Бурное развитие жилищного строительства, особенно в крупных городах, усугубляет сложившуюся в настоящее время кризисную ситуацию, вызванную сильной изношенностью подземных трубопроводов под воду, тепло, канализационные стоки и газ. К старым инженерным сетям, пропускная способность которых полностью исчерпана, подключаются новые, что приводит к повышению аварийности коммуникаций из-за их перегрузки и снижению качества оказываемых населению услуг.
Выход один — строительство новых сетей повышенной пропускной способности, основанное на использовании современных бестраншейных технологий, в т.ч. — с применением пневмопробойников. Данная технология заключается в проходке горизонтальной скважины с одновременным или последующим затягиванием в нее трубопровода или забиванием в грунт стальных труб. Протяжка трубопровода осуществляется с помощью пневмопробойников, трубы забиваются в грунт мощными ударными машинами. После очистки от грунта трубы используются непосредственно как трубопроводы или в качестве футляров для укладки коммуникаций.
Технология производства работ с одновременным затягиванием трубопровода
Прокладка коммуникаций. При бестраншейной прокладке трубопроводов диаметром до 400 мм, кабелей связи и пр., например через автомобильные и железные дороги, с двух сторон полотна подготавливаются стартовый и приемный приямки. На дно первого устанавливаются пусковое и прицельное устройства, с помощью которых пневмопробойник ориентируется в направлении проектной оси будущей скважины.
В пневмопробойник подается сжатый воздух, который разгоняет ударник. Последний наносит удар по корпусу пневмопробойника, таким образом происходит перемещение пневмопробойника в грунте. После выхода в приемный приямок пневмопробойник демонтируется, и в скважину с помощью лебедки затягивается коммуникация (трубопровод, кабель). При производстве работ в неоднородных грунтах пневмопробойник может значительно отклониться от проектной оси пробиваемой скважины, поэтому вначале пробивается пилотная скважина небольшого диаметра (до 100 мм) с помощью управляемого пневмопробойника.
После проходки пилотной скважины пневмопробойник отсоединяется от шланга, который затем извлекается из скважины. В нее протягивается трос от тяговой лебедки, присоединяемый к пневмопробойнику большего диаметра, и в дальнейшем производится расширение скважины до нужного диаметра с одновременным затягиванием в нее трубопровода. Ремонт коммуникаций. Для бестраншейного ремонта изношенных трубопроводов необходимо создание на трассе старого трубопровода двух котлованов — стартового (рабочего) и приемного.
Возможно также использование существующих смотровых колодцев. Технология производства работ состоит в следующем. Вначале с помощью эластичного стекловолокнистого прутка в новый трубопровод затягивается шланг высокого давления, соединенный одним концом с пневмопробойником, а другим — с компрессором. С помощью того же прутка в старый трубопровод протягивается трос. Один его конец крепится к носовой части пневмопробойника, соединенного с расширителем, к которому монтируется новый трубопровод.
Другой конец троса соединяется с тяговой лебедкой. Пневмопробойник вводится внутрь старого трубопровода, и включаются компрессор и привод тяговой лебедки. За счет воздействия ударника на корпус пневмопробойника разрушается старый трубопровод и одновременно образуется скважина большего диаметра, чем наружный диаметр старой трубы, в которую затягивается новый трубопровод. При этом осколки от разрушенного трубопровода вдавливаются в стенки скважины.
Пространство вокруг нового трубопровода по мере продвижения пневмопробойника заполняется цементной смесью, подаваемой под давлением от смесительной установки. Таким образом, вокруг нового трубопровода образуется кольцо из заполнителя с полной связкой с окружающим грунтом. Цементная смесь в жидком состоянии уменьшает трение при затягивании нового трубопровода в скважину и препятствует деформации трубопровода после ее затвердения, за счет чего повышается срок службы системы.
Сравнительно недавно нашла применение принципиально новая технология ремонта изношенных трубопроводов с поверхности земли с использованием установок горизонтально-наклонного бурения (ГНБ). Вначале в старый трубопровод вводится приводная штанга установки ГНБ, затем к ней монтируется пневмопробойник вместе с затягиваемым трубопроводом. Воздух поступает в пневмопробойник по приводным штангам при их обратной протяжке, создавая ударный импульс на корпус пневмопробойника.
В пневмопробойниках новой конструкции отсутствуют воздушные шланги, в результате чего значительно сокращается время на подготовку и установку оборудования. Трудозатраты снижаются на 30%. Кроме того, не требуется подготовка объемных стартовых и приемных котлованов. Вращение нити приводных штанг приводит в действие разрушающий кулачок ударника, который наносит удары по корпусу с частотой от 750 до 1000 в минуту в зависимости от скорости вращения буровых штанг.
Установка ГНБ обеспечивает натяжение приводных штанг и вращение ударника пневмопробойника, проходящего по старому трубопроводу, с одновременным его разрушением и протяжкой новой трубы. Такая современная технология обеспечивает разрушение труб практически всех типов. Пневмопробойник новой конструкции полностью исключает передачу динамических нагрузок на саму приводную штангу и на буровую установку и позволяет разрушать старые трубы с укладкой новых со скоростью до 1 м/мин.
