Преимущества прокладки труб методом ГНБ – как выполняются работы

Технология бестраншейного строительства подземных коммуникаций

Процедура строительства коммуникаций под дорогами методом бурения состоит из этапов, каждый из которых имеет большое значение для достижения качественного конечного результата.

Последовательность бестраншейной прокладки водопровода следующая:

  1. Подготовительный этап. Проводится изучение состава грунта, наличия под землей естественных препятствий. Изучается схема прохождения ранее проложенных коммуникаций. Составляются проект и график проведения работ. Осуществляется получение разрешительных документов для пользования землей.

  2. Бурение пилотной скважины. Задачей данного процесса является изготовления канала заданной траектории, по которому будет вестись дальнейшее бурение. Для достижения нужного результата первой проходки используется навигационное оборудование, позволяющее определять местонахождение буровой головки в массиве грунта. Обход препятствий осуществляется путем дистанционного управления колонной с помощью ее изгиба в месте входа. В скважину подается буровой раствор, предотвращающий обрушение ее стенок. Результатом бурения является выход головки в расчетной точке.

  3. Расширение скважины. Применяются вращающиеся насадки, которые меняются после каждого прохода по каналу. Диаметр скважины постепенно увеличивается, пока не превысит на 25% сечение трубопровода.

  4. Протягивание труб. С помощью захватного устройства магистраль затягивается в скважину. Прикрепление новых секций путем сварки производится по мере погружения трубопровода в пробуренный канал.

На заключительном этапе проводится демонтаж оборудования, засыпка котлована, придание местности первозданного вида. Затем объект передается заказчику.

Перед началом работ тщательно изучаются свойства и состав грунта, дислокация существующих подземных коммуникаций, оформляются соответствующие разрешения и согласования на производство подземных работ. Осуществляется выборочное зондирование грунтов и, при необходимости, шурфление особо сложных пересечений трассы бурения с существующими коммуникациями.

Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтального направленного бурения осуществляется в четыре этапа:

  • бурение пилотной скважины,
  • последовательное расширение скважины,
  • протягивание трубопровода,
  • заключительный этап.

Чаще всего трубопроводные системы укладывают посредством вырытых траншей. Этот метод имеет некоторые существенные недостатки:

  • Нарушение плодородного слоя вследствие вскрытия грунта.
  • Удаление растительности, включая деревья и кустарники.
  • Высокие тарифы на проводимые работы.
  • Длительная подготовка.

Помимо этого канал, проходящий через дорожное полотно, невозможно проложить, не нарушив асфальтовое покрытие, что неизбежно приводит к реконструкции дороги по окончании работы. А перекрытие оживленного участка трассы может вызвать определенные трудности. Решением проблем в этом случае становится бестраншейную или закрытую прокладку коммуникационных линий, включая прокладку труб ГНБ.

Указанный метод имеет множество достоинств:

  • Меньшие материальные затраты на выполнение процесса.
  • Ускоренное выполнение монтажного процесса.
  • Минимальные трудозатраты, включая число рабочих.
  • Безопасность в экологическом плане.
  • Всесезонное проведение работ (мерзлый грунт затрудняет открытую укладку труб при низкой температуре воздуха).
  • Обеспечение безопасности проводимым работам.

Монтажный процесс, выполняемый на коротком участке, к примеру, под дорожным полотном, не требуют привлечения специальной техники. Процесс такой укладки достаточно прост. Для его выполнения требуется цилиндр определенного размера и штанга с элементами наращивания. Такое устройство позволяет вручную удалять грунт, но предварительно нужно выкопать небольшие котлованы по бокам дороги, то есть на входе и выходе трубы. Если монтаж предполагает работу на длинном участке, то необходимо привлечение специального оборудования.

История ГНБ

Согласно историческим документам, ГНБ изобретено в конце 15 века великим инженером и художником Леонардо да Винчи. Он придумал приспособление, с помощью которого можно было делать скважины в земле под любым углом, в том числе и горизонтально. За свою жизнь великий гений построил 10 буровых установок, которые стали прототипами для создания сначала ручной, а затем и первой полностью автоматической установки.

На протяжении дальнейшей истории технология горизонтального направленного бурения постоянно совершенствовалась, но не была массовой из-за недостаточно развитой промышленной базы. Прорыв наступил в 1971 году во время прокладки трубопровода в Калифорнии (США). Возникла необходимость его проведения через реку Педжеро, ширина которой в узком месте составляла около 200 м.

