CC BY
90
ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ. МЕХАНИЗМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 621.644
В.А. Орлов, Е.В. Орлов, П.В. Зверев
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ТЕХНОЛОГИИ МЕСТНОГО БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ВОДООТВОДЯЩИХ ТРУБОПРОВОДОВ
Проведен анализ бестраншейных технологий, позволяющих восстанавливать герметичность и прочностные характеристики ветхих участков трубопроводов из керамики, чугуна, асбестоцемента и других материалов. Основной направленностью рассмотренных технологий местного ремонта трубопроводных сетей является устранение нарушений в стыках на прямолинейных участках трубопроводов и в местах подсоединения боковых ветвей, щелей в теле трубы. В качестве ремонтного материала представлены органические смолы и бандажи из различных конструкций. Описаны этапы реализации отдельных технологий нагнетания специальных клеящих смол в щели и затрубное пространство ветхих водоотводящих сетей с последующей их полимеризацией, обеспечивающей восстановление структуры трубопровода и гарантирующей последующую надежную работу водоотводящей сети.
Ключевые слова: водоотводящий трубопровод, дефекты, бестраншейная реновация, местный ремонт, органические смолы, бандажи.
В качестве наиболее характерных дефектов ветхих водоотводящих сетей, выполненных из раструбных чугунных и керамических труб, являются нарушения в стыках, под которыми понимаются: неплотное прилегание торцов отдельных труб друг к другу, нарушение угла стыковки (по вертикали или горизонтали), продольное смещение труб с выходом из стыка, разрушение торцов труб в пределах стыка, незначительные по длине продольные и поперечные щели в теле трубы и т.д. Такие дефекты носят название местных (точечных). Они возникают как на прямолинейных участках сети, так и в местах присоединения боковых ответвлений, что осложняет подбор соответствующих ситуации методов бестраншейного ремонта [1, 2].
Последствиями возникновения дефектов на водоотводящих сетях является просачивание (эксфильтрация) сточных вод в подземные горизонты, что приводит к загрязнению грунтовых вод, вымывание почв в затрубном пространстве и, как следствие, к провалам трубопроводов и других сооружений в образующиеся пустот. Последствия провалов выливаются в огромные материальных затраты на восстановление инженерной инфраструктуры городов и социальным издержкам [3, 4]. В то же время через имеющиеся дефекты в теле трубопровода могут проникать подземные воды, что отражается на увеличении общего расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения, и серьезном нарушении режима их работы, что в конечном итоге ведет к снижению эффективности очистки сточной жидкости.
Современные технологии местного ремонта трубопроводов с использованием бестраншейных технологий, изобилующих множеством оригинальных технических решений, позволяют производить оперативный и эффективный ре-
монт трубопроводов в единичных и множественных местах нарушения стыков по трассе трубопровода, резко снижая потери транспортируемой жидкости [5].
Сущность рассматриваемых технологий ремонта состоит в кольматации (заделывании) различного рода щелей, образующихся в стенках трубопроводов и в местах их стыковки, с помощью разного типа вставок или специальных растворов (например, акриловой смолы, полиуретановой мастики и других), которые, например, осуществляют герметизацию дефектов раструба вплоть до просачивания растворов в грунт за пределы трубопровода, т.е. в пустоты за-трубного пространства. В состав смолы могут входить волокнистые добавки на основе стекла, что способствует повышению прочности конструкции после полимеризации смолы и увеличению срока службы трубопроводов [6]. Введение (инъекция) раствора в места обнаруженных дефектов осуществляется специальными устройствами, а процесс контролируется телевизионными установками. После отверждения (полимеризации) образуется монолитное и герметичное ремонтное покрытие, выполненное заподлицо с внутренней стенкой трубопроводов.
Ниже рассмотрены некоторые технологии местного ремонта, нашедшие в последнее время наибольшее распространение в практике бестраншейного восстановления водоотводящих сетей, в частности в ФРГ.
