Процесс бестраншейной укладки труб: особенности подхода и пример реализации

При создании новых трубопроводных систем, а также при их ремонте или замене устаревших линий, активно используется метод бестраншейной укладки.

Разнообразие подходов позволяет выбрать наиболее эффективный метод в зависимости от сложности местности и плотности застройки.

В данном материале мы подробно рассмотрим методы бестраншейной укладки труб и их ключевые характеристики.

Преимущества и особенности бестраншейной прокладки труб

Очевидные плюсы данного метода по сравнению с традиционными земляными работами включают в себя:

• сокращение времени выполнения работ;
• уменьшение затрат на восстановление поверхности;
• поддержание нормальной работы инфраструктурных объектов;
• меньшее воздействие на экосистемы и природные зоны.

Выбирая метод бестраншейной укладки трубопровода, необходимо учитывать диаметр скважины, ландшафтные особенности, тип грунта, материал труб и наличие существующих коммуникаций.

Метод бестраншейной укладки минимизирует ущерб для естественных водоемов, наземных и подземных объектов, зелёных насаждений и строений.

Существует множество способов реализации, однако можно выделить четыре ключевых метода: санация, продавливание и прокол грунта, горизонтально-направленное бурение.

Бестраншейная укладка труб позволяет создать трубопровод без разрушения существующих наземных объектов и значительно сокращает время и затраты на земляные работы.

В зависимости от физико-механических характеристик грунта, выполняется прокол или горизонтальное бурение для укладки коммуникаций.

В рыхлых песчаных грунтах трубы укладываются методом прокола, где керн не удаляется, а грунт уплотняется вокруг труб.

Для начала работ создаются два небольших котлована: один для ввода трубы, второй – для её приема.

Основным недостатком бестраншейной укладки является возможность отклонения от запланированной трассы, из-за чего труба может не попасть в приемный колодец.

Только стальные трубы подходят для реализации бестраншейных технологий, так как они могут служить защитой для последующей прокладки полимерных труб.

Укладка полимерных труб в металлический футляр увеличивает сложности и стоимость проекта.

Проведение реконструкции и замены труб методом санации

Технология санации применяется в ситуациях, когда обнаруживается необходимость полной или частичной замены старого трубопровода во время его осмотра.

С её помощью эффективно решаются следующие задачи:

• устранение засоров и трещин в трубах;
• разрушение местных ответвлений из-за корней деревьев;
• угроза прорыва труб из-за коррозии.

В зависимости от состояния трубопроводов и поставленных задач применяются технологии релайнинга или реновации.

Технология релайнинга или «труба в трубе»

Релайнинг представляет собой один из методов санации для труб, где допустимо незначительное уменьшение диаметра. В случае исчерпания срока службы металлических труб, их очищают от отложений и ржавчины.

Подготовка включает в себя полиэтиленовый рукав, который наполняется полимерным составом и расправляется внутри старой трубы под давлением воды или воздуха, одновременно выворачиваясь наизнанку.

После заполнения всей длины изношенного трубопровода, происходит полимеризация, в результате которой повышается прочность и пропускная способность системы.

Другой метод релайнинга включает установку новых полипропиленовых труб внутрь старых и подходит для труб диаметром 200-315 мм.

Релайнинг – это быстрый и экономичный способ обновления трубопровода с учетом несильно уменьшающегося внутреннего диаметра.

Однако важно помнить, что в местах соединения труб ПВХ формируется шов примерно 15 мм, который следует учитывать при измерении параметров между старой и новой трубами.

Благодаря низкому гидравлическому сопротивлению пластиковых труб, их пропускная способность не ухудшается даже при уменьшении диаметра.

Обновление трубопроводов методом реновации

Реновация – это другой способ санации, при котором старые коммуникации разрушаются и засыпляются в грунт, образуя защитный слой для новых трубопроводов, которые часто имеют больший диаметр.

При использовании реновации ветхие участки трубопровода разрушаются и вдавливаются в грунт, создавая же оболочку для последующих коммуникаций.

Для этой технологии требуется специализированное оборудование, например, пневмоударная машина с конусом-расширителем, оборудованным режущими лопастями, как показано в видео под статьей.

Рабочая машина закрепляется на тяговом тросе, модули труб ПВХ постепенно соединяются и подсоединяется пневматический шланг к компрессору для последующей работы.

Вход в заменяемый трубопровод расширяется, и пневмоударная машина продвигается, разрушая старые трубы и одновременно прокладывая новые.

Методы прокола грунта

Продавливание грунта также имеет множество вариаций, включая микротоннелирование, пневмопробойники, направленно-шнековое бурение и управляемые или неуправляемые проколы.

Каждый из этих методов востребован и актуален в зависимости от конкретных условий закладки труб.

Футляр для труб или метод неуправляемого прокола

При данном методе обсадная труба забивается в грунт, одновременно происходят выборка. Для выборки обычно используют шнеки, реже – сжатый воздух или воду.

