Использование бестраншейного метода горизонтального направленного бурения (ГНБ) для укладки новых и восстановления существующих трубопроводов на склонах холмов и в горной местности имеет преимущества и дает выгоды.
Затраты на работы, характерные для классических методов строительства, такие как использование специальных шагающих экскаваторов, укрепление склонов, специальный крепеж откосов, обеспечение устойчивости штабелей разработанного материала, крепеж стенок траншей, требующее специальной техники и технологически сложное уплотнение грунта в произведенных на склоне выемках, а также сложное восстановление ландшафта, можно полностью исключить. Можно использовать обычное оборудование ГНБ, применяемое при прокладке трубопроводов, устройстве переходов под водотоками и под автомобильными и железными дорогами; на склонах легко устраивать подвод коммуникаций к сооружениям на земельных участках. Дополнительные глубины проходки в сложных грунтах и скальных массивах не приводят к дополнительным затратам. Прокладка этим бестраншейным методом новых труб позволяет полностью избежать повреждения природной или созданной человеком растительности, что всегда является предметом беспокойства. В некоторых особо сложных условиях, например, когда склон сложен набухающими глинистыми породами и требуется произвести восстановление находящихся в нем трубопроводов из гибких пластических материалов, применение бестраншейных методов дает дополнительные преимущества, поскольку оказывает стабилизирующее воздействие на склон.
Кратко об объекте прокладки напорного трубопровода через белые скальные породы
Недалеко от Цвайфальтена (южная часть Германии) в массиве Швабской Юры для одного ресторана потребовалось проложить напорный трубопровод. Необходимость устройства канализационного трубопровода связана с тем, что рядом с рестораном находилась пещера с родниковой водой, в которую часто приплывали на лодках к ресторану посетители ресторана. Во избежание нарушения природы небольшой канальнообразной долины, местные органы охраны окружающей среды не дали разрешение на строительство трубопровода открытым способом по поверхности гряды, имеющей обратную U-образную форму и сложенной из белых скальных пород Юрского периода.
Рис.1 Бурение прочных пород в горных условиях методом ГНБ
Было принято решение выполнять буровую скважину длиной 90 метров под скалистой грядой, при этом высота массива над скважиной на середине трассы составила 45 метров. Трасса была прямой и бурение скального материала Юрского периода прочностью свыше 200 мПа осуществлялось установкой ГНБ Grundodrill 20S с использованием для пилотной проходки небольшой буровой головки Grundorock Mudmotоr диаметром 89 мм. Самым сложным было обеспечивать требуемое направление движения буровой головки на первых десятках метров скважины, поскольку бурение здесь велось вверх под большим уклоном. Помощь поверхностного навигационного устройства была возможна до глубины лишь 15 м, после чего направление бурения задавал оператор. По другую сторону гряды навигационное устройство продолжило ведение буровой головки, и скважина была закончена точно в заранее подготовленном приемном котловане. Увеличение диаметра скважины было выполнено конусным буром-расширителем диаметром 121 мм. Протяжка продуктопровода сквозь очищенную скважину оказалась самым простым этапом цикла и была осуществлена всего за полчаса. Все это произвело такое сильное впечатление на орган по охране окружающей среды, что на его заседании было принято решение рекомендовать бурение под грядами по кратчайшему расстоянию своим коллегам в органах охраны окружающей среды других регионов.
Параллельное бурение в карстовых известняках (Словения)
Пещеры в карстовом районе предгорий «Юлианских Альп» (зона в юго-восточной части Альп) известны во всем мире, они принадлежат к наиболее впечатляющим природным явлениям Европы и являются основным туристическим объектом Словении. Там находится 27-километровый лабиринт пещер, полных сталактитов, сталагмитов и спекшегося известкового туфа, являющихся также идеальным местом обитания, не имеющего пигментации очень редкого вида амфибий.
Туристический маршрут начинался внутри первой пещеры в нескольких десятках метрах от ее входа, способ передвижения по лабиринту – специальный поезд на аккумуляторной тяге, движущийся по кольцевому рельсовому пути, проложенному через серию пещер. Смена пассажиров происходит на центральной станции. Система находилась в эксплуатации много лет, и потребовалась реконструкция станции. Из практических соображений администрация комплекса решила расположить пассажирскую станцию не внутри лабиринта, а снаружи. Чтобы это осуществить, необходимо было проложить соединительную коммуникационную линию.
