Posa e ripristino ininterrotti di condotte

Sezioni dell’articolo

• Tecnologie trenchless
• Foratura direzionale orizzontale
• Foratura a vibrazione
• Guasto idraulico
• Alla fine

In questo articolo: qual è la ragione della necessità di tecnologie trenchless; tipi di tecnologie trenchless; tecnologia di perforazione direzionale orizzontale; tecnologia di perforazione a vibrazione; tecnologia di frattura idraulica.

La posa e la riparazione di servizi pubblici sotterranei, nella mente di molti di noi, è associata a una grande quantità di lavoro: scavare trincee, posare tubi in essi, seguita da blocco con terreno, riempimento e compattazione di un blocco di ghiaia, asfaltatura o betonaggio. In estate e in primavera, polvere, fango e fango sono attributi integrali del lavoro di posa in trincea, per non parlare della completa impossibilità di utilizzare le strade nell’area di lavoro. Tuttavia, il caos di trincea con tutti i suoi attributi può essere completamente evitato utilizzando la perforazione dell’HDD (orizzontale direzionale).

Tecnologie trenchless

L’era dell’industrializzazione ha cambiato le città della Terra: la loro espansione è stata accompagnata dallo sviluppo di un complesso sistema di comunicazioni terrestri e sotterranee. E se i cavalcavia sopraelevati potessero essere riparati e sostituiti con un danno minimo, i lavori sotterranei sulla sostituzione dei tubi potrebbero essere eseguiti in altro modo rispetto alla trincea. 70 anni fa, il problema della riparazione e del restauro di tubi che perdevano metallo e ghisa che fungevano da cavalcavia per acqua calda e fredda, gas naturale, fognature, ecc., Era meno acuto di oggi..

Poiché il problema dell’enorme usura critica delle utility sotterranee poteva essere previsto, la National Association of Sewerage Services (NASSCO) è stata creata negli Stati Uniti nel 1976, l’obiettivo dei cui membri era quello di trovare e sviluppare soluzioni tecniche nel campo della riparazione ininterrotta delle utility sotterranee. Nel corso del tempo, associazioni simili sono state create in diversi paesi e nel 1986 sono state unite alla International Society for Trenchless Technologies (ISTT), con sede a Londra (Regno Unito). Tra i membri dell’ISST c’è anche un ufficio di rappresentanza russo – NPO “ROBT”, costituito nel 1996 e riformato nel 2003.

Di norma, la posa trenchless delle comunicazioni viene eseguita con i seguenti metodi:

• vibrazione (punzoni pneumatici). È utilizzato sia per la costruzione di nuove condotte che per lavori di ricostruzione (distruzione di vecchi tubi e loro sostituzione con nuovi). La condizione per l’utilizzo di questa apparecchiatura è l’ammissibilità dei carichi di vibrazione sul terreno;
• perforazione direzionale orizzontale. Apparecchiature di questo tipo vengono utilizzate solo per la posa di nuove condotte;
• distruzione idraulica. Molto spesso, questa tecnologia viene utilizzata per riparare le comunicazioni usurate.

Successivamente, esamineremo in modo più dettagliato i metodi di produzione e le attrezzature per il lavoro senza scavi..

Foratura direzionale orizzontale

Questo metodo consente di creare condotte sotterranee con una lunghezza da diversi metri a molti chilometri, il diametro massimo consentito del tubo è superiore a 1200 mm, possono essere realizzati sia in acciaio che in polietilene a bassa pressione (HDPE).

La perforatrice orizzontale direzionale è costituita da un telaio e un corpo in metallo, un telaio a ruote o cingolato. Il suo corpo contiene una centrale idroelettrica, un motore diesel, un carrello di perforazione, un sistema di alimentazione dell’asta e un pannello di controllo della macchina. Le macchine HDD differiscono tra loro per la massima forza di trazione della corda dell’asta (misurata in tonnellate), la flessione della corda dell’asta (viene indicato il raggio) e la velocità del flusso della soluzione di bentonite (misurata in l / min).