Неуправляемый прокол может быть применен в любом типе грунта, но могут возникать проблемы в случае рыхлых грунтов или наличия больших камней, когда труба может застревать.

На начальном этапе котлован подводится точно по оси, и в случае затруднений можно использовать две трубы: одна большего диаметра, из которой потом прокладывается труба нужного размера.

Внешняя труба создает защитный футляр, что особенно актуально при прокладке под железнодорожными путями или магистралями.

Часто для небольших диаметров используются компактные установки, которые проще в транспортировке и эксплуатации.

Разница в диаметре составляет, как правило, 150-250 мм; пространство между трубами заполняется цементно-песчаной смесью, снижая давление на рабочую трубу и нагрузку от тяжёлого транспорта.

Длина сегментов обсадных труб варьируется от 3 до 12 метров, и они последовательно свариваются в процессе установки.

Разница между управляемым и неуправляемым проколом

Отличие управляемого прокола заключается в использовании отклонителей – стальных пластин, установленных в передней части обсадной трубы, которые помогают корректировать направление прокола с помощью гидравлических цилиндров.

Установка для управляемого прокола грунта УПГК-40У может работать в колодцах диаметром до одного метра и с крышкой люка до 600 мм.

В обоих случаях для снижения трения применяется бентонитовый раствор, который после укладки трубопровода откачивается и может быть использован повторно после фильтрации.

Более подробно о технологии прокладки труб методом прокола можно узнать в данном материале.

Использование пневмопробойников в плотных грунтах

Применение пневмопробойников для продвижения в грунте представляет собой недорогой, быстрый и эффективный способ, обеспечивающий хорошую точность выполнить бестраншейную проходку.

Данный подход не требует создания дополнительных опор для гидравлических домкратов, и в его реализации используется компактное и легкое для транспортировки оборудование. Кроме того, подготовка строительного участка требует минимальных затрат.

Пневмопробойник с такой характеристикой способен осуществлять пробивку скважин диаметром от 155 мм без расширительного элемента и до 245 мм с его использованием.

Благодаря сжатому воздуху возникает достаточная ударная энергия, позволяющая забивать открытые стальные трубы длиной до 80 метров в высокопрочные грунты. Средняя скорость прокладки составляет около 15 метров в час. После завершения укладки трубы промывают водой и сжатым воздухом, а крупные диаметры очищают вручную.

Преимущества метода микротоннелирования

Процесс микротоннелирования имеет полную автоматизацию. Обсадные и рабочие трубы могут быть изготовлены не только из стали, но и из керамики, стекловолокна, чугуна и железобетона. Среднее расстояние проходки без необходимости переустановки домкратной станции варьируется от 100 до 250 метров.

Микротоннелепроходческие комплексы способны прокладывать железобетонные и стальные футляры диаметром до 1700 мм в местах, где присутствуют валуны и скальные образования.

Дальность проходки зависит от типа грунта, мощности рамы для продавливания, на которую оборудован микротоннельный комплекс, а также от прочности самой трубы — в зависимости от максимального давления, которому она может противостоять.

Применение установок для направленно-шнекового бурения

Использование бурошнековых установок считается экономически выгодной альтернативой микротоннелированию. Эти установки обеспечивают высокую точность укладки обсадных труб с соблюдением проектного уклона, что особенно важно для самотечных систем.

Однако наличие плывуний и крупных твердых включений может ограничить применение данного метода. Обычно максимальная длина проходки не превышает 80 метров.

Максимальная длина скважины перед необходимостью переустановки бурошнекового оборудования составляет примерно 80 метров, и также зависит от прочности обсадной трубы.

Использование шнеков с полым валом позволяет проводить бурение без создания приемного котлована.

Метод горизонтально-направленного бурения

Этот метод можно считать самым дорогостоящим среди всех, использующихся для бестраншейной укладки труб, однако он обладает высокой технологичностью.

Горизонтально-направленное бурение применяется не только для пробивки длинных скважин и укладки труб большого диаметра, но и в ситуациях, когда необходимо провести небольшой участок трубопровода с малым диаметром рядом с частной собственностью или объектами культурной ценности.

В ходе выполнения используются буровые жидкости, которые снижают трение при протягивании труб, удерживают грунт в взвешенном состоянии, чтобы избежать обжатия укладываемого материала, а также охлаждают и смазывают оборудование, отводя прорытый грунт на поверхность.

Приготовление бурового раствора осуществляется путем разбавления бентонита, природного минерала, водой с добавлением специальных компонентов. Полученная суспензия предотвращает разрушение каналов и исключает необходимость в частичном или полном откачивании грунтовых вод, поскольку она отлично выполняет свои функции даже в проницаемых грунтах.

Работы по горизонтально-направленному бурению в водонасыщенных грунтах требуют строгого контроля давления и расхода бурового раствора, а также применения специальных добавок в его приготовлении.

Так как вода для приготовления раствора берется из ближайших водоемов, важно учитывать содержание минеральных солей и уровень pH грунтовых вод, так как эти параметры могут влиять на стабильность суспензии. Такой подход помогает избежать неконтролируемого размыва.