В последние годы из-за неудовлетворительного состояния водоотводящих коммуникаций в этой стране резко увеличилась потребность в модернизации и ремонте водоотводящих труб. Акцент делается на использовании экономичных и оперативных бестраншейных технологий, где в качестве материалов для местного ремонта рекомендуется использовать отходы производства, в частности, вышедшие из употребления изделия из полиэтилена, полипропилена, других полимеров, а также старые автомобильные покрышки [7]. Отходы подвергаются мелкому размолу и обработке связующими составами, соотношение компонентов определяется конкретными условиями применения. Смесь используется для приготовления защитных цилиндрических оболочек (вкладышей), которые затем различными способами устанавливаются в коллекторах.
Альтернативными описанным выше материалам, как указывалось выше, являются органические смолы, быстро полимеризующиеся в местах непосредственного применения, восстанавливая герметичность конструкции и гарантируя сохранение прочностных свойств трубопровода после местного ремонта. Одним из широко используемых методов бестраншейной реновации трубопроводов с помощью смол является разработанная в ФРГ технология местного ремонта aPP [8].
Сущность технологии CIPP заключается в заполнении трещин в теле трубы специальным раствором (органической смолой) и выходом его в ранее образовавшиеся пустоты за пределами трубопровода. Смола нагнетается путем впрыска по так называемому Jаnssen-процессу, который в зависимости от состояния дефекта может быть «точечным» (при дефектах на основной водоотво-дящей линии) или «боковым» (при обширной дефектной зоне, в т.ч. на стыках основного трубопровода и подводящей ветки) [8].
Точечный ремонт. На сегодняшний день точечный ремонт по технологии CIPP является единственным для восстановления структуры трубопровода, за-
ВЕСТНИК
МГСУ-
7/2013
полнения пустот и ликвидации трещин без остановки потока сточных вод в коллекторах, а также без приостановки проникновения в них грунтовых вод. Ремонт осуществляется с помощью специального уплотнительного блока (на базе паркера) с герметичным каналом, через который поток сточных вод проходит во время проведения ремонта, не оказывая влияния на эффективность процесса восстановления тела трубы. Управление процессом ведется из автомобиля, где установлен блок управления.
Процесс подачи смолы и заполнение пустот осуществляется по шлангу непрерывно из специальных емкостей, находящихся на поверхности земли вблизи трассы. В таблице приведены основные сведения о возможностях метода С1РР.
Параметры реализации Janssen-процесса точечного и бокового ремонта
Технические показатели трубопровода и смолы Janssen-процесс (точечный ремонт) Janssen-процесс (боковой ремонт)
Диаметры основной водоотводящей трубы DN 150-700 DN 185-700
Диаметры боковой ветки — DN 85-200
Материал трубы Камень, бетон, чугун, поливинилхлорид (ПВХ) Камень, бетон, чугун, ПВХ
С1РР-материал — Стекловолокно, шерсть
Общий вид дефекта водоотводящего трубопровода в виде трещин и пустот за участком трубопровода в окружающем грунте приведен на рис. 1. Перед процессом восстановления дефекта тело трубы подвергается эффективной прочистке и установке необходимых сопровождающих процесс устройств и механизмов [9]. Паркер (белого цвета) и телероботы, контролирующие проведение технологического процесса, изображены на рис. 2.
Процесс ремонта начинается с наполнения (раздутия) паркера воздухом (рис. 3) и подачей полиуретановой смолы (например, двухкомпонентной, типа Ри «JaGoPur») в зону дефекта трубопровода через шланги. После завершения процесса накачки смолы и проникновения ее через щели в затрубное пространство начинается этап отвердения (полимеризации) смолы, который длится порядка 25 мин. После отвердения паркер удалятся из трубопровода (рис. 4). Плотность смолы Ри «JaGoPur» (по DIN-12791) составляет от 950 до 1250 кг/м3.
