Чем отличается ГНБ от ННБ и ГШБ?
Технология бестраншейного прокладывания труб включает в себя множество методик, отличающихся технологией исполнения и используемым оборудованием. Но, самыми популярными являются метод ГНБ, ННБ и ГШБ, каждый из которых имеет свои особенности. Ниже будут рассмотрены преимущества и недостатки, каждого из них, а также чем отличается ГНБ от ННБ и ГШБ.
ГНБ и ННБ – в чем разница?
Горизонтально-направленное бурение (ГНБ), является самым популярным методом, востребованным при возведении трубопроводов диаметром до 120 см в условиях уже имеющихся подземных коммуникаций, поверхностных сооружений и сложного грунта. ГНБ бурение в СПб осуществляется с помощью специальных установок, оснащенных гибкой штангой и головкой для бурения, позволяющих создавать ровные полости без отклонений от плоскости внутреннего профиля.
Преимуществами такого метода бурения являются:
Технология горизонтально направленного бурения включает несколько этапов. На предварительной стадии проводят инженерные изыскания и разрабатывают проект. При проведении обследования определяют:
На предварительном этапе подземного горизонтального бурения также выполняют геодезическую съемку участка и составляют топографический план. Данные изысканий содержат информацию для разработки проекта.
При разработке проекта горизонтального бурения методом ГНБ решают вопросы выбора технических решений бурения, конструкции трубопровода, обеспечения экологической безопасности.
Далее осуществляют другие этапы технологии горизонтального бурения:
Завершают работы устройства коммуникаций методом горизонтально направленного бурения контроль качества работ, уборка участка и передача исполнительных документов заказчику.
К недостаткам данного метода относится только невозможность проведения работ на участках с большим количеством строительного грунта, с высокой интенсивностью передвижения подземных вод и с вероятностью возникновения оползней.
В отличие от горизонтально-направленного бурения, ННБ (наклонно-направленное бурение) активно применяется в области добычи газа и нефти, горизонтальное бурение нефтяных скважин нецелесообразно, так как именно ННБ позволяет создавать скважины со сложным профилем внутреннего пространства. Сформированная по данной технологии полость может включать в себя интервалы как точно-вертикального характера, так и с видимым отклонением участков длиной в несколько километров, заданных программой. Особо актуальна технология наклонно-направленного бурения во время проведения многоствольного и кустового бурения, а также разведки на наличие газа или нефти.
Данный вид бестраншейной прокладки коммуникаций отличается рядом ценных преимуществ, среди которых особо стоит выделить следующие:
Но, кроме положительных сторон, у метода ННБ есть и отрицательная сторона – это невысокий темп реализации проектов, который связан с необходимостью частой проверки профиля скважин и сложности процесса бурения при внедрении в горные породы.
ГНБ и ГШБ – в чем разница?
Горизонтально-шнековое бурение (ГШБ) – технология, активно применяемая в промышленных зонах для сооружения разнообразных коммуникаций, в том числе и прокладки водопровода в грунте, цена которой будет отличаться демократичностью. В отличие от предыдущих методов, здесь бурение осуществляется стальным шнеком и вращающимся долотом, которые в процессе работы вырезают грунт и выводят его на поверхность.
Главная особенность данной технологии заключается в удалении отработанного грунта, так как он выводится со скважины без применения специальных растворов.
Главными преимуществами горизонтально-шнекового бурения, являются:
Но, при всех преимущества у данного способа есть один выраженный недостаток – для бурения нужно рыть котлованы стартовой площадки и точки выхода. А, это требует не только наличия большой свободной площади, но и применения специальной техники. Выбор способа прокладки коммуникаций делается исходя из технической и экономической эффективности. Метод ГНБ имеет свои достоинства и недостатки по сравнению с другими способами бестраншейного устройства подземных трасс.
ГНБ и ННБ. Отличия
Для прокладки трубопроводов и коммуникационных сетей в условиях плотной городской застройки, преодоления водных и других природных преград, геологической разведки, добычи полезных ископаемых используется метод горизонтального направленного бурения (ГНБ). Он позволяет быстро, эффективно, с минимальными затратами выполнить подземные изыскания и переходы.
Технология была разработана, как полноценная альтернатива другим методам прокладки труб. Отличительная черта – бурение в горизонтальной плоскости без устройства надземных траншей. Близкий к методу ГНБ метод наклонно-горизонтального бурения (сокращение ННБ) позволяет отклоняться от линии горизонта. ННБ и ГНБ отличаются областью применения, используемым оборудованием, методикой.
