Jak wykonuje się bezwykopowe układanie rur: cechy metody + przykład pracy

Przy budowie nowych rurociągów, a także przy naprawie lub wymianie starych linii komunikacyjnych, aktywnie stosuje się bezwykopowe układanie rur.

Różnorodność metod pozwala dobrać optymalny sposób – w zależności od stopnia skomplikowania terenu lub gęstości zabudowy.

W tym materiale szczegółowo opiszemy metody bezwykopowego układania rurociągów oraz ich charakterystyczne cechy.

Zalety i cechy BUR

Oczywistymi zaletami w porównaniu z robotami ziemnymi przy kopaniu rowów są następujące aspekty:

• skrócenie czasu realizacji prac;
• minimalizacja kosztów przywracania zagospodarowania terenu;
• utrzymanie działania obiektów infrastruktury w normalnym trybie;
• zmniejszenie wpływu na obszary wrażliwe ekologicznie.

Wybór metody bezwykopowego układania rurociągu zależy od średnicy wymaganego otworu, charakterystyki krajobrazu i gruntów, materiału układanych rur oraz obecności lub braku istniejących sieci.

Naturalne zbiorniki wodne, infrastruktura naziemna i podziemna, zieleń oraz budynki nie są naruszane, jeśli prace przy budowie rurociągów prowadzone są metodą bezwykopową

Możliwych rozwiązań jest wiele, ale wśród nich można wyróżnić cztery główne metody: sanitacja, wciskanie i przebijanie gruntu, horyzontalne wiercenie kierunkowe.

Rekonstrukcja i wymiana rurociągu metodą sanitacji

Metodę sanacji stosuje się w przypadkach, gdy podczas przeglądu stwierdzono konieczność całkowitej lub częściowej wymiany istniejącego rurociągu.

Za pomocą sanacji skutecznie rozwiązuje się następujące problemy:

• zatykanie odcinków rurociągu i powstawanie pęknięć;
• zniszczenie lokalnych odgałęzień sieci przez korzenie drzew;
• zagrożenie przerwania rur w wyniku korozji.

W zależności od stanu sieci i postawionych zadań stosuje się technologię reliningu lub renowacji.

Technologia reliningu, czyli „rura w rurze”

Relining – wariant sanacji stosowany dla rurociągów, w których możliwe jest nieznaczne zmniejszenie średnicy. Jeśli rzeczywisty okres eksploatacji rur metalowych wyczerpał się i istnieją obawy, że działają do kolejnego przerwania, to wstępnie oczyszcza się je z osadów wapnia, rdzy i piasku.

Przygotowuje się wkład polietylenowy w postaci rękawa, który wstępnie wypełnia się od wewnątrz kompozycją polimerową, równomiernie rozprowadzoną na całej długości. Ten polimerowy pończoch pod ciśnieniem wody lub powietrza rozkłada się wewnątrz rury, jednocześnie wywijając go na lewą stronę, aby wcześniej nałożona kompozycja przylegała do ścianek rurociągu.

Po wypełnieniu całego segmentu zużytego rurociągu, pod wpływem temperatury przeprowadza się proces polimeryzacji. W rezultacie wzrasta zarówno wytrzymałość sieci, jak i ich przepustowość.

Inna technologia reliningu polega na układaniu nowych rur polipropylenowych wewnątrz istniejących starych. W ten sposób zastępuje się rurociągi stalowe, ceramiczne, azbestowo-cementowe, żeliwne, betonowe i żelbetowe o średnicy 200-315 mm.

Relining – szybki i ekonomiczny sposób na odnowienie rurociągu i zwiększenie jego przepustowości, pomimo nieznacznego zmniejszenia średnicy wewnętrznej rur.

Należy przy tym pamiętać, że w miejscach łączenia rur PVC powstaje szew o długości około 15 mm, od którego należy zmierzyć szczelinę między średnicą wewnętrzną starej rury a zewnętrzną powierzchnią nowej rury.