Рис. 1. Общий вид поврежденного участка водоотводящей сети
Рис. 2. Устройства и аппаратура, применяемые в Janssen-процессе
Рис. 3. Фрагмент раздутия паркера в Janssen-процессе
Рис. 4. Вид виртуального ремонтного участка трубопровода после удаления паркера
Боковой ремонт. Германская практика свидетельствует, что на долю дефектов, связанных с появлением трещин в боковых присоединениях к основному трубопроводу, приходится порядка 20 % от всех повреждений. Ремонт таких соединительных узлов может быть осуществлен аналогично описанному выше методу путем закачки смолы в зону дефекта. Опыт показывает, что наилучшие показатели достигаются при использовании двухкомпонентной силикатной смолы JaGoSil, плотность которой (по DIN-12791) составляет от 1070 до 1500 кг/м3. На рис. 5 приведен фрагмент раздутия паркера на границе основного трубопровода и боковой ветки, где проявлялись дефекты в виде трещи-
ны и разлома части бокового присоединения, а на рис. 6, 7 соответственно результаты бестраншейной реновации трубопроводов.
Рис. 5. Фрагмент раздутия паркера в зоне стыковки трубопроводов
Рис. 6. Вид виртуального ремонтного участка в месте сопряжения труб
Рис. 7. Вид реального ремонтного участка трубопровода после восстановления
Описанная технология успешно применяется в ФРГ для ремонта водо-отводящих сетей уже около 25 лет. Пример эффективности технологии подтверждают данные статистики: в результате восстановления шести наиболее
сложных с технической стороны объектов на водоотводящей сети суточный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения одного из городов, был снижен с 900 до 300 м3/сут благодаря предотвращению инфильтрации (поступления подземных вод в водоотводящую сеть через дефекты трубопровода).
Другим методом ремонта дефектов вблизи раструбов водоотводящих труб является разработанная канадскими специалистами бандажная технология устранения местных повреждений Grouting sleeve, где в качестве основного элемента используется двухслойная ремонтная гильза цилиндрической формы (рис. 8) [10]. Внутренний слой гильзы выполняется из листовых нержавеющих сталей, наружный — из листового полиуретана, который перед спуском гильзы в трубопровод пропитывается клеевым составом на полиуретановой основе. Применяемые адгезионные растворы обладают способностью к расширению в 3.. .7 раз в течение 18.. .20 мин, заполняя поры в прилегающей зоне и быстро затвердевая. Количество клея строго дозируется в зависимости от диаметра и длины гильзы.
Рис. 8. Фрагмент выреза прямолинейного ремонтного участка трубопровода с установленной в нем ремонтной гильзой на транспортном модуле
Основные технологические операции по установке гильз Grouting sleeve приведены на рис. 9.
Рис. 9. Схема установки шарнирной тонкостенной облицовки Grouting для трубопроводов диаметром 600.2800 мм: а — ввод сложенной гильзы в трубопровод; б — последовательное разжатие домкратами сегментов А и В; в — нагнетание полиуретановой мастики Р
Технология монтажа ремонтных гильз состоит в установке их на специальный пневмоцилиндр со съемными колесами и введении через люк колодца в трубопровод. С помощью обычных лебедок пневмоцилиндр с гильзой, а также стандартная телевизионная камера, контролирующая ход выполнения всей работы, протягиваются по трубопроводу до места установки гильзы. В пневмоци-линдр подается сжатый воздух под давлением, как правило, не более 0,25 МПа. После разжатия гильзы до требуемого состояния (до плотного прилегания ее к внутренней поверхности) пневмоцилиндр выводится за пределы гильзы. С помощью телевизионной камеры оператор, находящийся в микроавтобусе на поверхности, следит за правильностью зацепления зубцов и качеством работы в целом.
Основные преимущества метода бандажной технологии состоят в следующем: удешевляется ремонт по сравнению с традиционными методами; повышается оперативность проведения ремонтных работ и создается возможность применения при любых локальных видах повреждений (разгерметизация соединений, трещины, пробоины и т.д.). Кроме того, для производства работ не требуется устройство специальных котлованов, траншей, лебедок и другого оборудования и машин.
Для местного ремонта участков подземных трубопроводов диаметром от 150 до 800 мм могут использоваться различные типы специальных ремонтных роботов. Они комплектуются соответствующим оборудованием (например, фрезерной, заделочной, бандажной и другими головками) и цветной кинокамерой с углом бокового обзора 75° и возможностью фокусировки. В частности, для местного ремонта трубопроводных коммуникаций диаметром до 600 мм в узлах разветвлений труб находят применение роботы импортного производства, например, НасЫег Umwelttechnik (рис. 10).