Горизонтально-направленное бурение
Технология ГНБ используется для бестраншейной прокладки коммуникаций. Это особенно актуально для крупных городов с высокой плотностью застройки. Оно успешно применяется для прокладки коммуникаций под реками, озерами, автомобильными дорогами, железнодорожными путями.
В бурении используются самоходные установки ГНБ. Классифицируются по длине протяжки. Рабочее усилие измеряется тоннами. Состоят из ходовой части (на гусеницах или колёсах), рамы жёсткости, кузова, бурильной установки, аккумуляторной батареи, приборной панели, устройства подачи штанги, лафета.
Этапы выполнения работ
Прокладка коммуникация методом ГНБ включает пять этапов: подготовительные работы, пробное бурение, расширение скважины, протаскивание коммуникаций, завершение работ.
Бестраншейная прокладка труб посредством горизонтально-направленным бурением выполняется двумя методами: прокол и продавливание.
Метод прокола
Применяется на вязких грунтах. Например, глина и суглинок при проколе под дорогой. Есть ограничения по диаметру труб – не более 600 мм, длине проходки – до 60 м. Метод основывается на уплотнение грунта в радиальном направлении.
Прокол требует значительной мощности буровых установок. Давление на породу 150-3000 кН. Для создания усилия используются гидравлические домкраты. На рабочую часть трубы, которая контактирует с грунтом, надевается стальной уголовник конической формы. Он врезается в грунт, значительно уменьшая его сопротивление.
Работы начинаются с копки котлована. В него устанавливается домкрат, подключенный к насосам. Труба с одной стороны оборудуется наконечником для контакта с грунтом, а с другой шомполом – насадкой для передачи усилия от домкрата. Затем выполняется прокол. Скорость проходки зависит от мощности установки 4-40 м/ч.
Метод продавливания
Используется во всех типах пород. Продавливание разрабатывалось для прокладки труб диаметром 600-1200 мм, протяжённостью трассы до 100 м. В отличие от прокола не применяется оголовок. Труба нужного диаметра проталкивается сквозь породу при помощи нескольких гидравлических домкратов. Они закрепляются по окружности, симметрично друг к другу. Работают синхронно, с одинаковым усилием.
В котлован опускается одно звено трубы, которое вставляется в направляющую раму. Одним концом она упирается в грунт, другим в опорную плиту. Первая секция продавливаемой трубы входит в грунт, опорная плита возвращается на свое место, из полости удаляется грунт. Между плитой и первой секцией вставляется первый нажимной патрубок. Затем второй и третий. После того, как расстояние между опорной плитой и свободным концом трубы становится равным длине секции, вставляется вторая секция. Операция повторяется. После каждого этапа грунт из полости трубы удаляется.Рекомендуемая услуга – Меднографитовая смазка. Используется для защиты и герметизации резьбовых соединений.
Наклонно-направленное бурение
Эффективный способ, широко применяющийся в геологической разведке, добыче полезных ископаемых, а также прокладке коммуникаций под руслами рек. ННБ предполагает отклонение от горизонта, но с сохранением первоначального направления бурения. Это даёт возможность «следовать за пластом», выполнять бурение под тем же углом, что залегает основной пласт разведываемого полезного ископаемого.
Кроме геологии преимущества наклонно-направленного бурения используются для прокладки подземных переходов. Например, в США за последние три десятилетия было построено более 2500 тысяч таких объектов.
ННБ хорошо себя зарекомендовал при строительстве тоннелей под реками с ленточно-рядовым устройством русла. Его не рекомендуется использовать в водоёмах с пойменной многорукавностью.
Наклонно-направленный метод бурения связано со значительными финансовыми затратами. Оборудование сложное и дорогостоящее. Условия работы в дикой местности непредсказуемые. Он неэффективен для прокладки переходов в валунных и илистых грунтах, а также на карстовой почве.
Кустовое бурение наклонно-направленных скважин
Экономичный метод. Устья скважин располагаются на небольшой площадке и расходятся в радиальном направлении под разными углами. Это даёт возможность сократить производственные затраты на строительно-монтажные работы, уменьшить эксплуатационные издержки. Одна установка обслуживает максимальное число скважин. Целесообразно применение метода на болотистых и скалистых грунтах, а также труднопроходимой лесной местности.
Расстояние между соседними устьями выбирается исходя из технических параметров ремонтного оборудования, но не меньше 3000 мм. Выполняется бурение одной или несколькими установками. Они передвигаются от одной скважины до другой. Вспомогательные постройки и дополнительное оборудование остаются на месте. Куст содержит от 2 до нескольких десятков скважин.