La perforazione dell’HDD comprende le seguenti fasi: preparazione della perforazione; perforare un pozzo pilota; aumento del diametro del pozzo; tirando la conduttura attraverso il pozzo; lavori finali.

Preparazione alla perforazione. Studi sulla composizione e le caratteristiche del suolo, un diagramma delle utility sotterranee esistenti sono in corso, i documenti necessari sono in fase di elaborazione. Al fine di selezionare la traiettoria più ottimale per il passaggio del pozzo, l’area di lavoro viene sondata in diversi punti, nel caso della vicinanza di condotte sotterranee, vengono poste le fosse.

Forare bene un pilota. La testa di perforazione, dotata di un utensile da taglio, è installata sulla macchina HDD. La sonda del sistema di localizzazione, situata all’interno della testa, consente di tracciare la sua posizione e la smussatura dell’utensile da taglio per eseguire perforazioni controllate. Durante il lavoro, i segnali del sensore della sonda vengono ricevuti dall’unità di posizionamento e visualizzati sul monitor dell’operatore che controlla la perforatrice direzionale orizzontale – i dati sulla profondità e la pendenza della testa di perforazione vengono visualizzati con riferimento al tempo. Inoltre, la posizione della testa del trapano viene monitorata da un operatore con un dispositivo di localizzazione manuale, seguendo il trapano attraverso l’area. Se il trapano si discosta dalla traiettoria calcolata, l’operatore dell’impianto di perforazione interrompe la rotazione delle aste e corregge l’angolo di inclinazione della testa del trapano.

Un’asta ammortizzatore flessibile, una corda con testa di perforazione, svolge due compiti: riduce il carico sull’asta e aiuta a controllare la corda di perforazione. Gli ugelli, di cui è dotata la testa di perforazione, sono progettati per fornire una soluzione di bentonite di una composizione speciale – durante la perforazione, viene alimentato nel pozzo attraverso le aste cave sotto pressione. I compiti principali della soluzione di bentonite sono: rimozione della roccia dal pozzo; raffreddamento e lubrificazione della corda e della testa del trapano; portare e mantenere la roccia in sospensione; stabilizzazione del suolo attorno alla corda dell’asta; erosione del suolo (idro-monitoraggio).

La perforazione del pozzo pilota termina con la testa di perforazione che fuoriesce nel punto di progetto.

Aumentando il diametro del foro. Al punto di uscita, la testa di perforazione è scollegata, al suo posto è attaccata una testa di alesatura di diametro maggiore, dotata anche di ugelli per l’uscita della soluzione di bentonite, che viene fornita continuamente durante l’espansione del pozzo. Per rotazione e forza di trazione, l’alesatore viene tirato lungo il foro nella direzione opposta, aumentando il suo diametro a quello richiesto: il diametro finale del foro di trivellazione dovrebbe essere maggiore del 30% rispetto al diametro della tubazione che verrà inserito in esso. Le fasi di perforazione e trazione dell’alesatore vengono ripetute più volte, ad ogni nuova fase aumenta il diametro delle teste.

Tirando la conduttura. I tubi destinati alla tubazione sono saldati insieme in anticipo. Dopo il passaggio di finitura della testa del trapano (il foro viene espanso al diametro richiesto), al posto di esso, una testa di espansione, una parte girevole (un dispositivo che evita il trasferimento di rotazione dalla corda al tubo), un grillo (collega la parte girevole con una pinza) e una pinza al tubo vengono installate in sequenza sulla corda dello stelo. Quando è pronto, l’unità HDD viene avviata ed entra nella tubazione nel pozzo preparato.

Nella fase finale, il contraente prepara e trasferisce al cliente la documentazione contenente il diagramma di pianta della posizione della condotta in diversi piani con riferimento ai punti di riferimento sul cantiere.

