CC BY
44
Веженкова Юлия Аркадьевна
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
Научный руководитель: Иконникова Альбина Викторовна
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
г. Новосибирск, РФ
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К СТРОИТЕЛЬСТВУ И РЕМОНТУ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Аннотация
В статье рассматриваются варианты способов прокладки тепловых сетей в зависимости от условий участка. Выполнен анализ достоинств и недостатков способов прокладки, а так же приведена оценка возможности применения с учетом критериев особенностей условий прокладки.
Ключевые слова
Тепловая сеть, способ прокладки, бесканальная прокладка, надземная прокладка,
подземная прокладка
Vezhenkova Yuliya A.
Novosibirsk state university of architecture and civil engineering (Sibctrin)
Supervisor: Ikonnikova Albina V.
Novosibirsk state university of architecture and civil engineering (Sibctrin)
Novosibirsk, Russia
MODERN APPROACHES TO THE CONSTRUCTION AND REPAIR OF HEATING NETWORKS
Abstract
The article discusses options for laying heating networks depending on the conditions of the site. An analysis of the advantages and disadvantages of the laying methods, as well as an assessment of the possibility of application, taking into account the criteria of the characteristics of the laying conditions, is carried out.
Keywords
Heating network, laying method, channel-free laying, aboveground laying, underground laying
Система теплоснабжения России состоит из пятидесяти тысяч локальных систем теплоснабжения, обслуживаемых семнадцатью тысячами предприятий.[3]
Система теплоснабжения - совокупность устройств, включая источник тепла с котельными агрегатами, насосным и прочим оборудованием, разводящих магистральных и внутриквартальных наружных тепловых сетей и внутренних систем теплопотребления зданий. Совокупность всех устройств обеспечивает функционирование системы как единого целого.
В Российской Федерации протяженность теплосетей составляет более 257 тыс. км. Большая часть тепловых сетей эксплуатируется уже многие годы, и их проектирование осуществлялось в соответствии с действовавшими в период строительства нормативными требованиями, которые были существенно ниже современных. Около 60% тепловой энергии при транспортировке теплоносителя теряется из-за большой протяженности, необоснованного выбора способа прокладки тепловой сети, а так же из-за применения устаревших материалов тепловой изоляции. [3]
Внедрение мероприятий связанных с увеличением срока службы - актуальная задача при
строительстве теплосетей. Срок службы тепловой сети может быть продлен за счет выбора наиболее эффективного способа прокладки. Для этого необходимо выполнить сравнительный анализ методов с учетом территориальных особенностей расположения тепловых сетей.
В основном тепловая сеть выполнена подземной прокладкой, около 80% от всей протяженности, в непроходных и проходных каналах.[3]
При новом строительстве или же при реконструкции теплосетей, в большинстве случаев, применяется бесканальная прокладка, но при капитальном ремонте отдельных участков трубопроводов обычно сохраняется традиционная канальная прокладка.
Результаты распределения тепловых сетей по способам прокладки представлены на Рисунке.
■ Подземная в непроходных каналах
■ Подземная бесканальная
■ Подземная в полупроходных каналах
■ Подземная в проходных каналах
■ Прокладка в техподпольях
■ Надземная прокладка
Рисунок - Распределение тепловых сетей по способу прокладки в России
Источник: разработано автором
В качестве нормативного документа при проектировании подземных трубопроводов тепловых сетей всех способов прокладки, в том числе канальной прокладки, применяется СП 124.13330.2012 «Тепловые сети». Выбор типа прокладки определяется условиями участка, а так же на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом как строительных, так и эксплуатационных затрат.
В комплекс строительства тепловых сетей входят: земляные работы; монтаж железобетонных и металлических конструкций; монтаж трубопроводов; сварка и изоляция трубопроводов и оборудования; бетонные, кирпичные и гидроизоляционные работы; водоотлив и водопонижение, устройство сопутствующего дренажа, свайные работы.
Подземная прокладка теплосети по способу монтажа делится на канальную, бесканальную и бестраншейную.[7]
Канальный способ прокладки подразумевает, что трубопроводы тепловой сети укладываются в специальные каналы, сверху покрываются гидроизоляционными материалами. Каналы могут быть непроходными, проходными и полупроходными.
