К реконструкции ветхих трубопроводов

В последнее десятилетие именно полимерные трубы зарекомендовали себя в высшей степени с положительной стороны — касается это, главным образом, труб из полиэтилена [3]. К сожалению, здесь до сих пор остаются практически полностью неохваченными трубы из непластифицированного поливинилхлорида, НПВХ. Они характеризуются самым высокими (среди термопластов) показателями кратковременной прочности (не менее 50 МПа) и модуля упругости (не менее 3 ГПа). К тому же, по объему производства и применения на первом месте в мире находятся [4] именно такие трубы (около 60 % в Европе и около 65 % в США) диаметром до 630 мм (Европа) и до 710 мм (Япония).В России трубы из НПВХ производятся по ГОСТ Р 51613–2000 «Трубы напорные из непластифицированного поливинилхлорида. Технические условия» диаметром до 315 мм (табл. 1) и длиной от 4 до 12 м кратностью через 0,25 м.Согласно данному ГОСТ, трубы из НПВХ удовлетворяют основному критерию выбора полимерных труб для использования в водопроводных сетях при новом строительстве (СП 40102–2000).Они могут прослужить их номинальный срок — 50 лет. Нет никаких достаточных оснований считать, что эти трубы не прослужат такой же срок и в случае их использования для бестраншейной замены ветхих напорных трубопроводов из традиционных материалов. Трубы как из НПВХ100, так и из НПВХ125 диаметром до 160 мм могут склеиваться (рис. 1). К сожалению, клеевые соединения для бестраншейных технологий не подходят из-за слишком продолжительного по времени [5] периода набирания конструкционной прочности (рис. 2).Трубы из НПВХ всех диаметров соединяются на раструбах с уплотнением резиновыми кольцами (рис. 3). Такие соединения вообще не предназначены к восприятию осевых нагрузок. Чтобы ограничить указанный недостаток, раструбные соединения с резиновыми уплотнителями труб из НПВХ оснастили [6] резьбой (рис. 4). При этом создалась возможность использования труб из НПВХ с показателями SDR = 10–17,5 и монтажной длиной 1, 2, 3, 4 и 6 м при устройстве скважин для проведения контроля сезонного и техногенного изменения уровня грунтовых вод.

Существенным недостатком соединений с резиновыми уплотнителями труб из НПВХ (рис. 3) являются большие показатели их габаритности [5], что ограничивает возможность их применения при бестраншейном восстановлении ветхих трубопроводов водоснабжения и водоотведения. Габаритный показатель (отношение максимального наружного и внутреннего диаметров трубы) является одним из важных критериев для выбора полимерных труб с целью их применения в бестраншейных технологиях.

Внутренний диаметр трубы будет обеспечивать требуемую пропускную способность будущему новому трубопроводу. Максимальный наружный диаметр будет определять внешние размеры разрушителя-расширителя для разрушения старого трубопровода и образования полости с целью размещения в ней полимерного трубопровода. При выборе труб из НПВХ внутренний диаметр должен приниматься на основании гидравлической увязки напорной сети, в составе которой будет находиться новый трубопроводный участок. При равенстве внутренних диаметров у труб из разных полимеров предпочтение следует отдавать (при прочих равных условиях) трубам, у которых габаритный показатель наименьший, т.к. на размещение таких труб будут требоваться меньшие энергетические затраты. Ведь они связаны с разрушением старых труб и внедрением образуемых осколков в грунт. Энергия, потребляемая для продвижения разрушителя-расширителя, расходуется на трех одновременно совершающихся по длине трубопровода стадиях реконструктивных работ — разрушение старых труб, внедрение образуемых при этом осколков в грунт и протягивание нового трубопровода.