Vantaggi della perforazione direzionale orizzontale:

• posa e riparazione di condotte su qualsiasi terreno, in qualsiasi tipo di terreno (compresi galleggianti e rocce), in varie zone di sicurezza, in difficili condizioni urbane;
• una significativa riduzione del numero di permessi e dei termini per ottenerlo, da allora non è necessario interrompere il traffico sulle autostrade per la durata del lavoro;
• l’uso di moderni impianti di perforazione consente di ridurre i termini di lavoro;
• non richiede il coinvolgimento di attrezzature pesanti e un gran numero di lavoratori necessari per la trincea;
• autonomia delle macchine HDD, ad es. non hanno bisogno di fonti esterne di energia;
• il livello delle acque sotterranee non influisce sul tempo di completamento;
• impatto minimo sull’equilibrio ecologico e sul paesaggio sul luogo di lavoro.

Svantaggi del lavoro sull’HDD:

• se la distanza della tubazione è inferiore a 2 m, l’uso di questo metodo di perforazione sarà costoso;
• il controllo della macchina HDD e il processo di perforazione possono essere eseguiti solo da professionisti: eventuali errori aumentano notevolmente il costo del lavoro;
• il processo di trenchless che utilizza la tecnologia HDD non può essere accelerato – il lavoro può essere eseguito solo al momento stimato.

Foratura a vibrazione

Per eseguire la perforazione a vibrazione, viene utilizzato uno strumento speciale: un punzone pneumatico, che consente di perforare sia terreni orizzontali che inclinati di un determinato diametro nel terreno. La perforazione a vibrazione viene utilizzata per la posa di pozzi a distanze fino a 15 me un diametro del foro non superiore a 203 mm – ad esempio, vengono utilizzati per creare forature sotto le strade, senza aprire la carreggiata e senza interrompere il traffico.

Il punzone pneumatico è costituito da un corpo metallico a forma di cono, al suo interno sono presenti meccanismi di impatto, inversione e distribuzione dell’aria. L’aria compressa viene fornita al punzone pneumatico dal compressore tramite un tubo flessibile dell’aria con un diametro di 25 mm. La lunghezza del tubo flessibile corrisponde alla distanza alla quale viene perforato il foro del pozzo e il diametro del corpo del punzone corrisponde al diametro del pozzo. I punzoni pneumatici sono prodotti con diametro della capsula da 44 a 203 mm.

Fasi di lavoro durante la perforazione a vibrazione: preparazione di fosse; perforazione di pozzi; collocazione delle comunicazioni in un pozzo finito; completamento dei lavori.

Preparazione di fosse di fondazione. Prima di iniziare a praticare un foro con un punzone pneumatico, è necessario scavare il pozzo iniziale e di ricezione: nel primo verrà installata la capsula del punzone pneumatico, nel secondo uscirà dopo aver praticato il foro. Se la lunghezza richiesta del pozzo supera i 15 m, sarà necessario aprire fosse intermedie ogni 15 m – la maggior parte dei modelli di punzoni pneumatici lavora entro questa distanza. La profondità delle fosse dovrebbe essere dieci volte il diametro del foro da praticare, ad es. con un diametro richiesto di 44 mm, la profondità di ogni fossa deve essere di 440 mm o più.

Perforare un pozzo (puntura incontrollabile). Sul fondo della fossa di partenza viene posta una guida verso la fossa di ricezione (intermedia), su di essa è installato un punzone pneumatico, i tubi dell’aria sono collegati al suo corpo, collegando la capsula al compressore. Dopo aver impostato la direzione, il compressore si avvia e il punzone pneumatico, sotto la pressione dell’aria compressa, avvia un movimento impulsivo verso la fossa di ricezione a una velocità di circa 300 mm / min, spostandosi parallelamente alla superficie del terreno. La capsula del punzone non può deviare in nessuna direzione dalla rotta impostata – il suo design lo impedisce. Dopo aver superato il pozzo, il punzone pneumatico fuoriesce nella fossa di ricezione, dopodiché il compressore si ferma, l’aria compressa viene scaricata e i tubi flessibili vengono scollegati dalla capsula, smorzati e tirati attraverso il pozzo nella direzione della fossa di partenza.

