Замена трубопроводов бестраншейным способом

Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2008" Авторы - А.П. Рыбаков и В.Ю.Литвинский (ООО «МГС-бестраншейные технологии», Москва).

Современное состояние трубопроводов и обоснование необходимости их замены

Рост городов и промышленных предприятий приводит к развитию подземных коммуникаций различного назначения. Следствием  этого  являются  высокие  нормативно-  технические  требования  к  качеству  и эффективности работ по их строительству, эксплуатации и ремонту. Решить эти проблемы позволяет внедрение современных бестраншейных технологий прокладки замены и монтажа подземных коммуникаций.

Главной  целью  внедрения  бестраншейных  технологий  является  повышение  эффективности, устойчивости  и  надежности  функционирования  коммунальных  систем  жизнеобеспечения  населения, улучшение  обеспечения  населения  питьевой  водой  нормативного  качества  и  в  достаточном  количестве, качественными стоками, улучшение на этой основе состояния здоровья населения.

Состояние  систем  водоснабжения  и  водоотведения  в  России  достигло  критической  отметки. Большинство трубопроводов в европейской части страны находится в эксплуатации с 30-50-х годов прошлого столетия  и  практически  исчерпало  свой  срок  службы.  Нормативный  срок  эксплуатации  основных трубопроводов составляет: чугунных- 20 лет, стальных - 10-15 лет, керамических - 10 лет. Всего в нашей стране эксплуатируется по данным различных источников от 350 до 700 тысяч сетей водопроводов и канализации. По оценке специалистов, большинство трубопроводов эксплуатируется со степенью износа 70-80 %. Это очень мягкая оценка. На самом деле в регионах ситуация гораздо сложнее. В целом о состоянии коммуникаций говорят следующие цифры: на каждые 100 км трубопроводов за один год в среднем приходится более 50 аварий.

Наибольшее число повреждений (до 70%) приходится на трубопроводы диаметром до 300 мм и 24-26% -на  трубопроводы  диаметром  300-600  мм.  Остальное  число  повреждений  приходится  на  трубопроводы диаметром более 600 мм.

Рис. 1. Замена трубопроводов бестраншейным способом

Эксплуатация изношенных трубопроводов ухудшает социальную и экологическую обстановку в городах, поскольку утечки приводят к подтоплению территорий, просадке дорожных покрытий, зданий и сооружений, загрязняют подземное пространство городов промышленными и бытовыми стоками. Существенные потери воды при транспортировке ведет к ее большому удорожанию. Если не будут приняты срочные меры по планомерной реконструкции подземных коммуникаций, то в ближайшие годы социальная и экономическая обстановка в крупных городах России будет представлять серьезную опасность для населения. Для того, чтобы в течение 10 лет заменить аварийные сети, необходимо ежегодно реконструировать 40-60 тыс. км подземных коммуникаций.  Выполнение  этого  объема  работ  традиционными  (траншейными)  методами  требует значительных затрат, что совершенно нереально в теперешней экономической ситуации. Кроме того, ведение работ  траншейными  методами  в  крупных  городах  невозможно  из-за  большой  глубины  залегания трубопроводов  (до  12  м),  пересечений  с  другими  подземными  коммуникациями  (электрическими  и телефонными кабелями, газопроводами, линиями метрополитена и т.д.) Необходимо прекращение движения городского транспорта и разрушение дорожных покрытий. Важным элементом строительства новых объектов и реконструкции  действующих  является  обеспечение  их  инженерными  коммуникациями  для  тепло-  и водоснабжения,  а  также  отведения  стоков.  В  России  при  прокладке  новых  подземных  коммуникаций  и реконструкции действующих, в основном применяются архаичные открытые (траншейные) технологии. А они требуют значительных финансовых и временных затрат и не соответствуют современным экологическим требованиям.

При этом требуется временное отчуждение территории по которой проходит трубопровод, что создает большие трудности, как для жителей этих районов, так и для транспортных потоков, особенно при пересечении коммуникаций под дорогами.