Технология производства работ путем забивания труб
Для бестраншейной прокладки трубопроводов больших диаметров (величиной до 1400 мм) под воду, газ, тепло и промышленные стоки через естественные и искусственные преграды применяются мощные ударные машины для забивки труб открытым концом с последующей их очисткой от грунта. За рубежом широко используются ударные машины, которые могут забивать трубы диаметром до 2000 мм на длину 80 м в сжимаемых грунтах.
С двух сторон препятствия, например автодороги, подготавливаются рабочий и приемный приямки. Затем в рабочий приямок на направляющую (швеллер) устанавливается лафет, на котором монтируется ударная машина. С помощью лафета можно легко поднимать и опускать машину и таким образом устанавливать ее в проектное положение. Передняя часть ударной машины соединяется с забиваемой трубой с помощью кегеля и очищающего адаптера.
Затем под воздействием сжатого воздуха происходит забивка трубы в грунт. Одновременно часть грунта удаляется через окна адаптера. После забивки отрезка трубы на полную его длину ударная машина перемещается по швеллеру в первоначальное положение и производится наращивание трубы путем сварки. После выхода переднего конца трубы в приемный приямок ударная машина отсоединяется от трубы и производится очистка трубопровода сжатым воздухом или желонкой, представляющей собой отрезок трубы, забиваемой пневмопробойником, прикрепленным к желонке, внутрь проложенного трубопровода с последующим ее извлечением путем реверсирования.
Конструкция пневмопробойника. Управляемый пневмопробойник состоит из поворотной головки, корпуса с вмонтированным в него зондом и специального шланга, по которому подается воздух от компрессора. В прочном корпусе размещены ударник и воздухораспределительный патрубок, соединенный шлангом с компрессором. Под действием сжатого воздуха ударник наносит удар в переднюю часть корпуса, благодаря чему пневмопробойник перемещается. Контроль за траекторией движения.
Контроль за направлением движения пневмопробойника осуществляется с поверхности земли с помощью локационной системы, включающей в себя пульт управления пневмопробойником. Пульт управления состоит из рамы, монитора, зажима и шланга подачи воздуха. Управление движением пневмопробойника производится путем поворота шланга при помощи ручного зажима до нужного угла поворота управляемой головки пневмопробойника.
О необходимости изменения направления пневмопробойника, а также о правильности его корректировки оповещает локационная система. Оператор, находящийся на поверхности со специальным приемником (локатором), улавливает электромагнитный сигнал, поступающий от зонда, и получает информацию о глубине прохождения пневмопробойника и угле его наклона. В соответствии с этими показаниями поворотом шланга корректируется направление движения пневмопробойника, фиксируемое на мониторе.
Область применения. Указанный способ производства работ находит широкое применение при прокладке и ремонте магистральных и распределительных инженерных сетей в стесненных городских условиях — внутри микрорайонов, под действующими коммуникациями, через проезжие части автомобильных дорог и другие искусственные и естественные преграды. Сами пневмопробойники, помимо использования в бестраншейной прокладке и ремонте коммуникаций, во многих странах мира применяются для забивки свай и шпунта, глубинного уплотнения и закрепления грунтов, усиления фундаментов старых зданий набивными сваями, формования в грунте асбестоцементных свай, устройства дренажей и других работ.
Преимущества и недостатки метода. Преимущества данного способа прокладки и ремонта трубопроводов в сравнении с траншейным (открытым) способом, широко применяющимся в России: возможность ведения работ в стесненных городских условиях без применения дорогостоящего оборудования для приготовления бентонитового раствора; гораздо меньшие затраты на организацию работ; увеличение производительности труда; повышение срока службы трубопроводов; создание более устойчивых стенок скважины, т.к. грунт не выносится на поверхность, а уплотняется внутри скважины; отсутствие осадок и их последствий; возможность водопонижения только в котлованах; мобильность и малогабаритность оборудования.
К недостаткам можно отнести ограничение области его применения по диаметру (не более 300–400 мм) и длине проходки скважины (не более 100 м), а также по виду грунта (однородные сжимаемые грунты без твердых включений). Недостатком является и то, что при разрушении старого трубопровода динамические нагрузки, возникающие при работе пневмопробойника, могут повреждать близлежащие действующие коммуникации. Кроме того, в случае остановки пневмопробойника извлечение его из скважины становится очень трудоемким процессом.
Причины, сдерживающие развитие технологии в России
Потребность России в перспективной технике для бестраншейной прокладки и ремонта труб, в т.ч. и пневмопробойниках, составляет десятки тысяч штук. Для насыщения внутреннего рынка зарубежной техникой требуется несколько бюджетов страны, что не выдержит наша экономика. Единственный путь — серийное производство подобной техники в России. Однако, производство сдерживается отсутствием госзаказа и государственной финансовой поддержки в разработке типоразмерного ряда такой техники, ее изготовления, испытания и патентования за рубежом. Отсутствует и нормативно-техническая база.
