Для оптимального размещения ТВЧШГ (трубопроводов из высокопрочного чугуна отечественного производства) [4] в земле c использованием одной из наилучших эффективных технологий [5-8] горизонтально-направленного бурения [9] следует применять трубы с покрытиями цементно-песчаным (внутри) и цинковым и полиэтиленовым рукавом (снаружи) с DN только ≤ 500 мм (табл. 1). Ведь трубы только этих диаметров собираются между собой раструбно-замковыми соединениями «RJ», способными выдерживать существенные величины осевых нагрузок N (рис. 1), в том числе с поворотом относительно друг друга в соединениях на допустимый (с сохранением водонепроницаемости при эксплуатации) угол β (табл. 2).

Для оптимального размещения трубопроводов из высокопрочного чугуна в земле c использованием ГНБ необходимо, во-первых, разработать всю требуемую документацию на закрытый переход, учитывающую требования [10] действующих в стране нормативов и конкретные для данного строительства условия

Для оптимального размещения трубопроводов из высокопрочного чугуна в земле c использованием ГНБ необходимо, во-первых, разработать всю требуемую документацию на закрытый переход (ЗП), учитывающую требования [10] действующих в стране нормативов и конкретные для данного строительства условия. Во-вторых, строго выполнять все технологические процессы (ТП) с учётом выбранного оборудования. В-третьих, постоянно, на всех этапах сооружения ЗП [устройства пилотной (лидерной) скважины, получения бурового канала (расширение пилотной скважины), протягивания трубных плетей и их сопряжение между собой] производить контроль качества — входной (ВКК), операционный (ОКК) и приёмочный (ПКК) в соответствии с требованиями нормативно-технических документов на прокладку данного вида систем (водопровод, напорная канализация), а также авторский надзор. Проверяют при проведении: ВКК — качество поступающих на стройплощадку трубных изделий, материалов, оборудования и оснастки; ОКК — качество выполнения буровых, сборочных и строительно-монтажных работ; ПКК — качество и соответствие проекту проложенного трубопровода. Результаты контроля следует фиксировать в журналах работ, в актах на скрытые работы, актах сдачи-приёмки и других документах. Также при размещении в земле ТВЧШГ проектная организация должна осуществлять авторский надзор за выполнением технических решений и требований принятого к производству проекта и своевременно, при необходимости, выполнять корректировку или согласование обоснованных изменений к проекту.

ВКК должны подвергаться все поступающие на строительство трубные изделия из ВЧШГ, компоненты буровых растворов, технологическое оборудование, расходные материалы и др.; они должны соответствовать маркам, типам, свойствам и др. характеристикам в сопроводительной документации, отвечающей действующим нормативам и требованиям проекта

Входному контролю качества обязательно должны подвергаться все поступающие на строительство трубные изделия из ВЧШГ, компоненты буровых растворов, технологическое оборудование, расходные материалы и др.; все они должны соответствовать маркам, типам, свойствам и другим характеристикам, указанным в сопроводительной документации, отвечающей действующим нормативам и требованиям проекта.

ОКК должен включать оценку всех выполняемых технологических процессов: подготовительных работ; приготовления, включая состав и показатели бурового раствора; бурения пилотной скважины; создания бурового канала — расширения пилотной скважины; сборки и протягивания ТВЧШГ.

В процессе подготовительных работ с применением современных геодезических методов и приборов выполняется контроль соответствия проектной документации: положения разбивочной оси перехода, существующих сооружений, коммуникаций, препятствий; планировки и обустройства стройплощадок; размеров и расположения технологических выемок (котлованов, траншей, приямков); положения буровой установки на точке входа и начального угла забуривания. Контроль состава и показателей качества бурового раствора должен включать: уточнение подбора состава из фактически поставленных компонентов перед началом буровых работ в соответствии с требованиями используемого оборудования применительно к конкретным условиям производства работ; корректировку состава в процессе работ при изменении гидрогеологических условий по сравнению с проектными; проверку соответствия характеристик приготовляемого бурового раствора технологическому регламенту в процессе бурения пилотной скважины, создание бурового канала — расширения пилотной скважины, протягивания ТВЧШГ.