Работы ГНБ можно разделить на несколько этапов:

• планирование траектории бурения;
• подготовка рабочей площадки;
• выполнение пилотного бурения;
• расширение скважины;
• обратное протягивание;
• восстановление территории.

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов.

Этап планирования и расчёт траектории скважины

Перед началом бурительных работ необходимо тщательно рассчитать и запланировать путь скважины.

Следует учитывать не только длину и глубину, но и потенциальные препятствия, включая:

• уплотняемость и пористость грунта, степень его вязкости;
• уровень влаги и глубину залегания грунтовых вод;
• наличие крупных камней и скал;
• подземные структуры, находящиеся около места бурения.

Оцениваются возможные риски, после чего уведомляются аварийные службы и органы ГИБДД.

Даже при укладке коммуникаций на небольшие расстояния важно точно рассчитать траекторию скважины и учесть все возможные риски.

Составляется чертеж предполагаемой траектории бурения или делается разметка на поверхности участка. При серьезном инженерном подходе учитываются углы входа и выхода бура, а также минимально допустимые радиусы изгиба штанг.

Наибольшая нагрузка на установку возникает при синхронном расширении пилотной скважины и прокладке трубопровода, поэтому расчёты проводятся с учётом мощности используемого оборудования.

Организация места проведения горизонтально-направленного бурения

Комплекс ГНБ доставляется на объект, распаковывается и устанавливается на площадке для работы. Важно правильно выставить угол наклона буровой рамы и надежно закрепить установку с помощью анкерного крепления.

Без анкерного крепления бур, привод и буровая рама будут быстрее изнашиваться, поэтому игнорировать этот момент нельзя. Далее осуществляют тестовый запуск смесителя для бурового раствора и двигателей установки, проверяют стабильность соединения гидравлических шлангов.

Выполнение пилотной скважины

Пилотное бурение подразумевает прохождение по всей длине запланированной траектории скважины с небольшим, но достаточным диаметром для пропуска штанг. Первый сегмент закрепляется на направляющей штанге, соединение обильно смазывается и воткнуто с буровой головкой — устройством, в которое входят передатчик системы локализации, бурильная лопатка и фильтр подачи суспензии.

Затем подается раствор бентонита и регулируется давление — это необходимо для определения, что суспензия проходит через шланги в буровую штангу и достигает ствола, фильтра и сопел буровой головки, выходя с требуемым напором.

Оператор выполняет входное отверстие строго перпендикулярно поверхности почвы относительно продольной оси буровой головки, после чего начинает бурение, последовательно наращивая штанги.

Небольшая команда операторов и минимальное вмешательство в ландшафт, а также высокая скорость укладки труб — это важные доводы в пользу метода ГНБ.

Оператор системы локализации фиксирует позиции, глубину и угол бурения, сверяет их с запланированной траекторией и вносит фактическую траекторию на план в случае необходимости. Как только буровая головка достигает точки выхода, пилотное бурение завершается.

Этапы расширения скважины и прокладки тоннеля

В результате пилотного бурения формируется скважина диаметром 75-100 мм, что подходит для укладки коммуникаций малого диаметра. Если диаметр скважины меньше нужного, в противоположную сторону будет протянут риммер-расширитель.

На данном этапе часто совмещают укладку коммуникаций, тогда за вращающимся расширителем устанавливают вертлюг, чтобы укладываемый материал не скручивался.

В некоторых ситуациях, учитывая необходимые усилия для затягивания, производится расширение скважины на такой размер, чтобы туннель позволял укладку труб нужного диаметра.

Возвратное протягивание также производится с подачей буровой жидкости для снижения трения между материалом и стенками скважины. С увеличением затяжки плети на длину штанги оператор отключает подачу суспензии, завершает вращение и отсоединяет штангу, после чего продолжает работу установки.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока расширитель не выйдет из входного отверстия скважины.

Завершение работ и восстановление озеленения

После завершения бестраншейной укладки трубопровода установка выключается, проложенная плеть коммуникаций отсоединяется, а соединители, вертлюг и фильтр убираются.

Все оборудование очищается от грязи и обрабатывается водостойкой смазкой. Остатки суспензии откачиваются, приямок засыпается и, по возможности, восстанавливается естественный ландшафт или что-то близкое к нему.

Заключение и полезные видео по данной теме

Бурение скважины с помощью подручных средств на частных участках:

Видео о методе релайнинга:

Принцип реновации с разрушением стальной трубы:

Пошаговое руководство по использованию компактной установки ГНБ:

Использование бестраншейного метода укладки коммуникаций представляет собой процесс с применением специального оборудования и необходимых устройств. Тем не менее, на небольшие расстояния можно пробурить скважину диаметром 50-100 мм, используя лишь стандартные электроприборы. Главное – правильно осуществить расчеты.

Если у вас возникли вопросы, или вы нашли недочеты в нашем материале, либо можете его дополнить важной информацией, пожалуйста, оставляйте комментарии в блоке под статьей.