Введение

Современный этап развития систем водоснабжения в России характеризуется старением инженерной инфраструктуры городов и населённых пунктов [1, 2]. По статистическими данными [3], протяжённость ветхих трубопроводных сетей, подлежащих замене по всей территории РФ, составляет свыше 194 тыс. км, по городу Москве — 6926 км, что ведёт к утечкам и другим негативным последствиям. На основании представленных данных можно сделать вывод о необходимости увеличения темпов реновации действующих инженерных сетей с использованием наиболее совершенных методов их санации. В данной работе рассмотрен метод бестраншейного восстановления трубопроводов, как один из наиболее прогрессивных на сегодняшний день [4, 5].

В настоящее время при реализации бестраншейной реконструкции трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения используются четыре вида внутренних защитных покрытий, к которым относятся: набрызговые оболочки, сплошные покрытия, спиральные облицовки и точечные покрытия.

Сущность метода нанесения набрызговых оболочек заключается в центробежном набрызге минерального или органического материала на внутреннюю поверхность трубопровода посредством механических устройств, рабочей частью которых является разбрызгивающая головка. Требуемая толщина наносимого покрытия (количество слоёв) определяется возрастом труб, остаточной толщиной их стенок и степенью износа.

При реализации метода нанесения сплошных покрытий осуществляется протягивание длинномерных и коротких трубных модулей, а также протаскивание в санируемый трубопровод тонкостенных полимерных рукавов.

При использовании спиральных (навивочных) оболочек происходит формирование обсадной трубы высокой прочности внутри реконструируемого трубопровода. Наматываемая лента заводского производства подаётся с бобины в навивочную машину, которая может быть стационарной или передвижной по направлению к следующему колодцу. Завершающим этапом работ является заполнение межтрубного пространства.

Реконструкция с использованием точечных покрытий направлена на устранение крупных свищей, коротких трещин и расхождений в стыках труб. Локализация дефектов выполняется посредством нанесения подобранного материала на соответствующий тип повреждений трубопровода. Материалом могут являться: профильные резиновые уплотнители-бандажи, волокнистые материалы с пропиткой, жидкие и полужидкие растворы, твердеющие после нанесения на повреждённые поверхности, и т.д. [6].

Методы и материалы

Исследование состоит в анализе возможности применения комбинированной технологии по бестраншейной санации трубопроводов без использования разрушающих методов.

Материалом для исследования послужили техническое описание и характеристики продукта производителя Structural Technologies [7], а также доклад научных сотрудников компании [8].

Теоретическая и практическая значимость проведённой работы состоит в исследовании возможности достижения наиболее совершенных с точки зрения конструктивного строения метода по реконструкции трубопроводов.

Разработанная американской компанией Structural Technologies технология имеет название StrongPIPE Hybrid FRP. Данная инновационная технология является сочетанием методов реконструкции местным покрытием, набрызгом и навивочной технологией, что позволяет назвать её комбинированной.

Комбинированный метод заключается в послойной реновации трубопровода. Предлагаемая последовательность расположения защитных слоёв представлена на рис. 1.

В соответствии с типовыми решениями поверхность восстанавливаемой трубы должна быть подвергнута чистке в целях подготовки основания для санации, что может быть произведено ручным или механизированным способом. Поскольку система направлена на решение локализации широкого спектра дефектов трубопроводов, предполагается наличие крупных свищей и трещин (рис. 2).

Для решения подобных проблем предусмотрено наличие местного покрытия, которое перекрывает места разрушений и выполняет функцию первого восстанавливающего слоя. Базовый слой наносится вручную. Далее следует слой, который необходим для восстановления требуемой несущей способности трубы для формирования соответствующей кольцевой жёсткости. Шаг арматуры и толщина прутьев должны быть определены расчётным методом в зависимости от требуемых характеристик.

Для инкапсуляции арматуры необходимо заполнение межарматурного пространства. Применяемый в этих целях раствор может состоять из органических или минеральных соединений. Толщина данного слоя напрямую зависит от диаметра арматуры. Пятый слой представляет собой границу между финальным слоем и заполнителем арматуры; он выполняется из полимерного волокна и имеет малую толщину. Финальный слой является наиболее ответственной частью системы, ведь именно он контактирует с транспортируемой по трубопроводу жидкостью и влияет на гидравлические характеристики потока. Материал завершающего слоя также зависит от функциональности трубы и может выполняться с использованием органического или минерального растворов.

В качестве примера использования рассматриваемой технологии можно привести опыт компании Structural Technologies, где исследованию подлежали напорный и безнапорный трубопроводы номинальным диаметром от 42 (105 мм) и более. В докладе [8], озвученном на профильной конференции »Структурная реабилитации труб большого давления», прошедшей в Лос-Анджелесе (штат Калифорния, США) в январе 2016 года, описан опыт восстановления городского трубопровода в Майами (штат Флорида, США) посредством использования технологии StrongPIPE Hybrid FRP и приведены результаты осмотра объекта спустя десять месяцев эксплуатации. В выводах экспертизы отмечалось удовлетворительное состояние внутренней поверхности трубопровода и отсутствие каких-либо повреждений (рис. 3).

Результаты исследования и обсуждение

К преимуществу технологии можно также отнести обеспечение несущей способности трубопровода, восстановленного комбинированным методом. К некоторому неизбежному удорожанию представленной технологии относится то, что возрастает количество операций с использованием ручного труда, так как полимерное волокно наносится вручную. Наблюдается также некоторое увеличение материалоёмкости в процессе реализации технологии, однако время производства работ при этом увеличивается незначительно.

Рассмотренная комбинированная технология санации трубопроводов является перспективной для применения в области реконструкции водопроводных и водоотводящих сетей, а также базой для проведения последующих научных исследований по совершенствованию методов бестраншейной реновации и модернизации инженерных сетей.

Выводы

1. Проведён анализ существующих технологий бестраншейного ремонта трубопроводов с выделение четырёх основных типов защитных покрытий.

2. Представлена сущность комбинированной технологии StrongPIPE Hybrid FRP американской компании Structural Technologies бестраншейного восстановления трубопроводов, сочетающая в себе местный ремонт, набрызгиваемую и навивочную технологии для обеспечения надлежащей физической целостности трубопроводной системы после ремонта и её несущей способности.