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.

161

импульсов совместно со статическим вдавливанием с помощью при-

грузочного полиспаста секция труб последовательно вводится в грунт.

Для бестраншейной закрытой прокладки труб диаметром 63-

400мм широко применяются механические грунтопрокалывающие и

пневматические пробойники типов ПР-60 (СО-144), ИП-4605, ИП-

4603, ПР-400 (СО-134) и М-130. По этому методу сначала осуществ-

ляют проходку горизонтальных буровых скважин и

последующее затя-

гивание в них труб (диаметром до 400 мм) с помощью пневмопробой-

ников (рис. 4.2).

Последние имеют обтекаемый корпус, в котором размещен

ударник и воздухораспределительный механизм (для обеспечения как

прямого, так и обратного хода пробойника). Для прохождения буровой

скважины пневмопробойник запускают в грунт из входного приямка в

направлении приемного.

В процессе движения он своим коническим

передним концом уплотняет грунт, раздавливает его в стороны и обра-

зует буровую скважину. Благодаря осевой симметрии и значительной

длине пневмопробойника, последний при движении в грунте сохраня-

ет заданное направление. При обеспечении точного запуска пневмо-

пробойника отклонение буровой скважины от проектного положения

при длине 20м, как

правило, не превышает 0,2-0,3м по вертикали и

0,05-0,1м по горизонтали. При проколе стальных труб с помощью

пневмопробойников их используют в качестве ударного узла, который

присоединяется к заднему торцу трубы и забивает ее в грунт. На пе-

реднем торце трубы крепят конусный наконечник. При этом возможны

два варианта технологии работ: забивание

трубы в грунт и забивание

ее в буровую скважину (в плотных глинистых грунтах). С помощью

пневмопробойника можно заменять старые трубы подземной проклад-

16’’

(

400мм

)

12’’

(

300мм

)

8’’

(

200мм

)

Рис. 4.2. Общий вид пневмоп

обойников

162

ки новыми того же или большего диаметра. Для этого первую секцию

нового трубопровода присоединяют к тому, который удаляется (в слу-

чае разных диаметров – с помощью конического переходника), а ста-

рую трубу по мере выхода в приемный котлован обрезают и удаляют.

К положительным сторонам можно отнести высокую скорость движе-

ния пробойника и

довольно простую его эксплуатацию.

Продавливание.

Бестраншейная прокладка продавливанием отличается тем, что

трубу, которая прокладывается открытым концом, оснащенным но-

жом, вдавливают в массив грунта, а грунт, попадающий в трубу в виде

плотного керна (пробки), разрыхляют и удаляют из забоя. При про-

движении трубы преодолевают усилия грунта по внешнему ее контуру

врезания ножевой части в грунт. Для продавливания труб применя-

ют нажимные насосно-домкратные установки с двумя, четырьмя, во-

семью и большим количеством домкратов с усилием по 500-3000 кН

каждый с ходом штока 1,1-2,1м, работающие с помощью насосов вы-

сокого давления. Количество домкратов в установке зависит от необ-

ходимого нажимного усилия. Поскольку

для продавливания труб

больших диаметров, особенно в твердых грунтах, применяют весьма

мощные нажимные установки с несколькими домкратами, которые

способны создать усилие более 10000 кН, то для них необходимы кре-

пкие упорные стенки.

Применение ручной разработки грунта при продавливании мало

эффективно. Поэтому для бестраншейной прокладки чаще всего при-

меняют установки с механизированной разработкой

и удалением грун-

та, в том числе установки типов СКВ Главмосстроя (Россия) и ПУ кон-

струкции ЦНИИ «Подземмаша» (Россия).

Продавливание также осуществляют путем забивания в грунт

стальных трубопроводов диаметром 400-1400 мм с помощью пневмо-

ударных машин. Принцип осуществления продавливания с помощью

пневмоударных машин состоит в следующем. Внутри трубы размеща-

ют виброударную

желонку. При проходке труба открытым концом

вводится в грунт на определенное расстояние (заходка). Затем желонка

подается канатом к ее забойному концу и с помощью молота вдавли-

вается в грунт, забирает его и перемещается к разгрузочным окнам, где

под действием ударов вибромолота грунт высыпается через окна же-

лонки в разгрузочные окна на

дно траншеи.

Процесс проходки состоит из нескольких циклов, периодически

повторяющихся, в которых каждое введение в грунт трубы на 1-5 диа-

163

Рис. 4.3. Схема: прохода (а), расширения (6) скважин и

продавливания (в, г) труб с помощью пневмопробойников

а)

в)

б)

г)

метров чередуется с отбором грунтового керна виброударной желон-

кой. На рис. 4.3 показаны возможные функции пневмопробойников.

Горизонтально- направленное бурение.

