Технология горизонтально направленного бурения

Технология горизонтально  направленного бурения (ГНБ)

 

Технология бестраншейного строительства  подземных коммуникаций методом  горизонтально направленного бурения (ГНБ).

 

Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтально направленного  бурения (ГНБ>) осуществляется в три этапа:

бурение пилотной скважины на заданной проектом траектории;

последовательное расширение скважины;

протягивание трубопровода.

Бурение пилотной скважины

 

 

Бурение пилотной скважины — особо  ответственный этап работ в бестраншейной прокладки методом горизонтально направленного бурения (ГНБ) сетей, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента — буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем.

 

Буровая головка соединена посредством  полого корпуса с гибкой приводной  штангой, что позволяет управлять  процессом строительства пилотной скважины и обходить выявленные препятствия  в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой  рабочей нити. Буровая головка имеет отверстия для подачи специального бурового раствора, который закачивается в скважину и образует суспензию с размельченной породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и отчищает скважину от ее обломков, вынося их на поверхность. Контроль за местоположением буровой головки осуществляется с помощью приемного устройства локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика.

 

На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне, азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой  установки. Эти данные являются определяющими для контроля соответствия траектории строящегося трубопровода проектной и минимизируют риск излома рабочей нити. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки с нужном положении. Затем осуществляется задавливаение буровых штанг устанавливается скос буровой головки в нужном положении с целью коррекции траектории бурения. Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.

Расширение скважины.

 

 

 

Расширение скважины осуществляются после завершения пилотного бурения. При этом буровая головка отсоединяется  от буровых штанг и вместо нее  присоединяется риммер — расширитель  обратного действия. Приложением  тягового усилия с одновременным вращением риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода через расширенную скважину е диаметр должен на 25-30% превышать диаметр трубопровода.

 

Протягивание трубопровода

 

 

На противоположной от буровой  установки стороне скважины располагается  готовая плеть трубопровода. К  переднему концу петли крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммером. Вертлюг вращается с буровой нитью и риммером, и в тоже время не передает вращательное движение на трубопровод. Таким образом буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

 

Технология горизонтально направленного  бурения (ГНБ) уникальна тем, что  она позволяет изменять при необходимости  направление прокладки как в  плане, так и в профиле, огибая на своем пути различные препятствия (действующие или брошенные подземные коммуникации или другие сооружения).

К достоинствам технологии горизонтально  направленного бурения (ГНБ) можно  также отнести следующее:

высокие темпы производства работ;

значительное снижение объемов  земляных работ;

возможность выполнения работ в сложных гидрогеологических условиях;

возможность выполнения работ без  остановки движения, сохраняя дорожное покрытие и ландшафт;

точность выполнения работ;

существенное сокращения привлекаемой для производства работ техники  и рабочей силы.

 

 

 

 

Щитовая проходка

 

Щитовая проходка, применяемая при  устройстве коллекторов и тоннелей, предусматривает разработку грунта под прикрытием щита и закрепление  коллектора или тоннеля сборными чугунными, железобетонными тюбингами  или монолитным бетоном, а также  керамическими блоками. Щитовую проходку ведут обычно с помощью проходческого щита, изготовленного в виде металлической оболочки, диаметр которой равен наружному диаметру сооружаемого тоннеля.

 

Щит состоит из трех основных частей:

- передней — режущей клиновидой  формы с козырьком или без него;

- средней — опорной, где размещаются  домкраты;

- задней — хвостовой.

 

Щит вдавливается в грунт гидравлическими  домкратами, а грунт перед щитом  разрабатывают ручным или механическим способом. Сооружение обделки (стенок) коллектора выполняют в хвостовой части щита.

 

Щитопроходческие работы выполняют  обычно в три стадии.

На первой (подготовительной) устраивают монтажную или начальную шахту  для опускания щита в забой, подводят электроэнергию, устраивают вентиляцию и т.п. Прокладывают также пути для откатки грунта, оборудуют шахтный двор, т. е. стройплощадку. В начальной шахте устраивают свайный упор и монтируют на проектной отметке проходческий щит.