Рис. 10. Ремонтный робот для восстановления трубопроводов НасКкг Umwelttechnik (Германия)
С помощью подобных роботов может производиться местный ремонт узла стыковки основного трубопровода диаметром от 200 до 600 мм и примыкающего (диаметром от 100 до 150 мм) на глубину до 40 см путем установки полимерных вставок (рис. 11).
Ч-
а б
Рис. ii. Местный ремонт узла стыковки труб разного диаметра: а — состояние труб до ремонта; б — состояние после ремонта
Ремонтный материал располагается в сжатом состоянии в корпусе робота и за счет инверсии (выворачивания давлением воздуха) подается внутрь прилегающего участка трубы. Среднее время проведения ремонтных работ без учета полного отверждения материала составляет 40 мин. Длина кабеля управления ремонтным роботом составляет 60 м.
Выводы. i. Рассмотрены наиболее распространенные методы местного ремонта с помощью бестраншейных технологий: кольматацию дефектов путем нагнетания органических смол с последующей их полимеризацией, установкой бандажей, нанесением выворачиваемых полимерных вставок и т.д.
2. Выбор конкретного метода восстановления трубопроводов и обоснование возможности его применения зависят от состояния трубопровода после прочистки и результатов теледиагностики, а также возможностей размещения и использования соответствующего оборудования и механизмов для реализации метода на месте производства работ, обеспечения работоспособности трубопровода в период проведения восстановительных работ.
Библиографический список
1. Infrastruktur fur die Zukunft. Weimar. Rohrbau-Kongress. 2008. 2i4 p.
2. Храменков C.B. Стратегия модернизации водопроводной сети. М. : Стройиздат, 2005. 398 с.
3. Zwierzchowska A. Technologie beswykopowej budowy sieci gazowych, wodociagowych I kanalizacyjnych. Politechnika swietokrzyska. 2006. i80 p.
4. Отставнов A.A., Хантаев И.С., Орлов E.B. К выбору труб для бестраншейного устройства трубопроводов водоснабжения и водоотведения // Пластические массы. 2007. С. 40—43
5. Храменков C.B., Примин О.Г. Проблемы и пути снижения потерь воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. № 11. С. 10—14.
6. Орлов B.A., Михайлин A.B., Орлов E.B. Технологии бестраншейной реновации трубопроводов : монография. М. : Изд-во АСВ, 2011. 133 с.
7. Burger J. Verfahren zur Sanierung bzw. Renovierung von Abwasserleitungen und kanalen [Патент Германии N 19833885.6; Заявлен 28.07.1998; Опубликован 03.02.2000].
8. Janflen A. Importance of lateral structural repair of lateral lines simultaneously with main line CIPP rehabilitation, NO-DIG 2012, Sao Paulo (Brasil).
9. Pinguet J.-F., Meynardie G. Reseaux d'assainissement: du diagnostic a la rehabilitation // Eau, industry, nuisances. 2006. № 295. Pp. 39—43.
10. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska // Wydawnictwo Seidel-Przywecki. Sp. 2010. 735 p.
Поступила в редакцию в апреле 2013 г.
Об авторах: Орлов Владимир Александрович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499) 183-36-29, [email protected];
Орлов Евгений Владимирович — кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, [email protected];
Зверев Павел Владимирович — студент бакалавриата профиля «Водоснабжение и водоотведение», ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, [email protected].
Для цитирования: Орлов В.А., Орлов Е.В., Зверев П.В. Технологии местного бестраншейного ремонта водоотводящих трубопроводов // Вестник МГСУ 2013. № 7. С. 86—95.