Каналы - это железобетонные лотки и плиты, которые используются для защиты труб при их подземном расположении. Каналы могут быть сборными серийными железобетонными или же монолитными, в зависимости от условий строительства. Согласно действующему СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» п. 9.4, на территории земельных участков, зданий и сооружений дошкольных образовательных, общеобразовательных и медицинских организаций прокладка тепловых сетей допускается только подземная в монолитных железобетонных каналах с гидроизоляцией.[1]
Глубина прокладки лотков принимается из условия минимального объема земляных работ и
равномерного распределения сосредоточенных нагрузок на перекрытие при движении автотранспорта. Слой грунта над каналом должен составлять порядка 0,8—1,2 м и не менее. 0,6 м в местах, где движение автотранспорта запрещено.
Непроходные канали имеют наибольшее распространение. Вид применяемого канала зависит от местных условий, свойств грунта, места прокладки. В таких каналах укладываются трубы, не требующие постоянного надзора.
Проходные каналы применяются при прокладке в одном направлении не менее пяти труб большого диаметра. Проходные каналы используются для прокладки городских подземных коммуникаций различного назначения вместе с теплопроводами, это помогает решать проблему организации подземного хозяйства крупных городов. Проходные каналы используют для прокладки под многоколейными железными дорогами и автострадами с интенсивным движением транспорта. Каналы могут быть монолитными или из сборного железобетона. В коллекторах обеспечивается свободный доступ обслуживающего персонала к трубопроводам для осмотра и ликвидации аварии. Наименьшая высота такого канала составляет 1,8 м, ширина определяется размером и числом труб с учетом требуемого зазора между ними. Ширина прохода обслуживания - не менее 0,7 м.
Полупроходные каналы применяются при стеснённых условиях. В основном их используют для прокладки на коротких участках под крупными инженерными узлами, не допускающими вскрытия каналов для ремонта трубопровода. Высота полупроходных каналов принимается не менее 1,4 м, свободный проход - не менее 0,6 м, таких габаритов достаточно для проведения мелкого ремонта. Материалы каналов и принцип размещения трубопроводов аналогичны проходным каналам.
При строительстве теплотрасс канальным способом, монтаж производят в следующей последовательности:
1. Разметка оси теплосети;
2. Разработка траншеи для укладки лотков;
3. Укладка лотков и опорных конструкций в лотках;
4. Раскладка труб на трассе, их подрезка и монтаж;
5. Сварка стыков труб;
6. Гидроизоляция и укладка верхних плит;
7. Обратная засыпка грунтом;
8. Испытания и приемка теплотрассы;
9. Работы по восстановлению дорожного покрытия и/или благоустройство территории.
Основные достоинства и недостатки канального способа прокладки теплосетей приведены в
Таблице 1.
Таблица 1
Достоинства и недостатки канального способа прокладки теплосетей
Достоинства Недостатки
Каналы предохраняют теплопроводы от воздействия грунтовых, атмосферных и паводковых вод Стоимость строительства в зависимости от диаметра выше на 10-50 % по сравнению с бесканальным методом
Обеспечивается организованное тепловое удлинение за счет того трубопроводы в них укладывают на подвижные и неподвижные опоры Сроки строительства выше в 2-3 раза по сравнению с бесканальным
Трубопровод и его изоляционная конструкция не испытывают напряжений от давления грунта и внешних нагрузок, поскольку давление грунта передается на строительные конструкции канала При недостаточной гидроизоляции канал может заполняться грунтовой или дождевой водой
Каналы предотвращают выброс теплоносителя на поверхность земли при разрыве трубопровода -
Источник: разработано автором
Бесканальная прокладка - это метод прокладки трубопроводов непосредственно в грунте. При таком методе прокладки в качестве защиты выступает изоляционная оболочка-скорлупа. [7]
Бесканальная прокладка применяется в регионах с сухими почвами, однако при влажных грунтах бесканальные системы тоже имеют место быть, но при условии устройства попутного дренажа.