Рис. 2. Grundodrill 13X с Grundolrock-Mudmotor бурит скважину в Постойне для управления лабиринтом пещер
Открытый способ был неприемлем ввиду большой длины обходной трассы при очень высокой прочности пород. Проектировщики предложили выполнить проходку по кратчайшему расстоянию, и было принято решение пробурить в стенке пещеры две скважины длиной 30 м на расстоянии 1 м друг от друга.
Для выполнения этой работы компания VILKOGRAD (Сентюр, Словения), являющаяся ведущей организаций по бестраншейной укладке труб и горизонтальному направленному бурению в Словении, Хорватии и в других странах региона, использовала собственную установку ГНБ Grundodrill 13X.
Для того чтобы определиться со стартовой точкой, лазерным теодолитом были предварительно измерены направление и угол наклона скважины. Для бурения пилотной скважины в массиве известняка очень высокой прочности была использована буровая головка Grundorock Mudmotоr и штанги длиной 3 м; операция длилась 30-40 минут. Использование Grundorock Mudmotоr имело то преимущество, что расход буровой жидкости был относительно невелик. Горизонтальное и вертикальное положение снаряда контролировалось с помощью кабельной навигационной системы.
Увеличение диаметра скважин выполнялось с помощью бура-расширителя диметром 250 мм (10 дюймов). После этого в скважину с помощью молота была введена металлическая труба номинальным диаметром 219 мм. Затем сквозь эту трубу был протянут силовой кабель для соединения с новой пассажирской станцией. Для выполнения буровых работ в скальном массиве бригаде VILKOGRAD потребовалось всего 6 дней.
Скважина ГНБ длиной почти 2000м в скале у Лаакса (Швейцария)
На востоке Швейцарии, в районе Гдармских Альп с пиком высотой 3620 м в зонах зимнего спортивного отдыха Лаакс и Флимс, большой известностью, особенно у любителей горнолыжного спорта, пользуются окрестности деревень Граубюнден и Гризонс. Все больше зимних спортивных центров используют пушки для нанесения искусственным способом снегового покрова.
Рис. 3. Установка ГНБ Prime Drilling 75/50 в горах у Лаакса
В Лааксе тоже решили проложить водопроводную линию между водохранилищем и местом установки снеговых пушек. Для этого потребовалось пробурить под хребтом скважину длиной 334 м для укладки водопроводной трубы диаметром 400 мм. Высотные отметки стартовой и конечной точек – 1940 и 1934 м над уровнем моря соответственно. Это значит, что уклон скважины должен быть равен 0.68 %. Бурение прямолинейной скважины со столь небольшим, но строго обязательным уклоном при высоте скального массива над скважиной до 40 м – непростая задача, но она была оптимальным образом решена бригадой итальянской компании Bianko, специализирующейся на ГНБ. Компания использовала установку ГНБ Prime Drilling 75/50, оборудованную для проходки пилотной скважины головкой Mudmotor диаметром 171 мм с буровой коронкой длиной 2250.8 мм. На длине 20 м скважина проходит в булыжниках и блоках скальных пород, на остальном протяжении – в массиве прочных швейцарских (гельветийских) известняков. Увеличение диаметра скважины осуществлялось с помощью бура-расширителя компании Prime Drilling диметром 584 мм. При протяжке трубы перед ней двигался буррасширитель диаметром 444.5 мм. Буровые работы прошли без осложнений и были завершены в течение очень короткого промежутка времени.
Бурение напрямую в горах Швейцарской Юры у Райголдсвиля
Райголдсвиль находится в кантоне Базель-Ланд у подножья складчатых гор Швейцарской Юры, вершины которых достигают отметок 900 – 1200 м над уровнем моря. Здесь потребовалось заменить построенный в 1967 г. газопровод с отклонением его трассы в сторону деревни Раппертсвиль. Новый участок газопровода из стальных труб длиной 900 м предстояло отодвинуть от жилых домов. Компания Gasverbund Mittelland AG, владелец сети, решила пробурить под грядой скважину длиной 460 м. Горный массив Бергли сложен преимущественно породами, характерными для Верхнеюрского периода, с частым переслаиванием прочными известняками и слабыми мергелями.
