Гидравлика в бестраншейных технологиях

1. Главная

В данной статье детально рассмотрены установки для прокладки новых и замены изношенных труб (с их одновременным разрушением), действующие методом втягивания новых труб. Такие машины предназначены, главным образом, для реконструкции водопроводов и канализационных сетей.

В начале 80-х гг. профессионалы в области гражданского строительства Великобритании усомнились в эффективности использования обычных траншейных методов строительства в коммунальном хозяйстве. Неэффективность использования открытых методов, повреждение существующих коммуникаций становились общественной проблемой, которую не могли больше игнорировать. Это и послужило началом для создания международной организации по бестраншейным технологиям. 8 сентября 1986 г. Был сформирован комитет регулирования и принято решение назвать новое общество «Международное общество бестраншейных технологий». ISTT было юридически зарегистрировано в Великобритании. В феврале 2001 г. общество присоединилось к Организации объединенных наций (UNEP) с Программой защиты окружающей среды.

Российское общество по внедрению бестраншейных технологий НП «РОБТ» образовано в марте 2002 г. Целью НП «РОБТ» является консолидация усилий строителей, проектировщиков, ученых и общественности на широкое внедрение экономичных, надежных и экологически безопасных бестраншейных технологий на территории России и за ее пределами.

Оборудование для бестраншейных технологий можно разделить на 3 вида, каждый из которых имеет свою область эффективного применения:

• вибрационные системы – пневматические пробойники
• установки горизонтально-наклонного бурения
• машины для гидростатического вдавливания или протягивания новых труб, в т.ч., с одновременным разрушением заменяемых изношенных труб

Пневматические пробойники используют для прокладки новых трубопроводов и для их реконструкции – замены с разрушением старых труб – в местах, где допустимо вибрационное воздействие на грунт. Установки горизонтально-наклонного бурения (ГНБ) применяют для прокладки новых трубопроводов. Эти машины являются наиболее дорогостоящим видом оборудования для бестраншейных технологий.

Машины, использующие гидростатический метод, подразделяются на 2 группы

• установки для прокладки новых трубопроводов путем вдавливания в грунт труб стандартной длины с последующим их соединением в единую магистраль
• установки для прокладки новых и замены изношенных труб (с их одновременным разрушением), действующие методом втягивания новых труб. Эти машины предназначены, главным образом, для реконструкции водопроводов и канализационных сетей, что является в настоящее время в России одной из важнейших проблем

Многие фирмы обладают не одной, а несколькими бестраншейными технологиями. Это позволяет работать наиболее эффективно и выбирать в каждом случае необходимый способ.

В настоящее время разработан и применяется обширный модельный ряд машин этой группы, который можно разделить на 2 типа по способу втягивания труб. В машинах первого типа для втягивания трубы используется трос или цепь. Такие машины используются только для замены изношенных труб, как правило, небольшого диаметра, с размещением силового блока установки в колодце. В машинах второго типа для втягивания трубы используется набор штанг, обычно жестко соединяемых одна с другой. Эти машины применяют не только для замены изношенных труб, но и для прокладки новых трасс. В последнем случае с помощью набора штанг производят предварительную проходку («прокол») участка, на котором необходимо проложить новую трубу.

Как показано далее, машинам второго типа могут быть приданы функции установок ГНБ. Таким образом, эти машины являются наиболее универсальным и в то же время экономичным бестраншейным оборудованием.

В процессе развития бестраншейных технологий новые разработки позволили сделать метод доступным и простым в использовании. Для осуществления работы используется котлован или колодец, куда непосредственно помещается силовой блок машины. Это возможно за счет тщательного расчета всех узлов на стадии проектирования. Оптимальная компоновка узлов позволяет размещать силовые блоки установок в габаритах стандартных колодцев. Работа ведется набором штанг различного диаметра, в зависимости от необходимой нагрузки. Сама нагрузка определяется видом материала трубопровода и его диаметра. При этом, принцип использования штанг как рабочего органа изменился по сравнению с предыдущими конструкциями.

Штанга представляет гладкий цилиндр, на концах которого выполнены наружная и внутренняя замковые резьбы, служащие для соединения штанг между собой. В установках с большим тяговым усилием (60 т и более) штанги довольно массивны, поэтому в них имеется специальный гидрофицированный ключ для свинчивания и развинчивания штанг.