Многозабойный метод бурения скважин
Второстепенные стволы ответвляются на одном или разных уровнях, уходят на разную глубину. У них различные радиусы закругления. Форма зависит от геометрических параметров пласта, геологических характеристик разреза, а также технических возможностей подрядной организации.
Итоговое сравнение
Горизонтально-направленное бурение получило продолжение в более технологичном и дорогостоящем наклонно-направленном способе. При схожих методах выполнения работ, есть существенная разница в области применения. ГНБ предполагает использование недорогого оборудования, для выполнения горизонтальных проколов под естественными и искусственными преградами.
ННБ широко используется в геологических изысканиях, добыче полезных ископаемых. А также прокладке переходов под руслами рек. Предполагает использование дорогостоящего оборудования, тщательной инженерной подготовки.Компания Техсервис предлагает покупателям китайские установки DDW, осуществляем быструю поставку DDW и занимаемся её гарантийным (пост-гарантийным) ремонтом.
Сравнение методов бестраншейного строительства инженерных сетей
УДК 628+621.646. Научная специальность: 05.23.04.
Сравнение методов бестраншейного строительства инженерных сетей
Владимир А. Орлов, д.т.н., профессор; Сергей П. Зоткин, к.т.н., доцент; Валентина А. Нечитаева, старший преподаватель, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
В статье рассматриваются методы бестраншейного строительства трубопроводов, их преимущества перед открытым способом прокладки. Представлены технологические параметры наиболее распространённых методов бестраншейных технологий, таких как прокол, продавливание, горизонтальное направленное бурение, микротоннелирование и др. Описаны типы и диапазоны применения навигационного оборудования, сопровождающего технологические процессы прокладки инженерных сетей в подземном пространстве. Отражены стоимостные аспекты, позволяющие ориентироваться в принятии решений по выбору наиболее оптимальных методов строительства объектов. Произведено сравнение методов бестраншейного строительства на базе возможных диапазонов диаметров коммуникаций при прокладке, геологических условий, максимальных расстояний прокладки трубопроводов.
Ключевые слова: строительство, бестраншейные технологии, трубопроводы, навигационное оборудование, сравнение вариантов
UDC 628+621.646. The number of scientific specialty: 05.23.04.
Comparison of trenchless construction methods for engineering networks
Vladimir A. Orlov, Doctor of Technical Sciences, Professor; Serge P. Zotkin, PhD, Associate Professor; Valentina A. Nechitaeva, senior Lecturer, National Research Moscow State University of Civil Engineering (MGSU)
The article presents the methods of trenchless pipeline construction, their advantages over the open method of laying. Presents the technological parameters of the most common methods of trenchless technologies, such as puncture, bursting, horizontal directional drilling, microtunnelling etc. Describes the types and ranges of use of navigation equipment to accompany the processes of construction of utilities in the underground space. The cost aspects allowing to be guided in decisionmaking on the choice of the most optimum methods of construction of objects are reflected. The comparison of trenchless construction methods on the basis of possible ranges of diameters of communications during laying, geological conditions, maximum distances of pipeline laying is made.
Keywords: construction, trenchless technologies, pipelines, navigation equipment, comparison of options.
В статье рассматриваются методы бестраншейного строительства трубопроводов, их преимущества перед открытым способом прокладки. Представлены технологические параметры наиболее распространённых методов бестраншейных технологий, таких как прокол, продавливание, горизонтальное направленное бурение, микротоннелирование и др. Описаны типы и диапазоны применения навигационного оборудования, сопровождающего технологические процессы прокладки инженерных сетей в подземном пространстве. Отражены стоимостные аспекты, позволяющие ориентироваться в принятии решений по выбору наиболее оптимальных методов строительства объектов. Произведено сравнение методов бестраншейного строительства на базе возможных диапазонов диаметров коммуникаций при прокладке, геологических условий, максимальных расстояний прокладки трубопроводов.
При необходимости оперативного и экономичного строительства трубопроводных коммуникаций в системах водоснабжения, водоотведения, газои теплоснабжения и других нашли широкое применение бестраншейные технологии [1, 2].