Оборудование, необходимое для горизонтального бурения, со-

стоит из трех основных частей: блока гидравлического давления, бу-

ровой установки и смесителя. Буровая установка – это гидравлическое

приспособление, которое выполняет две функции: проталкивает штан-

ги для

бурения или вытягивает их из грунта. Во время этого процесса

одновременно можно осуществлять вращательные движения. С помо-

щью смесителя готовится раствор для бурения. Такой раствор состоит

из смеси бентонита (или полимеров) и воды. Буровая установка и сме-

ситель работают от блока гидравлического давления.

Процесс бурения и прокладки звена трубопровода в

буровую

скважину может быть раздельным и совмещенным. При раздельном

сначала бурят скважину, а потом, после извлечения из нее бурового

инструмента, протаскивают трубопровод. При совмещенном методе

одновременно с продвижением бурового инструмента прокладывают

трубу. Трубы диаметром до 150 мм прокладываются с помощью гид-

роразмыва с использованием вышеупомянутого раствора на основе

бентонита или полимеров (рис

. 4.4).

164

Рис. 4.4. Схема направленного бурения гидроразмывом

Трубы большего диаметра прокладываются с помощью устано-

вок горизонтального шнекового бурения (рис. 4.5).

Основным показателем таких установок является сжимающее

усилие. Так, установки со сжимающим усилием 4 т, используют для

прокладки труб диаметром до 300 мм и длиной до 50 м. Установки,

которые имеют сжимающее усилие 30 т, позволяют прокладывать тру-

бы диаметром до 500 мм на

расстояние до 400 м (рис. 4.6).

Рис. 4.5. Установка горизонтального шнекового

бурения

165

Рис. 4.6. Схема направленного шнекового бурения

Приобрели распространение унифицированные шнековые уста-

новки горизонтального бурения (УГБ и ГБ), в которых совмещаются

процессы бурения, прокладки труб с непрерывным удалением грунта

из забоя. С помощью установок УГБ и ГБ можно прокладывать трубо-

проводы в грунтах IV группы диаметром 325-1420 мм протяженно-

стью 40-60 м при скорости бурения от 1,5-1,8 до 12,7-19 м/ч. Процесс

бурения

буровой скважины и прокладки трубопровода с помощью ус-

тановок УГБ и ГБ следующий. В процессе прокладки непрерывное

механическое бурение буровой скважины осуществляется фрезерной

головкой, а удаление разрыхленного грунта – винтовым конвейером.

Способом горизонтального бурения можно осуществлять выра-

ботки для бестраншейной прокладки трубопроводов практически лю-

бых диаметров с относительно меньшими усилиями, чем

при проколе

или продавливании. Однако существенным недостатком при этом ос-

тается необходимость удаления из пробуренной буровой скважины

грунта. Поэтому сейчас разрабатывается новая технология проходки

горизонтальных выработок без удаления грунта способом бурения и

раскатывания.

Раскатывание используют для проходки и расширения суще-

ствующих буровых скважин за счет специальной расширяющей го-

ловки (рис. 4.7) и

приводится в движение буровым станком через

наращиваемые буровые штанги. При вращении головки грунт вдавли-

вается в стенки буровой скважины и получается цилиндрическая пус-

тота, в которую потом, при реверсе этой головки, затаскивается трубо-

провод. Соответствие оси головки, которая осуществляет расширение,

оси запроектированного трубопровода контролируют лазерной систе-

мой наведения.

166

Щитовая проходка.

Этот метод реализуется путем создания закрытым способом

туннелей механизированными щитами диаметром 1,5-3,6 м с после-

дующей прокладкой труб необходимого диаметра и забутовкой сво-

бодного пространства. Щит состоит из трех основных частей: перед-

ней – режущей клинообразной формы с козырьком или без него, сред-

ней – опорной, где размещаются домкраты и задней –

хвостовой. Щит

вдавливается в грунт гидравлическими домкратами, а грунт перед щи-

том разрабатывают ручным или механизированным способом. Строи-

тельство стенок коллектора выполняют в хвостовой части щита. Для

щитовой проходки применяют проходческие щиты нескольких видов,

которые в зависимости от способа разработки грунта в забое подразде-

ляются на механизированные, частично механизированные и немеха

низированные. Механизированные щиты более продуктивные, но

сложнее в эксплуатации, а немеханизированные отличаются простотой

в управлении и широко применяются при проходке коллекторов диа-

метром до 2,5м. Механизированные щиты имеют механизмы для раз-

работки грунта, укладки блоков и выдачи разработанного грунта на

загрузочные средства. Рабочие органы щитов могут быть роторными,

штанговыми, экскаваторными,

гидромеханическими. Например, в щи-

те с роторным рабочим органом в результате его вращения грунт, раз-

рушенный резцами, непрерывно подхватывается спиральными лопат-

ками и через приемочное окно поступает на ленточный конвейер, а

потом в тележку с кузовом, который снимается. Недостатком этого

метода является то, что при щитовой проходке в водонасыщенных и

слабостойких

грунтах необходимо осуществлять дорогие операции по

водопонижению, замораживанию и химическому закреплению. Кроме

Рис. 4.7. Общий вид головки для расширения

167

Рис. 4.8. Микрощиты разных диаметров фирмы

„Soltan

”

этого, создание туннелей в застроенных районах города, неизбежно

связано с необходимостью ограничения движения транспорта.

