Исследование эффективных и рациональных методов прокладки трубопроводов водоснабжения под землей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Исследование эффективных и рациональных методов прокладки трубопроводов водоснабжения под землей

Шалённый М.С. магистрант

Сайфидинов Б. кандидат экономических наук, доцент

г. Екатеринбург, Россия

Аннотация

В сегодняшнее время стремительного прогресса и сложных инженерных технологий существует достаточное разнообразие способов подземной прокладки трубопроводов водоснабжения. И все они востребованы и актуальны, потому что каждый имеет свои особенности и неоспоримые достоинства в определенных ситуациях, но и технологические недостатки, которые делают их неприменимыми или просто неэффективными при ряде обстоятельств. В статье делается попытка анализировать, какие же конкретно факторы становятся решающими при выборе технологии прокладки подземных инженерных коммуникаций.

Ключевые слова: инженерные системы, подземные коммуникации, прокладка трубопроводов, водоснабжение, бестраншейные технологии стоимость, эффективность.

Abstract

Shalyony M.S.

Master's student Ural Federal University

named after First President of Russia B.N. Yeltsin (Yekaterinburg, Russia)

Sayfidinov B.

Candidate of Economic Sciences, Associate Professor Ural Federal University named after First President of Russia B.N. Yeltsin (Yekaterinburg, Russia)

RESEARCH OF EFFECTIVE & RATIONAL METHODS OF LAYING WATER SUPPLY PIPELINES UNDERGROUND

In today's time of rapid progress and complex engineering technologies, there is a sufficient variety of ways of underground laying of water supply pipelines. And all of them are in demand and relevant, because each has its own characteristics and undeniable advantages in certain situations, but also technological disadvantages that make them inapplicable or simply ineffective under a number of circumstances. The article attempts to analyze which specific factors become decisive when choosing the technology for laying underground utilities.

Keywords: engineering systems, underground utilities, pipeline laying, water supply, trenchless technologies cost, efficiency.

Самые первые трубы представляли собой стволы деревьев с прогнившей сердцевиной, которые Homo sapiens использовал, чтобы обеспечить приток дождевой воды для питья к себе в жилище. Более поздние и технологичные трубы изготавливались из глины. Первые такие трубы были обнаружены в Месопотамии примерно 4000 лет до н.э. и использовались для отвода сточных вод и сбора дождевой воды в колодцы.

С развитием цивилизации совершенствовались и трубы, и современные материалы по сроку службы ушли от первых деревянных труб так же далеко, как и давно последние использовались, ведь срок службы многих сегодняшних пластиковых труб измеряется десятками лет. Так же сильно совершенствовались и способы прокладки трубопроводов. Сегодня с помощью специального оборудования, человек может укладывать трубы под землей не только траншейной прокладкой, но и закрытыми способами, то есть не повреждать, например, проезжие части, парализуя при этом движение транспорта. Может укладывать трубы под водными преградами или же эффективно и в короткий срок проходить участки местности с любым повышением рельефа.

Способов осуществления такой прокладки несколько, и все они зависят от многих факторов, таких как, например, тип грунта, материал и назначение трубопровода, протяженность и заглубление трассы.

Если обратиться к литературе, публикациям или статьям по данной теме, то можно понять, что данная тема довольно актуальна и находит своё отражение в известных и востребованных вопросах современной строительной отрасли. Например, труд Рыбакова А.П. "Основы бестраншейных технологий". В книге приведен иностранный и российский опыт, в основном, на примере техники немецкой фирмы "TRACTO-TECHNIK". Говорится о главных способах подземной укладки трубопроводов с объяснением процессов и рекомендациями. Так же достоен внимания труд польского автора Zwierzchowska A. "Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociagowych i kanalizacyjnych", в котором подробно описываются технологии бестраншейного строительства трубопроводов различного назначения с анализом их эффективности и рациональности для различных условий. Нельзя не упомянуть одну из статей авторов Беляковой Е. В. и Головина К. А. "Современные бестраншейные технологии", которая не внушительна в объеме, но очень насыщенна и будет интересна и познавательна даже инженерам с опытом.

