Устройство большинства инженерных сетей в населенных пунктах предполагает подземную прокладку металлических или полимерных трубопроводов. При этом в условиях сложившейся застройки традиционная откопка траншей приводит к затруднениям в дорожном движении, нарушению благоустройства и неудобствам пешеходов. Весьма трудоемким оказывается организация прохода трубопроводов под железнодорожными путями, водными преградами, через овраги и другие препятствия. Практически все эти сложности могут быть решены при использовании одного из видов бестраншейной прокладки трубопроводов.
Происхождение бестраншейных технологий
О том, когда впервые при помощи бестраншейной прокладки был выполнен проход трубопровода под естественным или рукотворным препятствием никто сказать не может, такая информация отсутствует. Начальной точкой для отсчета истории бестраншейной прокладки стал 1964 год, когда была изготовлена первая установка для горизонтально-направленного бурения (ГНБ). Одновременно американским предпринимателем Мартином Черрингтоном была создана компания «Titan Contractors», специализированная на бурении под калифорнийскими дорогами.
Устройства, предназначенные для устройства не только вертикальных, но и горизонтальных скважин в грунте были придуманы еще Леонардо да Винчи в конце XV века, но первым опытом применения метод ГНБ при реализации крупного инвестиционного проекта стала прокладка в 1971 году трубопровода под рекой Pajara River в Калифорнии, шириной около 200 м. Фирма «Titan Contractors» Мартина Черрингтона решила эту задачу, пробурив под рекой скважину диаметром 115 мм и длиной 231 м.
В Европе метод ГНБ был впервые использован в 1986 году при прокладке инженерных сетей в районе со сложившейся жилой застройкой в г. Карлсруэ (ФРГ, федеральная земля Баден-Вюртенберг), после чего технология стала там использоваться повсеместно. В России применение этого способа началось только в 1995 году, который быстро получил признание и стал популярным. Сегодня эта технология с успехом используется многими отечественными компаниями.
Развитие бестраншейных технологий
Параллельно с ГНБ разрабатывают и используют другие методы бестраншейной прокладки трубопроводов:
- Продавливание гидравлическими домкратами для стальных или железобетонных труб диаметром 800 — 1720 мм, которое широко применяется при устройстве проходов под железными дорогами автотрассами. Метод заключается во вдавливании открытого конца стальной трубы большого диаметра в грунт при помощи гидравлических домкратов. Грунт выбирается из трубы, длина футляра увеличивается на величину хода штока домкрата и футляр вновь вдавливается в грунт. Скорость проходки составляет от 4 до 5 м в смену в зависимости от типа грунта.
- Микротоннелирование для тоннелей диаметром от 250 до 3600 мм. Метод предполагает использование специальной микротоннелепроходческой установки с дистанционным управлением, который вдавливается в грунт гидравлическими домкратами. Разработка грунта производится режущим колесом, на которое подается вода, которая смешивается с выбранным грунтом и выносит его за пределы забоя. Использование метода началось в 1985 году на объектах Германии и Англии. Микротоннелирование позволяет осуществить проходку тоннеля со скоростью до 15 м в смену и с точностью до 20 мм.
- Шнековое бурение для труб диаметром до 1400 мм. В этом случае бур проектного диаметра формирует проходку расширяя предварительно пробуренную пилотную скважину и протягивает за собой футляр или трубопровод. Метод применяется при расстоянии между приемным и финишным котлованами не превышает 60 м.
Кроме этого, развиваются и другие методы бестраншейной прокладки трубопроводов, однако они представляют собой разновидности уже указанных способов.
Современные бестраншейные технологии
Кроме упомянутых методов продавливания, микротоннелирования и шнекового бурения в глинистых грунтах и суглинках нередко используется метод прокола для относительно коротких сетей длиной до 60 м и диаметром от 100 до 600 мм. Этот метод аналогичен методу продавливания, только вместо открытого конца трубы, где происходит забор грунта, при проколе футляр заканчивается острым конусом и грунт не выбирается, а уплотняется. Наращивание труб также производится на сварке.
Современное оборудование для ГНБ предполагает устройство в грунте горизонтального канала длиной до 120 м, в котором проходит труба диаметром от 100 до 1420 мм. Проходка может выполняться двумя способами:
- раздельным с предварительным устройством скважины и последующей протяжкой трубы;
- совмещенной — с протяжкой трубы одновременно с проходкой скважины.