Эти технологии наряду с указанными свойствами обладают важной характеристикой, к которой можно отнести сохранение экологической обстановки вблизи объекта строительства за счёт полного отсутствия раскопочных земляных работ или их минимальных объёмов [3, 4]. Традиционная прокладка трубопроводов, которая реализуется путём рытья траншей на необходимую глубину, их укрепления, укрывания труб инертным материалом, засыпкой и восстановлением дорожного полотна и ландшафта, приводит к большим материальным и трудовым затратам [5]. Результаты исследования маркетологов, проводивших сравнение закрытого и открытого способов по четырём критериям, позволили сделать выводы о преимуществе бестраншейных технологий. Это выразилось в экономии трудозатрат в три раза и восстановлении благоустройства в 1,6 раз, в сокращении сроков строительства в два раза, в экономии от реализации проекта в целом, с учётом применяемых материалов, в два раза [6].
В настоящее время наибольшее распространение находят методы бестраншейной прокладки трубопроводов: прокол, продавливание, микротоннелирование (шнековое бурение как частный случай микротоннелирования); горизонтальное направленное бурение (ГНБ); запахивание в грунт (плужный метод) [7]. Метод прокола является первой и наиболее простой разновидностью бестраншейных технологий. Сущность этого метода заключается в образовании в грунте горизонтальной скважины за счёт воздействия домкрата, обеспечивающего продвижение первого модуля трубы с наконечником и последовательно устанавливаемых за ним последующих модулей до приёмного котлована. Данная технология применима для малых диаметров, так как усилие, необходимое для прокола, прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины.
Метод продавливания заключается в продавливании стальных футляров в тело грунта с помощью домкратов. Для уменьшения трения футляра в грунте конец трубы оснащён ножом. В отличие от прокола, грунт не «вдавливается» в стенки скважины, а разрабатывается различными способами и выводится из забоя специальной техникой.
Бестраншейный метод прокладки трубопроводов и коммуникаций в технологии микротоннелирования осуществляется с помощью специальных домкратных станций и микрощитов с режущими органами [8, 9]. Труба «продавливается» сквозь грунт от одной станции (шахты) до другой. Расстояние между шахтами составляет от 50 до 500 м. Однако при использовании специальных промежуточных домкратных станций это расстояние может быть увеличено в несколько раз.
Одним из достоинств метода является то, что технология микротоннелирования позволяет прокладывать криволинейные трассы с большим радиусом поворота, позволяя обходить подземные препятствия, водные объекты, авто и ж/д пути.
При реализации этой технологии применяют трубы: железобетонные, стальные, керамические и полимербетонные, которые должны обладать высокой прочностью, обеспечиваемой специальными муфтами, оказывающими незначительное сопротивление при продавливании труб в скважине. С помощью микротоннелирования могут быть осуществлены работы по бестраншейному присоединению к действующему трубопроводу боковых ветвей [10].
К основным этапам реализации технологии микротоннелирования следует отнести: подготовительный (например, изучение свойств грунта вдоль будущей трассы и т. д.); подготовка стартовой и приёмной шахт; спуск домкратной установки и монтаж микрощита в приёмной шахте; прокладка трубопровода с использованием навигационной системы управления; демонтаж оборудования.
В качестве навигационной системы, обеспечивающей высокую точность проходки микрощита и протаскиваемого за ним трубопровода, используется специальный компьютерный комплекс и электронная лазерная система управления микрощита. В зависимости от протяжённости трассы могут применяться: система с измерительным колесом и мишенью (при длине трассы до 200 м), электронная лазерная система с гидростатическим водяным уровнем (при длине трассы от 200 до 400 м) и система с гироскопом (для проходки криволинейных участков).
Технология горизонтального направленного бурения представляет собой управляемый процесс прокладывания подземных коммуникаций на глубину до 50 м, основанный на использовании специальных буровых комплексов (установок) [11].
Длина прокладки путей может быть от нескольких метров до нескольких километров, а диаметр от 25 до 2000 мм. Скорость бурения достигает 100 м трубопроводов за смену. Горизонтальное бурение производят при помощи специальных комплексов: бурильных машин с ходовой гусеничной частью; приспособлений для приготовления бурового раствора; навигационной системы и штанг. Буровой раствор необходим для охлаждения бура, обеспечения смазки и укрепления стенок канала. Он состоит из бентонита, воды, полимеров и водного кондиционера. В зависимости от вида почв, требуется определённый ряд характеристик бурового раствора. При использовании технологии применяют трубы: из полиэтилена низкого давления (ПНД) диаметрами от 25 до 1200 мм; стальные диаметрами от 50 до 2000 мм (используются в качестве защитных футляров); из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом диаметрами от 80 до 1000 мм.