Контроль свойств (табл. 3) бурового раствора должен производиться в процессе его приготовления для каждого замеса или не реже чем через каждые два часа для смесителей непрерывного действия и фиксироваться в журнале.

Документация на производство оптимального размещения ТВЧШГ в земле c использованием ГНБ должна отражать [9] планировочные, конструктивные и технологические решения, выявленные в результате сравнения всевозможных вариантов устройства комплекса инженерных коммуникаций на рассматриваемом участке (табл. 4).

Основное оборудование для производства ГНБ — это бурильные установки. Их основными элементами конструктивного состава установок являются [12], как правило, рама, на которой расположены все остальные элементы работы и управления, двигатель, который работает посредством дизельного топлива, ходовая часть, которая может быть как гусеничного вида, так и иметь колёсный ход. В оснащение установки входят такие детали, как гидростанция, а также устройство, которое осуществляет подачу штанг, и лафет для бурения. Это уже непосредственные рабочие элементы, которые производят все манипуляции. Установка ГНБ непременно оснащается такими элементами, как панель, на которой находятся все управляющие части. Также она оснащена индикационным оборудованием, которое показывает уровень топлива и масел в двигательной системе. Рабочее место оператора также оборудовано для удобства проведения всех манипуляций установки. При выборе горизонтальной буровой установки, как правило, придерживаются [9, приложение В] таких характеристик, как диаметральный размер бурения, который может варьироваться в разных пределах в зависимости от той или иной модели оборудования. Установки (рис. 2) обладают, как правило, достаточно мощным двигателем (величиной 5,5 л.с. и более).

За счёт того, что привод у установки обычно является гидравлическим, работа на ней выполняется довольно легко, без больших силовых затрат. Причём, поскольку управление данным оборудованием является предельно простым, привлечение высококвалифицированного персонала является нецелесообразным, с данной работой может справиться обычный трубоукладчик.

До начала бурения должны быть выполнены следующие подготовительные работы: геодезическая разбивка трассы и вынос в натуру точек начала забуривания и выхода бура из грунта; подготовка стройплощадок для размещения буровой установки, насосно-смесительного узла для приготовления бурового раствора, склада буровых штанг, контейнера хранения для бентонита, строительных материалов, бытовых помещений, трубных изделий; монтаж буровой установки в точке начала забуривания с обеспечением предусмотренного конструкцией закрепления для восприятия усилий подачи при бурении и обратной тяги при протягивании трубопровода, а также закрепления к земле установки; контроль исправности и работоспособности локационной системы.

Не следует располагать стройплощадки в пределах заглублённых сооружений и коммуникаций, пересекающих трассу скважины на входе и/или выходе. Размеры стройплощадок должны быть достаточны для размещения необходимого оборудования, технологических сооружений, а также раскладки сборного трубопровода, обеспечивающей вход в буровой канал без недопустимых перегибов. При этом следует подбирать буровые установки и устраивать рабочие площадки (табл. 5) для их размещения для дальнейшей производительной и качественной работы.

При подготовке фронта работ, связанных с размещением ТВЧШГ с использованием горизонтально направленного бурения, необходимо выполнять планировку площадок на входе и на выходе с разработкой технологических выемок (приямков), предназначенных для: сбора выходящего из скважины бурового раствора; ввода бурового инструмента и расширителей в скважину; подачи трубопровода для протягивания.

Размеры выемок определяются углами входа (выхода), диаметром бурения, характеристиками бурового оборудования. При необходимости буровые установки могут размещаться в стартовых котлованах. После контроля расположения, закрепления и заземления буровой установки, а также подготовки бурового раствора в объёме, необходимом для проходки скважины, может пробуриваться пилотная (лидерная) скважина.

Для размещения ТВЧШГ (с длиной труб 6 м и соединениями типа «RJ») буровые каналы должны [11] пробуриваться на всей трассе по дугам с радиусами Rбк и диаметрами Dбк расширения, не менее приведённых (табл. 2) значений для предотвращения деформаций и разрыва соединений. При этом трасса скважины для обеспечения необходимого заглубления должна начинаться с прямолинейного участка, наклонного к горизонту под углом входа в грунт.

