Основные бестраншейные методы восстановления трубопроводов водопроводных и водоотводящих сетей путем нанесения внутренних оболочек.

Задание на 07.02.22. Уважаемые студенты изучите тему урока, разнесите материал в таблицу. Заполняете только указанные в таблице технологии.

Тема: Бестраншейные технологии реконструкции трубопроводов

Под бестраншейными технологиями понимаются технологии прокладки, замены, ремонта, инспекции и обнаружения дефектов в подземных коммуникациях различного назначения с минимальным вскрытием земной поверхности. Бестраншейные технологии санации и прокладки трубопроводов наряду с оперативностью и экономичностью по сравнению с традиционными методами (проведения земляных работ с раскопкой траншей, ремонтом или заменой трубопровода новым) позволяют сохранить высокое качество транспортируемых вод и не нарушать сложившуюся экологическую обстановку. Особого внимания заслуживает весьма интересный с практической и научной точки зрения вопрос оценки прогиба труб от грунта при бестраншейной и траншейной реконструкции трубопроводов. Несмотря на кажущееся сходство, статическая работа труб, уложенных по бестраншейной технологии, существенно отличается от работы труб, уложенных в траншею. Несущая способность объединенной системы «грунт-труба» намного выше, чем несущая способность недавно засыпанной и уплотненной траншеи.

Основные бестраншейные методы восстановления трубопроводов водопроводных и водоотводящих сетей путем нанесения внутренних оболочек.

Согласно международной классификации поврежденные трубопроводы подвергаются восстановлению путем нанесения на внутреннюю поверхность стенки трубопровода:

• сплошных набрызговых покрытий на основе цементно-песчаных растворов, а также эпоксидных смол;
• сплошных покрытий в виде гибких полимерных рукавов (оболочек, мембран, рубашек) или труб из различных материалов;
• сплошных покрытий из отдельных элементов на основе листовых материалов (гибкого полиэтилена или твердого стекло пластика);
• спиральных полимерных оболочек;
• точечных (местных) защитных покрытий.

Отличительной особенностью бестраншейного восстановления (санации) от бестраншейной прокладки является сохранение старого трубопровода в качестве основы конструкции.

1.Набрызговые покрытия на основе цементно-песчаных растворов. Цементно-песчаные покрытия являются надежным средством ликвидации различного рода дефектов на внутренней поверхности стальных и чугунных труб, а также противокоррозионным материалом, однако не могут быть использованы для восстановления сильно разрушенных трубопроводов.

В отечественной практике в качестве исходных материалов для приготовления цементно-песчаного раствора используются портландцемент марки 500 (ГОСТ 1078 – 85) и мелкозернистый кварцевый песок, фракционированный по ГОСТ 8736 – 85 и ГОСТ 10268 – 80. Минимальная толщина защитного слоя определяется диаметром и материалом труб, а требуемая – сроком их эксплуатации, толщиной стенок и физическим состоянием (износом). Требуемая толщина защитного слоя достигается устанавливаемой ранее скоростью передвижения агрегата в трубе при постоянных значениях производительности насоса, подающего цементный раствор, и скорости вращения центробежной головки. Область применения метода восстановления путем нанесения цементно-песчаных покрытий - стальные и чугунные трубы диаметром 150–1 500 мм независимо от давления воды.

Работы по нанесению таких покрытий могут выполняться методом центрифугирования (рис. 1) или центробежного набрызга.

Рис.1. Схема нанесения цементно-песчаного покрытия методом центрифугирования на трубопроводы малого диаметра:

1 – насос для временного отвода сточной жидкости; 2 – временный запорный орган (задвижка); 3 – лебедка; 4 – подлежащий обработке трубопровод; 5 – трубопровод транспортировки раствора; 6 – дозировочный насос для цементного раствора; 7- емкость для цементного раствора; 8 – электрошкаф; 9 – разбрызгивающее устройство; 10 – обработанный участок трубы.