Согласно действующему СП 315.1325800.2017 «Тепловые сети бесканальной прокладки» при любых условиях не допускается бесканальная прокладка тепловых сетей по территории общеобразовательных, дошкольных образовательных и медицинских организаций, под детскими и игровыми площадками, а также по территории санкционированных свалок, полигонов и могильников отходов. [2]
Глубину заложения трубопроводов бесканальной прокладки следует принимать с учетом возможности производства аварийных ремонтных работ, связанных с разрытием труб в откосах, без воздействия на близлежащие здания, сооружения и инженерные сети. Минимальную глубину заложения труб в земле, считая от низа дорожного покрытия до верха полиэтиленовой оболочки трубы, следует принимать не менее 0,5 м вне пределов проезжей части и 0,6 м - в пределах проезжей части, считая до верха изоляции. [5]
Бесканальная прокладка преимущественно используется при новом строительстве и реконструкции (изменение пропускной способности трубопроводов и трассировки) тепловых сетей. При капитальном ремонте отдельных участков трубопроводов теплоснабжающими организациями обычно сохраняется существующая традиционная прокладка - канальная. [5]
При строительстве теплотрасс бесканальным способом, монтаж производят в следующей последовательности:
1. Разметка оси теплосети;
2. Разработка траншеи для укладки труб;
3. Обустройство дна траншеи, подушки для труб;
4. Раскладка труб на трассе, и монтаж;
5. Сварка стыков труб;
6. Изоляция стыков полиэтиленовыми муфтами;
7. Обратная засыпка грунтом;
8. Испытания и приемка теплотрассы;
9. Работы по восстановлению дорожного покрытия и/или благоустройство территории.
Основные достоинства и недостатки бесканального способа прокладки теплосетей приведены в
Таблице 2.
Таблица 2
Достоинства и недостатки бесканального способа прокладки теплосетей
Достоинства Недостатки
Стоимость теплосети по сравнению с канальной на 20-25% ниже Усложненные ремонтные работы
Уменьшение объема земляных работ Затруднение перемещения трубопроводов, зажатых грунтом
Короткие сроки реализации При аварии есть опасность подмывания грунта
Источник: разработано автором
Бестраншейная прокладка - это комплекс мероприятий по созданию устройства коммуникаций, в котором предварительное углубление не производится. [5]
Возможность применения данного способа не зависит от плотности застройки участка, где планируется прокладка коммуникаций. Данный метод позволяет выполнять устройство сетей в
грунтах различного типа, и благодаря тому, что основная часть работ проводится под землей.
В настоящее время существует несколько различных способов прокладки трубопровода бестраншейным методом. К ним относятся: санация, продавливание, прокол, горизонтально-направленное бурение.
Санация - объединяет ряд различных методологий, которые позволяют провести новый трубопровод путем обновления старого. Санация может быть произведена методом релайдинга или реновации.
Релайнинг - метод санации, при котором новые трубы меньшего диаметра затягиваются в существующий трубопровод. Перед тем, как приступить к протягиванию новой трубы без разрушения старой, нужно тщательно изучить внутреннюю поверхность старой трубы. [7]
Релайдинг можно произвести методом протягивания труб от одного участка трубопровода к другому или методом продавливания труб от начала участка, подлежащего реконструкции.
Реновация - это метод санации, характеризующийся полным обновлением инженерной сети с уменьшением или увеличением диаметра за счет разрушения статическим методом ранее существующей сети, обломки конструкции которой остаются в земле и создают плотную оболочку вокруг новой конструкции. Данный метод позволяет произвести полную замену труб, причем на трубы, как большего, так и меньшего диаметра. Замена трубопровода происходит участками в следующей последовательности:
1. Обустройство котлованов (смотровых колодцев) на концах участка, требующего замены;
2. Введение в котлован (колодец) режущих ножей, которые измельчают старые трубы;
3. Установка новой системы методом протягивания.
Следующим способом бестраншейной прокладки является продавливание. Данная методика позволяет проложить трубопроводы в любой местности диаметром до 2000 мм. Технология продавливания следующая:
1. На концах участка выкапываются котлованы;
2. В котлованы устанавливаются опорные бетонные основания и домкраты;
3. Труба устанавливается на домкрат и вдавливается в землю в нужном направлении;
4. Удаление грунта, собирающегося в трубе в ходе выполнения операции, осуществляется при помощи лопат и специализированного пмевмооборудования.
