Василенко А.А., Грабовский П.А., Ларкина Г.М., Полищук А.В., Прогульный В.И. Реконструкция и интенсификация сооружений водоснабжения и водоотведения

Подождите немного. Документ загружается.

151

Рис 4.1. Канализационная насосная станция с использо-

ванием в качестве приемного резервуара всего объема

колодца и установкой погружных насосов

располагаются погружные насосы необходимой мощности (рис. 4.1).

При этом демонтируется перегородка между резервуаром и машинным

залом.

152

Восстановление работы отдельных участков водоотводящих се-

тей осуществляется разными методами, которые можно свести к сле-

дующим:

• восстановление полимерным рукавом (метод „чулок”);

• метод „труба в трубе”;

• метод разрушения старого трубопровода с заменой на новый

полиэтиленовый трубопровод такого же или большего диаметра.

Эти методы более детально рассмотрены в следующем разделе

Если в процессе восстановления используются пластмассовые

трубы стандартных диаметров, то их гидравлический расчет выполня-

ется с помощью таблиц, которые позволяют определить пропускную

способность (расход) при существующем уклоне и допустимых напол-

нении и скорости.

Так, при методе разрушения старого трубопровода можно опре-

делить необходимый диаметр нового для пропуска необходимого рас-

хода.

При применении метода „труба в трубе” выполняется гидравли-

ческий расчет нового трубопровода, который будет меньшего диамет-

ра, но и меньшей шероховатости (меньшее гидравлическое сопротив-

ление на трение). Если старый трубопровод работал с наполнением

меньше максимально допустимого, то применение этого метода может

обеспечить пропуск необходимого расхода. Например, железобетон-

ный трубопровод диаметром 800мм

при расходе 270 л/с и наполнении

h/d=0,5 и уклоне 0,0025 может быть восстановлен полиэтиленовым

трубопроводом внешним диаметром 630 мм. При этом необходимый

расход будет пропускаться при наполнении h/d=0,6 со скоростью 1,55

м/с [57].

Анализ пропускной способности пластмассовых труб, исполь-

зуемых для восстановления, по сравнению с пропускной способностью

железобетонных труб показывает, что при наполнениях

старого тру-

бопровода, превышающих 0,55h, пропускная способность нового тру-

бопровода будет несколько меньшей. Поэтому необходимо искать ме-

тоды для уменьшения расчетного расхода за счет перераспределения

потоков или параллельной прокладки нового трубопровода для про-

пуска избыточного расхода. При восстановлении водоотводящего тру-

бопровода полимерным рукавом его внутренний диаметр уменьшается

на величину двойной толщины

рукава, то есть новый диаметр будет

равняться

2-=

сн

– первоначальный внутренний диаметр тру-

бы;

- толщина рукава). В этом случае возникает необходимость про-

153

верки пропускной способности нового трубопровода нестандартного

диаметра, для которого не существует данных в таблицах для гидрав-

лического расчета сетей канализации.

Для выполнения гидравлического расчета нового трубопровода

используются известные формулы гидравлики и вспомогательные таб-

лицы для определения гидравлических параметров поперечного сече-

ния нового трубопровода, то есть d

, w

, R

, в зависимости от напол-

нения. Эти данные приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Гидравлические характеристики поперечного сече-

ния круглых труб при разном наполнении [57].

Используя данные табл.4.1, можно определить гидравлические

характеристики поперечного сечения трубы диаметром:

нн

r`ww ;

нн

χχ

= ;

нн

r`RR = ,

где

w - площадь поперечного сечения потока в трубе диаметром

в зависимости от наполнения, м

;

r - радиус трубы с полимерным рукавом, м;

R - гидравлический

радиус, м;

- смоченный периметр, м.