Если более подробнее рассмотреть существующие способы прокладки трубопроводов водоснабжения. То самый простой и самый старинный способ прокладки труб - открытый способ. Когда ручным или механическим способом отрывается траншея, туда укладываются трубопроводы и производится обратная засыпка. Способ надежный, самый распространенный и безотказный при большинстве условий. Но в некоторых случаях применение его невозможно или нерационально и невыгодно по трудоемкости, продолжительности или финансовым ресурсам. Например, когда необходимо проложить трубопровод под водоемом или водотоком.

Технологии бестраншейной прокладки трубопроводов нашли широкое применение, когда необходимо в короткие сроки и экономично, без повреждения благоустройства проложить коммуникации под землей.

Данные способы, в отличие от открытой прокладки, почти не требуют земляных работ, поэтому они отличаются способностью бережно относиться с экологической ситуации на объекте проведения работ, что является очень важным преимуществом на данный момент времени.

Классическая открытая укладка труб требует серьезные финансовые и трудовые ресурсы, это связано с тем, что такая укладка сопровождается разработкой грунта зачастую на большую глубину, шурфованием, укреплением траншей и обратной засыпкой с восстановлением автодорожного покрытия или благоустройства.

Были проведены исследования по четырем аспектам, где сравнены закрытые методы укладки трубопроводов, что позволило выяснить плюсы бестраншейных способов укладки. Оказалось, что время строительства с помощью бестраншейных технологий экономится в два раза, трудозатраты в три раза, в большей степени из-за ненадобности восстанавливать благоустройство [1, С. 35-40].

Сегодня наиболее популярны и востребованы следующие методы укладки трубопроводов без разработки траншей, другими словами, методы закрытой прокладки:

горизонтальное направленное бурение (ГНБ)

прокол

продавливание

микротоннелирование (шнековое бурение)

плужный метод (запахивание в грунт)

Самый простой и старый способ закрытой прокладки трубопроводов - это прокол. Принцип этого способа следующий: насадка с первой частью трубопровода и далее с поочередно монтируемыми за ней остальными частями горизонтально продавливается в грунт до специального приёмного котлована с помощью домкратов. Сила, требуемая для продавливания, пропорциональна радиусу отверстия, возведенного в квадрат, поэтому этот способ целесообразен только для трубопроводов с небольшим диаметром.

Способ продавливания схож с проколом и представляет собой вдавливание футляров из стали в грунт посредством домкратов. На торец трубы устанавливается специальный нож, позволяющий снизить трение футляра. Продавливание отличается от прокола тем, что грунт разрабатывается в скважине и вынимается оттуда разными методами и с использованием специализированных устройств, а не просто вдавливается в стенки.

Технология шнекового бурения или микротоннелирования производится благодаря микрощитам с режущими устройствами и специализированным станциям с домкратами.

От первой шахты к последующей труба продавливается через грунт. Это расстояние между шахтами может быть равным от 50 до 500 м. Но эту дистанцию возможно приумножить, если применять специализированные промежуточные станции с домкратами [2].

Эта технология дает возможность обходить различные преграды, такие как, например, автомобильные и железнодорожные пути или водные объекты, так как способ микротоннелирования может прокладывать не только прямолинейные трассы, что является одним из преимуществ данного метода.

Для реализации данного метода трубы должны быть достаточно крепкими, что так же обеспечивается специализированными муфтами, которые добавляют небольшое сопротивление продавливанию, которым можно пренебречь, а трубы применяются керамические, полимербетонные, стальные и железобетонные. Способ микротоннелирования дает возможность подключить боковые ответвления к работающему трубопроводу без разработки траншей.