Данное мероприятие было поручено американскому промышленнику Мартину Черрингтону, который блестяще справился с поставленной задачей. Под рекой была пробурена скважина длиной 231 м и диаметром 115 мм.

В дальнейшем на фоне движения по облагораживанию инфраструктуры населенных пунктов, данная технология становилась все более популярной. Она применялась для прокладки газовых труб, водопроводов, электрических и телефонных кабелей без рытья канав и последующих восстановительных работ. Сегодня метод ГНБ используется во всех отраслях промышленности при обустройстве подземных магистралей местного и государственного значения.

Горизонтальное бурение, ставшее революционным в строительстве, было изобретено в 1963 году Мартином Черрингтоном, как альтернатива традиционному траншейному методу по прокладке коммуникаций.

Варианты закрытой прокладки

Бестраншейный способ прокладки труб используется при проведении разных коммуникационных систем:

  • Кабели связи.
  • Трубопроводы, транспортирующие нефть, газ и тепловые ресурсы.
  • Канализация, а также холодное и горячее водоснабжение.
  • Ремонтные работы на определенных участках трубопровода или замена отдельных участков трубы.

Закрытая прокладка трубопровода в настоящее время предполагает много способов исполнения. В частности выделяются следующие варианты:

  • Замена устаревших трубных изделий новыми элементами (санация).
  • Прокалывание грунта.
  • Продавливание грунта.
  • Горизонтально-направленное бурение.

Первый вариант (санация) используется при необходимости проведения ремонтных работ или требуется полная замена отдельных элементов трубопровода. Другие варианты подразумевают непосредственную укладку трубных элементов. Бестраншейная прокладка широко распространена, так как указанный способ помогает предотвратить множество проблем, возникающих при открытой укладке трубопровода.

Использование метода санации для ремонта и прокладки трубопроводов

Релайнинг

Этот способ предполагает сохранение старой системы и ее использование в качестве капсулы для нового трубопровода. Перед проведением работы требуется предварительная качественная очистка трубы от лишнего мусора. Затем в нее вставляют новый трубный элемент, имеющий меньший диаметр. Несмотря на то, что современные трубы производятся из материалов с отличными качественными характеристиками, старая конструкция может выступить в роли дополнительной защиты, снижая риск возникновения аварий.

Установки ГНБ

Установка ГНБ Universal HDD

Установка ГНБ Universal HDD

Установки (машины) ГНБ представляют собой комплексную строительную технику. Типичная машина включает в себя — раму, кузов, ходовую часть (гусеничную или колёсную) энергетическую установку (дизельный двигатель), гидростанцию, устройство подачи штанг, буровой лафет, панель управления (рабочее место оператора).

Установки классифицируются согласно максимальному усилию протяжки, измеряемому в тоннах. Другими важными характеристиками, которые косвенно связаны с ним, являются максимальный диаметр расширения и максимальная длина бурения.

Второстепенные показатели, которые могут характеризовать потребительские качества установки ГНБ — радиус изгиба колонны штанг (показывает, насколько сильно можно изменять траекторию пилотного бурения), а также расход бентонитового раствора (л./мин., показывает, насколько часто необходимо будет пополнять резервуар смесительного устройства для приготовления бурового раствора).

Для проделывания горизонтальных и криволинейных скважин применяются буровые установки российского и иностранного производства. Техника прокладывает трубопроводы во всех типах грунта в любое время года, независимо от погодных условий.

Оборудование направленного бурения ГНБ подразделяется на такие категории:

  1. Легкие. Базируются на гусеничном или колесном шасси. Предназначены для изготовления каналов диаметром до 100 мм и протяженностью до 50 м.

  2. Средние. Устанавливаются на гусеничное шасси, общий вес установок достигает 25 т. Используются для проделывания скважин диаметром до 200 мм и длиной до 100 м.

  3. Крупные. Представляют собой стационарные сооружения. При весе до 60 т способны проделывать скважины с сечением до 50 см и протяженностью до 200 м.

  4. Сверхкрупные. Оборудование модульного типа общим весом до 2000 т. Предназначены для прокладки магистральных трубопроводов. Установки способны делать скважины диаметром до 150 см и длиной 1000-1200 м.

