Разрушение ветхих подземных трубопроводов из традиционных материалов и прокладка вместо них полимерных обычным траншейным способом предусматривает производство значительного объема строительно-монтажных работ. При этом одни технологические процессы выполняются вручную, другие механизируются, как правило, независимо один от другого. Для этого используются имеющиеся под рукой средства механизации (см. табл. 1). Объединение в пространстве и во времени двух основных технологических процессов реконструкции подземной канализации — разрушение старого ветхого трубопровода из труб из традиционного материала и размещение на его месте нового полимерного — потребовало использования специального агрегата, состоящего из механического разрушителя-расширителя (МРр–Рш), движителя и других элементов (рис. 1). В качестве движителя 10 в агрегате используется пневмоударная машина (ПУМ). В процессе поступательного перемещения движителя по направлению от одного, входного, колодца к другому, приемному, колодцу он передвигает МРр–Рш 6 и вслед за ним затягивает новый трубопровод, который собирается по ходу из полимерных модулей 9 и 12. Энергия, обеспечивающая работу ПУМ, создается сжатым воздухом, который поступает по шлангу 16 от находящегося на поверхности земли компрессора. ПУМ оснащена рабочим 1 и страховочным 15 тросами. При рассмотрении характера перемещения расширителя по старому трубопроводу в зависимости от соотношения их диаметральных размеров были проанализированы следующие эффекты. В одних случаях, когда наружный диаметр Dр расширителя меньше внутреннего диаметра dс заменяемого трубопровода, происходит уплотнение имеющегося на его стенках осадка с образованием полости, соответствующей размеру расширителя. Это может создавать хорошие условия для относительно свободного размещения нового трубопровода из полимерных модулей (труб или трубных плетей) с D < dс. В других случаях, когда диаметр разрушителя — расширителя Dр > dс происходит разрушение стенок старого трубопровода. В образуемой при этом полости можно размещать новый трубопровод из полимерных модулей (труб или трубных плетей) с D > dс. Здесь важным является вопрос правильного выбора конструкции и размеров разрушителя-расширителя. Это длина его частей, угол захода 17, наличие режущих ножей 7, их количество и форма, острота их лезвий, а также металл, из которого изготовлены все элементы МРр–Рш. С целью исключения дополнительного искривления трубопровода за счет «рыскания» разрушителя-расширителя при дискретном продвижении по заменяемому трубопроводу в агрегат включена направляющая. Она должна набираться из головной 2 и концевой 14 центрирующих насадок. Между ними можно включать дополнительно промежуточные насадки. Для сопряжения насадок между собой, а также с разрушителем-расширителем предложено использовать резьбовые, а также фрикционные соединения по коническим поверхностям (аналогично тому, как устанавливается-разбирается соединение сверла с коническим хвостовиком в шпинделе сверлильного станка). При этом исходили из того, что первый вид сопряжения более надежен, однако он и более трудоемок как при сборке, так и при разборке. Количество и размер насадок принимается с учетом требуемой длины направляющей. Пятнадцатилетний опыт показал [1], что для малозаиленных и прочищенных трубопроводов можно использовать монолитные направляющие с отверстиями только для пропускания рабочего троса к движителю, с гладкой внешней поверхностью и длиной не менее 3dс. Для средне- и сильно заиленных трубопроводов с целью недопущения образования пробок из уплотненного осадка перед расширителем целесообразнее применять пустотелые направляющие с режущими ножами: с продольными (рис. 1, б) на трубопроводах с плавным смещением продольной оси (предположительно 1,1–1,3dс) и с кольцевыми — на трубопроводах с меньшим смещением. При перемещении разрушителя-расширителя кольцевые ножи на направляющей будут создавать возможность перепускания на его конус и выносить грунт далее на периферию полости, образующейся при разрушении старых труб. Никаких пробок, мешающих