Способ микротоннелирования осуществляется при последовательности следующих этапов:

Подготовка (например, геологические изыскания по трассировке)

Монтаж и подготовительные работы начальной и приемной шахт

Установка микрощита с режущими органами и погружение установки с домкратами в приемную шахту

Непосредственно укладка труб с применением устройства управления с навигацией

Демонтаж оборудования

Большая прецизионность хода микрощита и следующего за ним трубопровода обеспечивается специальной электронной системой управления с лазером и компьютерным комплексом, что в целом представляет собой полноценную навигационную систему.

Устройство с гироскопом применяется для укладки криволинейных трассировок, а также зависимо от длины участка в практике применяются установки с мишенью и измерительным колесом при протяженности до 200 м, а при длине от 200 дог 400 м используется устройство с гидростабильным уровнем воды и электронной системы с лазером [2].

Метод горизонтально направленного бурения (ГНБ) используется для укладывания коммуникаций под землей на заглублении до 50 м и является управляемым процессом, который осуществляется при помощи специализированных буровых установок [3].

За одну смену бригады с помощью метода ГНБ можно пробурить около 100 м. Протяженность трассировки может достигать нескольких километров. Диаметр прокладываемых трубопроводов от 25 до 2000 мм [3].

Горизонтально направленное бурение реализуется при содействии специализированных установок: буровых машин с гусеничным ходом, устройств для подготовки раствора для бурения, штанг и систем навигации.

Раствор для бурения играет роль смазки, необходим для фиксации стенок отверстия в грунте, а так же для охлаждения бура. Такой раствор обычно содержит водяной кондиционер, полимеры, воду и бентонит. Состав раствора так же зависит и корректируется исходя из вида и состава грунта, для достижения определенного ряда характеристик.

Методом горизонтально направленного бурения прокладывают трубы, например, из чугуна с высоким содержанием углерода и шаровидным графитом диаметром от 80 до 1000 мм, стальные трубы диаметром от 50 до 2000 мм (в основном в виде гильз и защитных футляров) и полиэтиленовые трубы низкого давления (ПНД) диаметром от 25 до 1200 мм [3].

Технология ГНБ осуществляется посредством последовательности следующих основных этапов:

Геологическими изысканиями вдоль трассировки

Организационными мероприятиями на месте осуществления работ

По заблаговременно определенной трассировке бурение пилотной скважины с вычислением искривления бурового ряда на одну штангу в процентах.

Экспансирование и формирование стабильной скважины нужного диаметра без обвалов, мусора и препятствий

Вытягивание трубопровода посредством расширителя из конечного колодца в начальный.

Для сравнения рациональности и эффективности способов закрытой прокладки коммуникаций на разных объектах целесообразно проводить анализ по следующим четырем показателям:

финансовая составляющая планируемых работ

максимальная протяженность трассы

геологические данные места проведения работ

планируемые диаметры прокладываемых трубопроводов

Подытожив информацию из нормативно -технических источников и

инженерной литературы, а так же собственный опыт, можно сделать следующие выводы по диапазону диаметров прокладываемых коммуникаций для каждого из методов:

Наиболее широкий диапазон имеет микротоннелирование: от 200 до 4000 мм, что дает возможность строить с помощью данного метода большие коллекторы

Самый маленький ряд возможных диаметров принадлежит проколу: от 45 до 600 мм. Так как сила, которую нужно приложить для прокола, пропорциональна сечению скважины в квадрате

Способ горизонтально направленного бурения впереди по минимально возможному диаметру, который может составлять от 25 мм и доходит до 2000 мм

Технология продалвивания дает возможность охватывать диаметры от 400 до 3000 мм [4].

Если говорить о геологических условиях проведения работ, то, как показывает практика, методы горизонтально направленного бурения и микротеннелирования способны проходить любые категории грунтов от I до VII, в том числе твердый доломит, плотный песчаник, мраморы, слежавшийся мергелистый известняк, слюдяные и окварцованные сланцы, сезонно замерзающие и вечномерзлые грунты, например, мореные грунты и речные отложения с наличием больших валунов и гальки до 70 % объема. Метод продавливания целесообразно применять в грунтах I -IV категорий, а прокол используют при проходках суглинистых и глинистых и грунтов (I-III категории) [5, С. 12-15].