К достоинству метода можно отнести относительную простоту технического исполнения и низкую стоимость ремонтных работ, которая составляет около 30 % стоимости нового строительства. Тонкая и гладкая поверхность облицовки после ее затирки обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и потерь напора в трубопроводах при незначительном уменьшении его внутреннего диаметра. После нанесения цементно-песчаного покрытия трубопровод может быть пущен в эксплуатацию через 3–5 суток, т.е. технологический цикл процесса является относительно продолжительным. Покрытие сохраняется стабильным в течение длительного срока эксплуатации (50 лет).

2.Сплошные набрызговые покрытия из эпоксидной смолы. В состав покрытий кроме смолы входят волокнистые добавки на основе стекла, которые защищают трубопровод от коррозии и абразивного износа, гарантируя водонепроницаемость стенок. Нанесение раствора осуществляется как и в случае использования цементно-песчаного раствора центрифугированием с помощью вращательных устройств со щетками. Метод нашел применение за рубежом в основном для санации водоотводящих сетей. Его особенностью является более тщательная предварительная подготовка (чистка) внутренней поверхности реабилитируемых трубопроводов.

Сплошные покрытия в виде гибких полимерных рукавов или труб из различных материалов. Данный тип покрытий применяется для санации как водопроводных, так и для водоотводящих труб. Условия применения метода:стальные и чугунные трубы диаметром 100–900 мм; максимальная длина ремонтного участка за один цикл (проход) – 600 м (при диаметре труб до 600 мм).

Рис. 2. Схема нанесения внутреннего покрытия из гибких пластичных материалов: 1 – восстанавливаемый участок; 2 – защитное покрытие; 3 – направляющий ролик; 4 – лебедка; 5 – трос; 6 – емкость с горячим воздухом; 7 – специальный груз.

Полиэтилен имеет уникальные свойства, которые позволяют использовать его при восстановлении трубопроводов. Одно из них заключается в том, что при монтаже плетей трубопроводов из отдельных звеньев труб возможно использование бесшовной сварки плавлением. При этом труба может быть соединена с другой полиэтиленовой арматурой, например, клапанами, боковыми отводами, задвижками, обеспечивая полную герметизацию системы.

Другое уникальное свойство полиэтилена, которым воспользовались на практике ремонта трубопроводов, заключается в удерживании в памяти первоначальной формы благодаря своей специфической молекулярной структуре. Это свойство используется для изготовления складывающихся труб, что весьма целесообразно при транспортировке и прокладке сетей. По завершению прокладки звеньев труб на санируемых участках сети, они принимают свою первоначальную форму, создавая герметичную обделку, вплотную примыкающую к внутренней поверхности практически любых типов трубопроводов.

При нанесении на санируемые трубопроводы как гибких внутренних покрытий (оболочек, мембран, рукавов), так при введении в них полимерных труб наряду с обеспечением полной герметичности стенок достигается их высокая сопротивляемость динамическим нагрузкам.

Введение в трубопровод и закрепление в нем оболочек может достигаться либо путем протаскивания бесшовного покрытия на всю длину восстанавливаемого участка между двумя колодцами с последующим прижатием ее специальным грузом в форме баллона и подачей под давлением горячего воздуха или водяного пара (рис. 2), либо постепенным введением на восстанавливаемый участок скрученной в рулон оболочки в виде чулка (лайнера) с прижатием ее к стенке давлением жидкости (рис 3).

Рис. 3. Схема нанесения внутреннего защитного покрытия по технологии фирмы Enterpose: 1 – восстанавливаемый трубопровод; 2 – защитное покрытие в виде чулка; 3 – направляющие ролики.

В результате процесса полимеризации происходит затвердевание сплошной защитной оболочки, после чего все устройства и жидкость из трубопровода удаляются. Коммуникации могут быть сданы в эксплуатацию через несколько суток после проведения описанных работ.

Технология сплошного покрытия путем введения в старый трубопровод нового из полимерных материалов. При реализации этой технологии происходит значительное уменьшение живого сечения трубопровода (например, в трубе диаметром 400 мм после санации условный проход составляет лишь 315 мм).