Размеры данных разрушителей-расширителей в этой связи являются существенным фактором для количественной оценки необходимых энергетических затрат на всех указанных стадиях для качественного проведения замены. Определяющими параметрами разрушителя-расширителя будут являться его внешние размеры, а в данном случае — наружный диаметр, который будет напрямую связан с габаритными показателями полимерных трубопроводов конкретного внутреннего диаметра. Особенно существенное влияние этот показатель будет оказывать на энергетические затраты второго этапа, когда в грунт вдавливаются образуемые при разрушении старых труб осколки и формируется полость. Совершаемая при этом работа будет прямо пропорциональна глубине внедрения осколков в грунт. Очевидно, чем меньшим будет габаритный показатель, тем меньшей будет глубина внедрения осколков в грунт, тем меньшая будет производиться работа и тем меньшими будут энергетические затраты. Согласно ИСО (Международной организации стандартизации), все трубы ранжируются по наружному диаметру независимо от вида термопласта. Однако, соединяются трубы по-разному. Отсюда следует, что при выборе труб по габаритному показателю следует учитывать способ их соединения, поскольку именно от него будут зависеть наружные размеры полимерного трубопровода.

Очевидно, что раструбные соединения труб из НПВХ уступают сварным встык полиэтиленовым трубам. Этим и объясняется популярность использования последних [7] при реконструкции ветхих подземных трубопроводов.

При затягивании нового трубопровода, включающего раструбные соединения, в полость, образованную при разрушении стенок заменяемого трубопровода, требуются большие по мощности, например, пневмоударные машины, чем если бы этих соединений не было совсем, т.к. необходимо использовать больший по размеру разрушитель-расширитель. По этой же причине на затягивание такого трубопровода будет расходоваться больше энергии. А раструбные выступы на поверхности нового трубопровода, соразмерные по величине с осколками разрушенных труб, будут способствовать захвату осколков этими выступами. Можно предположить, что неконтролируемое волочение острых осколков может привести к нанесению на поверхности труб из НПВХ рисок, царапин или порезов. Такие дефекты очень опасны для напорных трубопроводов. Глубокие продольные надрезы при эксплуатации под действием грунтовых, транспортных нагрузок и от внутреннего давления могут привести к преждевременному выходу из строя напорного трубопровода из НПВХ.

Чтобы ограничить действие рассмотренных недостатков, используются [5] резьбы внутри раструбов (рис. 5а, б, г), наружный диаметр которых значительно меньше наружных диаметров муфт (рис. 4) и раструбов по ГОСТ (рис. 2), а также внутри труб (рис. 5в, д) и, естественно, на гладких концах труб (рис. 5).Система уплотнения соединений сохранена только в одном случае (рис. 5б). Причем данное круглое резиновое кольцо (рис. 4) заменено на резиновую манжету сложного поперечного сечения, вынесенную на периферию раструба. Соединения труб из НПВХ (прочность — 45–55 МПа, плотность — 1400 кг/м3, модуль упругости при растяжении — 2,5–3 ГПа), разделенные разработчиками на серии — нормальные, утолщенные и особые, предназначаются ими к применению только для обустройства скважин, различных по назначению и по протяженности.

Для обустройства вертикальных скважин глубиной до 100 м предназначены трубы нормальные диаметром до 600 мм с показателями SDR = 21,5–34 (табл. 2). Для обустройства вертикальных скважин глубиной до 300 м предназначены трубы диаметром до 450 мм с показателями SDR = 16,7–19,1 (табл. 3). Для обустройства наклонных (горизонтальных) скважин и при динамическом воздействии на трубопроводы предназначены трубы диаметром до 370 мм с показателями SDR = 13,4–23,3 (табл. 4).Судя по показателям, представленным в табл. 1–4, трубам с резьбой будут соответствовать отечественные трубы (ГОСТ Р 51613–2000) с показателями SDR = 21; 17 и 13,6 из НПВХ100 (рабочие давления — 1,0; 1,25 и 1,6 МПа) и ПВХ125 (рабочие давления 1,25; 1,6 и 2,0 МПа).Поэтому, как нам представляется, на отечественных трубах из НПВХ с показателями SDR ≤ 21 могут быть изготовлены резьбы, аналогичные представленным на рис. 5. Это позволит заменять ветхие трубопроводы из традиционных материалов протягиванием новых из непластифицированного поливинилхлорида длиной до нескольких сотен метров [8] на прямолинейных участках. Для того, чтобы использовать такие резьбы при замене ветхих, в т.ч. напорных, трубопроводов трубами из НПВХ, соединения следует уплотнять (рис. 6).Применительно к самотечным трубопроводам для уплотнения резьбы следует использовать нетвердеющую мастику. Ее консистенцию следует подбирать таким образом, чтобы мастика вначале позволяла осуществлять свертку резьбовых соединений вручную либо с использованием средств малой механизации. А затем в течение нескольких часов она, отверждаясь, создавала бы прочную адгезионную связь между резьбой, способную противостоять внутреннему давлению стоков не ниже 0,1 МПа на срок, предусмотренный для эксплуатации труб из НПВХ (50 лет).