По максимально возможным протяженностям трассировок прокладываемых комунникаций (без установки дополнительных систем) можно сказать следующее: способ продавливания выигрывает у прокола почти в два раза, так как максимальная длина проходки при продавливании составляет 100 м, а при проколе 60 м. Лидирующую позицию занимает способ горизонтального направленного бурения, с помощью которого можно проложить коммуникации под землей больше чем на 1 км вплоть до нескольких километров, что зависит от мощности установки. А предел по протяженности трассы при способе микротоннелирования составляет 500 м, что тоже очень достойно и в большинстве случаев является достаточным. [6, С. 133-138] прокладка трубопровод водоснабжение бурение

При анализе стоимости работ, если сравнивать цены прокладки трубопровода диаметром 600 мм (без учета стоимости труб и подготовительных земляных работ) при помощи рассматриваемых здесь бестраншейных технологий, то оказывается, что способ микротеннелирования является самым дорогостоящим - 32000 руб. за погонный метр, так как для его реализации необходимо использование наиболее технологичного и технически сложного оснащения, а также специально обученной высококвалифицированный бригады. Способ продавливания занимает второе место по стоимости после микротеннелирования - 19500 руб, и тоже требует серьезные подготовительные технические работы. Цены за прокладку одного погонного метра анализируемого диаметра трубопровода при методе горизонтально направленного бурения и проколе на первый взгляд равны и составляют около 14500 руб, однако при анализе технологий методов становится понятно, что самым выгодным в большинстве случаев оказывается именно ГНБ, так как при его реализации, в отличии от прокола, не требуется таких серьезных подготовительных земляных работ, как строительство котлованов.

Подводя итоги по сравнению методов закрытой прокладки трубопроводов, хочется начать с самых современных и технически сложных способов - микротоннелирование и горизонтально направленное бурение. Они позволяют охватывать наибольший ряд диаметров прокладываемых коммуникаций, укладывать их на большом заглублении и строить трассы наибольшей длины, а также эффективны при работе в любой категории грунтов. При этом технология ГНБ наиболее рациональна в большинстве случаев из -за своей низкой стоимости по сравнению со всеми остальными бестраншейными технологиями и из-за почти полного отсутствия необходимости проводить подготовительные земляные работы. Однако несмотря на большую удельную цену за прокладку погонного метра при технологии микротоннелирования, встречаются определенные условия, при которых именно этот метод оказывается самым рациональным и выгодным, так как при реализации других методов в этих случаях может потребоваться ряд дополнительных мероприятий и оборудования, что в конечном счете нивелирует большую разницу в стоимости микротоннелирования. Особенно привлекательным преимуществом данного метода считается работа в любых геологически сложных условиях и при этом обхват большого диапазона диаметров укладываемых трубопроводов.

Список литературы

1. Andreas U. Special applications fields of microtunnelling equipment. 32nd ISTT Annual International No-Dig Conference and Exhibition. Madrid, Spain. 2014. 67 С.

2. Корзун Н. Л., Балканов А. А. Обоснование применения микротоннелирования для прокладки инженерных сетей на урбанизированных территориях // Известия вузов. Серия: Инвестиции. Строительство. Недвижимость, 2014. №1. C. 50-52

3. Тиманов Ю. М. Укладка трубопроводов методом ГНБ // Технологии Мира, 2016. №3-4. C. 35-40.

4. Белякова Е. В., Головин К. А. Современные бестраншейные технологии // Известия ТулГУ. Серия: Естественные науки, 2009. №3. C. 238-244.

5. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий (теория и практика). 2005.304 С.

6. Храменков С. В. Стратегия модернизации водопроводной сети. 2005. 388 С.

Размещено на Allbest.ru