Было предложено и применено на практике использование полых штанг. В настоящее время выпускаются исполнения установок для сплошных и для полых штанг. Последние дороже, но при равной прочности обладают меньшей массой, что облегчает труд операторов. Штанги изготавливаются из высокопрочных материалов; вследствие больших нагрузок к точности изготовления резьб предъявляются высокие требования. Для увеличения прочностных характеристик резьбового соединения, срока службы и улучшения свинчивания штанг разработана нестандартная замковая резьба. Опыт работ выявил большую надежность, прочность и долговечность такой резьбы.

Бестраншейные установки могут работать как в случае прокладки нового трубопровода, так и при замене старого, поврежденного участка водоснабжения или любого другого типа трубопровода.

После того как машина должным образом установлена в колодце, можно начинать работу. Требования к установке машины, в основном, определяются требованиями к точности прокладки. Оператор подает первую штангу в зажимное устройство силового блока, на ее передний конец устанавливается наконечник. Вторая штанга вставляется в гидрофицированный ключ, оснащенный вращателем и зажимом штанги. С помощью пульта управления оператор зажимает первую штангу в зажимном устройстве и включает вращение и зажим второй штанги в ключе для свинчивания штанг между собой. После свинчивания зажим ключа отпускается, гидроцилиндры силового блока подают штанги в грунт. Постепенно увеличивая длину става штанг, проколом грунта достигают второго колодца.

Во втором колодце подготавливают трубопровод, подлежащий прокладке. Далее, к первой штанге става крепится расширитель. В задней части расширителя закрепляют новый трубопровод и производят затягивание его в грунт до первого колодца, последовательно отвинчивая высвобождающиеся штанги.

На первом этапе работ выполняются те же операции, что и при прокладке нового трубопровода, с тем отличием, что штанги заталкиваются не в грунт, а в подлежащую замене трубу до выхода во второй колодец. Затем на первой штанге става крепится расширитель с установленными на его передней части разрушающими ножами. К расширителю крепят новый трубопровод, после чего протягивают его к первому колодцу. В процессе протягивания старый трубопровод разрушается ножами, его остатки вдавливаются расширителем в грунт.

Правильный выбор расширителей и разрушающих ножей является одним из важных условий успешного выполнения работ. Часто на практике возможен сбой в работе, создание аварийных ситуаций по причине неточного расчета и проработки конструкции расширителей.

В ходе исследований были рассмотрены различные конструкции расширителей. Чаще всего расширитель представляет собой коническую головку с вмонтированными ножами. Ножи рассчитаны на разрушение материала трубопровода. Количество ножей определяется конструкцией расширителя.

Скорость проталкивания штанг и втягивания нового трубопровода зависит от мощности и величины подачи насоса гидростанции. Производительность при выполнении работ зависит также от осевого размера штанг и величины хода гидроцилиндров. Штанга может подаваться за один или несколько ходов. Поэтому длина гладкого участка штанги находится в зависимости от длины хода гидроцилиндра и кратна ей. Чаще всего это соотношение равно двум.

Увеличение хода гидроцилиндров и длины штанг повышает производительность работы, но в то же время требуют увеличения, часто нежелательного, осевого габарита установки. В связи с этим были проведены исследования различных компоновок, схем подключения, конструкций гидроцилиндров и силовых рам установок. Разработаны и применяются различные формы опорных щитов с специальными отверстиями. В настоящее время применяются схемы с дифференциальным подключением гидроцилиндров и с использованием быстроразъемных соединений.

Всесезонный и, порой, круглосуточный режим применения такой техники говорит о ее высокой надежности.

Возможность размещения силового оборудования в колодце без разрушения его верхней части является главным преимуществом установок колодезного типа перед котлованными установками. Колодезные (шахтные) установки не имеют ограничений по глубине, не требуют рытья котлованов. В то же время они могут быть использованы и для работы в котлованах.