В общем случае после прямолинейного участка должен следовать криволинейный вогнутый участок с расчётным радиусом изгиба, затем прямолинейный (горизонтальный или наклонный) участок до следующей кривой (без нарушения допустимого радиуса изгиба) и так до точки выхода по прямолинейному тангенциальному участку с наклоном под углом выхода к поверхности.

Бурение пилотной скважины осуществляется передовым буром со сменными насадками, выбираемым в зависимости от гидрогеологических условий и видов грунта. Изменение направления бурения осуществляется при помощи имеющей скос буровой лопатки, размещаемой по центру передового бура. Бурение пилотной скважины должно начинаться по проекту — из пункта I (рис. 3) под углом входа в грунт и по траектории, предусмотренными в проекте планом и профилем прокладки ТВЧШГ, а завершаться выходом бура на поверхность или в специально подготовленный приямок (приёмный котлован) в заданной проектом точке (в пункте II — рис. 3).

В процессе проходки пилотной скважины должен вестись контроль траектории бурения по информации специальных локационных систем о местоположении, глубине, уклоне, крене («по часам»), азимуте буровой головки. Для коррекции траектории должно быть остановлено вращение буровых штанг, установлен скос буровой головки в нужном положении и осуществлено задавливание штанг до достижения буровой головкой проектной траектории. При необходимости буровая головка может быть отведена назад на длину одной или нескольких штанг с последующей коррекцией траектории бурения. В процессе бурения через полые буровые штанги и форсунки породоразрушающего инструмента на забой подаётся буровой раствор для размыва грунта, снижения трения, охлаждения бура и заполнения скважины (с целью предохраняется от обвалов) и вынесения бурового шлама на поверхность.

В процессе производства работ должны контролироваться циркуляция бурового раствора, его расход, соответствие грунтов проекту, а при необходимости выполняться корректировки состава раствора и технологических параметров бурения. Для каждого типа грунта должны обязательно использоваться рекомендуемые [13] сочетания (например, табл. 4) давления подачи бурового раствора, диаметра выходных сопел буровой головки (определяют поступающий объём раствора), показателя вязкости бурового раствора, скоростей бурения и протягивания расширителя.

Бурение пилотной скважины осуществляется передовым буром со сменными насадками, выбираемым в зависимости от гидрогеологических условий и видов грунта. Изменение направления бурения осуществляется при помощи имеющей скос буровой лопатки, размещаемой по центру передового бура

Время, необходимое для бурения пилотной скважины или расширения бурового канала, зависит от диаметра и длины проходки, производительности подающего насоса, вязкости бурового раствора, мощности буровой установки, гидрогеологических условий, особенностей конструкции бурового инструмента.

При самом скоростном бурении минимальное время [мин.], требующееся для проходки пилотной скважины на длину одной буровой штанги lш, составит:

где dc — диаметр пилотной скважины, м; Кр — коэффициент расхода бурового раствора на единицу объёма скважины; Кн — корректирующий коэффициент для производительности подающего насоса, снижающийся с увеличением вязкости бурового раствора; Пн — производительность подающего насоса, м3/мин.

При этом бурение пилотной скважины будет происходить с максимальной скоростью величиной:

При проходке пилотных скважин в общих случаях необходимо контролировать технологические параметры, направление и завершение бурения. Контроль технологических параметров бурения (усилие и скорости подачи в забой буровой колонны, скорости вращения бурового инструмента, давления и расход бурового раствора) на соответствие ППР должен осуществляться постоянно в процессе бурения по приборам буровой установки. Направление бурения, глубину и пройденную длину следует контролировать для каждой буровой штанги посредством локационных систем с последующим составлением производителем работ протокола бурения по установленной форме [9, приложение Д], а также чертежей фактического профиля и плана пилотной скважины. После завершения проходки пилотной скважины следует провести современными геодезическими методами контроль соответствия фактических координат точки выхода бурового инструмента проектным. При зафиксированных отклонениях профиля и точки выхода пилотной скважины от проекта буровые работы допускается продолжать только после согласования фактического профиля с проектной организацией и техническим заказчиком.

