Технологии местного бестраншейного ремонта водоотводящих трубопроводов

В качестве наиболее характерных дефектов ветхих водоотводящих сетей, выполненных из раструбных чугунных и керамических труб, являются нарушения в стыках, под которыми понимаются: неплотное прилегание торцов отдельных труб друг к другу, нарушение угла стыковки (по вертикали или горизонтали), продольное смещение труб с выходом из стыка, разрушение торцов труб в пределах стыка, незначительные по длине продольные и поперечные щели в теле трубы и т.д. Такие дефекты носят название местных (точечных). Они возникают как на прямолинейных участках сети, так и в местах присоединения боковых ответвлений.

Последствиями негативных явлений на водоотводящих сетях является просачивание (эксфильтрация) сточных вод в подземные горизонты, что приводит к загрязнению грунтовых вод, вымывание почв в затрубном пространстве и, как следствие, к провалам трубопроводов и других сооружений в образующиеся пустоты. В то же время, через имеющиеся дефекты в теле трубопровода могут проникать подземные воды, что отражается на увеличении общего расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения, и серьёзном нарушении режима их работы, что в конечном итоге ведёт к снижению эффективности очистки сточной жидкости.

Современные технология местного ремонта трубопроводов с использованием бестраншейных технологий, изобилующих множеством оригинальных технических решений, позволяют производить оперативный и эффективный ремонт трубопроводов в единичных и множественных местах нарушения стыков по трассе трубопровода, резко снижая потери транспортируемой жидкости.

В общем и целом, сущность рассматриваемых технологий ремонта состоит в кольматации (заделывании) различного рода щелей, образующихся в стенках трубопроводов и в местах их стыковки, с помощью разного типа вставок или специальных растворов (например, акриловой смолы, полиуретановой мастики и других), которые, например, осуществляют герметизацию дефектов раструба вплоть до просачивания растворов в грунт за пределы трубопровода, т.е. в пустоты затрубного пространства. В состав смолы могут входить волокнистые добавки на основе стекла. Введение (инъекция) раствора в места обнаруженных дефектов осуществляется специальными устройствами, а процесс контролируется телевизионными установками. После отверждения (по-лимеризации) образуется монолитное и герметичное ремонтное покрытие, выполненное заподлицо с внутренней стенкой трубопроводов.

Ниже рассмотрены некоторые из технологий местного ремонта, нашедшие в последнее время наибольшее распространение в практике бестраншейного восстановления водоотводящих сетей. 

В последние годы в ФРГ из-за неудовлетворительного состояния водоотводящих коммуникаций резко увеличилась потребность в модернизации и ремонте водоотводящих труб с акцентом на использование экономичных и оперативных бестраншейных технологий, где в качестве материалов для местного ремонта рекомендуется использовать отходы производства, в частности вышедшие из употребления изделия из полиэтилена, полипропилена, других полимеров, а также старые автомобильные покрышки. Отходы подвергаются мелкому размолу и обработке связующими составами, соотношение компонентов определяется конкретными условиями применения. Смесь используется для приготовления защитных цилиндрических оболочек (вкладышей), которые затем различными способами устанавливаются в коллекторах. 

Альтернативными описанным выше материалам как указывалось выше являются органические смолы, быстро полимеризующиеся в местах непосредственного применения, восстанавливая герметичность конструкции и гарантируя сохранение прочностных свойств трубопровода после местного ремонта. Одним из широко используемых методов бестраншейной реновации трубопроводов с помощью смол является разработанная в ФРГ технология местного ремонта CIPP. 

Сущность технологии CIPP заключается в заполнении трещин в теле трубы специальным раствором (органической смолой) и выходом его в ранее образовавшиеся пустоты за пределами трубопровода. Смола нагнетается путем впрыска по так называемому Janssen-процессу, который в зависимости от состояния дефекта может быть «точечным» (при дефектах на основной водоотводящей линии) или «боковым» (при обширной дефектной зоне, в том числе на стыках основного трубопровода и подводящей ветки).

«Точечный» ремонт

На сегодняшний день точечный ремонт по технологии CIPP является единственным для восстановления структуры трубопровода, заполнения пустот и ликвидации трещин без остановки потока сточных вод в коллекторах, а также без приостановки проникновения в них грунтовых вод. Ремонт осуществляется с помощью специального уплотнительного блока (на базе паркера) с герметичным каналом, через который поток сточных вод поступает во время проведения ремонта, не оказывая влияния на эффективность процесса восстановления тела трубы. Управление процессом ведется из автомобиля, где установлен блок управления. 

Процесс подачи смолы и заполнение пустот осуществляется по шлангу непрерывно из специальных емкостей, находящихся на поверхности земли вблизи трассы. В табл. 1 представлены основные сведения о возможностях метода CIPP.