перемещению устройства, как представляется, образовываться не будет. Для обеспечения качественной работы устройства необходимо всегда прочно присоединять модуль 9 к разрушителю-расширителю 6, а также прочно сочленять полимерные модули (трубы, трубные плети) между собой, используя для этого соответствующие соединения. Для модулей из гибких полимеров — ПВД и ПНД — выбраны соединения, использующие стальные пальцы 8. Для модулей из жестких полимеров — ПП, ПВХ и стеклопластиков — использованы переходные втулки 23 (рис. 1, г) и упругие элементы 22. Благодаря ним удается понижать ударные нагрузки движителя на полимерные модули и их соединения. Мощность движителя 5 (рис. 2), как показывают расчеты, должна подбираться с учетом окружающего трубопровод грунта и состояния старых труб, особенно в местах их соединений, если предполагается использование полимерных модулей (труб, трубных плетей) большего, чем у старого трубопровода, диаметра. При производстве восстановительных работ особое внимание должно уделяться центрированию агрегата относительно стенок заменяемого трубопровода. Центровка должна производиться в процессе его монтажа во входном колодце при тщательном выполнении соответствующих подготовительных технологических процессов. В технологии предусматривается демонтаж отдельных элементов устройства в приемном колодце по мере их появления там. Лучше в таких случаях использовать малогабаритные устройства, которые будут создавать соответствующие условия для качественного проведения работ в весьма ограниченном пространстве. В зависимости от решаемых задач могут использоваться механические, механизированные и гидравлические разрушители-расширители. Первые с конической передней частью могут быть оснащены режущими ножами либо роликами. При осевом перемещении механического разрушителя-расширителя разрушающие усилия прикладываются к внутренней поверхности разрушаемого трубопровода под некоторым углом. Для создания усилий, способных разрушать стенки труб из различных материалов, поэтому и требуется применение мощных пневмоударных машин (ПУМ), мощных лебедок (МЛ) либо машин с наборными штангами (МНШ). При использовании механизированных (гидравлических) разрушителей расширителей циклического действия разрушающие усилия прикладываются перпендикулярно к внутренней стенке разрушаемого трубопровода и создаются ими самими. В этом случае в зависимости от типоразмера нового полимерного трубопровода может вполне подойти и обычная лебедка. В качестве движителей могут использоваться различные типы ПУМ [2–4]. С целью снижения энергетических затрат за счет уменьшения лобового сопротивления перемещению комплекса (разрушитель-расширитель и полимерный трубопровод), который в обычных случаях продвигает перед собой грунт, целесообразно использовать разрушитель-расширитель с канавками специального профиля [5] либо составной [6]. Для пропуска тягового троса с поверхности земли к пневоударному узлу по траектории с углом поворота 90° используются опорные устройства. Практика показала, что имеющиеся у эксплуатационных служб устройства, которые используются ими при проведении прочисток засорившихся трубопроводов, не всегда можно применять для этих целей. При нагружении тяговыми усилиями они либо сами разрушаются, либо продавливают стенки колодцев, на которые опираются. Следует использовать устройство, в котором это учтено [7]. Оно отличается от применяемых устройств тем, что регулируемый по длине анкер устанавливается в распор на дне колодца с опорой на пяты с площадью, регулируемой с учетом тягового усилия, которое должно приниматься из опыта. Для замены ветхих трубопроводов, включающих стальные ремонтные муфты, их следует выбивать из входного в сторону приемного колодца [8]. При наличии на трубопроводе стальных ремонтных муфт, а также ветхих сетевых колодцев над трубопроводом следует забивать в грунт обсадную трубу [9] на глубину от поверхности земли до низа трубопровода. Место расположения обсадной трубы выбирается таким образом, чтобы в ней оказался ветхий колодец (ремонтная муфта). С боков обсадной трубы по низу