Для исключения указанного недостатка немецкой фирмой Preussag разработана технология санации, получившая название Swagelining. С помощью данной технологии и ее модификаций в различных странах мира восстановлено свыше 800 км трубопроводов. Преимущество технологии состоит в том, что санация осуществляется тонкими полиэтиленовыми трубами, которые позволяют восстановить сети практически без уменьшения сечения трубопроводов. Сущность происходящих процессов восстановления трубопроводов состоит в том, что после операций прочистки внутренней поверхности подлежащего обновлению трубопровода в него втягивается полиэтиленовая труба сплющенной U-образной формы, называемая U-Liner (рис. 4).

Рис. 4. Форма полиэтиленовой трубы при втягивании в санируемый трубопровод (а) и после расширения внутри него (б): 1 – полиэтиленовая труба; 2 – изношенный трубопровод.

Под давлением пара труба приобретает круглую форму, плотно прилегая к внутренней поверхности трубопровода без образования кольцевого зазора. Диапазон диаметров санируемых трубопроводов по данной технологии 100 – 800 мм. Максимальная протяженность реабилитируемого участка составляет до 600 м.

Сплошные покрытия из отдельных элементов на основе листовых материалов (гибкого полиэтилена или твердого стеклопластика). Технология нанесения гибкого защитного листового материала с зубчатой скрепляющей структурой (НDPЕ) по системе Trolining заключается в его протяжке в санируемый трубопровод, плотном креплении к нему цементирующим материалом (Trolining Injector) и экструзионной сваркой под давлением (рис. 5); предназначена для восстановления водоотводящих коллекторов.

Рис. 5. Схемы установки листовых полученных зубчатых секции по технологии Trolining:

а – базисная система установки (с одной зубчатой секцией и заполнением пустот между внутренней поверхностью трубы и зубчатыми элементами); б – то же с использованием промежуточного защитного слоя.

Другой метод нанесения защитных оболочек, в основе которого лежит использование стеклопластика, применяется, как правило, для водоотводящих коллекторов, имеющих форму овоидального или шатрового сечения. Метод заключается в монтаже и креплении друг к другу предварительно заготовленных в заводских условиях отдельных элементов (блоков, панелей) внутренней футеровки коллектора с последующим нагнетанием цементно-песчаного раствора в кольцевое пространство между вновь установленными панелями и внутренней поверхностью существующего трубопровода.

Рис. 6. Фрагмент подачи листового материала с зубчатой скрепляющей структурой HDPE.

Уменьшение живого сечения трубопровода при реализации метода компенсируется снижением коэффициента шероховатости новой конструкции трубопровода, что в конечном итоге способствует сохранению пропускной способности водоотводящего коллектора. По данному методу реконструированы кирпичные водоотводящие коллекторы на Невском проспекте в г. Санкт-Петербурге обшей протяженностью 6 км, которые были проложены в 1890–1930 гг.

Спиральные полимерные оболочки. Данный тип защитных оболочек применяется для реабилитации безнапорных трубопроводов систем водоотведения.

Они позволяют облицовывать внутреннюю поверхность трубопроводов поливинилхлоридной (ПВХ) лентой (рис 7)

Для этого в колодце устанавливается специальный станок осуществляющий несколько функций: нанесение (навивку) ленты по внутреннему диаметру трубопровода, ее крепление, заливку клеящей смолы, проталкивание образовавшегося каркаса из ПВХ внутрь санируе-

Рис. 7. Схема нанесения защитной поливинилхлоридной ленты по технологии Ribloc фирмы Bonna: 1 – фрагмент санируемого трубопровода; 2 – поливинилхлоридная лента.

мого трубопровода, расширение каркаса для его фиксации на восстанавливаемом сооружении. Методы позволяют восстанавливать трубопроводы диаметром до 1200 мм и длиной до 200 м за один рабочий цикл.

Точечные (местные) защитные покрытия. Данный тип покрытий характерен при ликвидации одиночных (точечных) сквозных, в том числе периферийных, трещин, вызванных рядом обстоятельств:

подвижкой грунта (например, при проведении вблизи трасс земляных работ, при воздействии на трубопроводы сверхнормативных нагрузок от дорожного движения, землетрясений и т.д.);

местной (очаговой) коррозией стенок трубопроводов.

