Василенко А.А., Грабовський П.А., Ларкіна Г.М., Поліщук А.В., Прогульний В.І. Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення

Подождите немного. Документ загружается.

Для проколу труб частіше за все застосовують натискні насоснодомк-

ратні установки, що складаються з одного або двох з’єднаних гідравлічних

домкратів типу ГД-170 із зусиллям до 170 тс кожний, змонтованих на спіль-

ній рамі. Штоки домкратів мають великий вільний хід (до 1,15-1,3м). Раму з

домкратами встановлюють на дні робочого котловану, з якого ведуть прокол.

Поряд з котлованом на поверхні розміщують гідравлічний насос високого

тиску – до 30 МПа. Трубу заштовхують циклічно шляхом поперемінного пе-

реключення домкратів на прямий та зворотній хід. Тиск домкратів на трубу

передається через наголовник змінними натискними патрубками, шомполами

або хомутами. При застосуванні натискних патрубків, які „подовжуються”,

довжиною 1, 2, 3 та 4м після вдавлювання труби в грунт на довжину ходу

штоку домкрату (наприклад, 1м) шток повертають у первісне положення та у

простір, що утворився вставляють інший патрубок подвоєної довжини і так

продовжують до тих пір, поки не закінчать прокол першої ланки трубопрово-

ду (зазвичай 6м). Потім до нього приварюють другу ланку та вказані операції

повторюють до тих пір, поки не буде завершений прокол на всю довжину

трубопроводу.

Гідропроколом труби прокладають із використанням кінетичної енер-

гії струменю води, що виходить під тиском з розташованої спереду труби

спеціальної конічної насадки. Такий струмінь розмиває в ґрунті отвір діамет-

ром до 500мм, в який прокладають труби. Питома витрата води при цьому

залежить від швидкості струменю, напору води та категорії ґрунтів, що про-

ходяться. До переваг гідропроколу відносяться відносна простота проведення

робіт та досить висока швидкість утворення свердловини (до 30м за зміну).

Суттєвими його недоліками є порівняно невелика протяжність проходки (до

20-30м), можливі відхилення від проектної вісі і складні умови роботи вна-

слідок забрудненості робочого котловану.

У незв’язних піщаних, супіщаних та пливунних ґрунтах безтраншейне

прокладання прискорюють за допомогою вібропроколу. В установках для

вібропроколу застосовуються збуджувачі повздовжньо-направлених коли-

вань. Однією з найбільш ефективних установок вібропроколу є ударно-

вібраційно-вдавлююча установка УВВГП-400 конструкції ВНИИГС (Росія).

При використанні цієї установки, трубу, що прокладається із закріпленим на

одному кінці інвентарним наконечником іншим кінцем встановлюють у на-

головнику ударної приставки вібромолота. Під дією ударних імпульсів у по-

єднанні зі статичним вдавлюванням за допомогою привантажувального полі-

спасту секція труб послідовно вводиться в грунт.

Для безтраншейної закритої прокладки труб діаметром 63-400мм ши-

роко застосовуються механічні грунтопроколювачі та пневматичні пробійни-

ки типів ПР-60 (СО-144), ИП-4605, ИП-4603, ПР-400 (СО-134) и М-130. За

цим методом спочатку здійснюють проходку горизонтальних свердловин і

161

наступне затягування в них труб (діаметром до 400 мм) за допомогою пнев-

мопробійників (рис. 4.2).

16’’

(

400мм

)

12’’

(

300мм

)

8’’

(

200мм

)

Рис. 4.2. Загальний вигляд пневмоп

обійників

Останні мають обтічний корпус, в якому розміщений ударник і повіт-

ророзподільний механізм (для забезпечення як прямого так і зворотного ходу

пробійника). Для проходження свердловини пневмопробійник запускають в

грунт із вхідного приямку у напрямку приймального. В процесі руху він сво-

їм конічним переднім кінцем ущільнює ґрунт, розсуває його в сторони і

утворює свердловину. Завдяки осьовій симетрії та значній довжині пневмо-

пробійника, останній при русі в ґрунті зберігає заданий напрямок. При забез-

печенні точного запуску пневмопробійника відхилення свердловини від про-

ектного положення на довжині 20м, як правило, не перевищує 0,2-0,3м по

вертикалі та 0,05-0,1м по горизонталі. При проколі сталевих труб за допомо-

гою пневмопробійників їх використовують в якості ударного вузла, який

приєднується до заднього торця труби і забиває її в ґрунт. На передньому

торці труби кріплять конусний наконечник. При цьому можливі два варіанти

технології робіт: забивання труби в ґрунт та забивання її в свердловину (в

стійких глинистих ґрунтах). За допомогою пневмопробійника можна заміню-

вати старі труби підземної прокладки новими того ж або більшого діаметру.

