Опыт применения полиэтиленовых труб при строительстве и реконструкции трубопроводов водоснабжения и водоотведения в МГУП «Мосводоканал»

Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2012". Авторы - С.В. Храменков, К.Е. Хренов, С.А. Скопинцев, А.Е. Кулагин, С.В. Баталин, МГУП «Мосводоканал» (Россия, Москва).

Реконструкции и модернизация сети является одним из приоритетных направлений деятельности МГУП "Мосводоканал". В условиях плотной городской застройки наиболее экономичным решением является применение бестраншейных методов ремонта и восстановления трубопроводов. На сегодняшний день в арсенале предприятия имеются все современные методы, в их числе: нанесение цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода; протяжка сплошных полимерных рукавов; протяжка полиэтиленовых труб в существующий трубопровод; прокладка труб из высокопрочного чугуна закрытым способом. Выбор конкретного метода реконструкции осуществляется на основании регулярной комплексной диагностики трубопроводов, оценке их технического состояния и остаточного ресурса. Крайне важен системный подход в этой области, под которым подразумеваются следующие этапы:

• выбор оптимальных методов реновации и материалов, соответствующих условиям проведения строительно-монтажных работ и последующей эксплуатации;
• проектирование;
• технический надзор за проведением строительно-монтажных работ;
• последующая эксплуатация.

Результаты и обсуждение

Полиэтиленовые (ПЭ) трубы являются перспективным строительным материалом благодаря сочетанию гибкости, прочности, устойчивости к долговременным гидравлическим нагрузкам, и таким эксплуатационным характеристикам, как долговечность, коррозионная и химическая стойкость. Однако следует подчеркнуть, что в настоящее время на основании Распоряжения Правительства Москвы от 14.05.2009 г. №935-РП при проектировании объектов нового строительства, реконструкции и капитальном ремонте водопроводных и канализационных сетей регламентировано применение труб из ВЧШГ. Поэтому применение труб из полимерных материалов в МГУП "Мосводоканал" осуществляется при соответствующем обосновании и в зависимости от условий работы трубопровода.

Протаскивание ПЭ трубы в существующий трубопровод без разрушения (технология «труба в трубе без разрушения») – это недорогой ремонт трубопроводов диаметром от 100 до 1200 мм с минимальными техническими сложностями; метод можно использовать в нестабильных грунтовых условиях. При таком ремонте новая труба из полиэтилена протаскивается в старую трубу (рис. 1). Технология приводит к уменьшению диаметра старой трубы, но повышает гидравлическую пропускную способность трубопровода.

Рис. 1. Протаскивание ПЭ трубы без разрушения

Технология «Compact Pipe» – протаскивание в существующий трубопровод полиэтиленовой трубы U-образной формы, с последующим расправлением ее с помощью пара (для диаметров от 100 до 500 мм). Полиэтиленовая труба сплющенной U–образной формы (рис.2) втягивается в трубопровод после проведения его прочистки. Под давлением пара труба приобретает круглую форму, плотно прилегая к внутренней поверхности трубопровода. Основные преимущества метода: трубы обладают улучшенными механическими свойствами; снижение гидравлического сопротивления после реконструкции; относительная дешевизна метода; метод применим при любом техническом состоянии реконструируемого трубопровода.

Рис. 2. U–образная форма полиэтиленовой трубы  

Рис. 3. Реконструкция трубопровода по технологии «Compact Pipe»

Технология «Compact Slimline» – протаскивание в существующий трубопровод тонкостенной полиэтиленовой трубы U-образной формы (SDR 26 и более) с последующим расправлением ее с помощью рабочего давления без нагрева. В конечной фазе процесса экструзии тонкостенная труба из ПЭ вдоль одной из сторон загибается вовнутрь, получая сечение в форме буквы С, а после этого обматывается защитной плёнкой (рис. 4). Благодаря уменьшению поперечного сечения труба может легко и быстро втягиваться вовнутрь восстанавливаемого трубопровода. Защитная плёнка предохраняет трубу от царапин во время её втягивания. При помощи внутреннего давления, в «холодном» процессе, труба расширяется до момента её тесного размещения внутри восстанавливаемого трубопровода. «Compact SlimLiner» является недорогим и эффективным методом бестраншейной реконструкции напорных трубопроводов с номинальным диаметром от 75 до 300 мм тонкостенным полиэтиленовым покрытием. Является оптимальным решением в тех случаях, когда старый трубопровод находится в хорошем состоянии, но имеет небольшие повреждения (например, небольшие отверстия, неплотные соединения). Благодаря минимальному уменьшению поперечного сечения и более гладкой внутренней поверхности гидравлические параметры восстанавливаемого трубопровода значительно улучшаются.