Общее устройство буровых установок такое:

  1. База. Состоит из лафета, вращательного механизма, секций, муфты и пульта управления.

  2. Генератор. В зависимости от размера оборудования развивает мощность до 100 кВт.

  3. Режущий инструмент. Включает насадки различного размера и конфигурации, головки и расширители.

  4. Насосное оборудование. Предназначено для промывки колонны и закачки в трубы буровой жидкости.

  5. Система локации. Предназначена для управления движением колонны в нужном направлении.

В процессе изготовления скважин используются специальные смазки и растворы.

Монтаж труб методом прокола

Метод прокола используется чаше всего на глинистых и суглинистых почвах. Таким способом можно укладывать трубы диаметром не более 600 мм. Максимальное расстояние, на которое можно прокладывать трубы с использованием прокола грунта, составляет 60 метров. Такая проводка предполагает уплотнение почвы вокруг трубы.

Чтобы уменьшить коэффициент трения и сопротивления в грунте, можно использовать наконечник в виде конуса. Основание этого элемента должно быть шире самой трубы на 2 см. Трубопроводы, имеющие небольшой диаметр, можно прокладывать без использования наконечника, прокол выполняется непосредственно трубой.

Система локации в ГНБ как инструмент управления

Метод ГНБ позволяет прокладывать подземные инженерные коммуникации с высокой точностью и скоростью. В буровой головке установлен зонд, который по оптическому кабелю, длина которого может составлять до 1500 м, передает информацию на пульт синхронизации о своем местоположении. В нужный момент оператор изменяет угол скоса головки, после чего колонна изменяет направление, обходя естественные или искусственные препятствия.

Управление в ГНБ — очень важный момент. Бур в процессе работы находится вне зоны видимости и досягаемости, и неконтролируемое бурение может привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому в производстве работ ГНБ для контроля процесса бурения применяются системы локации. Система локации представляет собой зонд, который расположен на буровой головке, и специальный прибор синхронизации с этим зондом, который находится в руках у оператора системы локации (локаторщика) на земной поверхности.

Метод продавливания грунта

Проведение трубопроводов бестраншейным способом также предполагает использование метода продавливания грунта. Этот вариант более эффективен при укладке стальных труб большого диаметра, до двух метров. Процесс аналогичен методу прокалывания, но продавливание выполняется открытым концом. Образующуюся в результате землю удаляют.

Необходимая степень усилия для продавливания создается гидравлическими домкратами, установленными по всей окружности трубы. Работы такого типа можно проводить на грунте с большим содержанием глины, суглинков и песка. Оптимальная величина диаметра используемых труб может лежать в пределах от 60 см до 172 см.

Продавливание грунта выполняется следующим образом:

  • Вначале необходимо вырыть котлован.
  • Затем устанавливается упорная стена, на которой крепятся домкраты.
  • Соединяют один конец трубы и домкраты, расположенные на стене. Другой конец остается открытым.
  • Усилия, создаваемые домкратами, переходят на трубу, ее свободный конец вдавливается в слой грунта.
  • Движение детали в грунте приводит к образованию внутри земляного столба. Его удаляют с помощью лопат, имеющих длинную и короткую рукоятку, а также используя ударные пневматические приспособления.

Горизонтально-направленное бурение для прокладки труб

Порошок для изготовления бурового раствора для ГНБ и расширитель.

Порошок для изготовления бурового раствора для

ГНБ

и расширитель.

Специалисты по ГНБ уделяют много времени вопросам улучшения качества промывочных жидкостей при бурении горизонтально направленных скважин. Известно, что буровой раствор оказывает большое влияние на продуктивность и эффективность всего процесса: скорость бурения, экологическую обстановку, безопасность работ. В ГНБ качество бурового раствора гарантирует 70−80 % успешного выполнения работ по прокладке коммуникаций.

Осуществляя работы в песчаных грунтах, специалисты ГНБ часто сталкиваются с проблемой фильтрации и водопоглощения, это обусловлено свойствами самого грунта, так как песок по своей природе порист и высоко проницаем. Что касается сланцевых глин и суглинков, часто встречающихся в местах проведения буровых работ, то под воздействием воды такие виды пород становятся липкими и набухают.