Городские дороги от пригородных дорог отличаются тем, что под конструктивными слоями дорожной одежды на городских улицах и дорогах располагается достаточно большое количество подземных инженерных сетей и сооружений (водопроводы, канализационные сети, всевозможные кабели: силовые, телефонные и пр., газопроводы, тепловые сети и т. д.). Поэтому ровность городских дорог отличается по своим показателям от ровности пригородных автомобильных дорог. В действительности, показатели ровности пригородных дорог лучше, чем городских. И в первую очередь потому, что городские дороги и улицы после траншейного восстановления, восстановления шурфов и пр. вслед за работами по ремонту подземных коммуникаций, находящихся  в  зоне  проезжей  части  дорог  и  тротуаров,  не  соответствуют  требованиям  по  предельным значениям показателей эксплуатационного состояния. Не менее важным обстоятельством является и то, что на вскрытых участках дорог и тротуаров нарушается однородность показателей физико-механических свойств грунта и конструктивных слоев дорожной одежды, следствием чего и является появление через определенный промежуток  времени  после  восстановления  просадок,  ухудшающих  показатели  ровности  покрытия.  В настоящее время многие городские образования  приняли решение, что основным способом  прокладки и переустройства подземных инженерных сооружений при пересечении с магистральными улицами являются закрытые способы.

Уже  давно  разработаны  и  опробованы  новые,  бестраншейные  технологии  замены  подземных коммуникаций, о которых уже немало сказано.

Бестраншейные технологии позволяют:

• резко повысить темпы работ по новому строительству и ремонту изношенных коммуникаций, более эффективно использовать финансовые и материальные ресурсы
  
• соблюдать экологические нормы, практически исключить ведение крупномасштабных земляных работ,  ликвидировать  угрозу  повышения  уровня  грунтовых  вод  и  загрязнение  грунтовых массивов бытовыми и производственными стоками
  
• обеспечивать бесперебойное движение транспорта в районе проведения работ
  
• снизить прямые и косвенные финансовые и временные затраты почти вдвое.
  

Способы замены трубопроводов

Если неплотный трубопровод загрязняет  почву и грунтовые воды,  то ремонт  или замена  должны привести  его  в  должное  состояние.  "Латание  дыр"  недопустимо.  При  продольных  трещинах,  провалах, проникновении  корней,  смещении или  когда  нужно  увеличить  диаметр  трубопровода  экономически  и технически выгодно заменить трубы. Это происходит быстро, просто и дешевле открытого способа с помощью динамического или статического способа замены труб путем разрушения старых. Замена происходит без прекращения движения транспорта, объездов, пробок, прекращения подачи воды в дома на длительный срок и т. п.

Разрушение старой трубы может быть выполнение двумя способами:

• динамическим
• статическим

Оборудование, используемое при динамическом способе разрушения, обладает ударной динамической энергией и само продвигается по старому трубопроводу, поддерживаемое тросом лебедки. При этом старая труба разрушается, ее осколки вдавливаются в окружающую почву и одновременно затягивается новая труба, часто большего диаметра. Разрушаются трубы из керамики, чугуна, некоторых видах стали. Замена труб путем разрушения старых труб без вскрытия необходима, когда повреждения не могут быть отремонтированы, когда диаметр трубопровода должен быть увеличен, когда ремонт раньше или позже все равно приведет к замене, когда длительная эксплуатация требует  новых  возможностей использования, когда это  целесообразно  по экономическим и техническим причинам.

Преимущества этого метода:

• предварительная очистка и освобождение корней не обязательны
• только единичный осмотр камерой
• использование старой трассы
• применим также при муфтовых соединениях труб (модулями)
• закрепление осколков старой трубы в грунте
• хорошие условия для новой трубы из-за заполнения пустот
• относительно низкий уровень задействования машин и персонала
• оборудование не требует много места.

Процесс разрушения труб прямолинеен. С одной стороны сектора старой трубы делается входное отверстие. У отверстия трубы устанавливается пневматический снаряд с расширителем. К головной части инструмента крепится стальной трос, исходящий из лебедки постоянного напряжения, которая находится у выходной точки.