Рис. 4. Труба «Compact SlimLiner», размещенная в восстанавливаемом трубопроводе  

Рис. 5. Реконструкция трубопровода по технологии «Compact SlimLiner»

Реконструкция по методу «Swagelining» выполняется с помощью протяжки секций полиэтиленовых труб, предварительно сваренных друг с другом. Новая труба протягивается через матрицу «Swagelining» (рис. 6) - «заужающее» кольцо (для диаметров от 100 до 1200 мм), которое уменьшает внешний диаметр трубы. Метод «Swagelining» применяется для бестраншейного ремонта всех типов сетей: напорных, самотёчных, подземных, наземных трубопроводов любых типов, а также газопроводов. Процесс разработан в конце 80-х годов 20 в. и позволяет быстро осуществлять плотную установку полиэтиленовой трубы внутри восстанавливаемого трубопровода без значительного сокращения диаметра первичной трубы.

Рис. 6. Матрица «Swagelining»

Наибольший объем реновации существующих трубопроводов происходит с помощью протаскивания ПЭ трубы в существующую. Согласно утвержденным требованиям на предприятии применяются следующие типы труб: напорные трубопроводы - однослойные трубы из полиэтилена ПЭ100; трубы из полиэтилена ПЭ100 с усиленным защитным покрытием.

Бестраншейные технологии прокладки предполагают значительные нагрузки на стенки полиэтиленовых труб в момент производства работ. В результате возникла необходимость защитного покрытия труб, которое было бы способно существенно снизить последствия механических воздействий на трубу в процессе протяжки. Производство труб с защитной оболочкой освоено на Климовском трубном заводе, входящем в Группу ПОЛИПЛАСТИК. Оболочка этой трубы обладает более высокой твердостью к царапинам, нежели полиэтилен, а внутренняя рабочая труба сохраняет первоначальные характеристики и полную работоспособность после протяжки, даже при максимальном рабочем давлении.

Специалистами МГУП "Мосводоканал" совместно с представителями завода- изготовителя был проведен эксперимент по протяжке отрезков полиэтиленовых труб внутрь реконструируемого трубопровода. Воспринимающая механические воздействия стенка трубы с защитным покрытием не была повреждена, защитный слой принял на себя все нагрузки и защитил ее от повреждений. На представленных изображениях (рис. 7, рис. 8) отчетливо видно, что царапины проникли во внешнюю поверхность однослойной трубы из PE 100 более глубоко, чем в защитный слой многослойной трубы. Начиная с 01.01.2009 г., в утвержденных в городе «Технических требованиях к трубам, применяемым в системах наружного водоснабжения и канализации на объектах МГУП «Мосводоканал», предусмотрено применение при протяжке только полиэтиленовых труб с усиленным защитным покрытием.

Рис. 7. Эксперимент по протяжке отрезков ПЭ труб

Рис. 8. Сравнение результатов воздействия на однослойную трубу и с защитным покрытием

Для безнапорных трубопроводов на предприятии применяются следующие типы труб: однослойные трубы из полиэтилена ПЭ100 и двухслойные профилированные трубы Корсис (полипропилен) с классом кольцевой жесткости не ниже SN16 (Корсис Про) (рис. 9). Это позволяет существенно облегчить строительные работы на следующих этапах:

1) заполнение межтрубного пространства цементно-песчанным раствором. При применении труб с меньшим классом кольцевой жесткости полимерные трубы не выдерживали давление забутовки и сминались;

2) обратная засыпка трубопровода при открытой прокладке допускается с меньшим коэффициентом уплотнения.