Для того чтобы осуществить этот объект в 2005 г, пришлось прежде всего построить в горах небольшую дорогу для транспортировки к стартовой точке буровой установки ГНБ Prime Drilling весом 100 т. Опытная бригада компании Bohlen&Doyen из северо-западной части Германии, владелец 100-тонной Prime Drilling, пробурила пилотную скважину, используя буровую головку Mudmotоr с коронкой размером 250 мм. Направление движения снаряда регулировалось созданием в зоне проходки искусственного магнитного поля и подачей навигационной системе, установленной в хвостовой части буровой головки, команд с пульта управления, находящегося на борту установки, через электрический кабель, проходящий внутри буровых штанг.
В ходе бурения через слои Юрского периода потребовалась частая регулировка режима подачи буровой жидкости в соответствии с характеристиками пересекаемого слоя. Полная рециркуляция буровой жидкости осуществлялась на месте. Второй рабочий этап состоял в увеличении диаметра скважины с помощью бурарасширителя диаметром 500 мм. Третий этап - протяжка сварной металлической трубы диаметром 273 мм через скважину, заполненную обогащенной буровой жидкостью.
Работы на объекте были завершены точно в соответствии с графиком; заказчик остался очень доволен и даже опубликовал в Швейцарии несколько статей об этом объекте.
Скважина длиной тысяча метров в скале на крутом откосе
В районе Гогенцоллерн на юго-востоке Германии, известном своей сейсмичностью, возникла необходимость проложить трубопровод природного газа (металлическая труба диаметром 273 мм с пластиковым покрытием) под крутым откосом на глубине нескольких метров в зоне плоскогорья Швабской Юры, сложенного слоистым известняком Юрского периода.
Рис. 4. Вид вниз по склону, где была выполнена скважина для газопровода (в глубине – замок Гогенцоллернов)
Откос является частью природоохранной лесной зоны Баннвальд, в которой не допускается падение камней и эрозия почв. Длина скважины – тысяча метров, перепад высот между начальной и конечной точками – 230 м, крутизна откоса – до 43%, местами – до 55%. Прочность на сжатие известняков Юрского периода – около 230 МПа, возможны карстовые полости. На участке крутого откоса в Баннвальде дистрибьютором газа было принято решение о защите металлического трубопровода полиэтиленовой трубой-чехлом диаметром 450 мм. Таким образом, скважина должна иметь диаметр 600 мм. Местное управление по охране окружающей среды разрешило устройство только одного промежуточного котлована, и скважина была разделена на два участка приблизительно одинаковой длины. Пилотные скважины были выполнены с помощью установки Grundodrill 20 S, после чего они были расширены с использованием установки ГНБ Prime Drilling. Работы выполнялись опытной фирмой Max Wild GmbH из Беркхайма. Расширение скважины велось в три этапа до диаметров 300, 500 и 600 мм. Был решен ряд проблем: карстовая полость, поломка конуса одного из буров-расширителей, сжатость срока выполнения буровых работ. Через несколько недель после их завершения газопровод был введен в эксплуатацию.
Силовые кабели по кратчайшей трассе
В Европе постоянно идут разговоры о том, что надо избегать прокладывать высоковольтные линии вблизи городов и природных охранных зон. В то же время, для того чтобы передавать трансформируемую электроэнергию в центры ее использования, необходимы новые силовые линии. С точки зрения использования территорий, подземные силовые кабели имеют преимущества, и число таких объектов растет. Как правило, подземные кабели укладывают в полые полиэтиленовые трубы, поэтому обычная для технологии ГНБ прокладка полых труб вполне подходит для этих целей.
В районе Хунсрюка, расположенного в юго-западной части Германии западнее Кобленца, на вершинах гряды, являющейся «становым хребтом» района Хунсрюк, построено много ветровых турбин («ветряков»), которые было решено соединить с центрами использования энергии, для чего бестраншейным способом пробурить в очень прочных базальтовых породах длинные скважины под природоохранными зонами.