Исходя из рекомендаций [57, 58], приведем результаты расчета

для железобетонных труб диаметром 800....3000 мм с толщиной поли-

мерного рукава

мм50

при максимальном наполнении и мини-

мальной незаиливающей скорости (регламентованных СНиП [58]),

которой соответствует минимальный уклон і

min

. Расход трубопровода

h/d

w =

R =`

0,50 1,571 3,14 0,500

0,60 1,968 3,54 0,555

0,65 2,162 3,75 0,576

0,70 2,349 3,97 0,593

0,75 2,527 4,19 0,603

0,80 2,694 4,43 0,608

0,85 2,846 4,69 0,606

0,90 2,978 5,00 0,596

0,95 3,083 5,38 0,573

1,00 3,142 6,28 0,500

154

принят по таблицам [57]. С учетом особенностей движения жидкости в

трубопроводах круглого поперечного сечения при неполном наполне-

нии, учитываемых коэффициентом к` (таблица 4 [57]), при определе-

нии расхода коэффициент гидравлического трения нового трубопро-

вода (с полимерным рукавом) определялся по формуле:

Re68,13

25,0

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

нн

(4.1)

где, Δе – эквивалентная шероховатость; а

– безразмерный ко-

эффициент, а

в данном случае равняется 20 (таблица 2 [57]);

R и

Re - соответственно гидравлический радиус и число Рейнольдса

нового трубопровода [57].

Коэффициент гидравлического трения

и скорость течения V

не уточнялись в связи с изменением Re

, а принимались при первом

приближении при переменной

по формуле:

min

619

(4.2)

155

d, мм h/d

min

м/с

min

/с

мr

ммδdd

−

⋅=

м/с

cмQ

⋅

800 0,75 1,0

041,0

0017,0

0,4

35,0

700

0,311 0,211 0,013 1,46

4,0

454,0

1000 0,80 1,15

041,0

0017,0

0,78

45,0

900

0,547 0,274 0,0122 1,72

828,0

941,0

1,06

1200 0,80 1,15

0374,0

0014,0

1,15

55,0

1100

0,817 0,335 0,012 1,75

26,1

43,1

1,09

1400 0,80 1,3

0374,0

0014,0

1,73

65,0

1300

1,14 0,396 0,0112 1,97

98,1

25,2

1,14

1600 0,80 1,5

04,0

0016,0

2,63

75,0

1500

1,517 0,456 0,0107 2,31

08,3

5,3

1,17

2000 0,80 1,5

0346,0

0012,0

4,1

95,0

1900

2,433 0,578 0,0103 2,30

9,4

6,5

1,2

2400 0,80 1,5

0316,0

001,0

6,03

15,1

2300

3,565 0,7 0,01 2,34

3,7

3,8

1,22

3000

(тон.)

0,80 1,5

0316,0

001,0

11,2

45,1

2900

5,666 0,882 0,0094 2,71

5,13

4,15

1,21

Таблица 4.2. Результаты расчета железобетонных труб диаметром 800....3000 мм с толщиной полимерного рукава

мм50=

при максимальном наполнении и минимальной незаиливающей скорости, соответствующей і

min

156

Как видно из табл. 4.2, при восстановлении железобетонного

трубопровода полимерным рукавом толщиной 50 мм пропускная спо-

собность при максимальном наполнении, регламентированном строи-

тельными нормами, и минимальной скорости [58] будет несколько

больше за счет уменьшения гидравлического коэффициента трения,

несмотря на уменьшение поперечного сечения трубопровода.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит обследование и паспортизация сетей водоотве-

дения?

2. Какие мероприятия используются для обеспечения нормаль-

ной работы сетей водоотведения?

3. Как реконструировать насосную станцию перекачки (увели-

чить подачу)?

4. Почему может увеличиться пропускная способность железо-

бетонного трубопровода при восстановлении его полимерным

рукавом?