Гидравлические машины в бестраншейных технологиях характеризуются

• низкой себестоимостью
• малыми энергетическими затратами
• высокой культурой производства работ
• возможностью выполнять работы в любых грунтах (кроме состоящих, более чем, на 50% из камней)
• меньшим риском повреждения существующих коммуникаций
• меньшим уплотнением грунта по сравнению с другими бестраншейными технологиями

Оборудование позволяет выполнять следующее работы

• заменять старые трубопроводы (с разрушением их или без разрушения), сохраняя или увеличивая внутренний диаметр до 1,5 раза
• производить «проколы» ø40-130мм длиной до 120м, в т.ч., с управлением траекторией
• прокладывать новые трубопроводы
• прокладывать коллекторы под железными и автомобильными дорогами методом вдавливания

Развитие бестраншейных технологий диктует все большие требования к точности и делает возможным совмещение нескольких технологий на базе одной машины.

Работа при большей точности осуществляется за счет оснащения машин системами управления положением рабочего органа, системами управления с отрицательной обратной связью. Датчик обратной связи, например на основе луча лазера, отслеживает положение рабочего органа, после чего вырабатывается сигнал рассогласования. В системе происходит преобразование полученной информации в сигнал управления, и постепенно система настраивается на желаемый результат.

Управление положением рабочего органа может осуществляться и с поверхности. На данный момент существует много современных локационных систем. Большинство из них являются системами с обратной связью. Сам рабочий орган при этом представляет собой корпус с установленным в нем зондом-излучателем и несимметричным передним наконечником.

Соответственно сигналу, штанга поворачивается на определенный угол и подается вперед. При таком движении фиксируется положение рабочего органа, необходимое для коррекции траектории прокола. Это позволяет осуществлять более точную прокладку трубопровода и обойти препятствия в виде арматуры, балок и других конструкций, находящихся в грунте на линии траектории прокладки коммуникации. Совмещение в одной установке таких методов, как прокол, гидростатическое разрушение и бурение позволит существенно расширить возможность применения бестраншейных технологий для прокладки и реконструкции инженерных коммуникаций.

Дальнейшее развитие и совершенствование гидравлических машин в области бестраншейных технологий, а также их оснащение системами управления необходимы по следующим причинам:

• наличия плотной застройки и развитой системы коммуникаций, обуславливающих требования к компактности и удобству эксплуатации машин
• обеспечение прокладки самотечных систем, требующей высокой точности
• возможность создания и отработки специальной траектории

Для прокладки коммуникаций бестраншейным методом используют машины циклического действия. Одним из основных движений является повторный захват штанги в начале нового цикла. Зажим штанги за цилиндрическую часть дает большие возможности использования гидравлического зажимного устройства.

В разрабатываемых машинах применены новые, по сравнению с зарубежными аналогами и конструкциями прошлых лет, типы гидравлических зажимных устройств.

Большие зажимные усилия при достаточно компактных размерах конструкции, а также быстродействие таких устройств возможно благодаря оснащению машин гидравлическими системами. Гидравлические зажимные устройства таких машин работают при давлении до 50 МПа и сравнительно небольших подачах,- до 10 л/мин. Штанга может фиксироваться как для подачи, так и для свинчивания. Часто возникает необходимость в передаче вращательного движения на рабочие органы. Поэтому возможно использование гидравлического зажимного устройства в качестве вращателя.

В настоящее время применяют несколько типов гидравлических зажимных устройств, работающих при вращении. Это устройство для автоматического свин-чивания штанг, работающее по принципу обгонного механизма, приводимого в движение от гидромотора. А также зажимное устройство подачи става штанг с рабочим усилием.

При ненадежной фиксации штанг в зажимном устройстве возникает большая вероятность снижения качества работ, ухудшение поверхности или полное разрушение штанг.

Бестраншейные технологии в высокой степени экологичны. Они позволяют осуществлять работы без остановки функционирования других систем, например транспортного движения. Это позволяет избежать создания пробок на дорогах, загазованности и, в конечном счете, нанесения большого урона окружающей среде. И в любом случае, данные технологии экономят время и деньги. Они не требуют вскрытия грунта, широкого применения тяжелой техники, уменьшают количество рабочих, занятых тяжелым ручным трудом. Сама технология доступна для рабочих среднего уровня подготовки. Таким образом, бестраншейные технологии направлены на улучшение жизни людей всего государства.

Использование бестраншейных технологий может стать хорошей площадкой для создания своего бизнеса, ведь спрос огромен, и работы меньше не становиться.

Выдержки из доклада, взятого с сайта Российского Общества по Внедрению Бестраншейных Технологий - http://www.robt.ru/