Ze względu na niski opór hydrauliczny rur plastikowych przepustowość nie pogarsza się nawet przy zmniejszeniu średnicy.

Renowacja rurociągów przy użyciu technologii renowacji

Kolejną metodą sanacji jest renowacja. Różni się ona od reliningu znacznie mniej łagodnym podejściem do istniejących instalacji, które są niszczone i zagęszczane w gruncie, tworząc osłonę ochronną dla nowego rurociągu, często o większej średnicy.

Podczas stosowania technologii renowacji zużyte segmenty starego rurociągu są niszczone i wciskane w grunt, co tworzy dodatkową osłonę ochronną dla nowych instalacji.

Do takiego bezwykopowego układania rur potrzebne jest specjalistyczne urządzenie – stosuje się maszynę pneumatyczną udarową ze stożkiem rozprężnym wyposażonym w żebra tnące. Na filmie pod artykułem wyraźnie widać, jak stożek radzi sobie z rurą ze stali o grubości 6 mm.

Mechanizm roboczy jest mocowany do liny ciągnącej, po czym stopniowo dołącza się moduły z rur PVC, których długość może wynosić od 600 do 1000 mm – w zależności od szerokości studzienki. Przewód pneumatyczny podłącza się do kompresora, a następnie wraz z liną asekuracyjną przeciąga się przez dołączone moduły.

Wlot do wymienianego rurociągu jest poszerzany i wprowadza się do niego maszynę pneumatyczną udarową. Przemieszczając się wzdłuż instalacji, rozbija je, jednocześnie przeciągając za sobą materiał układający.

Metody wciskania gruntu

Wciskanie w grunt jest również wykonywane w wielu wariantach. Należą do nich technologia mikrotunelowania, zastosowanie pneumatycznych młotów przebijających, kierunkowe wiercenie ślimakowe, a także sterowane i niesterowane przebijanie.

Każda z tych metod bezwykopowego układania jest potrzebna i aktualna w zależności od miejsca występowania instalacji.

Osłona rurowa, czyli metoda niekierowanego przebicia

W tej metodzie rura osłonowa jest wciskana w grunt, a jednocześnie przeprowadza się jego wydobycie. Najczęściej do wydobycia stosuje się świdry, rzadziej – sprężone powietrze i wypłukiwanie wodą.

Niesterowane przebijanie stosuje się w każdym typie gruntu, chociaż mogą pojawić się trudności w przypadku gruntów niespoistych oraz przy obecności dużych kamieni, gdy rura osłonowa jest ściskana przez grunt lub jej postęp jest blokowany.

Na etapie przygotowania prac, rura osłonowa jest ustawiana w wykopie dokładnie w osi przebicia. Ze względu na możliwe przeszkody, trajektoria ruchu może być skorygowana poprzez zastosowanie dwóch rur, z których jedna jest dobierana o większej średnicy niż wymagana, a wewnątrz niej układany jest odcinek rur o odpowiedniej średnicy.

Zewnętrzna rura służy jako swego rodzaju osłona i chroni roboczy rurociąg, co jest istotne w przypadkach, gdy układanie odbywa się pod torami kolejowymi lub tramwajowymi, a także pod autostradami o dużym obciążeniu.

Jedno z najczęściej stosowanych urządzeń do bezwykopowego układania odcinka rur o małej średnicy. Zalety urządzenia – kompaktowość i łatwość transportu.

Różnica w średnicy wynosi zwykle 150-250 mm, a odległość między rurami podlega wypełnieniu – zaprawą cementowo-piaskową. W ten sposób zmniejsza się nacisk gruntu na rurę roboczą, zmniejsza się obciążenie od transportu, a także zapewniana jest ochrona przed oddziaływaniem innych znajdujących się w pobliżu instalacji.

Długość segmentów rur osłonowych waha się od 3 do 12 metrów; w trakcie układania są one kolejno spawane.