4.2. БЕСТРАНШЕЙНЫЕ МЕТОДЫ ПРОКЛАДКИ И

ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

При строительстве новых и расширении старых городов и мега-

полисов, их подземная инфраструктура, в том числе водоотводящие

системы, создавались, в основном, открытым способом. Этот способ,

как известно, состоит в выкапывании траншеи, укладки в ней трубы на

необходимых отметках и последующей засыпки траншеи вынутым

грунтом. Однако, в условиях современных городов с

их застройкой,

подземной инфраструктурой, насыщенным движением транспорта ис-

пользование открытых методов прокладки водоотводящих систем не

только очень сложно, но во многих случаях невозможно. Аналогичная

ситуация наблюдается в США и странах Европы, где в благоустроен-

ных городах 95% работ по прокладке и восстановлению трубопрово-

дов осуществляется бестраншейным способом.

В этих условиях важным является не строительство новых во-

доотводящих линий, а обеспечение надежной эксплуатации сущест-

вующих подземных коммуникаций, что неизбежно связано с заменой,

перекладкой и реконструкцией участков сетей, отработавших свой

нормативный срок и являющихся аварийными.

157

Можно выделить такие основные методы прокладки и реконст-

рукции трубопроводов бестраншейным способом:

• прокалывание, пробивание и продавливание;

• горизонтальное направленное бурение;

• раскатывание;

• щитовая проходка;

• создание микротоннелей.

Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диа-

метра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидро-

геологических условий грунтов, которые разрабатываются. Кроме то-

го, способ также зависит от наличия в строительных организациях со-

ответствующих трубопрокалывающих, продавливающих и бурильных

агрегатов, установок и оборудования. На основании опыта бестран-

шейной

прокладки трубопроводов для облегчения выбора можно вос-

пользоваться рекомендациями, приведенными в табл. 4.3.

При прокладывании труб бестраншейными способами сначала

под дорогами устраивают защитные кожухи или футляры, а потом в

них прокладывают рабочие трубопроводы. Чтобы это стало возмож-

ным, диаметр кожуха (футляра) должен быть большим, чем диаметр

прокладываемого трубопровода (табл. 4.4). Для защитных

кожухов

(футляров) применяют стальные трубы: бесшовные горячекатаные,

сварные прямошовные и спирально-шовные. Горячекатаные трубы

применяют только для кожухов переходов диаметром до 273 мм, а для

трубопроводов больших диаметров используют обычно большераз-

мерные сварные прямо– или спирально–шовные трубы.

Длину кожуха определяют, исходя из ширины дорожного по-

лотна (или дорожной насыпи) и

нормативных расстояний. Охрану ко-

жухов от коррозии обеспечивают асбесто- или песчано-цементными,

асфальто-цементно-битумными, эпоксидными или полимерными ан-

тикоррозийными покрытиями, которые наносятся на их поверхность.

Прокол и пробивание.

При прокладке труб проколом с использованием домкратов сна-

чала определяют нажимное усилие, после чего принимают необходи-

мое количество гидродомкратов для силовой установки

, а также выби-

рают тип упорной стенки в котловане.

158

Таблица 4.3. Рекомендации по выбору способа бестраншейной прокладки трубопроводов

Трубопровод

Способ

D, мм L, м

Оптимальные

грунтовые усло-

вия применения

Скорость

проклад-

ки, м/ч

Необход.

усилие, кН

Ограничения по примене-

нию способа

Прокол:

Механический с по-

мощью домкратов

50-500 80

Песчаные и гли-

нистые без твер-

дых включений

3-6 148-2450

В скальных грунтах не при-

меняется

Гидропрокол

100-200

400-500

30-40

Песчаные и су-

песчаные

1,6-14 250-1600

Возможен при наличии ис-

точника воды и места для

сброса пульпы

Вибропрокол

500 60

Не связные пес-

чаные, супесча-

ные и плывуны

3,5-8 5-7,5

В твердых и скальных грун-

тах не применяется

Грунтопрокалывате-

лями

89-108 50-60 Глинистые 2,5-2 - То же

Пневмопробойника-

ми

300-400 40-50

Мягкие грунты

до ІІІ группы

30-40 (без

расшири-

телей)

0,75-25

В грунтах с повышенным

водонасыщением и малым

сцеплением не применяется

Продавливание

400-

2000

70-80

В грунтах І-ІІІ

групп

0,2-1,5 4500

В плывунах не применяется.

