Важно учитывать возможность оседания грунта. Чтобы избежать нарушения работы коммуникационной системы, необходимо надежно соединить все секции труб, чтобы давление грунта или оседание частиц почвы не нарушило целостность трубы.
Разница между ГНБ и бурением скважин (ГНБ)
Существует несколько способов прокладки коммуникаций и трубопроводов под землей без проведения земляных работ. К ним относятся горизонтально-направленное бурение и метод прокола. Оба метода используют схожее оборудование и технологии. Разница заключается в том, что при пробивании грунта не используется бур. Грунт продавливается таким образом, чтобы в слоях породы образовалось отверстие необходимой длины и диаметра, в то время как при установке ГНБ используется роторный элемент.
В методе ГНБ используются буровые установки с различными насадками. В местах входа и выхода бура не требуется выемка грунта; работы ведутся с поверхности земли. Под контролем эхолокационного оборудования буровая головка направляется по требуемой траектории.
Во время бурения выполняются различные действия:
- Проводятся расчеты для определения протяженности, размера отверстия и траектории движения инструмента;
- подбирается дополнительное оборудование, такое как буровые головки, зонды, инструменты оператора и т.д;
- Работа ведется с бетонным раствором, для него и грунтовых вод прокладываются дренажные каналы.
Отличие ГНБ от пробивки заключается в необходимости использования большего количества инструментов и применения специальных растворов. Отверстие в земле после бурения не всегда ровное. Его края могут осыпаться, если используется недостаточное количество бурового раствора или неправильные инструменты.
Горизонтально-направленное бурение (ГНБ)
При использовании метода горизонтально-направленного бурения рабочая бригада должна провести подготовительные работы и выполнить их:
- В точках входа и выхода инструмента выкапываются две траншеи. Этот этап является важной частью подготовки к ГНБ. Грунт прокалывается только горизонтально, и его нельзя обрабатывать с поверхности земли.
- Как и при ГНБ, необходимо отслеживать траекторию движения инструмента по мере прокола грунта. Для контроля траектории движения инструмента используются зонды.
- При бурении отверстие в грунте получается плоским. Риск разрушения грунта отсутствует. Когда игла для прокалывания выходит в нужной точке. К ней прикрепляются кабели или трубы и втягиваются обратно в образовавшееся отверстие.
- Гидроразрыв осуществляется с помощью сильного гидравлического давления. При этом не используется бетонный раствор.
Проходка отличается от ГНБ тем, что для прокладки трубы той же длины требуется меньше оборудования, ресурсов и рабочей силы.
Происхождение ГНБ
Первые машины горизонтально-направленного бурения появились в Америке в 1960-х годах. Изобретателем оборудования для горизонтального бурения считается Мартин Черрингтон.
В 1963 году, работая над прокладкой телефонного кабеля в Лос-Анджелесе, он заметил, что другой подрядчик, прибывший на несколько недель позже, закончил работу раньше него. Черрингтон заметил, что конкурент использовал вертикальное буровое долото для создания горизонтального кабельного канала. Эти наблюдения натолкнули его на мысль о создании усовершенствованного бура, который был разработан в 1964 году.
Новинка не сразу была оценена по достоинству. На протяжении многих лет Мартин Черрингтон и его компания Titan Constractors были одним из многих подрядчиков. Ему приходилось преодолевать скептицизм и конкурировать с устоявшимися компаниями, занимающимися земляными работами. Пока однажды, в 1971 году, он не оказался вовлечен в сложный контракт на прокладку трубопровода для газификации деревни в калифорнийской долине Монтерей. Сложность заключалась в том, что на маршруте имелось препятствие – небольшая река Пахаро с пересеченной местностью.
После успешного преодоления этой проблемы выяснилось, что при правильном угле бурения и инструментах можно преодолеть даже такие препятствия, как река. С тех пор технология стала активно использоваться не только в США, но и по всему миру. В России первая установка ГНБ появилась в 1987 году на заводе "Уралмаш", а в 1995 году была проведена первая прокладка коммуникаций методом ГНБ.
Классификация установок ГНБ
С развитием и популяризацией установки появлялись различные модификации и усовершенствования. В конечном итоге появилось несколько типов бестраншейной технологии прокладки коммуникаций:
- Горизонтально-направленное бурение (ГНБ);
- пробивка;
- проталкивание;
- Микротоннелирование;
- релайнинг.
Все эти методы предполагают горизонтальное протягивание трубопровода, но все они имеют свои преимущества и ограничения. Поэтому перед покупкой установки горизонтально-направленного бурения важно понять, какая технология будет использоваться.
Одной из важных характеристик буровых установок ГНБ является тяговое усилие. В 2000 году была разработана стандартизированная система, чтобы внести некоторую ясность. На ее основе все буровые установки были разделены на четыре класса:
- Мини – компактные установки весом до 7 т и тяговым усилием до 100 кН. Мини-буровые установки используются для прокладки полиэтиленовых труб и кабелей;
- Midi – обычно это самоходные гусеничные машины весом до 25 тонн. Тяговое усилие дышла достигает 400 кН. Они используются для городских работ, а также для небольших земляных работ под резервуарами для воды;
- Maxi – буровые установки используются для прокладки труб большого диаметра на большие расстояния, например, под крупными автомагистралями или водохранилищами. Максимальное усилие буровых установок Maxi составляет 2 500 кН, а вес может достигать 60 тонн.