V. A. Orlov, E.V. Orlov, P.V. Zverev
TECHNOLOGIES FOR SECTIONAL TRENCHLESS REPAIR OF WATER DISCHARGE
PIPELINES
The article represents an overview and analysis of trenchless technologies used to provide for the leak resistance and strength of dilapidated sections of pipelines made of ceramics, cast iron, asbestos cement and other materials. Sectional pipeline repair technologies, considered by the authors, include those for the repair of loose joints of straight sections of pipelines and loose joints in the points of connection to secondary pipelines. Technologies analyzed by the authors also include those applied for the restoration of pipe shell cracks. Organic resins and bandages are to be used as repair materials.
Besides, the authors provide detailed descriptions of the composition and properties of pumping resins injected into pipe cracks to restore the structural strength of pipelines and to assure their further reliable operation.
Moreover, the authors assess the basic strengths of the bandage technology, including its low cost, low time consumption, and suitability to various types of pipeline damages (depressurization of joints, cracks, leaks, etc.). Besides, this method does not require any excavations, trenches, hoists or other machines.
In particular, sections of underground pipelines, having diameters of 150 - 180 mm, may be repaired by specialized repair robots. Robots may be equipped with special-purpose devices, including cutter heads, bandage application heads, and color motion cameras. Besides, sectional repair of pipelines, having the diameter of up to 600 mm, may be performed using robots produced by Hachler Umwelttechnik, which are particularly efficient if the repair work is needed to be performed in the points of pipeline branching.
The choice of specific pipeline repair methods and substantiation of their application are mainly driven by (1) the post-cleaning condition of a pipeline, (2) the findings of the telediagnostics, (3) options for arrangement and use of specialized machinery on location, and (4) feasibility of the pipeline operation in the course of repair works and procedures.
Key words: water discharge pipeline, joint damages, trenchless renovation, local repair, organic resins, bandages.
References
1. Infrastruktur fur die Zukunft. Weimar. Rohrbau-Kongress. 2008. p. 214.
2. Khramenkov S.V. Strategiya modernizatsii vodoprovodnoy seti [Water Supply Network Modernization Strategy]. Moscow, Stroyizdat Publ., 2005, 398 p.
3. Zwierzchowska A. Technologie beswykopowej budowy sieci gazowych, wodoci-agowych I kanalizacyjnych. Politechnika swietokrzyska. 2006. p. 180.
4. Otstavnov A.A., Kchantaev I.S., Orlov E.V. K viboru trub dlia bestrancheynogo ustroys-tva truboprovodov vodosnabgenyia I vodootvedeniya [To the choice of pipes for trenchless device pipelines of water supply and sewerage]. Plasticheskie massy [Plastic masses]. 2007. Pp. 40—43.
5. Khramenkov S.V., Primin O.G. Problemy i puti snizheniya poter' vody [Problems and Method of Water Loss Reduction]. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Engineering]. 2012, no. 11, pp. 10—14.
6. Orlov V.A., Michaylin A.V., Orlov E.V. Technologii bestranscheynoy renovazii truboprovodov [Technologies of trenchless renovation of pipelines]. Moscow, ASV Publ., 2011. 143 p.
7. Burger J. Verfahren zur Sanierung bzw. Renovierung von Abwasserleitungen und ka-nalen [Patent of Germany N 19833885.6; Declared 28.07.1998; Published 03.02.2000].
8. Janflen A. Importance of Lateral Structural Repair of Lateral Lines Simultaneously with Main Line CIPP Rehabilitation. NO-DIG 2012, Sao Paulo, Brasil.
9. Pinguet J.-F., Meynardie G. Reseaux d'assainissement: du diagnostic a la rehabilitation. Eau, industry, nuisances. 2006., no. 295, pp. 39—43.
10. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. 2010, 735 p.
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; [email protected]; +7 (499) 183-36-29;
Orlov Evgeniy Vladimirovich — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 183-36-29;
Zverev Pavel Vladimirovich — bachelor student, water supply and discharge major, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26
Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 183-36-29.
For citation: Orlov V.A., Orlov E.V., Zverev P.V. Tekhnologii mestnogo bestransheynogo remonta vodootvodyashchikh truboprovodov [Technology for Sectional Trenchless Repair of Water Discharge Pipelines]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 7, pp. 86—95.