Технология прокалывания преимущественно используется при прокладке труб, диаметр которых не превышает 600 мм, а протяженность не более 60 м. Для прокола необходимо создать значительное усилие, которое возникает при помощи лебедок, тракторов и бульдозеров, а чаще всего используют гидравлические домкраты. На конец укладываемой трубы, крепят конический наконечник с дополнительными ножами. Основание конического наконечника в диаметре на 20 мм больше внешнего диаметра прокладываемой трубы.
Прокол трубы осуществляется в следующем порядке:
1. Обустраиваются котлованы для выполнения прокола;
2. В котлован помещается гидравлический домкрат;
3. Труба устанавливается в домкрат и на нее надевается металлический наконечник;
4. Труба постепенно вводится домкратом в слой грунта.
Технология горизонтально-направленного бурения (ГНБ) оптимально подходит для прокладки различных коммуникаций диаметром до 1400 мм в любых условиях и на неограниченное расстояние. Для выполнения работы требуется специальная бурильная установка. [5]
Технология прокладки данным способом следующая:
1. Планирование траектории бурения. Подготовка буровой установки;
2. Прокладка пилотной скважины. Бурение пилотной скважины выполняют буровой головкой, соединенной с гибкой штангой, благодаря которой головка двигается по заданной траектории и обходит препятствия, встречающиеся ей на пути. Контроль за траекторией бурения осуществляют при помощи навигационного блока, встроенного в полость буровой головки. В буровой головке есть отверстие, через которое подается буровой раствор для ее охлаждения и разжижения измельченной породы для дальнейшего вывода ее на поверхность земли.
3. Расширение скважины. Вместо буровой головки на установку надевается расширитель, который проходит по проложенной ранее трассе, увеличивая ее диаметр, диаметр скважины на 30% должен превышать диаметр трубы;
4. Протягивание трубопровода. Трубопровод крепят к штанге через расширитель и серьгу, и после этого машина ГНБ затягивает его в скважину. В процессе затягивания используют буровой раствор, в целях уменьшения трения и защиты трубы от механических воздействий.
Обоснование целесообразности использования той или иной технологии бестраншейного ремонта должно выполняться после проведения диагностических обследований трубопровода и заключения технической экспертизы по состоянию старого трубопровода
Основные достоинства и недостатки бестраншейного способа прокладки теплосетей приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Достоинства и недостатки бестраншейного способа прокладки теплосетей
Достоинства Недостатки
Сохранение окружающего ландшафта и экологическая безопасность Новизна технологии, как следствие некомпетентность рабочих в её особенностях
Возможность работы в стесненных условиях Потребность специального оборудования для некоторых способов прокладки
Снижение себестоимости за счет сокращения комплекта машин и количества рабочих -
Сокращение сроков проведения работ -
Возможность круглогодичного проведения работ -
Возможность проводить работы без ограничения движения авто- и железнодорожного транспорта -
Источник: разработано автором
Воздушный способ прокладки получил распространение на территориях промышленных предприятий и на площадках, свободных от застроек. В районах с высоким уровнем грунтовых вод или с сильно пересеченным рельефом местности (водоемы, овраги и т.д.) преимущество также у надземной прокладки.[5]
Надземная прокладка осуществляется на отдельно стоящих стойках и эстакадах. На территории промышленных предприятий иногда прокладывают на кронштейнах, заделанных в стенах зданий. [7] Несущими конструкциями для небольших и средних диаметров служат надземные опоры и мачты, обеспечивающие расположение труб на нужном расстоянии от поверхности земли; для трубопроводов больших диаметров, как правило, опоры-эстакады. Опоры, обычно, выполняют из железобетонных блоков. Мачты и эстакады могут быть как стальными, так и железобетонными.
Так же при надземной прокладке трубопроводов могут применяться низкие опоры, которые могут быть выполнены из металла или низких бетонных блоков. В местах пересечения такой трассы с пешеходными дорожками устанавливают специальные мостики. При пересечении с автодорогами
выполняют компенсатор нужной высоты или под дорогой прокладывают канал для прохода труб.