- Мега-буровые установки – это самые мощные установки весом более 60 тонн и силой тяги более 2 500 кН. Эти установки предназначены для длинных, сложных проходов под автомагистралями в Европе и Азии.
Буровое оборудование
В технологии бурения используются различные инструменты:
- Бурильная машина (машина ГНБ). Это промышленная машина с дизельным двигателем. Она управляется и направляется оператором. В основе бурения лежат функциональные части этих машин: каретка, гидравлическая силовая установка, пульт управления.
- Вспомогательные инструменты. Для забивания или прокалывания грунта используются различные инструменты: штанги, расширители, насосы, резьбовые болты и т.д. В зависимости от типа и этапа выполняемых работ бригада устанавливает на буровую машину различные инструменты.
- Система определения местоположения. При ГНБ важно соблюдать траекторию бурения и точность выхода во второй траншее. Для этого на буровой головке устанавливается зонд, а рабочие контролируют перемещение инструмента с помощью локатора.
- Медно-графитовая смазка. Она используется для смазки мест соединений на буровых штангах.
Каждая деталь промышленного оборудования для ГНБ играет важную роль и требует профессионального обслуживания и регулярного ухода.
Бурение шаг за шагом
Процесс бурения требует тщательного подхода, контроля, соблюдения технологических особенностей на каждом этапе.
Подготовительные работы
Перед прокладкой подземных коммуникаций необходимо подготовить площадку и оборудование:
- Оборудуйте площадку для буровой машины универсального размера 10х15 м;
- При необходимости подготовьте обходной путь для машины;
- Установите буровое оборудование и направляющую штангу непосредственно в месте вхождения бура в землю;
- Закрепление инструмента с помощью анкеров на ровной поверхности, чтобы предотвратить его смещение или перемещение во время ГНБ;
- регулировка угла наклона инструмента с помощью расширителя, выравнивание буровой головки для равномерного вхождения в грунт
- регулировка радиосвязи между членами команды;
- В котловане будет обеспечен дополнительный дренаж для бентонита и грунтовых вод, если их слишком много.
На подготовительном этапе важно рассчитать расположение существующих трубопроводов, чтобы не повредить их во время земляных работ. При установке смесительных и бурильных машин минимальное расстояние между ними составляет 10 метров.
Перед пробивкой необходимо изучить состав грунта, выбрать подходящий инструмент, чтобы обеспечить успешное проникновение буровой головки через грунт. Все рабочие зоны, где устанавливается специальное оборудование, и в месте выхода бура должны быть ограждены желтой предупреждающей лентой.
Прокладка труб и других коммуникаций
После завершения подготовительных работ начинается операция ГНБ:
- Прокладывается пилотный бур диаметром 10 см;
- Наладка оборудования, регулировка наклона буровой головки под углом 10 – 20° к горизонту;
- Прохождение бура, проверка траектории через каждые 3 м и корректировка ориентации инструмента;
- Расширение пилотного отверстия: первоначальный инструмент удаляется из отверстия и заменяется расширителем;
- Полное проникновение расширителя через созданный канал, с непрерывной коррекцией движения.
Контролируемое пробивание
Одна из разновидностей горизонтального бурения – используется для труб малого диаметра, где пространство ограничено. Метод "контролируемой инъекции" обычно используется при прокладке полиэтиленовых и стальных труб, водо- и газопроводов, телефонных и силовых линий. Этот метод широко используется как в мегаполисах, так и в небольших населенных пунктах, а также для прокладки коммуникаций под железными и автомобильными дорогами. Преимущество метода в том, что можно использовать простое буровое оборудование, а скважину можно использовать в любое время года.
Бестраншейный метод прокладки труб – гидравлическая домкратная установка оснащена вращающимся режущим элементом, который приводится в движение из рабочей траншеи, и грунт сразу же удаляется шнековым механизмом. В зависимости от диаметра труб, они укладываются в стальные короба инженерных коммуникаций, а также в бетонные и полиэтиленовые трубы. Этот метод требует наличия стартовой и приемной траншей, которые располагаются на 1 метр ниже уровня укладки труб.
Буровая установка с домкратом устанавливается в пусковую траншею, после чего на нее устанавливается буровой механизм с домкратной трубой. Начальным этапом является подготовка траншеи, затем опускается и устанавливается механизм домкрата. Далее происходит укладка самой трубы – точная укладка осуществляется с помощью специального лазера. На последнем этапе шнековый механизм опускается в приемную траншею, а затем поднимается обратно на поверхность.
Проходка стальных труб
Этот метод предполагает вдавливание трубы в грунт, в результате чего грунт, попадающий в трубу во время ее движения, измельчается и удаляется вручную или механически. Этот метод используется для труб большого диаметра (от 80 до 140 см) на расстоянии до 10 метров. Для применения метода домкратирования требуется несколько гидравлических домкратов, которые имеют специальный упор, раму и головку. Механизмы меняются через каждые 10 метров продвижения.
За одну выемку делается проход от 10 до 75 метров – более длинные участки пробиваются в несколько этапов. Этот метод имеет относительно низкую стоимость, использует простые механизмы и минимальное количество рабочих. Все работы контролируются человеком, находящимся внутри котлована, который в то же время предотвращает любые повреждения линии, которые могли возникнуть по разным причинам во время работ.
Современное российско-китайское производство установок горизонтального бурения с высоким стандартом качества.