После завершения проходки пилотной скважины производиться её расширение до размеров, необходимых для качественного и производительного протягивания трубопроводов из высокопрочного чугуна. Для этого на колонне штанг в пункте I заменяют буровую головку римером (расширителем) с высокопрочными кромками и породоразрушающими насадками, размеры которого соответствуют задаваемому диаметру бурового канала. Если предусматривается выполнять расширение пилотной скважины от буровой установки («от себя»), на стройплощадке в точке выхода должна устанавливаться дополнительная установка горизонтально направленного бурения, которая подтягивает расширитель на конечном участке скважины.

В качестве дополнительного оборудования, обеспечивающего проведение работ в сложных инженерно-геологических условиях, а также при большой длине и диаметре прокладываемого трубопровода, на буровой установке в точке входа может быть смонтирован усилитель тяги или на стройплощадке в точке выхода размещён доталкиватель.

При протягивании с одновременным вращением через скважину в сторону буровой установки в пункт II (рис. 4) ример на всём протяжении режет, скалывает и уплотняет грунт, тем самым образуя канал заданного диаметра.

В зависимости от инженерно-геологических условий, расширение может выполняться в один или несколько последовательных проходов расширителей увеличивающегося размера до получения бурового канала с диаметром Dбк, позволяющим качественно и производительно не только протянуть в него трубопроводов из высокопрочного чугуна, но и надёжно эксплуатировать его на протяжении всего расчётного прогнозного срока. Для этого значения Dбк принимают с учётом диаметра и длины трубопровода, особенностей трассы, инженерно-геологических условий, характеристик буровой установки и вспомогательного оборудования (табл. 5), причём зазор между наибольшим внешним диаметром протягиваемого трубопровода D и стенками канала должен быть ≤ 150 мм.

При прохождении бурового канала в абразивных породах его готовность к размещению в нём трубопровода устанавливают путём протягивания по нему

ТВЧШГ проектного диаметра. При отсутствии на наружной поверхности калибра недопустимых дефектов размещение трубопроводов из высокопрочного чугуна считается возможным.

Минимальное время [мин.], требующееся для расширения пилотной скважины до проектного диаметра бурового канала на длину трубопровода (при одном проходе расширителя), составит:

где dp — диаметр расширенной скважины (бурового канала), м; lт — длина трубопровода, м. При нескольких последовательно выполняемых расширениях их время должно суммироваться.

При этом расширение при каждом проходе расширителя будет происходить с максимальной скоростью:

Оптимальная скорость протягивания расширителя обычно составляет от 0,3 до 1 м/мин. и обеспечивается ограничением площади разрабатываемого забоя и выбором расширителя нужного диаметра.

При расширении пилотной скважины следует контролировать на соответствие ППР тягового усилия, скорости протягивания расширителя, вращающего момента, давление подачи и расхода бурового раствора (по штатным приборам буровой установки), а также наличие циркуляции (визуально) и плотности раствора, выходящего из скважины (измерением). На всех этапах производства работ (бурение пилотной скважины, расширение бурового канала, протягивание трубопровода) в скважину должен подаваться буровой раствор для удаления бурового шлама, стабилизации и смазки стенок канала.

Сборка и подготовка трубопроводов из высокопрочного чугуна должны вестись с некоторым опережением производства буровых работ. Здесь контроль сборки и подготовки трубопроводов из высокопрочного чугуна к протягиванию следует проводить, руководствуясь требованиям к конкретной системе — водоснабжения или напорной канализации.

В стеснённых условиях строительства допускается производить сборку ТВЧШГ в процессе протягивания путём последовательного наращивания плети соединением секций труб; здесь велика вероятность обрушения стенок канала при технологических перерывах при протягивании. Предпочтение следует отдавать размещению трубной плети, собранной на противоположной от буровой установки стороне канала на всю его длину. Данную плеть, подготовленную для протягивания, целесообразно размещать на специальных роликовых опорах, уменьшающих до минимума сопротивление трения и снижающих необходимое усилие тяги. В качестве роликовых опор, как правило, обычно используются стальные рамы, на которые крепятся ролики из твёрдой резины или полиуретана с шаровыми подшипниками.