Лебедка необходима, так как она направляет пневматический инструмент через трубу или трубопровод. Инструмент запускается прямо в старую трубу. Общее действие виброударного пневматического инструмента и постоянного напряжения лебедки позволяет ему эффективно продвигаться по старой трубе. Расширитель уплотняет и формует кусочки разрушенной трубы и грунта, чтобы можно было свободно установить новую трубу. Новые трубы, прикрепленные к задней части инструмента, следуют за ним в буровое отверстие. Точная подгонка гарантирована, так как расширитель выбирается исходя из диаметра новой трубы.

Основной недостаток этого метода состоит в том, что в грунте возникают ударные волны, которые могут повредить расположенные в непосредственной близости от реабилитируемого трубопровода коммуникации или нарушить грунтовый свод вокруг них, что впоследствии может привести к различным дефектам.

В российской и зарубежной практике все большее применение находит метод Berst-Lining. Процесс по данной технологии основан на принципе плавного вытеснения остатков заменяемой трубы в окружающий грунт,  так  называемый  статический  способ разрушения  и  на  сегодняшний  день  считается  наиболее прогрессивным, так как в отличие от динамического способа он не сопровождается ударными действиями применяемого при работе инструмента, что исключает вибрацию вокруг разрушаемой и прокладываемой новой трубы, имеется возможность разрушения стальных трубопроводов от 50 до 1000 мм, более низкий уровень шума при производстве работ.

Системы для замены трубопроводов статическим способом состоят из лафета, гидравлической силовой станции, штанг и принадлежностей. Установки быстро приводятся в рабочее состояние, т.к. просто собираются. Управление несложное и требует только 2-3 человека обслуживающего персонала, в благоприятных условиях возможна замена примерно 200 м за день. Замене возможны не только чугунные трубы, но и трубы из стали, бетона, керамики, асбоцемента. Новые трубы - ПВХ / ПВХД, как длинные, так и короткие.

Сначала  штанги  протягиваются  сквозь  старый  трубопровод.  При  заталкивании,  штанги  ведет направляющий калибр, имеющий такую форму, что он не за что не зацепляется и может следовать по трубопроводу с легким изгибом.

После  заталкивания  происходит  процесс  затягивания  новой  трубы  с  одновременным  разрушением старой. Направляющий калибр заменяется на соответствующий разрушаемому материалу нож и расширитель, за которым следует труба. Специальная карданная штанга облегчает присоединение подготовленной трубы и придает ей нужный радиус входа. При обратном ходе штанг старая труба разрезается и сразу вдавливается расширителем в окружающую почву, при этом буровое отверстие расширяется, сглаживается и уплотняется. Осколки старой трубы не представляют проблемы для новой трубы (особенно для трубы с защитным слоем). Для  преодоления  препятствий  установки  со  статическим  способом  разрушения  старых  трубопроводов обладают достаточной толкающей силой. Лебедка для статичного способа не нужна.

Сначала штанги протягиваются сквозь старый трубопровод. Особая форма делает возможным простое навешивание штанг друг на друга. Это преимущество является огромной экономией времени. Заталкивание и вытягивание штанг может быть, к тому же, переключено с ручного на автоматический привод, что опять же экономит время. При заталкивании, штанги ведет направляющий калибр, имеющий такую форму, что он не за что не зацепляется и может следовать по трубопроводу с легким изгибом. В отличие от других производителей установок такого типа с штангами круглого сечения, здесь исключена необходимость постоянного контроля чистоты штанги и кулачкового механизма во избежание проскальзывания при захвате.

Экономическая составляющая бестраншейной замены трубопроводов

Основная доля затрат в структуре себестоимости работ по открытой перекладке сетей приходится на земляные работы и транспортные перевозки, которые в большей части связаны с транспортировкой грунта. Земляные работы при применении бестраншейной технологии, практически исключены. Бестраншейный метод позволяет избежать проблем и с экологией: окружающая среда не подвергается техногенному воздействию, связанному с уничтожением зеленых насаждений и травяного покрова при применении открытого способа. Затраты на их восстановление возмещают организации, ведущие открытую перекладку сетей. Таким образом, реальная себестоимость прокладки или замены 1 м трубопровода бестраншейным способом ниже по сравнению с его прокладкой открытым способом. В таблице приведена расчетная стоимость ремонта аварийных участков канализационной  сети  открытым  методом  и  фактическая  стоимость  ремонта  при  применении  одного  из бестраншейных методов в городе Санкт-Петербурге.