Для цього першу секцію нового трубопроводу приєднують до того, що вида-

ляється (у випадку різних діаметрів – за допомогою конічного перехідника), а

стару трубу по мірі виходу в приймальний приямок обрізують та видаляють.

До позитивних сторін можна віднести високу швидкість руху пробійника та

досить просту його експлуатацію.

Продавлювання.

Безтраншейна прокладка продавлюванням відрізняється тим, що тру-

бу, що прокладається відкритим кінцем, який оснащений ножем, вдавлюють

в масив ґрунту, а грунт, що потрапляє в трубу у вигляді щільного керну (про-

162

бки), розробляють та видаляють із забою. При просуванні труби долають зу-

силля ґрунту по зовнішньому її контуру і врізання ножової частини в грунт.

Для продавлювання труб застосовують натискні насосно-домкратні

установки з двох, чотирьох, восьми та більшої кількості домкратів зусиллям

по 500-3000 кН кожний з ходом штоку 1,1-2,1м, що працює від насосів висо-

кого тиску. Кількість домкратів в установці залежить від необхідного натиск-

ного зусилля.

Оскільки для продавлювання труб великих діаметрів, особливо в твер-

дих ґрунтах, застосовують особливо потужні натискні установки з декількох

домкратів, що здатні створити зусилля більше 10000 кН, для них необхідні

міцні упорні стінки.

Застосування ручної розробки ґрунту при продавлюванні мало ефекти-

вно. Тому для безтраншейної прокладки частіше за все застосовують устано-

вки з механізованою розробкою і видаленням ґрунту, в тому числі установки

типів СКВ Главмосстроя (Росія) та ПУ конструкції ЦНИИПодземмаша (Ро-

сія).

Продавлювання також здійснюють шляхом забивання в ґрунт сталевих

трубопроводів діаметром 400-1400 мм за допомогою пневмоударних машин.

Принцип здійснення продавлювання за допомогою пневмоударних машин

полягає у наступному. Всередині труби розміщують віброударну желонку.

При проходці труба відкритим кінцем вводиться в грунт на певну відстань

(заходку), а потім желонка подається канатом до її забійного кінця та за до-

помогою молоту упроваджується в грунт, забирає його та за допомогою кана-

ту переміщується до розвантажувальних вікон, де під дією ударів вібромоло-

ту грунт висипається через вікна желонки у розвантажувальні вікна на дно

траншеї. Процес проходки складається з декількох циклів, що періодично

повторюються, в яких кожне введення в грунт труби на 1-5 діаметрів чергу-

ється із вибором ґрунтового керну віброударною желонкою. На рис. 4.3

представлені можливі функції пневмопробійників.

163

Рис. 4.3. Схема: проходу (а), розширення (6) свердловин і

продавлювання (в, г) труб за допомогою пневмопробійників

а)

в)

б)

г)

Горизонтальне направлене буріння.

Обладнання, необхідне для горизонтального буріння умовно склада-

ється з трьох частин: блоку гідравлічної напруги, бурової установки та змі-

шувача. Бурова установка це гідравлічне пристосування, що виконує дві фу-

нкції: проштовхує штанги для буріння або витягає їх із ґрунту. Під час цього

процесу одночасно можна здійснювати обертальні рухи. За допомогою змі-

шувача готується розчин для буріння. Такий розчин складається з суміші бе-

нтоніту (або полімерів) та води. Бурова установка і змішувач працюють від

блоку гідравлічної напруги.

Процес буріння і прокладання ланок трубопроводу у свердловину мо-

же бути роздільним і суміщеним. При роздільному спочатку бурять свердло-

вину, а потім, після витягнення з неї бурового інструменту, протаскують тру-

бопровід. При суміщеному методі одночасно з просуванням бурового ін-

струменту прокладають трубу.