На второй стадии начинают проходку — передвижку щита, включающую разработку грунта в забое, продвижение щита, монтаж блочной или возведение монолитной обделки.

На третьей стадии, если тоннель  используется как самотечный трубопровод (канализационный коллектор), внутри него устраивают лоток.

 

Для разработки крепких пород применяют отбойные молотки либо взрывной метод.

 

При щитовой  проходке в особо сложных горно-геологических  условиях находят применение специальные  способы закрепления пересекаемых пород непосредственно из забоя  и через скважины, пробуриваемые  с поверхности:

- водопонижение;

- искусственное  замораживание;

- кессон;

- химическое  закрепление. 

 

При сооружении подводных тоннелей методом щитовой  проходки иногда используют щиты с  закрытой призабойной частью, внедряемые в слабоустойчивый грунт путём  вдавливания с частичным отбором грунта (либо без него).

 

Темпы щитовой  проходки в среднем 80-100 м/мес. Рекордные  показатели достигнуты при щитовой  проходке перегонного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена — 1240 м готового тоннеля  в месяц.

 

 

 

Метод продавливания

 

Бестраншейная прокладка труб методом продавливания производится под:

- дорогами;

- железнодорожными  путями;

- зданиями  и сооружениями;

- взлетно-посадочными  полосами;

- реками  и озерами.

 

Метод продавливания  отличается тем, что прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий в трубу в виде плотного керна (пробки), разрабатывают и удаляют из забоя. При продвижении трубы преодолевают усилия трения грунта по наружному ее контуру и врезания ножевой части в грунт.

 

При продавливании стальных футляров (проколах грунта) используются традиционные технологии с применением двойных  гидравлических домкратов усилием  от 200 до 400 тонн.

 

Скорость проходки при Ø1200 —  Ø1400 мм – до 10-12 метров в смену. Длина  продавливания методом продавливания (методом прокола) – до 100 метров.

 

Применяются нажимные насосо-домкратные установки, состоящие из одного или  двух спаренных гидравлических домкратов  с усилием до 200 т каждый, смонтированных на общей раме.

 

На дне рабочего котлована, из которого ведется прокол, устанавливают раму с домкратами. Рядом с котлованом на поверхности размещают гидравлический насос высокого давления – до 30 МПа (300 кгс/см2).

 

Труба вдавливается циклически, путем  попеременного переключения домкратов  на прямой и обратный ход. Давление домкратов на трубу передается через наголовник сменными нажимными удлинительными патрубками, шомполами или зажимными хомутами.

 

 

 

Метод управляемого прокола

 

Метод управляемого прокола может  применяться для прокладки полиэтиленовых или стальных трубопроводов или футляров для газо- и водоснабжения, канализации, кабелей различного назначения. Работы выполняются как в городах и населенных пунктах, так и при переходах под автомобильными или железными дорогами.

Прокалывающая установка Ditch Witch P80, используемая ОАО «Центртоннельстрой» и ООО «Микрощит» , предназначена для прокладки труб диаметром до 325 мм на расстояние до 150 м.

 

Конструктивно установка для производства работ по управляемому проколу состоит  из:

- собственно установки; 

- автономной гидравлической станции;

- набора буровых инструментов (штанги, буровые головки, расширители  и др.);

- системы беспроводной локации.

 

Сердцем установки управляемого прокола  является силовой гидроцилиндр усилием 36 тс с полным штоком для размещения буровых штанг и присоединенным перекашивающимся захватом штанг.

Гидравлическая станция приводится в действие двухцилиндровым четырехтактным бензиновым двигателем.

Система локации – Subsite, которая  состоит из зонда, перемещаемого  в буровую головку, и локатора, показывающего местоположение и глубину буровой головки, её положение в вертикальной плоскости, ориентацию её управляющей поверхности, состояние батарей зонда.

Наконечник буровой головки  имеет скошенную поверхность  и при задавливании отклоняет  буровую колонну в сторону. Оператор с помощью локатора видит, как необходимо повернуть головку, чтобы выправить траекторию в нужную сторону. При задавливании штанг с вращением буровая колонна двигается прямолинейно.