Табл. 1. Параметры реализации Janssen-процесса «точечного» и «бокового» ремонта

На рис. 1 представлен общий вид дефекта водоотводящего трубопро-вода в виде трещин и пустот за участком трубопровода в окружающем грунте. Перед процессом восстановления дефекта тело трубы подвергается эффективной прочистке и установке необходимых сопровождающих процесс устройств и механизмов. На рис. 2 изображены: паркер (белого цвета) и телероботы, контролирующие проведение технологического процесса. 

Процесс ремонта начинается с наполнения (раздутия) паркера воздухом (рис. 3) и подачей полиуретановой смолы (например, двухкомпонентной типа PU «JaGoPur») в зону дефекта трубопровода через шланги. После завершения процесса накачки смолы и проникновения её через щели в затрубное пространство начинается этап отвердения (полимеризации) смолы, который длится порядка 25 минут. После отвердения паркер удалятся из трубопровода (рис. 4). Плотность смолы PU «JaGoPur» (по DIN-12791) составляет от 950 до 1250 кг/м3.

 
Рис. 1. Общий вид поврежденного участка водоотводящей сети

 
Рис. 2. Устройства и аппаратура задействованные в Janssen-процессе 

 
Рис. 3. Фрагмент раздутия паркера в Janssen-процессе 

 
Рис. 4. Вид виртуального ремонтного участка трубопровода после удаления паркера

«Боковой» ремонт

Германская практика свидетельствует, что на долю дефектов, связанных с появлением трещин в боковых присоединениях к основному трубопроводу, приходится порядка 20 % от всех повреждений. Ремонт таких соединительных узлов может быть осуществлен аналогично описанному выше методу путем закачки смолы в зону дефекта. Опыт показывает, что наилучшие показатели достигаются при использовании двухкомпонентной силикатной смолы «JaGoSil», плотность которой (по DIN-12791) составляет от 1070 до 1500 кг/кубометр. На рис. 5 представлен фрагмент раздутия паркера на границе основного трубопровода и боковой ветки, где проявлялись дефекты в виде трещины и разлома части бокового присоединения, а на рис. 6 и 7 соответственно результаты бестраншейной реновации трубопроводов.

 
Рис. 5. Фрагмент раздутия паркера в зоне стыковки трубопроводов

 
Рис. 6. Вид виртуального ремонтного участка в месте сопряжения труб

 
Рис. 7. Вид реального ремонтного участка трубопровода после восстановления

Описанная технология успешно применяется в ФРГ для ремонта водоотводящих сетей уже около 25 лет. Пример эффективности технологии подтверждают данные статистики: в результате восстановления 6 наиболее сложных с технической стороны объектов на водоотводящей сети суточный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения одного из городов был снижен с 900 до 300 м3/сут. благодаря предотвращению инфильтрации (поступления подземных вод в водоотводящую сеть через дефекты трубопровода).

Другим методом ремонта дефектов вблизи раструбов водоотводящих труб является разработанная специалистами канадской фирмы Link-Pipe бандажная технология устранения местных повреждений Grouting sleeve, где в качестве основного элемента используется двухслойная ремонтная гильза цилиндрической формы (рис. 8). Внутренний слой гильзы выполняется из листовых нержавеющих сталей, наружный из листового полиуретана, который перед спуском гильзы в трубопровод пропитывается клеевым составом на полиуретановой основе. Применяемые адгезионные растворы обладают способностью к расширению в 3-7 раз в течение 18-20 мин, заполняя поры в прилегающей зоне и быстро затвердевая. Количество клея строго дозируется в зависи-мости от диаметра и длины гильзы.

 
Рис. 8. Фрагмент выреза прямолинейного ремонтного участка трубопровода с установленной в нем ремонтной гильзой на транспортном модуле

Основные технологические операции по установке гильз Grouting sleeve представлены на рис. 9.

 
Рис. 9 Схема установки шарнирной тонкостенной облицовки Grouting для трубо-проводов диаметром 600-2800 мм:
а) ввод сложенной гильзы в трубопровод; б) последовательное разжатие домкра-тами сегментов А и В; в) нагнетание полиуретановой мастики Р

Технология монтажа ремонтных гильз состоит в установке их на специальный пневмоцилиндр со съёмными колёсами и введения через люк колодца в трубопровод. С помощью обычных лебёдок пневмоцилиндр с гильзой, а также стандартная телевизионная камера, контролирующая ход выполнения всей работы, протягиваются по трубопроводу до места установки гильзы. В пневмоцилиндр подаётся сжатый воздух под давлением, как правило, не более 0,25 МПа. После разжатия гильзы до требуемого состояния (до плотного прилегания её к внутренней поверхности) пневмоцилиндр выводится за пределы гильзы. С помощью телевизионной камеры оператор, находящийся в микроавтобусе на поверхности, следит за правильностью зацепления зубцов и качеством работы в целом. Фирма Link-Pipe изготавливает и поставляет ремонтные гильзы в диапазоне диаметров 150-1350 мм при их длине 300, 450, 600 и 900 мм.