Важно отметить, что никто до настоящего момента не учитывал в расчетах косвенные финансовые потери, т.е. убытки граждан, предприятий и организаций, вызванные ведением работ по замене трубопроводов открытым способом, например отмену или изменение маршрутов городского пассажирского транспорта.

Бестраншейные технологии позволяют:

• резко повысить темпы работ по новому строительству и ремонту изношенных коммуникаций, более эффективно использовать финансовые и материальные ресурсы;
  
• соблюдать  экологические  нормы,  практически  исключить  ведение  земляных  работ, ликвидировать угрозу повышения уровня грунтовых вод и загряз- нения грунтовых массивов бытовыми и производственными стоками;
  
• обеспечивать бесперебойное движение транспорта в районе проведения работ.

Бестраншейные  технологии  характеризуются  высоким  уровнем  механизации,  почти  стационарным режимом  работы  и,  в  отличие  от  траншейного  способа,  меньшим  объемом  ручных  работ.  Контакт  с поверхностью грунта и асфальтобетонным покрытием либо полностью исключен (при работе по методу «из колодца  в  колодец»),  либо  происходит  только  на  начальном  и  конечном  этапах  работ.  Кроме  того, бестраншейная технология позволяет отказаться от большой части транспортных операций.

Примеры замены трубопроводов бестраншейными способами

Состояние существующих водопроводов и канализаций стремительно увеличивает спрос на санацию старых труб, но в то же время необходимо сохранить нетронутым диаметр поперечных срезов.

Проект по обновлению труб на стройках немецкого подрядчика в Австрии очень прост: рабочая труба проталкивается вперед по старой трубе при помощи гидравлически управляемой буровой установки. Метод статической системы по разрушению труб очень хорошо прижился в Австрии и уже значительное количество строек успешно выполнено.

После выхода в конечном котловане или колодце буровая штанга соединяется с нужным расширителем и новой трубой. Техника для разрушения труб часто применяется для обновления труб под давлением (газо- и водопроводы).  Что  касается  водопроводов  для  питьевой  воды,  то  процесс  доказал  свои  чрезвычайные преимущества.  Старую  трубу  не  надо  очищать,  а  новая  труба  остается  в  основном  чистой  в  процессе прокладки. Данный метод обновления также все больше и больше применяется для замены канализационных труб.

Трубы из серого чугуна, трубы из цемента, стали, пластика, железобетона и даже керамические трубы, можно заменить на короткие или длинные трубы, применяя данную систему. Даже стальные трубы с цементной оболочкой удалось успешно затянуть в Австрии в нескольких проектах. Например, в одном небольшом городке работа по замене секции труб для питьевой воды длиной 2000 м из серого чугуна (ND 150) заняла всего несколько часов. Канализационные трубы ND 200 в городе Мария-Энцердорф были успешно заменены за короткий  промежуток  времени.  В  этом  случае  экстремально  ограниченные  рабочие  условия  на  дорогах повлияли на выбор бестраншейного обновления. Так называемый метод «Труба-к-трубе» — это специальный метод обновления труб, когда новая труба устанавливается впритык к старой. Следовательно, старая труба только лишь закругляется при затягивании через калибровочную головку. Поэтому новая труба вытягивается с минимальным повреждением диаметра. Если грунт нельзя вскапывать для прокладывания трубы, то можно использовать модули, которые можно затягивать по одному в жестком соединение через существующий колодец.

Производство работ фирмой Transco в Норвиче (запад Англии): замена отрезка чугунного трубопровода длиной 80 м, диаметром 10”, с соединениями фланцевыми болтами.