Le linee di comunicazione vengono portate nel pozzo preparato, per cui era previsto: cavi o tubi, il cui diametro dovrebbe essere inferiore del 25-30% rispetto al diametro del pozzo.

Nella fase finale un piano con le comunicazioni è tracciato sul piano, con riferimento ai punti di riferimento in quest’area.

I vantaggi della vibrazione:

• prevede la creazione di un pozzo orizzontale sotterraneo (puntura) senza danneggiare alcun rivestimento superficiale e vie di comunicazione;
• il costo del lavoro è molto più basso rispetto al metodo della trincea;
• ridurre significativamente i costi del lavoro e la completa assenza della necessità di attrarre attrezzature pesanti;
• nessuna parete di supporto è necessaria per il funzionamento dell’attrezzatura;
• le ridotte dimensioni dell’attrezzatura consentono di utilizzarlo negli scantinati degli edifici;
• è consentito l’uso in terreni soffici e galleggianti.
• durante il funzionamento del punzone pneumatico, la direzione del suo movimento non può essere modificata;
• lunghezza del foro limitata (non più di 15 m) e diametro del foro (203 mm);
• la necessità di pozzi di partenza, intermedi e di ricezione.

Oltre a creare nuovi pozzi, vengono utilizzati punzoni pneumatici per sostituire i tubi nelle comunicazioni urbane esistenti. La capsula del punzone pneumatico è installata nel pozzetto di partenza, il dispositivo di ancoraggio è installato nel pozzo di ricezione, un cavo d’acciaio viene tirato da esso attraverso il tubo di comunicazione e fissato sul naso della capsula del punzone pneumatico. Sotto l’azione dell’aria compressa e della tensione del cavo, la capsula si sposta lungo il tubo usurato, distruggendolo ed espandendo il pozzo e contemporaneamente stringendo i nuovi tubi in polietilene, che sono costruiti l’uno dall’altro da una connessione filettata nel pozzetto di partenza. Con l’aiuto di un punzone pneumatico, è possibile avviare un nuovo tubo in polietilene all’interno di un tubo usurato – ovviamente, il diametro del nuovo tubo deve essere inferiore al diametro di quello esistente.

Guasto idraulico

Con l’uso di dispositivi idraulici, vengono eseguiti due tipi di lavoro: forzare le casse in acciaio e distruggere i tubi con la sostituzione con quelli nuovi. Il primo tipo di lavoro prevede la punzonatura ciclica dei tubi utilizzando un sistema di martinetti idraulici. L’archetto del primo tubo è dotato di un coltello conico che taglia il terreno, che viene scavato attraverso la canna cava formata dai tubi dell’asta. Questo metodo consente di forare nel terreno per tubi con un diametro di 1-1,4 me una lunghezza fino a 50 m, indipendentemente dagli ostacoli situati sopra il sito di perforazione.

Il secondo tipo di lavoro – distruzione idraulica – sarà considerato in modo più dettagliato. A differenza delle capsule di punzoni pneumatici utilizzati nella perforazione a vibrazione, il punzone distruttivo (“talpa”) è dotato di coltelli speciali ed è azionato da una stazione di pompaggio idraulica. Il diametro maggiore del punzone è di 1200 mm, la lunghezza massima del passaggio è di 50 m.

Fasi di lavoro: preparazione di fosse di fondazione; installazione dell’attrezzatura; distruzione di un tubo usurato esistente; installazione di un nuovo tubo in polietilene a bassa pressione.

