайта http://www.library.stroit.ru.
4. Материалы сайта http://www.mrmz.ru.
Поступило 15.10.2009
Белякова Елена Владимировна, аспирант, кафедра геотехнологии и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.
Головин Константин Александрович ([email protected]), д.т.н., профессор, кафедра геотехнологии и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.
Modern trenchless technologies E.V. Belyakova, K.A. Golovin
Abstract. One of the modern ways of supply pipeline laying is a trenchless technique.Depending on the initial conditions, trenchless laying implies the use of different technologies, each of them have their own features and their own application area.
Keywords: trenchless technologies, horizontal drilling, piercing of pipeline, controlled prick.
Belyakova Elena, postgraduate student, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.
Golovin Konstantin ([email protected]), doctor of technical sciences, professor, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.