метод ГНБ прокладка труб технология

Для избежания данных проблем используют бентонитовые буровые растворы и различные компоненты для ликвидации осложнений, ингибиторы или стабилизаторы глин, смазочные добавки для смазки инструмента и стенок скважины для облегчения проходки, полимеры, загущающие буровой раствор для поддержания его необходимой вязкости.

Большая часть операторов ГНБ использует «одномешковые» многокомпонентные смеси на основе бентонита для облегчения приготовления промывочной жидкости с низким содержанием твёрдой фазы на объекте выполнения работ.

На крупных объектах раствор готовится индивидуально, согласно геолого-технологическому наряду (ГТН), диаметру протягиваемой трубы, составу грунтов, мощности насоса и тяговому усилию установки.

В процессе бестраншейного строительства для обеспечения бесперебойной работы установки ГНБ используются специальные жидкости. Буровой раствор изготавливается из глины, которая при контакте с водой набухает и застывает, образуя твердую корку. Бентонит предназначен для охлаждения буровой головки и укрепления стенок траншеи.

Бестраншейная прокладка труб также может выполняться горизонтально-направленным бурением (ГНБ) грунта. Прокладка трубы методом ГНБ выполняется с использованием буровой техники.

Бестраншейная прокладка труб с применением метода ГНБ выполняется в три этапа:

  • Бурение скважины.
  • Увеличение ширины скважины.
  • Прокладка трубных элементов.

Выполнение прокладки труб методом горизонтального направленного бурения возможно только при помощи буровой установки, оснащенной специальным наконечником. Гибкая штанга, соединенная с наконечником, дает возможность изменять траекторию бурения. Это особенно важно в тех ситуациях, когда необходимо предотвратить столкновение бура с естественными препятствиями в грунте.

Заключительный этап технологии прокладки труб методом ГНБ предполагает непосредственное протягивание трубы. Процесс заключается в следующем: на специальной штанге фиксируется плеть коммуникации и вся конструкция протягивается в скважину машиной ГНБ. Использование бурильного раствора облегчает протягивание трубных изделий по горизонтальному каналу, снижая коэффициент трения.

Проведение различных коммуникационных систем с использованием бестраншейных методов  прокладки труб – это современная технология, с помощью которой можно существенно сэкономить ресурсы. При этом существует несколько способов ее реализации, которые позволяют выбрать подходящий вариант для определенного случая.

Основные преимущества эксплуатации

  • Возможность бестраншейного строительства, ремонта и санации подземных коммуникаций:
    • под реками, оврагами, лесными массивами; в специфических грунтах (скальные породы, плавуны);
    • в охранных зонах высоковольтных воздушных линий электропередач, магистральных газо-, нефте-, продуктопроводов;
    • в условиях плотной жилищной застройки городов при прохождении трассы под автомагистралями, трамвайными путями, автомобильными дорогами, скверами и парками;
  • Сокращение сроков и объёма организационно-технических согласований перед началом работ в связи с отсутствием необходимости остановки движения всех видов наземного транспорта, перекрытия автомобильных и железных дорог;
  • Значительное сокращение сроков производства работ за счёт использования высокотехнологичных буровых комплексов;
  • Значительное сокращение количества привлекаемой для прокладки трубопроводов тяжёлой техники и рабочей силы;
  • Уменьшение риска аварийных ситуаций и, как следствие, гарантия длительной сохранности трубопроводов в рабочем состоянии;
  • Отсутствие необходимости во внешних источниках энергии при производстве работ в связи с полной автономностью установок;
  • Отсутствие необходимости производства работ по водопонижению в условиях высоких грунтовых вод.
  • Уменьшение сметной стоимости строительства трубопроводов за счёт сокращения сроков производства работ, затрат на привлечение дополнительной рабочей силы и тяжёлой землеройной техники;
  • Минимизация затрат на энергообеспечение буровых комплексов вследствие экономичности используемых агрегатов;
  • Отсутствие затрат на восстановление повреждённых участков автомобильных и железных дорог, зелёных насаждений и предметов городской инфраструктуры;
  • Сокращение эксплуатационных расходов на контроль и ремонт трубопроводов в процессе эксплуатации.
  • Сохранение природного ландшафта и экологического баланса в местах проведения работ, исключение техногенного воздействия на флору и фауну, размыва берегов и донных отложений водоёмов;
  • Минимизация негативного влияния на условия проживания людей в зоне проведения работ.