Создание микротоннелей.

Этот метод устраняет недостатки предыдущего. В частности пу-

тем создания микротоннелей можно осуществлять 10-15 м проходки за

сутки практически во всех горно-геологических условиях, в том числе

в водонасыщенных грунтах без водопонижения или закрепления

грунтов. На

рис. 4.8 приведен общий вид микрощитов.

Фирма „Herrenknecht” - один из мировых лидеров по выпуску

щитов для разработки микротуннелей. Она выпускает щиты диамет-

ром от 150мм до 14,2м, при использовании которых устраняется руч-

ная работа в забое, механизируется процесс прокладки труб, и все

управление технологическим процессом осуществляет машинист из

централизованного пульта. Схема строительной

площадки при этом

методе бестраншейной прокладки трубопроводов приведена на рис.

4.9.

168

Допустимый зазор между трубопроводом, который прокладыва-

ется, и расположенными в земле коммуникациями при этом методе

составляет не менее 1 м, отклонения от проектных отметок не превы-

шают 10-20 мм.

Вышеприведенные методы закрытой прокладки используют не

только для строительства новых трубопроводов, но и при замене ста-

рых

, аварийных участков сетей на новые. В России разработаны и се-

рийно применяются пневмомолоты, которые используются вместе с

расширителями для разрушения старого трубопровода, подлежащего

замене.

В отечественной и заграничной практике успешно применяются

технологии восстановления канализационных трубопроводов с помо-

щью полимерного рукава. Так МГП „Мосводоканалом” применяется

технология, которая разрешает в сжатые сроки восстановить трубопро-

воды диаметром от 150 до 500 мм и увеличить срок их службы. Сана-

цию осуществляют без раскрытия грунта и прекращения движения

городского транспорта. Рукав транспортируют в дефектный трубопро-

вод прямым продвижением (с помощью лебедки), отвердение рукава

происходит под действием пара. Под давлением пластиковый рукав

плотно прилегает к поверхности поврежденной трубы, равномерно по-

Рис. 4.9. Схема технологии разработки микротоннелей

Трубы

Зона управления

Зона разделения

грунтовой пульпы

169

крывая ее высокопрочным армирующим составом. Труба становится

гладкой и полностью герметичной. Однако эта технология имеет огра-

ничения по ремонту трубопроводов большого диаметра и значительной

длины, так как из-за большой массы очень сложно транспортировать

рукавную заготовку в трубопровод прямым продвижением.

В больших городах остро стоит проблема восстановления трубо-

проводов до 1000 мм с длиной захвата от 100 м и более. В данное время

специалисты ДГУП «Сант» разработали технологии восстановления

трубопроводов диаметром 400-1000 мм полимерным рукавом.

По данной технологии внутрь ремонтируемого участка вводится

предварительно пропитанный рукав, который продвигается по трубо-

проводу с помощью гидростатического давления, создаваемого водя-

ным столбом высотой от 3 до 8 м (рис. 4.10). Под действием давления

воды пропитанный рукав равномерно и плотно прилегает к поврежден-

ным стенкам трубопровода. Таким образом, осуществляется восстановле-

ние всех повреждений в трубопроводах любой формы и материала, из

которого они сделаны. После введения рукава в поврежденный трубопро-

вод, начинается процесс постепенного нагревания воды внутри него за

счет циркуляции через бойлерную установку.

Для реконструкции старых поврежденных трубопроводов приме-

няют также метод «труба-труба» (рис. 4.11). В этом методе используются

пластмассовые трубы длиной 10-12 м, которые свариваются вместе и или

втягиваются, или заталкиваются в старый поврежденный трубопровод.

Желательно, чтобы в старом трубопроводе не было колен с углом более

10 градусов и большого числа ответвлений.

Рис. 4.10. Схема восстановления тр

бопровода полимерным

рукавом

170

Рис. 4.11. Схема реконструкции трубопроводов мето-

ом т

ру

ба в т

ру

бе

Рис. 4.12. Схема реконструкции трубопроводов методом

разрушения старого трубопровода:

внизу – реконструкция канализационного трубопровода;

вверху – реконструкция напорного трубопровода

Метод разрушения старого трубопровода позволяет заменить су-

ществующие трубопроводы новыми такого же или большего диаметра

(рис. 4.12). Обычно бывает достаточно одного или двух котлованов.

Этот метод удобно применять в тех случаях, когда доступ к кана-

лизационным трубопроводам затруднен из-за большой глубины про-