При замене напорных трубопроводов, в т.ч. систем питьевого водоснабжения с рабочими давлениями до 1 МПа, резьбы перед свертыванием необходимо покрывать слоем, например, зазорозаполняющего клея, приготовленного на сильных растворителях и отверждающегося в последующие часы до окончательной прочности уже в составе восстановленного трубопровода. Естественно, в каждом конкретном случае необходимо будет подбирать клеевые композиции, которые обеспечивали бы приемлемую прочность σ [МПа] при необходимой (для качественной свертки резьбы вручную либо с использованием средств малой механизации) продолжительности паузы между началом нанесения клея и завершением сопряжения склеиваемых поверхностей.

Клей также должен обеспечивать приемлемую прочность с учетом возможных отклонений на резьбе, создающих натяг или зазор между склеиваемыми поверхностями резьбы, аналогично тому, как это имеет место в клеевых нахлесточных соединениях труб из НПВХ [5].Здесь следует также указать на серьезное преимущество труб из НПВХ перед трубами из других полимеров, заключающееся в более простом соединении с задвижками в камерах переключения (сетевых колодцах). Для этого используются с резиновыми уплотнительными кольцами раструб–фланцевые и гладкий конец–фланцевые соединительные детали из чугуна. Здесь будет уместно указать, что трубы из НПВХ с резьбой начали [9] производиться в Московской области.

В этой связи видится, что изготовление и применение трех типов изделий («наружная резьба–тело–внутренняя резьба», «наружная резьба–тело–раструб», «внутренняя резьба–тело–гладкий конец с фаской») позволит эффективно производить бестраншейное восстановление не только самотечных, но и напорных трубопроводов, в т.ч. систем питьевого водоснабжения, трубами из НПВХ отечественного производства.  

1. Храменков С.В., Орлов В.А., Харькин В.А. Оптимизация восстановления водоотводящих сетей. — М.: Стройиздат, 2002.

2. Ромейко В.С., Отставнов А.А., Устюгов В.А. и др. Справочные материалы. Пластмассовые трубы в строительстве. Ч. 1. Трубы и детали трубопроводов, проектирование. — М.: Валанг, 1997.

3. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А., Отставнов А.А. Регламент использования полиэтиленовых труб для реконструкции сетей водоснабжения и водоотведения. — М.: Миклош, 2007.

4. Ковриго В., Гвоздев И. Применение полимерных материалов в производстве труб; Гориловский М. Перспективы развития рынка полиэтиленовых труб в России // Полимерные трубы, №1/2003.

5. Отставнов А.А. Склеивание полимерных трубопроводов. Склеивание труб из непластифицированного поливинилхлорида // Сантехника, №6/2002.

6. Информация фирмы Pumpenboese SBF Hagusta: материалы для обустройства скважин, материалы для уплотнения. Технические данные ’2003.

7. Харькин В.А. Отечественные полимерные трубы для замены ветхих трубопроводов городского водоснабжения // Сантехника, №2/2003.

8. Ромейко В.С., Отставнов А.А., Устюгов В.А. и др. Справочные материалы. Пластмассовые трубы в строительстве. Ч. 2. Строительство, эксплуатация и ремонт трубопроводов. — М.: Валанг, 1997.

9. «Пласт Профиль» готовится к выпуску обсадных труб // Полимерные трубы, №2/2009.