Труби діаметром до 150 мм прокладаються за допомогою гідророзми-

ву із використанням вищезгадуваного розчину на основі бентоніту або полі-

мерів (рис. 4.4).

164

Рис. 4.4. Схема направленого буріння гідророзмивом

Труби більшого діаметру прокладаються за допомогою установок го-

ризонтального шнекового буріння (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Установка горизонтального шнекового

буріння

Основним показником таких установок є стискальне зусилля. Так,

установки із стискальним зусиллям 4 т, використовують для прокладання

труб діаметром до 300 мм та довжиною до 50 м. Установки, що мають стис-

кальне зусилля 30 т, дозволяють прокладати труби діаметром до 500 мм на

відстань до 400 м (рис. 4.6).

165

Рис. 4.6. Схема направленого шнекового буріння

Набули поширення уніфіковані шнекові установки горизонтального

буріння (УГБ та ГБ), в яких суміщаються процеси буріння, прокладки труб із

безперервним видаленням ґрунту з забою. За допомогою установок УГБ та

ГБ можна прокладати трубопроводи в ґрунтах IV групи діаметром 325-1420

мм протяжністю 40-60 м при швидкості буріння від 1,5-1,8 до 12,7-19 м/год.

Процес буріння свердловини і прокладання трубопроводу за допомогою

установок УГБ та ГБ наступний. В ході прокладки безперервне механічне

буріння свердловини здійснюється фрезерною головкою, а видалення розри-

хленого ґрунту – гвинтовим конвеєром.

Способом горизонтального буріння можна проходити виробки для

безтраншейної прокладки трубопроводів практично будь-яких діаметрів із

відносно меншими зусиллями, ніж при проколі або продавлюванні. Однак

суттєвим недоліком при цьому залишається необхідність видалення з пробу-

реної свердловини ґрунту. Тому зараз розробляється нова технологія проход-

ки горизонтальних виробок без видалення грунту способом буріння та розко-

чування.

Розкочування.

Розкочування використовують для проходки і розширення існуючих

свердловин за рахунок спеціальної голівки, що розгортає (рис. 4.7) та приво-

диться в рух буровим верстатом через нарощувані бурові штанги. При обе-

ртанні голівки грунт вдавлюється в стінки свердловини й утворюється стійка

циліндрична порожнина, у яку потім при реверсі цієї голівки затаскується

трубопровід. Відповідність осі голівки, що здійснює розгортання осі проекто-

ваного трубопроводу контролюють лазерною системою наведення.

166

Рис. 4.7. Загальний вигляд головки для розширення

Щитова проходка.

Цей метод реалізовується шляхом створення закритим способом туне-

лів механізованими щитами діаметром 1,5-3,6 м з наступним укладанням ту-

ди труб необхідного діаметру та забутовкою вільного простору. Щит склада-

ється з трьох основних частин: передньої – ріжучої клиноподібної форми з

козирком або без нього, середньої – опорної, де розміщуються домкрати та

задньої – хвостової. Щит вдавлюється в грунт гідравлічними домкратами, а

грунт перед щитом розробляють ручним або механізованим способом. Спо-

рудження обділки (стінок) колектору виконують у хвостовій частині щита.

Для щитової проходки застосовують проходничні щити декількох видів, які в

залежності від способу розробки ґрунту в забої підрозділяються на механізо-

вані, частково механізовані та немеханізовані. Механізовані щити більш про-

дуктивні, але більш складні в експлуатації, а немеханізовані відрізняються

простотою в керуванні та широко застосовуються при проходці колекторів

діаметром до 2,5м. Механізовані щити мають механізми для розробки ґрунту,

укладки блоків та видачі розробленого ґрунту на завантажувальні засоби.

Робочі органи щитів можуть бути, наприклад, роторними, штанговими, екс-

каваторними, гідромеханічними. Наприклад, в щиті з роторним робочим ор-

ганом в результаті його обертання грунт, зруйнований різцями, безперервно

підхвачується спіральними лопатками та через приймальне вікно надходить

на стрічковий конвеєр, а потім у візок із кузовом, що знімається. В якості

недоліку цього методу можна виділити те, що при щитовій проходці у водо-

насичених та слабостійких ґрунтах, необхідно здійснювати дорогі операції по

водопониженню, заморожуванню та хімічному закріпленню. Крім цього,

створення тунелів у забудованих районах міста, неминуче зв’язано із необ-

хідністю обмеження руху транспорту.