Różnice w przypadku przebicia kierowanego

Metoda ta różni się od niekierowanego przebicia dodatkowym użyciem deflektorów – stalowych płyt zamocowanych w przedniej części rury osłonowej. Są one unoszone za pomocą siłowników hydraulicznych, co pozwala korygować kierunek przebicia.

Urządzenie do kierowanego przebijania gruntu UPGK-40U może być stosowane w studniach o średnicy do jednego metra z pokrywą włazu do 600 mm.

W obu przypadkach w celu zmniejszenia tarcia stosuje się roztwór bentonitu, który po ułożeniu rurociągu jest odpompowywany i po filtracji może być ponownie użyty.

Więcej informacji o technologii układania rur metodą przebicia można przeczytać w tym materiale.

Zastosowanie pneumatycznych młotów w zwartych gruntach

Zastosowanie pneumatycznych przebijaków do przebijania gruntu – to najtańsza, najszybsza i najskuteczniejsza metoda, dzięki stosunkowo wysokiej dokładności bezwykopowego przejścia.

Metoda ta nie wymaga wykonywania dodatkowych podpór dla siłowników hydraulicznych, stosuje się w niej małe i łatwe w transporcie urządzenia, a wymagania dotyczące przygotowania placu budowy są minimalne.

Pneumatyczny przebijak o takiej mocy jest używany do przebijania otworów o średnicy od 155 mm bez poszerzacza do 245 mm przy użyciu poszerzacza.

Dzięki sprężonemu powietrzu wytwarzana jest wystarczająca energia uderzenia, pod wpływem której otwarta rura stalowa o długości do 80 metrów jest wbijana w grunty o wysokiej wytrzymałości. Średnia prędkość układania przy tym wynosi 15 metrów na godzinę. Po ułożeniu rury są oczyszczane z gruntu wodą i sprężonym powietrzem. Rury o dużej średnicy są czyszczone ręcznie.

Zalety technologii mikrotunelowania

Proces mikrotunelowania jest w pełni zautomatyzowany. Rury osłonowe i robocze wykonuje się nie tylko ze stali, ale także z ceramiki, włókna szklanego, żeliwa i żelbetu. Średnia odległość drążenia bez przestawiania stacji podnośników wynosi od 100 do 250 metrów.

Zespoły mikrotunelowe umożliwiają układanie stalowych i żelbetowych obudów o średnicy do 1700 mm w gruntach zawierających głazy i wtrącenia skalne

Odległość zasięgu waha się w zależności od rodzaju gruntu, mocy ramy przepychającej, w którą wyposażony jest zespół mikrotunelowy, a także od materiału użytych rur – zależnie od tego, jakie siły ściskające rura może wytrzymać.

Zastosowanie urządzeń do wiercenia kierunkowo-ślimakowego

Wykorzystanie wiertnic ślimakowych jest tanią alternatywą dla mikrotunelowania. Urządzenia te pozwalają na układanie rur osłonowych z dużą dokładnością i zachowaniem projektowanego spadku, co jest istotne w przypadku grawitacyjnych sieci kanalizacyjnych.

Ograniczeniem w zastosowaniu mogą być kurzawki oraz duże twarde wtrącenia gruntu. Odległość drążenia zwykle nie przekracza 80 metrów.

Maksymalna długość odwiertu przed przestawieniem urządzenia ślimakowego – około 80 metrów. Zasięg zależy również od wytrzymałości rury osłonowej

Zastosowanie świdrów z wałem drążonym umożliwia wiercenie bez wykonywania komory odbiorczej.

Metoda horyzontalnego wiercenia kierunkowego (HDD)

Jest to chyba najbardziej kosztowna metoda spośród wszystkich istniejących w bezwykopowym układaniu rur, ale też najbardziej zaawansowana technologicznie.

Do HDD (horyzontalnego wiercenia kierunkowego) sięga się nie tylko w przypadku konieczności wiercenia na duże odległości i układania rur o dużych średnicach, ale także wtedy, gdy trzeba ułożyć krótki odcinek rurociągu o małej średnicy w bezpośrednim sąsiedztwie własności prywatnych lub obiektów wartości kulturowej.