Основные достоинства и недостатки надземного способа прокладки теплосетей приведены в Таблице 4.
Таблица 4
Достоинства и недостатки надземного способа прокладки теплосетей
Достоинства Недостатки
Удобство эксплуатации Прокладка на эстакадах является дорогой, за счет того, что требует наибольшего расхода металла или железобетона
Прочность конструкции -
Источник: разработано автором
Рассмотрев комплекс требований, изучив достоинства и недостатки надземного и подземного способа прокладки необходимо выполнить сравнительный анализ для оценки возможности применения того или иного способа.
Оценка возможности применения подземного и надземного способа прокладки тепловых сетей представлена в Таблице 5.
Таблица 5
Оценка возможности применения подземного и надземного способа прокладки тепловых сетей
№ п/п Особенности прокладки Способ прокладки тепловой сети
Надземная Подземная
1 Прокладка в населенном пункте + +
2 Прокладка вне населенного пункта + -
3 Прокладка на территории зданий и сооружений детских учреждений - +
4 Скальный, пучинистый, просадочный, засоленный грунт основания, биогенные грунты (торф) и илистые грунты + +
5 Заболоченная местность, высокий уровень грунтовых вод + +
Источник: разработано автором
При выборе подземной прокладки также необходимо оценить возможность применения канального и бесканального способа прокладки.
Оценка возможности применения канального и бесканального способа прокладки тепловых сетей представлена в Таблице 6.
Таблица 6
Оценка возможности применения канального и бесканального способа прокладки тепловых сетей
№ п/п Особенности прокладки Способ прокладки тепловой сети
Бесканальная/ бестраншейная Канальная
1 Прокладка вблизи территории объектов с загрязнением почвы опасными химическими и биологическими веществами - +
2 Прокладка вблизи зданий (расстояние до фундамента менее 5 м) - +
3 Пересечение с инженерными коммуникациями, восприимчивыми к воздействию высоких температур - +
4 Прокладка под дорогой + +
5 Прокладка на территории зданий и сооружений детских учреждений - +
6 Скальный, пучинистый, просадочный, засоленный грунт основания, биогенные грунты (торф) и илистые грунты - +
7 Заболоченная местность, высокий уровень грунтовых вод - +
И сточник: разработано автором
Выполнив анализ можно сделать вывод о том, что выбирая между надземным и подземным способом прокладки, отталкиваются от местоположения трубопровода относительно городской застройки.
Сравнительный анализ канальной и бесканальной прокладки показал, что при наличии любого пункта из Таблицы 6 необходимо применять канальный способ прокладки. Бесканальный способ прокладки имеет большее количество ограничений. Выбор зависит как от грунтовых условий, так и от расположения теплотрассы относительно других объектов под землей.
Окружающая среда теплотрассы влияет на её срок эксплуатации, а это значит, что при выборе способа прокладки необходимо учитывать условия при которых в последствии будет эксплуатироваться теплотрасса. Для этого выполняются инженерные изыскания на участке строительства, по результатам которых принимаются решения о более целесообразном способе прокладки тепловых сетей.
Список использованной литературы:
1. СП 124.13330.2012 «Тепловые сети»;
2. СП 315.1325800.2017 «Тепловые сети бесканальной прокладки»;
3. СП 341.1325800.2017 «Подземные инженерные коммуникации. Прокладка горизонтальным направленным бурением»;
4. Доклад о подготовке к отопительному сезону. [Электронный ресурс] https://repair.sibgenco.ru/krasnoyarsk/remontj_razvitie_teplo;
5. Новиков И.Б. Особенности прокладки трубопроводов тепловых сетей в России - сегодняшние тенденции в повышении надежности теплоснабжения / Новиков И.Б. - Москва: Новости теплоснабжения, 2011- 130с.
6. И.Л. Москалёв, В.В. Литвак. Повреждаемость основных узлов сетей теплоснабжения городов Российской Федерации / И.Л. Москалёв, В.В. Литвак . - Томск: Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2015 - 70 с.
7. Прокладка трубопровода. [Электронный ресурс] https:// ru.wikipedia.org / wiki / Прокладка трубопровода/.
© Веженкова Ю.А., 2022