делаются вырезы для пропуска концов трубопроводов, примыкающих к колодцу. Погружение и последующее изъятие обсадной трубы из грунта после завершения работ по реабилитации ветхих трубопровода и колодца производится с использованием ПУМ. Работы проводятся в следующем порядке. Вначале забивается осадная труба на проектную отметку. Затем укрепляется, ремонтируется, герметизируется либо разбирается и удаляется из обсадной трубы колодец. Проводятся работы по замене ветхого трубопровода новым из полимерных модулей (труб либо плетей) из входного колодца на расстоянии до ремонтной муфты. Выбивается ремонтная муфта в обсадную трубу. И работы по замене оставшегося участка ветхого трубопровода завершаются в обсадной трубе, ставшей приемным колодцем. В обсадной трубе монтируется новый колодец из кирпичной кладки, железобетонных колец либо полиэтиленовый. Известно, что восстановление водоотводящих трубопроводов для предотвращения инфильтрации и эксфильтрации сточных вод может быть бесполезным, если смотровые колодцы недостаточно герметичны или протекают как решето. Предлагается в этой связи при ремонте сетей водоотведения использовать полиэтиленовые колодцы. Такие колодцы широко применяются за рубежом при новом строительстве водоотводящих сетей. В последнее время и московские фирмы стали предлагать полиэтиленовые колодцы, причем собственного производства — канализационные цельные и сборные («Элгад-полимер») и водосточные сборные («Ротопласт»). Такие колодцы изготовляются ротационным формованием — высокопроизводительным методом — и обладают абсолютной герметичностью. Замену следует осуществлять, используя такие технологические этапы. После того, как новый трубопровод войдет в обсадную трубу, необходимо будет отсоединить расширитель и изъять ПУМ. Затем вывернуть из нового трубопровода полимерный модуль, вошедший в обсадную трубу. Далее произвести разметку на полиэтиленовом цельном (сборном) колодце и вырезать в его стенках отверстия для ввода в колодец трубопроводов. Установить на стенке в эти отверстия резиновые манжеты. Перед засыпкой пространства между обсадной трубой и колодцем целесообразно устроить обертку обсадной трубы изнутри полиэтиленовой пленкой. Опустить и зафиксировать в проектном положении колодец в обсадной трубе. После этого пропустить полимерный модуль с одной стороны колодца сквозь отверстие через манжет и ввернуть его в новый трубопровод (на место, где он находился до этого). Провести точно такие же манипуляции с трубопроводом с другой стороны колодца. Обустроить в колодце лоток между двумя трубопроводами. Если в колодец входит большее число трубопроводов, то лоток должен устраиваться с их учетом. Промежуток между колодцем и полиэтиленовой пленкой на обсадной трубе засыпается песком с крупностью частиц не более 20 мм. Обсадная труба извлекается из грунта. Поверхность вокруг обустраивается в соответствии с требованиями, предъявляемыми к монтажу полиэтиленовых колодцев. При проведении реконструктивных работ на сетях водоотведения было замечено, что определенную сложность для бестраншейного восстановления представляют трубопроводы, в которых имеются сильные искривления, обрушения и просадки труб, частичное либо полностью заиленные сечения. Для упрощения проведения восстановительных работ на таких трубопроводах предложено использовать специальные технологические приемы [10]. Для реализации таких приемов в одних случаях следует использовать самодвижущиеся устройства любых конструкций. Для пробивки пионерной скважины в сильно уплотненном иле должно использоваться пневматическое устройство [2]. При проведении замены на трубопроводах больших диаметров и протяженностей сильно уплотненный ил должен удаляться из трубопровода [11]. Работы ведутся от входного к приемному котловану, до полной очистки полости трубопровода, в которую затем протягивается полимерный трубопровод диаметром D < dс. Работы по бестраншейному разрушению и замене трубопроводов проводятся в следующей технологической последовательности (рис. 2). На передней части ПУМ 7 монтируется разрушитель-расширитель 6. К