В твердых породах исполь-

зуется лишь для продавли-

вания труб максимального

диаметра

Горизонтальное бу-

рение

325-

1720

40-70

В песчаные и

глинистые

1,5-19 -

При наличии грунтовых вод

не применяется

159

Таблица 4.4. Необходимые диаметр и толщина стенок защитного кожуха (футляра)

Внешний диаметр,

мм

Толщина стенки защитного

кожуха, мм, при способе про-

кладки

Внешний диаметр,

мм

Толщина стенки защитного

кожуха, мм, при способе про-

кладки

Бестраншейном Бестраншейном Рабочего

трубо-

провода

Защит-

ного

кожуха

Откры-

том

Гори-

зонталь-

ное бу-

рение

Продав-

ливание

и про-

кол

Рабоче-

го тру-

бопро-

вода

Защитного

кожуха

Откры-

том

Горизон

тальное

бурение

Про-

давли-

вание и

прокол

159 325 8 8 9 720 920 10 10 12

219 377 9 9 10 820 1020 10 11 14

273 426 9 9 11 920 1220 10 11 14

325 530 9 10 12 1020 1220 10 11 14

426 630 10 10 12 1220 1420 11 12 14

530 720 10 10 12 1420 1720 16 16 16

630 820 10 10 12

160

Для прокола труб чаще всего применяют нажимные насосно-

домкратные установки, которые состоят из одного или двух соединен-

ных гидравлических домкратов типа ГД-170 с усилием до 170 тс каж-

дый, смонтированных на общей раме. Штоки домкратов имеют боль-

шой свободный ход (до 1,15-1,3м). Раму с домкратами устанавливают

на дне рабочего котлована, из которого

ведут прокол. Рядом с котло-

ваном на поверхности размещают гидравлический насос высокого

давления – до 30 МПа. Трубу заталкивают циклически путем попере-

менного переключения домкратов на прямой и обратный ход. Давле-

ние домкратов на трубу передается через наконечник сменными на-

жимными патрубками, шомполами или хомутами. При применении

нажимных «удлиняющихся» патрубков длиной 1, 2, 3 и 4

м после

вдавливания трубы в грунт на длину хода штока домкрата (например,

1м) шток возвращают в первоначальное положение и в образовавшееся

пространство вставляют другой патрубок удвоенной длины и так про-

должают до тех пор, пока не закончат прокол первого звена трубопро-

вода (обычно 6м). Потом к нему приваривают другое звено,

и указан-

ные операции повторяют до тех пор, пока не будет завершен прокол на

всю длину трубопровода.

Гидропроколом трубы прокладывают с использованием кинети-

ческой энергии струи воды, которая выходит под давлением из распо-

ложенной впереди трубы специальной конической насадки. Такая

струя размывает в грунте отверстие диаметром до 500мм, в которое

прокладывают

трубы. Расход воды при этом зависит от скорости

струи, напора воды и категории грунтов, которые проходятся. К пре-

имуществам гидропрокола относятся относительная простота прове-

дения работ и довольно высокая скорость образования буровой сква-

жины (до 30м за смену). Существенными его недостатками являются

сравнительно небольшая протяженность проходки (до 20-30м), воз-

можные

отклонения от проектной оси и сложные условия работы

вследствие загрязненности рабочего котлована.

В несвязных песчаных, супесчаных и плывунных грунтах бес-

траншейную прокладку ускоряют с помощью вибропрокола. В уста-

новках для вибропрокола применяются возбудители продольно-

направленных колебаний. Одной из наиболее эффективных установок

вибропрокола является ударно-вибрационно-вдавливающая установка

УВВГП-400 конструкции ВНИИГС (Россия

). При использовании этой

установки трубу, которая прокладывается, с закрепленным на одном

конце инвентарным наконечником, другим концом устанавливают в

наконечнике ударной приставки вибромолот. Под действием ударных