Покрытия для точечного ремонта могут также использоваться в качестве герметичных соединений отдельных труб при реализации различных способов бестраншейного восстановления сетей.

Рис. 8. Фрагмент ремонтного участка трубопровода с установленной в нем ремонтной гильзой Grouting Sleeve.

Рис. 9. Схема установки шарнирной тонкостенной облицовки Grouting для трубопроводов диаметром 600 – 2 800 мм:

а – ввод сложенной гильзы в трубопровод; б- последовательное разжатие домкратами сегментов А и В; в – нагнетание полиуретановой мастики Р.

Защитные покрытия для местного ремонта могут быть в виде: жидких растворов, твердеющих после операций нанесения на поврежденные поверхности; растворов полужидкой консистенции; волокнистых материалов с пропиткой смолами, профильных резиновых уплотнителей; гильз из нержавеющей стали; композиционных составов холодного отверждения и т.д.

Американская фирма Link-Pipe разработала метод Grouting Sleeve, согласно которому для селективного ремонта единичных дефектов используются деформированные гильзы из нержавеющей стати Ремонтные гильзы, имеющие длину 300-900 мм и диаметр 150-1350 мм. предварительно обкладываются снаружи эластичным материалом с нанесением на него нормируемого количества быстротвердеющего клеевого состава. Затем гильзы разжимаются с помощью пневмоцилиндра до проектного размера. При этом клеевой состав заполняет поры в трубопроводе и прилегающем грунте, а в месте ремонта трубопровода образуется плотное твердое тело, обеспечивающее герметичность системы.

Разрез санируемого трубопровода с ремонтной гильзой Grouting Sleeve и основные технологические операции по установке гильз представлены на рис. 8, 9.

Французской фирмой Ercana для кольматации щелей в стенках трубопроводов и в местах нарушения стыковых соединений используются специальные составы, например акриловая смола (рис. 10) Необходимые для реализации процесса материалы и оборудование (насосы для нагнетания смолы, баллоны со смолой и сжатым воздухом, лебедки с тросами, телевизионная камера, контрольно-измерительная аппаратура и др.) перевозятся автотранспортом.

Рис. 10. Схема точечного ремонта раструбного соединения с использованием акриловой смолы:

1 – направляющий ролик; 2 – лебедка; 3 – трос; 4 – автомобиль со вспомогательным оборудованием; 5 – шланг подачи воды; 6 – самоходное устройство с насосом для нагнетания смолы; 7 – затвердевшая смола; 8 – поврежденный участок трубопровода; 9 – телевизионная камера.

В основном данный метод ремонта применяется для восстановления пропускной способности водоотводящих сетей и пока только в редких случаях в системах водоснабжения для ликвидации лучевых трещин.

Технология точечного ремонта водоотводящих сетей на длине ремонтного участка трубопровода до 1,2 м разработана немецкой фирмой Janssen GmbH. В ее основе лежит использование двух элементов: зонда-накопителя и особой синтетической смолы. Зонд вводится внутрь поврежденного участка трубопровода, где имеются разрывы, трещины или свищи. Через зонд происходит нагнетание двухкомпонентной синтетической смолы, которая в течение 20 мин образует наружную муфту вокруг мест повреждения и выполняет роль поддерживающей подушки для трубопровода. Выступающие внутрь соединения труб или иные помехи движению зонда предварительно срезаются специальной фрезой. Процесс ремонта внутри трубопровода контролируется с помощью видеокамеры, снабженной пультом дистанционного управления. При реализации технологии в большинстве случаев необходимо перекрытие трубопровода или отвода потока воды в ином направлении. Однако зонд устроен так, что через него возможно свободное прохождение некоторого количества сточной жидкости. В момент нагнетания смолы также не исключено и просачивание грунтовых вод через ликвидируемые трещины или другие дефекты. Данное обстоятельство не нарушает технологический режим, и после отвердения смолы трещины эффективно кольматируются за счет ее расширения.

В последние годы широкое применение в области водоснабжения и водоотведения находят ремонтно-восстановительные технологии, основанные на применении композиционных материалов холодного отвердения.