ПУМ подсоединяется воздухоподводящий шланг 5. Трос 3 от лебедки 1 проходит через приемный колодец 9, огибает ролик опорного устройства 2, проходит внутри заменяемого участка трубопровода 4 и затем, проходя через разрушитель-расширитель б, присоединяется к последнему полимерному трубному модулю (далее везде ПТМ) 8 на новом трубопроводе. При подаче воздуха во внутреннюю полость ПУМ происходит возвратно-поступательное перемещение ее ударника, удар которого по корпусу передается на расширитель и вызывает перемещение последнего. При движении расширителя происходит разрушение старого трубопровода и одновременно образуется полость соответствующая по диаметру рабочей части разрушителя-расширителя. В эту скважину при продвижении разрушителя-расширителя и затягивается новый полимерный трубопровод. Могут применяться различные по конструкции пневмоударные машины. Пневмоударные машины состоят (рис. 3) из корпуса 1, внутри которого находится составной ударник, включающий ударник 2 и стержень 3 с центральным сквозным отверстием. Втулка 13 имеет отверстия Г для выпуска отработанного воздуха. Стебель 14 одним концом прижимается с помощью заглушки 15 к внутренней фаске втулки 13, а другой запрессован в амортизатор 16 с золотником 17. На заглушке 15 смонтирован клапан 18 и резиновый буфер 19. От проворачивания в резьбовом соединении, заглушка 15 фиксируется стопором 20. Для предотвращения попадания пыли и грязи в полость ПУМ входное отверстие подводящего воздух рукава 8 закрывается заглушкой 25. Амортизаторы 6, 12 и 16 служат для снижения инерционных сил, возникающих при ударе на воздухораспределительную систему, расположенную во внутренней полости ПУМ. Клапан 18 служит для выхлопа отработанного воздуха и предохраняет внутреннюю полость ПУМ от попадания посторонних предметов и грязи. Для перестановки воздухоподводящего рукава 8 с передней части ПУМ (см. рис. 3, б) на заднюю (см. рис. 3, а) необходимо гайку 7 и заглушку 15 поменять местами. При этом клапан переставить с заглушки 15 на гайку 7. ПУМ (см. рис. 3, в) имеет исполнение со шлангом сзади и передняя гайка 21 выполнена в виде вилки с роликом 22 на оси 23. Гайка от проворачивания фиксируется резиновым кольцом 9. Ударник ПУМ состоит из ударника 2 цельного стержня 24, который удерживается в ударнике 2 путем самозаклинивания на конусной поверхности ударника. Такая конструкция ПУМ позволяет осуществлять переход от одного ее исполнения (см. рис. 3, а) к другому (см. рис. 3, б и в) за счет замены деталей одного исполнения на детали из другого исполнения. В процессе работы ПУМ при положении ударника в передней части корпуса (см. рис. 3) сжатый воздух от компрессора поступает в камеру А и далее через отверстия Б в ударнике в переднюю камеру В. Так как рабочая площадь ударника со стороны камеры В больше рабочей площади со стороны камеры А, последний начинает двигаться вправо. При выходе отверстий Б ударника за край втулки золотника 17 происходит выхлоп отработанного воздуха из передней камеры В через отверстия Г в атмосферу. Давлением воздуха в камере А ударник вначале останавливается, а затем перемещается влево и наносит удар по корпусу. При этом, с приближением крайнего левого положения, открываются отверстия Б и сжатый воздух из камеры А вновь поступает в камеру В. В дальнейшем рабочий цикл в ПУМ повторяется. Анализ литературных данных и практического опыта показывает, что для бестраншейной замены весьма эффективным является применение способа прокладки в старый трубопровод прямо с поверхности земли полимерной плети, заготовленной сразу на всю длину либо наращиваемой по мере подачи нового трубопровода путем приварки отдельных труб или трубных секций. Серьезным сдерживающим фактором широкого применения этого способа является то, что он все же требует разработки траншей либо котлованов над реконструируемыми трубопроводными сетями и порой значительной протяженности [12]. К сожалению, как показывает рассмотрение ситуационных планов, а также реальной картины застройки больших и средних городов, это не всегда возможно. И вот почему. В одних случаях разработка траншей (котлованов) рядом с сетевым колодцем может привести к сдвигу его стенок либо даже к опрокидыванию. И поэтому, чтобы избежать сдвига (опрокидывания), необходимо предусматривать серьезные меры по закреплению колодца. На это требуются дополнительные затраты, и порой значительные. В других случаях в местах, где следовало бы производить разработку траншей (котлованов), могут проходить инженерные сети либо находиться какие-либо сооружения (кабельная канализация, теплосети и т.