Технологии бестраншейной прокладки и ремонта трубопроводов водоснабжения и водоотведения. Учебное пособие

2.3.Микротоннелирование

2.3. Микротоннелирование

Способ предполагает строительство тоннеля с помощью дистанционно управляемого проходческого щита, который выдвигается из заранее подготовленной стартовой шахты (рис. 4).

Рис. 4. Микротоннельный комплекс4

После завершения проходки щит извлекают из приемной шахты. Микротоннелирование отличается достаточно большой длиной проходки (до нескольких сотен метров), скоростью и точностью (трасса контролируется компьютерным комплексом с применением системы лазерного ведения). Способ можно использовать в грунтах практически любой категории — от неустойчивых суглинков и водоносных песков до скальных пород, работать в смешанном забое, не бояться появления в грунтовом массиве по трассе крупнообломочных включений, валунов, гальки и щебня. Режущий орган подбирается в зависимости от типа грунтов, таким образом регулируются параметры

4 Рисунок с сайта. URL: https://beltps.com/ru/microtunneling/ (дата обращения: 29.08.2022).

21

Глава 2. Основные способы бестраншейной прокладки новых трубопроводов

и скорость проходки. Для прокладки микротоннелированием используются самые разные трубы: полимербетонные, железобетонные, керамические, стеклопластиковые, хризотилцементные (применяются и термины «асбестоцементные» или «асбоцементные» как синонимы) [9].

Один из мировых лидеров по выпуску щитов для разработки микротоннелей — фирма Herrenknecht. Она выпускает щиты диаметром от 150 мм до 14,2 м, при использовании которых устраняется ручная работа в забое, механизируется процесс прокладки труб и все управление технологическим процессом осуществляет машинист из централизованного пульта. В Сингапуре щитами этой фирмы проложена сеть канализационных тоннелей диаметром до 6 м и длиной 200 км на глубине 60 м от поверхности земли [10].

Одним из видов труб, используемых при микротоннелировании, являются стеклопластиковые трубы центробежного литья фирмы «Хобас». Они имеют ряд преимуществ: возможность использования для напорных трубопроводов, высокие значения допустимых осевых усилий, гладкая поверхность с низким коэффициентом трения, небольшой вес, надежность и герметичность соединения, химическая и коррозионная стойкость, высокая абразивная износоустойчивость.

2.4. Горизонтальное направленное бурение

Способ горизонтального направленного бурения позволяет минимизировать воздействие на окружающую среду при различных вариантах прокладки трубопроводов. В составе оборудования для ГНБ можно выделить три основных блока: блок гидравлического давления, буровую установку и смеситель. Буровая установка предназначена для проталкивания штанг для бурения и вытягивания их из грунта. Во время этих процессов

22

2.4.Горизонтальноенаправленноебурение

одновременно можно осуществлять вращательное движение. С помощью смесителя готовится бентонитовый или полимерный раствор для облегчения процесса бурения. Буровая установка и смеситель работают от блока гидравлического давления. Скважину создает буровая коронка, насаженная на вал шнекового конвейера, который предназначен для удаления грунта из трубы и вращается с частотой 5–30 об./мин. Процесс бурения и прокладки звена трубопровода в буровую скважину может быть раздельным и совмещенным. При раздельном варианте сначала бурят скважину, а потом извлекают буровой инструмент и заменяют его расширителем и протаскивают трубопровод обратным ходом. При совмещенном способе трубу прокладывают одновременно с продвижением бурового инструмента. Трубы диаметром до 150 мм прокладываются с помощью гидроразмыва с использованием вышеупомянутого раствора на основе бентонита или полимеров. На рисунках 5–7 показаны отдельные стадии раздельного процесса ГНБ.

Рис. 5. Бурение скважины при ГНБ5

5 Рисунок с сайта. URL: https://eckrus.com/technology_GNB/ (дата обращения: 29.08.2022).