W procesie stosuje się płyn wiertniczy, który zapewnia zmniejszenie tarcia podczas przeciągania przewodu rur, utrzymanie urobku w stanie zawieszonym, aby zapobiec obciśnięciu układanego materiału, chłodzenie i smarowanie urządzeń oraz wynoszenie urobku na powierzchnię.

Płuczka wiertnicza jest przygotowywana przez rozcieńczenie wodą bentonitu – naturalnego minerału z zestawem specjalnych dodatków. Uzyskana zawiesina zapobiega zawalaniu się kanałów, eliminuje potrzebę częściowego lub całkowitego pompowania wód gruntowych, ponieważ może pełnić swoje funkcje nawet w gruntach przepuszczalnych.

Wiercenie horyzontalne kierunkowe w gruntach nasyconych wodą wymaga ścisłej kontroli ciśnienia i wydatku płuczki wiertniczej, a także stosowania specjalnych dodatków w jej przygotowaniu.

Ponieważ woda do przygotowania płuczki pobierana jest z pobliskich zbiorników wodnych, należy uwzględnić obecność soli mineralnych i pH wód gruntowych, gdyż parametry te mogą wpłynąć na stabilność zawiesiny. Takie podejście pozwala uniknąć niekontrolowanego rozmycia.

Prowadzenie prac HDD można podzielić na kilka etapów:

• planowanie trajektorii wiercenia;
• przygotowanie miejsca prowadzenia prac;
• wykonanie pilotażowego otworu;
• etap rozszerzania otworu;
• przeciąganie wsteczne;
• przywrócenie terenu.

Przyjrzyjmy się każdemu punktowi planu.

Etap planowania i obliczania trajektorii otworu

Przed rozpoczęciem wiercenia należy obliczyć i zaplanować trajektorię przejścia otworu.

Należy uwzględnić nie tylko długość i głębokość trasy, ale także prawdopodobne przeszkody, takie jak:

• ściśliwość gruntu, jego porowatość i lepkość;
• zawartość wilgoci i poziom wód gruntowych;
• obecność dużych kamieni i skał;
• przylegające do strefy wiercenia podziemne struktury.

Określane są możliwe ryzyka, a powiadomienia wysyłane są do służb ratunkowych oraz do Zarządu Policji Drogowej.

Nawet przy układaniu mediów na niewielką odległość, należy dokładnie obliczyć trajektorię otworu, a także uwzględnić możliwe ryzyka.

Sporządza się rysunek trajektorii wiercenia lub wykonuje się oznakowanie bezpośrednio na powierzchni terenu. Przy poważnym podejściu inżynierskim uwzględnia się kąty wejścia i wyjścia świdra, a także minimalne dopuszczalne promienie krzywizny przewodu żerdzi.

Największe obciążenie urządzenia występuje przy jednoczesnym rozszerzaniu otworu pilotażowego i układaniu rurociągu, dlatego obliczenia wykonywane są z uwzględnieniem mocy sprzętu.

Organizacja miejsca wykonywania horyzontalnego wiercenia kierunkowego

Kompleks HDD jest dostarczany na obiekt, wyładowywany i ustawiany w miejscu prowadzenia prac. Należy sprawdzić kąt nachylenia ramy wiertniczej i wykonać zakotwienie urządzenia.

Bez takiego zamocowania samo wiertło, jego napęd i rama wiertnicza szybciej się zużywają, dlatego nie należy lekceważyć mocowania. Następnie należy wykonać testowy rozruch mieszalnika do zawiesiny i silników urządzenia, upewnić się co do stabilności połączeń węży układu hydraulicznego.