Габариты опор и расстояния между ними следует определять из условий: предотвращения недопустимых деформаций трубопровода (прогиб, выгиб); обеспечения сохранности внешнего защитного покрытия; минимизации осадок опор для тяжёлого трубопровода. При этом необходимо учитывать массу ТВЧШГ. Например, при количестве труб 50 шт. длина трубопровода не должна превышать [10] 300 м — по 6 м длиной каждая, при диаметрах 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400 и 500 мм масса будет равна 4,5; 5,6; 6,95; 8,4; 11,45; 14,95; 18,75; 24,4; 29,25 и 40 т, соответственно. Оптимальность расположения трубной плети на опорах, с целью исключения дополнительных, помимо веса, нагрузок, должна регулироваться путём изменения их высотного положения.

Конструкция опор должна предотвращать их осадку. Опоры могут заглубляться в грунт и устраиваться на щебёночном основании. Высотные отметки и соосность опор должны контролироваться современным геодезическим способом. Опоры должны быть установлены без перекосов в продольном и поперечном направлениях.

До начала сборки и протяжки трубной плети роликовые направляющие необходимо проверить и смазать во избежание заклинивания отдельных роликов.

Правильность установки опор необходимо контролировать геодезическими методами: отклонения от проектных положений не должно превышать 2,5 см по высоте и перпендикулярности, а также 2,5 см — по оси плети. Контролю подлежат: количество, положение и качество устройства опор, их соосность с осью скважины, расстояние между опорами и до точки входа скважины, высота опор. В процессе протягивания ТВЧШГ следует контролировать тяговые усилия и скорости протягивания, давления подачи и расход бурового раствора при циркуляции.

Для обеспечения подачи трубопровода в буровой канал под требуемым углом и предотвращения недопустимых деформаций на рабочей площадке с трубной стороны трубопровод должен быть переведён из горизонтального положения (на сборочном участке) в угол выхода пилотной скважины путём придания ему соответствующего перегиба.

Необходимый перегиб ТВЧШГ должен создаваться путём размещения трубной плети на промежуточных опорах, высота которых должна уменьшаться в сторону её входа в буровой канал. Высота опор и расстояния между ними на участках перегиба (рис. 5) должны строго соответствовать допустимым для каждого диаметра ТВЧШГ углам поворота в одной трубы в раструбе другой (табл. 2).

Для качественного размещения передняя часть ТВЧШГ, оснащённая оголовком, снижающим лобовое сопротивление бурового раствора и препятствующим врезанию трубопровода в грунт, с закреплённым на нём вертлюгом, предотвращающим вращение его вокруг продольной оси, присоединяется к расширителю, входящему в состав буровой колонны, и протягивается в буровой канал (рис. 6). Необходимая и достаточная для качественного и производительного протягивания трубопровода из ТВЧШГ длина [9]:

Lт = L + d + 2a + l [м], (5)

где L — расчётная длина скважины по профилю перехода, м; d — возможное увеличение фактической длины бурового канала (при «перебуре»), определяемое с учётом допусков на отклонение точки выхода, м; a — участки трубопровода от 1,5 до 2,5 м вне бурового канала; l — дополнительная длина учитывающая кратность Lт количеству труб n.

Протягивание ТВЧШГ осуществляется буровой установкой по траектории пилотной скважины (рис. 7), при этом должна производиться непрерывная подача в скважину бурового раствора.