167

Мікротунелювання.

Цей метод усуває недоліки попереднього. Зокрема мікротунелювання

дозволяє здійснювати 10-15 м проходки за добу практично у всіх гірничо-

геологічних умовах, у тому числі водонасичених ґрунтах без водозниження

або закріплення ґрунтів. На рис. 4.8 приведений загальний вид мікрощитів.

Рис. 4.8. Мікрощити різних діаметрів фірми „Soltan”

Фірма „Herrenknecht” є одним із світових лідерів по випуску щитів

для мікротунелювання. Вона випускає щити діаметром від 150мм до 14,2м,

при використанні яких усувається ручна праця у вибої, механізується процес

прокладки труб, і все керування технологічним процесом здійснює машиніст

з централізованого пульта. Схема будівельного майданчика при цьому методі

безтраншейного прокладання трубопроводів приведена на рис. 4.9.

168

Рис. 4.9. Схема технології розробки мікротунелей

Труби

Зона управління

Зона розділення ґрун-

тової пульпи

Припустимий зазор між трубопроводом, що прокладається, і розташо-

ваними в землі комунікаціями при цьому методі складає не менше 1 м, відхи-

лення від проектних відміток не перевищують 10-20 мм.

Вищенаведені методи закритої прокладки використовують не тільки

для будівництва нових трубопроводів, але і при заміні старих, аварійних ді-

лянок мереж на нові. У Росії розроблені і серійно застосовуються пневмомо-

лоти, що використовуються разом з розширниками для руйнування старого

трубопроводу, що підлягає заміні.

У вітчизняній та закордонній практиці успішно застосовуються техно-

логії відновлення каналізаційних трубопроводів за допомогою полімерного

рукава. Так МГП „Мосводоканалом” застосовується технологія, що дозволяє у

стислий термін відновити трубопроводи діаметром від 150 до 500 мм і збіль-

шити термін їх служби. Санацію здійснюють без розкриття ґрунту і припи-

нення руху міського транспорту. Рукав транспортують у дефектний трубо-

провід прямим просуванням (за допомогою лебідки), отвердіння рукава від-

бувається під дією пари. Під тиском пластиковий рукав щільно прилягає до

поверхні ушкодженої труби, рівномірно покриваючи її високоміцним армую-

чим складом. Труба стає гладкою і цілком герметичною. Однак ця технологія

має обмеження по виконанню санації трубопроводів великого діаметра і знач-

169

ної довжини, тому що через велику вагу дуже складно транспортувати рукавну

заготовку в трубопровід прямим просуванням.

У великих містах гостро стоїть проблема відновлення трубопроводів до

1000 мм із довжиною захоплення від 100 пог. м і вище. В даний час фахівці

ДГУП «Сант» розробили технології відновлення трубопроводів діаметром

400-1000 мм полімерним рукавом.

За даною технологією усередину ділянки, що ремонтується вводиться

попередньо просочений рукав, що просувається по трубопроводу за допомо-

гою гідростатичного тиску, створюваного водяним стовпом висотою від 3 до 8

м (рис. 4.10). Під дією тиску води просочений рукав рівномірно і щільно приля-

гає до ушкоджених стінок трубопроводу. Таким чином, здійснюється відновлен-

ня всіх ушкоджень трубопроводів будь-якої форми і матеріалу, з якого вони

зроблені. Після введення рукаву в ушкоджений трубопровід, починається процес

поступового нагрівання води усередині нього за рахунок циркуляції через бой-

лерну установку.

Рис. 4.10. Схема відновлення тр

бопровод

полімерним

рукавом

Для реконструкції старих пошкоджених трубопроводів застосовують та-

кож метод „труба в трубі” (рис. 4.11). В цьому методі використовуються пласт-

масові труби довжиною 10-12 метрів, які зварюються разом та або втягуються

або заштовхуються в старий пошкоджений трубопровід. Бажано, щоб в старому

трубопроводі не було колін із кутом більше 10 градусів і великого числа відга-

лужень.

170