Wykonanie otworu pilotażowego

Wiercenie pilotażowe polega na przejściu całej długości trajektorii otworu o małej średnicy, wystarczającej do przeciągnięcia przewodu żerdzi. Pierwszy segment jest ładowany do żerdzi prowadzącej, połączenie gwintowe jest obficie smarowane i łączone z głowicą wiertniczą – urządzeniem składającym się z nadajnika systemu lokalizacyjnego, samego ostrza wiertniczego oraz filtra podawania zawiesiny.

Następnie podawany jest roztwór bentonitu i regulowane ciśnienie – jest to konieczne, aby upewnić się, że zawiesina przepływa przez węże do żerdzi wiertniczej, dociera do przewodu, filtra i dysz głowicy wiertniczej, a następnie wychodzi z odpowiednim ciśnieniem.

Operator urządzenia wykonuje otwór wejściowy prostopadle do powierzchni gruntu względem osi podłużnej głowicy wiertniczej, po czym przeprowadza wiercenie, kolejno przedłużając przewód żerdzi.

Niewielki zespół operatorów, minimalna ingerencja w istniejący krajobraz, wysoka szybkość budowy rurociągów – to ważkie argumenty przemawiające za technologią HDD

Operator systemu lokalizacyjnego zaznacza pozycje, głębokość i kąt wiercenia, porównuje z planowaną trajektorią i nanosi na plan rzeczywistą trajektorię, jeśli konieczna jest zmiana orientacji. Po pojawieniu się głowicy wiertniczej w punkcie wyjścia wiercenie pilotażowe zostaje zakończone.

Etapy poszerzania otworu i układania tunelu

W procesie wiercenia pilotażowego powstaje otwór o szerokości 75–100 mm, który jest wystarczający przy układaniu przewodów o małej średnicy. Jeśli średnica otworu jest mniejsza niż wymagana, w przeciwnym kierunku przeciągany jest rozszerzacz (reamer).

Często etap ten łączy się z układaniem przewodów, wówczas za obracającym się rozszerzaczem montuje się swivel, aby układany materiał nie uległ skręceniu.

W niektórych przypadkach, z uwzględnieniem sił potrzebnych do przeciągnięcia, osobno przeprowadza się poszerzenie otworu na tyle, aby rozmiar tunelu umożliwił ułożenie materiału o wymaganej średnicy.

Przeciąganie wsteczne odbywa się również przy podawaniu płynu wiertniczego, aby zmniejszyć tarcie materiału o ściany otworu. W miarę przeciągania przewodu na długość żerdzi operator HDD wyłącza podawanie zawiesiny, zatrzymuje obrót i odłącza żerdź, po czym wznawia pracę urządzenia.

Procedura jest powtarzana, aż rozszerzacz pojawi się z otworu wejściowego.

Zakończenie prac i przywrócenie zieleni

Po zakończeniu bezwykopowego układania rurociągu wyłącza się silnik urządzenia, odłącza ułożony przewód, usuwa złącza, swivel i filtr.

Wszystkie akcesoria są oczyszczane z ziemi, smarowane smarem odpornym na wilgoć. Pozostałości zawiesiny są wypompowywane, wykop zasypywany i, o ile to możliwe, przywracany jest krajobraz naturalny lub zbliżony do naturalnego.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Wiercenie otworu przy pomocy narzędzi ręcznych na prywatnej działce:

Film o zastosowaniu metody reliningu:

Zasada renowacji – zniszczenie stalowej rury:

Instrukcja krok po kroku dotycząca zastosowania kompaktowego urządzenia HDD:

Zastosowanie bezwykopowej metody układania sieci oznacza użycie specjalistycznego sprzętu i określonych urządzeń. Jednak na małe odległości można wywiercić otwór o średnicy 50-100 mm, mając pod ręką zwykłe urządzenia elektryczne. Najważniejsze to prawidłowo przeprowadzić obliczenia.

Czy mają Państwo pytania, znaleźli Państwo niedociągnięcia w naszym materiale lub mogą go Państwo uzupełnić cennymi informacjami? Prosimy o pozostawienie komentarzy w bloku pod artykułem.