 

После выхода в приемном котловане  буровая головка заменяется на конический расширитель, и обратным ходом штанг с уплотнением грунта пилотная скважина расширяется до необходимого диаметра. Одновременно или после расширения в скважину протаскивается труба. Прокалывающая установка работает без буровых растворов, так как стенки скважины держатся за счет уплотненного слоя грунта; она может использоваться и зимой – при работе ниже уровня промерзания грунта.

 

Отличительные особенности установки  управляемого прокола:

- компактная, недорогая, мощная, лёгкая в транспортировке;

- вращающийся шток позволяет  контролировать направление;

- полная защита от поражения  электрическим током.

 

Удобство эксплуатации:

- для установки требуется очень  небольшая стартовая яма;

- простые гидравлические соединения;

- поставляемая по заказу коробчатая платформа имеет сбоку отделение для хранения штанг, платформа выполнена без дна, что позволяет извлекать её из ямы и опускать для установки;

- силовая установка удалена  от стартовой ямы, что оберегает  оператора от шума и выхлопов  газов.

 

 

 

Метод санации

 

На сегодняшний день горизонтальное направленное бурение (ГНБ) является наиболее совершенным способом бестраншейной  прокладки инженерных коммуникаций. Важными и прогрессирующими являются методы санации.

 

Основными методами санации трубопроводов на сегодняшний день являются методом “труба в трубе” и метод взламывания старой трубы с одновременной протяжкой новой полиэтиленовой плети. Наиболее экономичным считается первый метод санации.

Преимуществами методов санации  являются:

- уменьшение общественных затрат и нарушение дорожного движения;

- уменьшение расходов на земляные  и восстановительные работы;

- использование существующего  канала коммуникаций;

- снижение риска повреждения  соседних коммуникаций;

- предпочтительная технология  для увеличения диаметра трубопровода.

 

Метод “труба в трубе”

 

При использовании метода “труба в трубе” в первую очередь подбирается  диаметр пластиковой трубы, который  будет максимально соответствовать  диаметру ремонтируемого трубопровода.

Введение новых труб в старые осуществляется через отрытый в начале участка котлован путем протаскивания лебедкой предварительно сваренных в плеть полиэтиленовых труб. На площадку доставляются трубы из полиэтилена высокого давления внешним диаметром близким к диаметру санируемого трубопровода. Трубы на месте свариваются в плети длиной, обусловленной рядом факторов. Главной из них – протяженность прямолинейного по конфигурации участка санируемого трубопровода. Перед введением труб проводится предварительный телевизионный контроль и очистка участка трубопровода, подлежащего санации. Затем к концу трубы приваривается специальная насадка к которой прикрепляется трос. Втягивание полиэтиленового трубопровода осуществляется с помощью лебедки установленной над колодцем в конце санируемого участка.

Трубы длиной 6 – 12 м свариваются  на поверхности и вводятся в повреждённый трубопровод.

Не смотря на уменьшение в таких  случаях внутреннего диаметра ремонтируемого участка трубопровода, его пропускная способность в ряде случаев практически  не уменьшается за счет низкого гидравлического сопротивления новой пластмассовой трубы.

 

Метод восстановления трубопроводов  с разрушением старой трубы и  протаскиванием новой пэ трубы.

 

Данный  метод применяется в тех случаях, когда необходимо сохранить или  увеличить диаметр трубопровода. В этом случае через разрушаемую трубу со стороны приемного котлована, пропускаются штанги. На конце штанг в стартовом котловане крепится нож-расширитель, который через вертлюг соединен с протягиваемой трубой (обычно ПНД). Со стороны приемного котлована штанги затягиваются гидравлическими домкратами, размещенными на дне котлована. Рама имеет упорную плиту для фиксации в котловане. Штанги циклически вынимаются, и процесс протяжки продолжается до полного выхода ножа в приемный котлован. При этом поврежденная труба, одновременно, разрезается ножом, расширяется и в нее затягивается новая труба.