п. — в грунте, трамвайные пути и т.д. — на поверхности). В таких случаях даже примирение со значительными затратами не спасает положение, ибо повреждение окружающего грунтового массива считается вообще недопустимым (примером могут служить территории московского Кремля, московского зоопарка, где фирма «Прогресс» произвела успешно большие объемы восстановительных работ). В этой связи разработан ряд технологий, базирующихся на использовании других возможностей. Одна из них предполагает выполнение прокладки нового трубопровода через трубопровод смежного участка (рис. 4). В соответствии с другой возможностью необходимо использовать вспомогательное отверстие, например, в виде футляра [13], который забивается в грунт по направлению трассы заменяемого трубопровода либо под некоторым углом к ней в плане, сверху вниз (рис. 5) на требуемую глубину и под углом к поверхности, определяемым расчетом [14] в зависимости от вида материала и типоразмеров полимерных труб, принимаемых к использованию. В грунтах с соответствующей прочностью можно обойтись без футляра, будет достаточно специально разработанной скважины. Размеры отверстия (длина и диаметр) должны приниматься в зависимости от глубины заложения старого трубопровода, места забивки футляра (непосредственно с поверхности земли либо со дна специально разработанного котлована), а также от принятых диаметров полимерных труб. С одной стороны, чем больше диаметр отверстия, тем проще подавать по нему новый трубопровод. С другой, — футляр большего диаметра требует большего пространства в грунтовом массиве, а оно, как правило, всегда ограничено какими-либо коммуникациями; к тому же на забивку большего футляра требуются и большие энергетические затраты. В одной технологии предлагается использовать трубные плети, которые готовятся на поверхности земли мерной длины либо наращиваются отдельными трубами или трубными секциями по мере их подачи в полость старого трубопровода. В других технологиях предлагается использовать штучные полимерные модули либо звенья из двух-трех модулей. Следует заметить, что способ, связанный с прокладкой трубопровода из полимерных модулей, не требует разработки ни траншей, ни котлованов. Тем не менее, с целью сокращения времени и повышения производительности сборки полимерных модулей в смотровых колодцах, а также обеспечения лучших условий для соблюдения техники безопасности трубоукладчиком, находящимся в колодце, использование технологии с подачей полимерных модулей через футляр считаем весьма целесообразным. В технологиях с футляром подвод воздуха к пневмоударной машине (ПУМ) при размещении нового полимерного трубопровода в полости по длине старого трубопровода может осуществляться как сзади, так и спереди. Для сохранения целостности нового полимерного трубопровода (его элементов) в процессе перемещения с уровня поверхности земли в полость (сохраненного либо специально разрушенного) старого трубопровода прямолинейные футляры необходимо оснащать направляющими опорными и прижимными роликами либо оборудовать отводами. Футляры специального профиля могут быть уложены как в грунте, так в подвале какого-либо здания. В таких случаях имеется возможность также бестраншейно заменять пластмассовыми трубами, сматываемыми с барабанов, старые канализационные выпуски либо водопроводные вводы. При небольших объемах работ (на ветхих водопроводных вводах и канализационных выпусках) в плотных грунтах разрушение старых труб и размещение на их месте новых полимерных можно осуществить в два этапа и также бестраншейно. На первом этапе производится разрушение