При размещении ТВЧШГ в буровых каналах усилия протягивания Nп должны быть всегда меньше усилий N, допустимые значения которых должно указываться производителем ВЧШГ (Nп = kcN, где kс — коэффициент, учитывающий надёжность элементов соединений, причём kс ≈ 0,7-0,9 и принимается производителем работ). Тяговое усилие не должно превышать предельно допустимого значения из условия прочности раструбно-замковых соединений «RJ» [9]: 44,5; 89; 133,4; 200,2; 266,9; 288; 376 и 589 кН для их наружных диаметров 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 и 500 мм, соответственно. Его величину следует контролировать по штатным приборам буровой установки или при помощи специальных регистрирующих динамометров, устанавливаемых в составе протягиваемой буровой колонны, и фиксировать в журнале производства работ. Для предотвращения заклинивания в скважине протягивать ТВЧШГ целесообразно без остановок и перерывов. Не следует начинать протягивание ТВЧШГ, если будет невозможно завершить его до конца из-за каких-либо ограничений на продолжение работ, например, в ночное время. При вынужденных технологических перерывах в протягивании ТВЧШГ обязательно должны проводиться периодическая циркуляция бурового раствора и проворачивание буровой колонны с тем, чтобы исключить её прихват к стенкам канала.

После окончания протягивания и приёмки ТВЧШГ производят, как правило: демонтаж, очистку и техобслуживание технологических устройств (буровых штанг инструмента и т.п.); удаление и утилизацию остатков буровых жидкостей и бурового шлама; демонтаж ограждений; обратную засыпку выемок — рабочих котлованов, приямков и т.п.; расчистку и планировку рабочих площадок на точках входа и выхода; восстанавливают подъездные дороги.

Авторский надзор за размещением ТВЧШГ в земле с использованием горизонтально-направленного бурения проводится застройщиком или техническим заказчиком с привлечением лица, осуществляющего подготовку проектной документации, в течение всего периода производства работ. В процессе авторского надзора необходимо проверять соответствие реализуемых планировочных решений, применяемых трубных изделий, материалов и технологий, а также качество выполнения работ согласно утверждённой проектной документации. Все выявленные недостатки в размещении ТВЧШГ в земле с использованием ГНБ должны [14] быть оформлены в письменной форме. Акты сдачи-приёмки таких работ должны составляться только после устранения выявленных недостатков. Об устранении указанных недостатков составляется акт, который подписывают лицо, предъявившее замечания, и лицо, осуществляющее строительство.

Для сдачи-приёмки работ должен быть проведён контроль соответствия проекту ТВЧШГ, размещённого в земле с использованием ГНБ, включающий инструментальную проверку его фактического планового и высотного положений, а также необходимые для данной системы-водоснабжения или напорной канализации испытаний.

Положение размещённого в земле трубопровода проверяется: плановое (путём протягивания излучателя-зонда, выноски оси трубопровода на поверхность и определения координат точек оси современными геодезическими методами) и высотное (при помощи локационных систем, используемых при производстве работ методом ГНБ [9, приложение В]).

По результатам приёмочного инструментального контроля и испытаний исполнитель работ по ГНБ должен подготовить исполнительные чертежи (план и продольный профиль), отражающие планово-высотное положение и технические характеристики проложенного трубопровода, а также другие исполнительные документы (стандартизованные формы), предусмотренные для данного вида коммуникаций. Исполнительные чертежи фактических плановых положений и профилей ТВЧШГ, размещённого в земле с использованием ГНБ, должны быть выполнены в масштабе 1:100, 1:200, 1:500, 1:1000 в зависимости от длины, глубины и некоторых других характерных особенностей. Отчётные и исполнительные документы, завизированными полномочными представителями заинтересованных сторон [9, приложение М], должны содержать в полном объёме сведения о размещённом в земле с использованием ГНБ ТВЧШГ.

Авторский надзор за размещением ТВЧШГ в земле с использованием ГНБ проводится застройщиком или заказчиком с привлечением лица, осуществляющего подготовку проектной документации, в течение всего периода производства работ

Смежные участки ТВЧШГ, завершённые протягиванием, должны сопрягаться между собой в единый трубопровод сразу же либо через определённое время — с учётом конкретной обстановки на строительном объекте, использованием мерных отрезков труб и надвижных муфт из ВЧШГ, или в этих местах при необходимости устанавливают камеры переключения с последующим их оснащением задвижками и фасонными соединительными частями. Какими должны быть размеры камер переключения и каким образом должно производиться их оснащение на сетях водоснабжения или на трубопроводах напорной канализации, авторы планируют рассмотреть в следующих статьях.