Основные преимущества метода бандажной технологии состоят в следующем: удешевляется ремонт по сравнению с традиционными методами; повышается оперативность проведения ремонтных работ и создается возможность применения метода при любых локальных видах повреждений (разгерметизация соединений, трещины, пробоины и т.д.). Кроме того, для производства работ не требуется устройство специальных котлованов, траншей, лебедок и другого оборудования и машин.

Для местного ремонта участков подземных трубопроводов диаметром от 150 до 800 мм могут использоваться различные типы специальных ремонтных роботов. Они комплектуются соответствующим оборудованием (например, фрезерной, заделочной, бандажной и другими головками) и цветной кинокамерой с углом бокового обзора 75 град и возможностью фокусировки. В частности, для местного ремонта трубопроводных коммуникаций диаметром до 600 мм в узлах разветвлений труб находят применение роботы импортного производства, например, фирмы Hachler Umwelttechnik (рис. 10).

 
Рис. 10. Ремонтный робот для восстановления трубопроводов Hachler Umwelttechnik (Германия)
С помощью подобных роботов может производиться местный ремонт узла стыковки основного трубопровода диаметром от 200 до 600 мм и примыкающего (диаметром от 100 до 150 мм) на глубину до 40 см путем установки полимерных вставок (рис. 11). 

      
Рис. 11. Местный ремонт узла стыковки труб разного диаметра:
а) состояние труб до ремонта; б) состояние после ремонта

Ремонтный материал располагается в сжатом состоянии в корпусе робота и за счет инверсии (выворачивания давлением воздуха) подается внутрь прилегающего участка трубы. Среднее время проведения ремонтных работ без учета полного отверждения материала составляет 40 минут. Длина кабеля управления ремонтным роботом составляет 60 м.

Выводы

1. Рассмотрены наиболее распространенные методы местного ремонта с помощью бестраншейных технологий: кольматацию дефектов путём нагнетания органических смол с последующей их полимеризацией, установкой бандажей, нанесением выворачиваемых полимерных вставок и т.д.

2. Выбор конкретного метода восстановления трубопроводов и обоснование возможности его применения зависят от состояния трубопровода после прочистки и результатов теледиагностики, а также возможностей размещения и использования соответствующего оборудования и механизмов для реализации метода на месте производства работ, обеспечения работоспособности трубопровода в период проведения восстановительных работ.

Библиографический список

1. Орлов В.А., Михайлин А.В., Орлов Е.В. Технологии бестраншейной реновации трубопроводов. М. АСВ. 2011. 143 с.
2. Храменков С.В. Стратегия модернизации водопроводной сети. М. Стройиздат. 2005. 398 с.
3. Храменков С.В., Орлов В.А., Харькин В.А. Оптимизация восстановления водоот-водящих сетей. М. Стройиздат. 2002. 160 с.
4. Орлов В.А. Строительство и реконструкция инженерных сетей и сооружений. М. Академия. 2010. 301 с.
5. Храменков С.В., Примин О.Г. Проблемы и пути снижения потерь воды // Журнал «Водоснабжение и санитарная техника». 2012. № 11. с. 10-14.
6. Орлов В.А., Хантаев И.С., Орлов Е.В. Бестраншейные технологии. М. АСВ. 2011. 225 с.
7. Burger J. Verfahren zur Sanierung bzw. Renovierung von Abwasserleitungen und kanalen [Патент Германии N 19833885.6; Заявлен 28.07.1998; Опубликован 03.02.2000].
8. Janflen A. Importance of lateral structural repair of lateral lines simultaneously with main line CIPP rehabilitation // NO-DIG 2012, Sao Paulo (Brasil) [Доклад на Междуна-родной конференции по бестраншейным технологиям, 2012, Сан-Паолу, Бразилия].
9. Pinguet J.-F., Meynardie G. Reseaux d'assainissement: du diagnostic a la rehabilita-tion // Eau, industry, nuisances. 2006. № 295. р. 39-43.
10. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Zwierzchowska A. Technologie beswykopowe w inzeynierii srodowiska //Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. 2010. 735 p.

Авторы:

Орлов В.А., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Водоснабжение» ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Орлов Е.В., доцент кафедры «Водоснабжение» ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Зверев П.В., студент ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Источник: http://www.robt.ru/uchebnye-i-nauchnye-stat-i/stati/69-technology-mestnogo-bestranschein-remont