с использованием механического разрушителя — калибратора МРр–К и движителя — ПУМ. При недопустимости динамических воздействий от работы ПУМ на грунтовый массив и соседние коммуникации заменяемый трубопровод разрушают с помощью механизированного разрушителя циклического действия МеРрЦД (рис. 6). Стальной трубопровод, как правило, следует удалять из грунта посредством механизма для извлечения труб циклического действия МхИТЦД (рис. 7). МеРрЦД и МхИТЦД разработаны фирмой «Прогресс» с использованием патента РФ [15]. Бестраншейное разрушение ветхих подземных трубопроводов из традиционных материалов с помощью гидравлического разрушителя циклического действия ГРЦД и размещение новых из полиэтиленовых трубных модулей ПЭТМ может осуществляться с одного поста в направлениях сначала КК-2КК-3, а затем КК-2–КК-1 (рис. 8). Рассмотренный более чем 15-летний опыт восстановления ветхих трубопроводов водоснабжения и водоотведения с использованием бестраншейных технологий малыми предприятиями (ООО «Прогресс» и ООО «Инжсеть», г. Москва, и фирмы «Комбест», г. Новосибирск) должен способствовать скорейшему решению поставленной задачи по резкой активизации работы малых предприятий в России и по всем другим направлениям.
1. Харькин В.А. Опыт восстановления канализационных трубопроводов с использованием полимерных труб // Сб. материалов НИИ КВоВ ГС РФ: Новые технологии и оборудование в водоснабжении и водоотведении. М., 2001. Вып. 3. 2. Свидетельство на полезную модель РФ 0004776, 6Е21В1/00. Пневматическое устройство для проходки скважин в рыхлых обводненных грунтах // С.К. Тупицын, А.А. Репин, С.Ю. Фетисов, В.В. Каменский, В.А. Григоращенко, В.Д. Плавских, В.А. Харькин. 96110983/20. 3. Патент РФ 2135692, 6 Е02D7/02. Устройство для погружения в грунт труб / А.Л. Исаков, В.Н. Белобородов, В.Д. Плавских, С.К. Тупицын, В.А. Григоращенко, М.В. Курленя, В.А. Харькин. 96111850/03. 4. Патент РФ 2116547, 6F16L1/028. Способ бестраншейной замены трубопроводов и устройство для его реализации / В.А. Григоращенко, С.К. Тупицын, В.Д. Плавских, П.А. Соколов, В.А. Харькин. 96103586/06. 5. Патент РФ 13244, 7F16L1/00. Устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов / В.А. Григоращенко, В.Д. Плавских, В.А. Харькин, Е.Г. Жарков. 99119940/20. 6. Свидетельство на полезную модель РФ 7696. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов В.А. Григоращенко, В.Д. Плавских, В.А. Харькин, Е.Г. Жарков. 96124652. 7. Патент РФ 2115054, 6F16L1/028. Устройство для бестраншейной замены трубопроводов / В.А. Харькин, Е.Г. Жарков, А.С. Савельев, П.А. Соколов, Н.А. Кадочникова. 961220700/06. 8. Патент РФ 95106857, 6F16L1/028. Способ бестраншейной замены трубопроводов / В.А. Григоращенко, М.В. Курленя, С.К. Тупицын, В.Д. Плавских, В.А. Харькин, Е.Г. Жарков, А.С. Савельев. 95106857/06. 9. Патент РФ 02115856, 6F16L1/024. Способ бестраншейной замены подземных трубопроводов / А.С. Савельев, В.А. Харькин, Е.Г. Жарков, В.Д. Плавских, В.А. Григоращенко. 96121169/06. 10. Патент РФ 2116546, 6F16L1/028. Способ бестраншейной замены старого, частично или полностью заполненного грунтом трубопровода / В.А. Григоращенко, С.К. Тупицин, В.Д. Плавских, В.А. Харькин, Е.Г. Жарков, А.С. Савельев, В.В. Каменский, 96103580/06. 11. Патент РФ 2103444, 6Е02F5/18. Способ бестраншейной прокладки трубопроводов / М.В. Курленя, В.А. Григоращенко, В.Д. Плавских, В.А. Харькин, Е.Г. Жарков, А.Б. Сухушин. 12. Ромейко В.С., Бухин В.Е., Отставнов А.А. и др. Справочные материалы. Пластмассовые трубы в строительстве. Ч. 2. Строительство трубопроводов. Эксплуатация и ремонт трубопроводов. М.: ВАЛАНГ, 1997. 13. Патент РФ 2105919, 6F16L1/00. Способ бестраншейной замены трубопроводов / В.А. Григоращенко, М.В. Курленя, С.К. Тупицын, В.Д. Плавских, П.А. Соколов, В.А. Харькин, Е.Г. Жарков. 96103584/06. 14. Харькин В.А. Замена трубопроводов из традиционных материалов на пластмассовые // ROBT. №1/2002. 15. Патент РФ 2023525, 5В21041/02, В24В 39/02. Устройство для калибровки труб, А.Г. Родионов, В.И. Беляев, В.П. Колпаков, А.А. Отставнов, от 30.11.94 г., Бюл. №22.