Рис. 5. Трубопровод длиной 1 км готов для втягивания в скважину, выполненную в скальном массиве установкой ГНБ
Рис. 6. Пример бурения скважины для силового кабеля по кратчайшему направлению
Рис. 7. Скважина для силового кабеля, пробуренная по кратчайшему направлению под природоохранной зоной (плоский верховой участок)
Рис. 8. Прямое кабельное соединение между ветряком и объектом потребления.
Эти работы были выполнены с помощью установок ГНБ Grundodrill 20 S, оборудованных буровыми головками Grundorock Mudmotоr. Прочность базальтовых пород достигала 400 МПа, так что это было непросто – пробурить в таких твердых грунтах скважины длиной несколько сотен метров.
Рис. 9. Длинные анкера, установленные в скальном массиве по технологии ГНБ
Установка методом ГНБ длинных скальных анкеров
В средней Европе длинные анкера для укрепления грунтов применяют уже в течение более 10 лет. С помощью установок ГНБ, располагаемых с безопасной стороны горного склона, можно технически комфортно устанавливать длинные анкера для крепления вертикальных стен и откосов скальных массивов. Разломы, трещины и швы вертикальной ориентации, которые могут привести к неустойчивости массива, будучи «прошиты» анкерами, теряют свою обособленность от массива.
Возможность геотехнических исследований для тоннельных объектов
Используя управляемые установки ГНБ, можно будет в перспективе проводить инженерно-геологические исследования с целью определения трасс планируемых тоннелей (один из примеров - новый железнодорожный тоннель под Монбланом). С их помощью, используя специальное оборудование, можно брать пробы жидкости и образцы скальных пород. Кроме того, можно устанавливать приборы для измерения геотехнических параметров. Скважины ГНБ можно использовать для проведения геофизических исследований. Устраивая несколько параллельных вертикальных или наклонных скважин, можно, установив в них соответствующую геофизическую аппаратуру, «прозванивать» массив и получать трехмерную картину (томографию) большого его участка, то есть проводить детальные трехмерные исследования. Такие исследования очень важны, если участок тоннеля проходит через массив набухающих скальных пород (например, ангидритов) или набухающих глин, через тектонически слабые зоны, рыхлые или насыпные грунты или строится в иных аномальных условиях.
Реконструкция тоннелей
Многие старые тоннели вырубались прямо в скале. У них отсутствует внутренняя обделка, иногда линии коммуникаций имеют недостаточную пропускную способность. Введены новые правила пожарной безопасности в тоннелях, и с помощью установок ГНБ можно в зоне обратного свода укладывать трубы для тушения пожара водой. С помощью ГНБ можно бурить вентиляционные скважины для дополнительной подачи свежего и вытяжки загрязненного воздуха, бурить пилотные скважины для тоннелей разблокировки проходческой техники, а также бурить скважины для подачи по ним консолидирующих грунт составов, например, цементных растворов, к проблемным участкам старых тоннелей.
Выводы
Описанные примеры использования технологии ГНБ в горных условиях демонстрируют тот факт, что при бурении даже в сильно пересеченной местности со сложными геологическими условиями можно с помощью ГНБ добиваться успешных и даже отличных результатов. Рынок использования ГНБ в горных условиях будет расширяться, поскольку, во-первых, законодательство в области охраны окружающей среды все более ужесточается, и во-вторых, бурению по кратчайшему расстоянию отдается все больше предпочтения. Заказчики объектов прокладки газо- и водопроводных магистралей, силовых и коммуникационных кабелей, кабелей управления и т. п. получают более безопасные объекты своей инфраструктуры, если они проложены по кратчайшему пути по технологии ГНБ.
Защита окружающей среды будет заставлять нас все чаще и чаще использовать ГНБ для прокладки трубопроводов в горной местности независимо от того, что является продуктом транспортировки – вода для снежных пушек, природный газ, оптико-волоконные кабели, электрические силовые кабели, канализационные стоки или провода освещения канатной железной дороги.
Источник: http://www.mgs.ru/articles/2011_JULAY_34-38.pdf
Комментарии 0