Preparazione di fosse di fondazione. Le fosse di partenza e di ricezione vengono strappate alla profondità delle comunicazioni che devono essere sostituite. Le dimensioni complessive della fossa di ricezione dovrebbero essere sufficienti per garantire la libera circolazione del tubo installato, le dimensioni della fossa di partenza – per garantire la libera installazione del demolitore idraulico e l’ingresso delle aste. Le pareti e il fondo della fossa di partenza devono essere accuratamente allineati: il centraggio del punzone rispetto al tubo da distruggere deve essere il più preciso possibile. Nella parte inferiore della buca di partenza viene versato un blocco di ghiaia o viene posata una passerella – una misura per evitare la deviazione della testa distruttiva in caso di allagamento della buca.

Installazione dell’attrezzatura. Il punzone di demolizione, installato su un telaio metallico, viene inserito nella fossa e centrato al suo interno mediante una gru. Affinché il telaio del punzone non si sposti verso il tubo da distruggere, è necessario un arresto verticale fatto di una piastra d’acciaio 1200 mm per 2500 mm, almeno 15 mm di spessore – la forza di spinta posteriore del dispositivo è superiore a 50 tonnellate e in assenza di un arresto forte si trascinerà inevitabilmente nel terreno … La piastra di base è montata su un lato con un taglio stretto davanti al tubo da distruggere e sostituire. Al completamento dell’installazione, i tubi flessibili sono collegati al punzone dalla stazione idraulica situata all’esterno della fossa.

Distruzione di una vecchia pipa. In questa fase, la testa di taglio non è installata, solo le aste vengono inserite nel canale del vecchio tubo, che vengono estese con nuove sezioni fino a quando la loro estremità appare nella fossa di ricezione. La flessibilità delle aste consente un angolo di curvatura di 20 ° del canale della tubazione, ma non di più.

Installazione di una nuova pipa. Dopo che le aste escono nella fossa di ricezione, una testa di taglio viene attaccata alla loro estremità, il cui diametro corrisponde al diametro esterno del nuovo tubo; usando una pinza, un tubo che sostituisce quello vecchio viene attaccato alla testa. La modalità operativa del punzone viene commutata su quella opposta, viene installato un arresto in acciaio. Nel processo di movimento, la testa distrugge il vecchio tubo, premendo i suoi frammenti nelle pareti del canale. Il processo di sostituzione dei tubi continua fino a quando l’estremità del nuovo tubo non fuoriesce nella fossa di partenza, dopo di che il pannello di arresto viene rimosso, le aste vengono smontate e i tubi del sistema idraulico vengono scollegati, quindi il punzone viene rimosso dalla fossa. Resta solo da collegare il nuovo tubo alla rete di comunicazione e verrà ripristinata l’integrità del condotto.

Vantaggi degli utensili idraulici senza scavo:

• prodotto senza danneggiare la carreggiata;
• la posa di un nuovo tubo viene eseguita nel vecchio canale;
• sostituzione una tantum di tubi di diametro significativo (fino a 1200 mm) su una sezione di oltre 50 m;
• consente un aumento del diametro della tubazione in relazione al diametro del vecchio canale;
• rispetto alle opere di scavo, che richiedono il coinvolgimento di un gran numero di attrezzature e di una forza lavoro significativa, i lavori che utilizzano la tecnologia di distruzione idraulica vengono eseguiti con meno sforzo e in un tempo molto più breve;
• – non richiede il lavaggio preliminare del vecchio canale del tubo;
• – non ci sono vibrazioni durante il lavoro;
• – le opere non sono accompagnate da alcun danno ambientale.
• – è necessaria la preparazione di fosse di fondazione;
• – costo del lavoro più elevato rispetto alla trincea.

Alla fine

Tenendo conto di quasi il 90% del deterioramento delle utility esistenti in Russia e nei paesi della CSI, le tecnologie senza scavo sono l’unica via d’uscita da questa situazione. L’infinito patching delle tubazioni che perdono con il metodo di scavo comunemente praticato dalle utility ha sopravvissuto a lungo alla sua utilità..

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