23

Глава 2. Основные способы бестраншейной прокладки новых трубопроводов

Рис. 6. Расширение скважины при ГНБ6

Рис. 7. Протягивание трубы при ГНБ7

6Рисунок с сайта. URL: https://eckrus.com/technology_GNB/ (дата обращения: 29.08.2022).

7Там же.

24

2.4.Горизонтальноенаправленноебурение

Труба подается в скважину полиспастом и лебедкой, приводимой в действие двигателем внутреннего сгорания. Все узлы машины горизонтального бурения смонтированы на общей раме. С помощью этой установки прокладывают трубы диаметром от 100 до 1200 мм на длину от нескольких метров до нескольких километров.

При бурении скважин применяют машины разных типов (рис. 8), отличающиеся методом разработки грунта, способами его транспортирования внутри трубы и удаления из котлована, а также конструкцией буровой коронки. Грунт разрабатывают резанием или резанием и размывом водой под давлением.

Рис. 8. Установка ГНБ DDW 1108

Если конструкция машин такова, что в процессе бурения прокладываемая труба перемещается вместе с буровой машиной, установленной и закрепленной на конус трубы, то длина рабочего котлована определяется общей длиной перехода

8 Рисунок с сайта. URL: https://gnb-volga.ru/ (дата обращения: 29.08.2022).

25

Глава 2. Основные способы бестраншейной прокладки новых трубопроводов

(прокладываемой трубы). Если буровую машину устанавливают и закрепляют на отдельной раме, укладываемой на дне рабочего котлована, то его длина не превышает 15 м, что достаточно для размещения бурового оборудования и прокладываемой секции трубопровода. Ширина котлована по дну — 2–3 м, глубина на 0,5–0,6 м больше проектного заложения трубопровода.

2.5. Способ Direct Pipe

Способ Direct Pipe является, по сути, комбинацией способов горизонтального направленного бурения и микротоннелирования, сочетанием их основных элементов. Производится щитовая проходка в грунте с одновременной прокладкой трубы необходимой длины. Перемещение трубы вдоль горизонтальной оси осуществляется за счет воздействия на нее доталкивателя. Доталкиватель — это комплекс оборудования, состоящий из рамы, на которой закреплено силовое оборудование (гидравлические домкраты), и хомута, который удерживает трубу. Доталкиватель размещается в непосредственной близости от щита. При движении щита хомут перемещается вместе с трубой на длину рабочего хода цилиндров, вдавливая трубу в грунт. Затем хомут открепляется от трубы и возвращается в исходное положение для повторения цикла. Контроль положения трубы весь период работ производится компьютерной навигационной системой. При проходке для снижения трения трубы о грунт используется бентонитовый раствор с необходимой консистенцией. Удаление шлама из забоя производится шламовыми насосами по отдельным трубопроводам. В 2007 г. при использовании этой технологии за 13 дней под рекой Рейн была установлена стальная труба-футляр длиной 454 м диаметром 1200 мм. На рисунке 9 показан процесс прокладки трубопровода длиной 1500 м (мировой рекорд) способом Direct Pipe в Новой Зеландии.

26

2.5.СпособDirect Pipe

Выбор между ГНБ и микротоннелированием зависит от таких факторов, как размер и материал трубы, максимальные допуски, доступная площадь, а также условия грунта и подповерхностных грунтов на участке. Должны быть правильно подобраны тип режущих головок щита оборудования под заданный тип геологии.

Рис. 9. Прокладка трубопровода длиной 1500 м в Новой Зеландии способом Direct Pipe9

Изгибы трубопроводов ГНБ могут стать слабыми местами, что приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание и риску выхода трубы из строя. Микротоннелирование обеспе-

9 Рисунок с сайта. URL: https://trenchlesstechnology.com/mcconnell-dowell- completes-world-record-direct-pipe-installation/ (дата обращения: 29.08.2022).