Горизонтальная скважина в методе ГНБ формируется буровой коронкой, установленной на конце шнекового конвейера. К коронке подведена вода, которая превращает выработанный грунт в пульпу и выносит его за пределы шахты. При устройстве горизонтальных скважин большого диаметра сначала коронка проделывает скважину малого диаметра, а потом в финишном котловане вместо нее устанавливается расширитель, который доводит диаметр шахты до проектной величины, двигаясь в обратном направлении.
В последние годы технология устройства новых горизонтальных скважин была дополнена технологиями санации существующих трубопроводов:
- При помощи полимерного рукава, когда внутрь трубопровода, подлежащего санации вводится специальный рукав, пропитанный полимерным композитным составом, который при обработке горячей водой или паром плотно прилегает к стенкам существующего трубопровода и затвердевает, образуя прочное стеклопластиковое покрытие. Это покрытие обладает стойкостью к воздействию агрессивных жидкостей, а его прочность позволяет эксплуатировать сеть, даже при полном разрушении старой трубы. Этот метод дает возможность продлить срок службы трубопровода на много лет.
- Методом «труба в трубе», увеличивая пропускную способность трубопровода. При устройстве нового трубопровода меньшего диаметра новая полиэтиленовая труба протягивается в существующую, а если пропускную способность необходимо увеличить, то существующая труба разрушается изнутри специальным пробойников, канал расширяется в него пропускается новая полиэтиленовая труба большего диаметра.
- Методом релайнинга, при котором штанга гидравлического механизма проходит внутри трубопровода, подлежащего санации, и на выходе в стартовом котловане или колодце к ней крепится пластиковая труба, которая при движении обратным ходом штанги заменяет аварийный участок.
Эти технологии широко используются компанией «СТИС» из Ярославля при ремонте инженерных сетей.
Преимущества бестраншейных технологий
Спрос на бестраншейный ремонт трубопроводов объясняется преимуществами этих методов:
- высокая производительность бестраншейных технологий;
- минимальный вред, который наносится городской инфраструктуре, благоустройству;
- отсутствие необходимости перекрывать дороги, выполнять обходы и объезды;
- возможность выполнять бестраншейную прокладку круглогодично;
- ограниченный участок, необходимый для устройства стартового и финишного котлованов;
- отсутствие необходимости использования тяжелой техники, выполнения больших объемов земляных работ с последующей обратной засыпкой с послойным уплотнением грунта и восстановлением благоустройства;
- пригодность бестраншейных технологий для прокладки любых видов трубопроводов и кабельных трасс, а также санации аварийных трубопроводов.
Эти преимущества позволяют снизить затраты при прокладке и ремонте инженерных сетей, а также сократить сроки выполнения работ.
Проблемы бестраншейных технологий
Кроме преимуществ, для бестраншейных методов характерны некоторые проблемы, в частности:
- Высокая стоимость оборудования и необходимость обученного, высококвалифицированного персонала, сложный и дорогостоящий ремонт и обслуживание (для методов ГНБ, микротоннелирования, шнекового бурения).
- Ограничения по виду грунта.
- Ограниченная длина проходки.
- Сложности при устройстве пересечений с другими коммуникациями. При открытом методе прокладки все сети видны, как в плане, так и по высоте, а при бестраншейной расположение коммуникаций приходится принимать по исполнительной съемке. Хотя современные установки ГНБ оборудуются телекамерами на буровой коронке, позволяющей оператору скорректировать направление скважины.
Однако проблемы не мешают увеличивать объемы бестраншейной прокладки сетей.
Заключение
Традиционные способы прокладки трубопроводов в открытых траншеях приводят к экологическим и социальным проблемам. А если сети приходится укладывать в слабых и водонасыщенных грунтах, где возникает необходимость в их стабилизации, используя для этого химическое закрепление, замораживание или устройство шпунтовых рядов, то и к увеличению продолжительности работ и их удорожанию. Устройство траншей в районах с высокоплотной застройкой приводит к нарушению схемы движения транспорта и пешеходов, нарушению благоустройства.
Избежать этого возможно при использовании бестраншейных методов прокладки сетей, применять которые нужно дифференцировано, в зависимости от типа грунта, диаметра и длины трубопровода. Отрытые траншеи безусловно останутся, но при освоении новых площадок с хорошими грунтами.