Для замены была предложена 250 мм HDPE труба. После обсуждений с местными инженерами Transco, было  решено,  что  данный  участок  является  идеальным  для  испытания  системы  GRUNDOBURST. Альтернативой был только «открытый метод», который был бы неудобен для людей и повлек за собой высокие затраты на восстановление.

После установки в котлован гидравлической системы по замене трубопроводов GRUNDOBURST 800G (80 тонн тягового усилия), инженеры в 10 утра начали проталкивать штанги QuickLock. Штанги быстро соединились и прошли через существующий трубопровод к 10:30. Затем направляющая штанга была заменена 10” роликовым ножом и 295 мм расширителем. Все было готово для начала разрушения и затаскивания новой трубы.

Работа по разрушению были начаты в 11 утра и к 12 часам уже были завершены. В это время также вошла 25-минутная задержка, которая понадобилась для приварки второй 40-метровой секции трубы к первой в силу ограниченного пространства на стройке.

Такой результат скорости и эффективности для обработки и соединения штанг Quicklock наглядно показал, что для выполнения 80 метров работ по замене труб фактически необходимо чуть более 45 минут.

Выполненная работа полностью удовлетворила ожидания инженеров фирмы Transco.

Город Эрндтебрюк реконструирует коллектор для воды длиной 3,5 км методом разрушения (Германия). Коллектор  длиной  1,1  км  в  городе  Эрндтебрюк,  Шамедер  (Германия),  а  также  промежуточный коллектор, расположенный на расстоянии 2,5 км от канализационного очистного сооружения, были построены в 1973 году. Имелись значительные повреждения, через которые просачивалась вода. В очистном сооружении количество воды увеличилось настолько, что дополнительно установленный третий насос при максимальной нагрузке справлялся с трудом. 

При  разработке  концепции  по  реконструкции  этого  трубопровода  речь  шла  не  только  о прямых капиталовложениях, но так же и об эффективности используемой технологии. Следующим условием было обеспечение более длительного срока службы канала, поскольку не только объем капиталовложений, но и срок эксплуатации канала влияет на годовые затраты. Инвестиции на реконструкцию списываются на срок службы, т.е. они напрямую переходят в годовые издержки. И именно эти калькуляционные затраты от амортизации и начисления процентов, составляющие 67% годовых затрат, имеют очень большое значение.

Поэтому решение по применению метода статического разрушения труб было принято быстро. По этой технологии разрушающий механизм, проходя через старую трубу, разрушает и расширяет ее, а так же часто происходит затягивание новой трубы большего размера.

Подряд на выполнение этих работ получила фирма «Мюссе» из Эрндтебрюк совместно с фирмой «Шпикерманн Бортехник» из Шмаленберга, у которых уже есть многолетний опыт работы на оборудовании Grundoburst фирмы Tracto-Technik из города Ленненштадт. Основной особенностью этой техники является буровая штанги QuickLock, которая не привинчивается, а всего лишь защелкивается. За счет этого процесс проведения работ ускоряется в несколько раз.

Отрезок керамического канала между 200 и 250 мм, диаметром 250 мм был разрушен и одновременно (за одну рабочую операцию) заменен на сваренную встык трубу из PP-HM того же размера. Промежуточные колодцы на этом отрезке были так же разрушены и на их концах были установлены новые колодцы из PE-HD (система Uponor). Одновременно производилась последовательная замена присоединенного трубопровода для подключения к зданиям.

Благодаря применению бестраншейного метода замены труб мероприятия были завершены на 3 недели раньше, чем было запланировано. По сравнению с открытым методом на лицо экономия более чем на 30 %. Применяя в качестве нового материала трубы PE или PP-HM со сроком службы, равным 80 годам, получаем абсолютно  герметичный  канал.  Отличные  экономические  показатели  этого  метода,  а  так  же  отсутствие большого количества воды благоприятно влияет на текущие производственные расходы.

Источник: Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2008" Авторы - А.П. Рыбаков и В.Ю.Литвинский (ООО «МГС-бестраншейные технологии», Москва).

.