К основным этапам реализации технологии горизонтального направленного бурения следует отнести: изучение свойств грунта вдоль трассы; организация места проведения работ; бурение пилотной скважины по заранее выбранной траектории, с расчётом процента изгиба буровой колонны на каждую штангу; расширение и формирование устойчивой скважины до требуемого диаметра без обвалов, засоров, пробок и т. п.; протягивание трубопровода из финишного колодца в стартовый с помощью риммерарасширителя.
В отношении эффективности методов бестраншейного строительства на тех или иных объектах, как правило, следует проводить оценку по следующим критериям: возможным диаметрам коммуникаций при прокладке; геологическим условиям, при которых возможно применение того или иного метода; максимальном расстоянии прокладки трубопроводов и стоимости работ.
Обобщив сведения из литературных источников и нормативно-технической литературы по бестраншейным методам строительства, ниже в качестве наглядности представлены графики сравнения методов по диаметрам (рис. 1).
На основании анализа рис. 1 можно констатировать, что, по сравнению с другими методами бестраншейного строительства, метод прокола имеет наименьший диапазон значения диаметров. Это связано с тем, что усилие, необходимое для прокола, прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины. Самый большой диапазон принадлежит микротоннелированию, который позволяет осуществлять строительство больших коллекторов (диаметром до 4000 мм).
Метод горизонтального направленного бурения лидирует по значению минимального диаметра, которое составляет 25 мм. Что касается геологических условий, то для оценки эффективности ведения работ можно использовать данные из табл. 1, где для соответствующего метода бестраншейного строительства представлен диапазон стандартных категорий грунтов (в диапазоне от I-VII). При наличии знака «+» применение соответствующей технологии возможно, а при знаке «-» невозможно.
Таким образом, метод прокола применяют при ведении работ в глинистых и суглинистых грунтах (грунты I-III категорий), способ продавливания эффективен в грунтах I-IV категорий, а также в вечномёрзлых сезонно промерзающих грунтах, методы микротоннелирования и горизонтального направленного бурения способны справиться со всеми категориями грунтов, включая сланцы окварцованные и слюдяные, песчаник плотный, твёрдый мергелистый известняк, плотный доломит, мрамор, вечномёрзлые сезонно промерзающие грунты, такие как морёные грунты и речные отложения с содержанием крупной гальки и валунов до 7 0 % по объёму.
На рис. 2 в качестве примера категорий грунтов представлены их некоторые типы в части гранулометрического состава и водопроницаемости, а на рис. 3 — передние части микротоннельного агрегата с режущим инструментом для различных типов грунтов.
Для сравнения максимальных длин прокладки трубопроводов различными методами без использования дополнительного оборудования для наглядности представлены сводные графики (рис. 4).
Анализ данных на рис. 4 свидетельствует, что метод прокола позволяет прокладывать трубопроводы на длину до 60 м, что почти в два раза меньше длины, реализуемой методом продавливания и равной 100 м. Длина прокладки методом горизонтального направленного бурения может составить несколько километров. Этот метод является лидирующем по данному критерию оценки. Максимальное расстояние для реализации метода микротоннелирования составляет 500 м.
Если производить оценку альтернативных методов по прокладке трубы, например, диаметром 600 мм, то можно констатировать следующее (табл. 2).
На первый взгляд является очевидным, что стоимости работ методом прокола и горизонтального направленного бурения являются наиболее дешёвыми. Однако при использовании метода горизонтального направленного бурения не требуется строительства котлованов, а значит — и затрат на земляные работы, поэтому именно он будет являться самым дешёвым в сравнении с остальными. Метод микротоннелирования, напротив, будет являться самым дорогим.
Выводы
1. Анализируя приведённые сравнительные данные по различным методам бестраншейного строительства, установлено, что методы горизонтального наклонного бурения и микротоннелирования являются наиболее перспективными; во-первых, данные методы охватывают большой спектр диаметров прокладываемых коммуникаций во всех категориях грунтов; во-вторых, они позволяют строить участки большой протяжённости, в-третьих, позволяют прокладывать трубопроводы на большой глубине.
2. Затраты на выполнение работ в случае использования технологии горизонтального направленного бурения являются самыми дешёвыми в сравнении с другими методами, так как в данном случае не требуются земляные работы.
3. Несмотря на кажущуюся достаточно высокую стоимость работы при применении микротоннелирования, имеется ряд случаев, когда применение этого метода является наиболее выгодным, поскольку использование других альтернативных методов потребует большого количество дополнительного оборудования, а следовательно, и затрат на решение поставленной задачи. Особым аспектом, обуславливающим привлекательность данного метода, является то, что обеспечиваемый им диапазон строительства трубопроводов составляет от 200 до 4000 мм, причём в любых геологических условиях.