27

Глава 2. Основные способы бестраншейной прокладки новых трубопроводов

чивает большую целостность трубопровода благодаря его прямолинейной или изогнутой конструкции от котлована к котловану, снижая затраты на техническое обслуживание и риск выхода из строя. Для напорных трубопроводов, таких как газовые, водопроводные сети, канализационные и кабельные трубы, ГНБ является лучшим вариантом, к тому же экономически эффективным. Для установок, требующих точного уровня, таких как самотечные канализации, предпочтительным способом является микротоннелирование способом Direct Pipe. Микротоннелирование дороже ГНБ, но в итоге оно обладает большей точностью и надежностью. Для проектов с меньшим бюджетом, где точность и долгосрочные затраты не являются основными факторами, предпочтительно ГНБ. Там, где приоритетными являются точность и долгосрочные затраты, микротоннелирование, хотя и дорогое, является правильным путем [11].

2.6.Щитовая проходка

Вкрупных городских агломерациях способ щитовой проходки применяют не только для строительства линий метро, но и для прокладки канализационных коллекторов большой пропускной способности на значительных глубинах. Кроме того, таким способом строят проходные тоннели для совмещенной прокладки инженерных сетей и других коммуникаций.

Щитовую проходку применяют в тех случаях, когда другие способы бестраншейной прокладки трубопроводов применить не представляется возможным, а также при прокладке трубопроводов под улицами и проездами с интенсивным движением транспорта, под железными дорогами, на большой глубине. Проходку ведут с помощью проходческого щита, представляющего собой металлическую оболочку, в которой размещается необходимое оборудование. Диаметр щита равен наружному

28

2.6.Щитоваяпроходка

диаметру сооружаемого тоннеля. Укрепление стенок тоннеля производится монолитным бетоном, а также бетонными или чугунными тюбингами.

В составе щита выделяют три основные части: передняя ‒ режущая, чаще всего клиновидной формы с козырьком; средняя ‒ опорная, в которой размещены домкраты, двигающие щит, и задняя — хвостовая, где осуществляется обделка стен тоннеля. Разработка грунта перед щитом обычно ведется механизированным способом. На рисунке 10 показан проходческий щитовой комплекс с гидропригрузом.

Рис. 10. Щитовой комплекс с гидропригрузом10:

1 — рабочий орган щита; 2 — призабойная стена; 3 — камнедробилка; 4 — кессонная камера; 5 — герметичная диафрагма; 6 — декомпрессионная камера; 7 — домкраты; 8 — трубопровод подачи суспензии; 9 — блокоукладчик; 10 — щетки герметизации; 11 — кольцевой зазор (заполняется раствором)

10 Рисунок с сайта. URL: https://undergroundexpert.info/issledovaniya-i- tehnologii/tehnologii/prokhodcheskie-shhity/ (дата обращения: 29.08.2022).

29

Глава 2. Основные способы бестраншейной прокладки новых трубопроводов

При проходке тоннелей в слабых водонасыщенных породах используют механизированные щиты с активным пригрузом забоя. В этом случае перед забоем сооружается герметичная перегородка, отделяющая призабойное пространство от другой части щита. Призабойное пространство заполняется под давлением раствором бентонитовых глин (гидропригруз). Это позволяет уравновесить гидростатическое давление грунта и воды со стороны забоя и предохранить забой от обрушения.

Разработанный в забое грунт выдается в тоннель с помощью шнека или гидротранспорта. В настоящее время в мировой практике применяются роторные тоннельные проходческие механизированные комплексы (ТПМК) наружным диаметром до 15 метров, на некоторых масштабных стройках работают щи- ты-гиганты диаметром свыше 17 метров [12].

Контрольные вопросы к главе 2

1.Перечислите основные способы бестраншейной прокладки новых трубопроводов.

2.Назовите основные этапы способов прокола и продавливания.

3.Укажите основные преимущества и условия применения способа микротоннелирования при прокладке трубопроводов.

4.Опишите основные положения технологии горизонтального направленного бурения.

5.В чем заключаются основные особенности способа Direct Pipe?

6.При каких условиях возможно применение щитовой проходки?

30