Рис. 9. Трубы Корсис Про

Особое внимание в МГУП «Мосводоконал» уделяется проектированию. В связи с тем, что многие проектные организации до сих пор не обладают достаточной информацией обо всех особенностях поведения полимерных труб в процессе монтажа и эксплуатации, некоторые проектные организации до сих пор применяют в проектах полиэтиленовые трубы, изготовленные из марки 63, тем самым существенно занижают эксплуатационные характеристики трубопровода. Полиэтилен, так же как и другие материалы, подвержен изменениям линейных размеров под воздействием температуры, но, к сожалению, до сих пор встречаются проекты, где компенсация этих изменений не предусмотрена.

Рис. 10. Неподвижные опоры на ПЭ трубопроводе

При монтаже полиэтиленовых трубопроводов особое внимание следует уделить температурным деформациям (по сравнению с трубопроводами из других материалов). Это достигается путем выбора рациональной схемы прокладки и правильным размещением неподвижных опор (рис. 10), воспринимающих продольные усилия и предотвращающие продольные перемещения, и передачу их на элементы трубопровода (запорная арматура, колодцы и другие).

Одной из важнейших составляющих системного подхода является технический надзор за проведением строительно-монтажных работ. Следует отметить, что контроль качества работ при реконструкции и строительстве трубопроводов из ПЭ осуществляется в строгом соответствии с требованиями нормативно-технической документации, а именно:

1. ГОСТ 18599-01 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия;
2. СП 40-102-2000 Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования;
3. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения;
4. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения;
5. СНиП 3.05.04-85 Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации;
6. Технические требования к трубам, применяемым в системах наружного водоснабжения и канализации на объектах МГУП "Мосводоканал", утвержденные в ДЖКХиБ города Москвы в июле 2009 г.;
7. СТО 73011750-004-2009 Трубы напорные из полиэтилена с защитным покрытием.

В целях обобщения мирового и отечественного опыта применения полиэтиленовых труб при бестраншейной прокладке МГУП "Мосводоканал" совместно с ОАО "Мосводоканал НИИпроект", специалистами НИИ Мосстроя и Группы Полипластик разработан "Регламент организации и ведения технического надзора при выполнении работ по бестраншейной прокладке трубопроводов с использованием труб из полиэтилена диаметром до 1400 мм" (предыдущий регламент рассматривал диапазон только до 300 мм). Эта документация легла в основу новой книги: «Использование полиэтиленовых труб для систем водоснабжения и водоотведения» (Храменков С.В., Примин О.Г., Отставнов А.А., Москва, 2010).

Технический надзор - это последняя инстанция, позволяющая устранить все недочеты, допущенные при проектировании и проведении строительно-монтажных работ. Надзор за проведением работ обеспечивается выполнением следующих требований: выполнение входного контроля на продукцию; соблюдение необходимых условий проведения монтажных работ на строительной площадке; проверка документации обеспечивающей гарантию качества оборудования; проверка соответствующей квалификации сварщиков; контроль качества сварных соединений; контроль соблюдения технологии укладки трубопровода; прием трубопровода в эксплуатацию. Центром технической диагностики МГУП "Мосводоканал" осуществляется 100% контроль сварных соединений на трубопроводе в процессе монтажа. Диагностика состоит из визуально- измерительного контроля (обнаружение поверхностных дефектов и отклонений в размерах валиков грата сварного шва и недопустимого смещения кромок труб) и ультразвукового контроля (обнаружение внутренних дефектов, несплавления, пустот, пор и т.д.). До начала монтажа трубопровода обязательно выполняется сварка допускного стыка с последующим испытанием на стойкость к осевому растяжению. Дальнейшая приемка осуществляется в строгом соответствии с НТД, что должно обеспечить надежную эксплуатацию на весь срок службы трубопровода.

Рис. 11

Рис. 12. Протокол испытаний на осевое растяжение сварного шва

Выводы

При выборе метода замены ветхих трубопроводов в МГУП «Мосводоканал» используется дифференцированный подход, предпочтение отдается современным бестраншейным методам, позволяющим сохранить облик городских кварталов и памятников архитектуры. В то же время на предприятии используются традиционные технологий перекладки трубопроводов.

Проведение технического контроля в МГУП «Мосводоканал» рассматривается как важнейший элемент системного подхода к реконструкции трубопроводов.