Технология прокола дороги. Прокол грунта

Для чего используется прокол? Специальное оборудование ГНБ оснащено пилотной штангой, с помощью которой разрабатывается горизонтальная скважина. Особенность процесса состоит в исключении осыпания грунта и сохранении целостности верхнего слоя, благодаря чему не разрушаются коммуникации, здания и покрытия, расположенные вблизи проведения работ.

Далее задавливается труба, а буровой инструмент освобождает пространство для установленного прокладываемого изделия, разбуривая грунт и извлекая его через шнековую систему. Иначе говоря, удаляется та часть земли, которая была только в прокалывающей штанге. В то время как грунт, находящийся вокруг нее, остается и уплотняется в стороны, благодаря чему отсутствуют обвалы отдельных участков земли.

Стоит отметить, что в некоторых случаях горизонтальная прокладка труб в особо твердых видах грунта и в процессе прокола под дорогой проводится с подключением спец. техники, промывающей скважину бентонитовой смесью. Это дает возможность облегчить процесс запрессовки.

Только, проведя квалифицированный геологический осмотр, можно осуществлять работы по проколу дорог, а особенно если речь идет о создании горизонтального отверстия вблизи железной дороги или непосредственно под ней. Данный метод позволяет производить строительные и ремонтные работы, не препятствуя грузовым и пассажирским перевозкам.

Запрещено применять установки ГНБ для проколов под дорогой, которые не оснащены регулятором точности и во время работы используют большое количество бентонита. Такое оборудование относится к опасному методу горизонтального бурения и может вызвать обвал грунта. Дело в том, что многие компании разбавляют бентонитовые смеси недопустимым количеством воды, которая как раз способствует разрушению земли и провоцирует осыпание стенок разрабатываемого тоннеля. Для того, чтобы не допустить производственной катастрофы, следует использовать только машины горизонтального шнекового бурения (бурошнековые установки). Еще одно преимущество метода прокола в том, что для ведения рабочего процесса с помощью оборудования ГНБ легко получить разрешение, и разработать бестраншейный переход под дорогой.

Из чего состоят машины горизонтального шнекового бурения:

• Механизмы, позволяющие вращать и подавать инструменты
• Механизмы подачи при бурении
• Механизмы для ударного бурения
• Компрессоры для бурения с продувкой
• Буровые насосы
• Оборудование, очищающее от шлама и охлаждающее инструменты
• Оборудование, позволяющее спустить, поднять и нарастить бурильные колонны обсадные трубы
• Труборазвороты
• Свечеукладчики
• Техника по контролю и регулированию процесса бурения
• Силовой привод, благодаря которому запускаются машины и механизмы.

Горные породы разрабатываются несколькими способами. В зависимости, какой из них будет использоваться, отличается и оборудования для реализации процесса: вращательное, ударное, вибрационное. В основе находится буровой агрегат, представляющий собой станок и бур. насос, или компрессор, с прилегающим к нему силовым приводом.

Перед проведением процесса бурения скважины осуществляются подготовительные работы:

• осмотр территории для предстоящих работ
• подготовка площадки для буровой установки
• транспортировка необходимого оборудования
• монтаж и демонтаж установок.

Буровые установки монтируются на монтажно-транспортных базах, вследствие чего разделяются на три вида: самоходные, стационарные и передвижные.

Те установки, которые не оснащены собственной транспортной базой и перемещаются блоками, называются стационарными. Они транспортируются универсальными транспортными средствами или с помощью воздушного транспорта. Преимуществом является то, что они компактны и не вызывают затруднений при их перевозке. Производя сложные подземные работы, используют разборное оборудование, состоящее из узлов, которые удобно транспортировать и не сложно регулировать при сборке. Однако монтаж и демонтаж некоторых установок, а особенно китайского производства, может забирать много времени и средств.

Удивительно то, что в России предпочитают чаще приобретать установки ГНБ, оснащенные гусеницами. Ведь можно взять доступный трактор, перевести на нем оборудование с точным прицелом и выполнить горизонтальное бурение, не опасаясь катаклизмов. Работа таким образом выполняется аккуратно и имеет соответствующий вид, благодаря чему дороги и ж/д переезды остаются целыми.

Установки, которые имеют собственную транспортную базу и перемещаются буксированием, называются передвижными. Для их монтажа используют базы, ход которых колесной, санный или гусеничный. Также возможна доставка посредствам водного транспорта. Устанавливается оборудование блоками, чем больше их количество – увеличивается способность выполнить больше работы.

Самоходные установки – техника, которая смонтирована на колесах или гусеничной ленте. Преимуществом данного вида является то, что в работе с ним значительно сокращается время на монтаж и демонтаж установки. Данная техника подходит особенно для проведения непродолжительного бурения и выполнения небольшого объема работ. Допустим, нужно сделать скважину без вскрытия асфальта – для этой задачи более идеального оборудования еще не изобретено.

Бентонит для бурошнековых установок

После проведения пилотирования осуществляется процесс расширения скважин до нужного диаметра и прокладка трубопровода. Для этого применяются бурошнековые установки (ГНБ), которые оснащены крепкими прокручивающимися деталями и тяговыми усилителями. Во время реализации горизонтального бурения нужно обязательно учитывать:

• Бентонитовая смесь не должна выходить через отверстия начального и конечного котлованов. Для того, чтобы обеспечить правильную работу, необходимо соорудить перегородки. Сделать это можно даже из земли. Таким образом прокладываемая труба будет полностью погружена в бентонит.
• Бурошнековая машина в обязательном порядке должна быть оборудована дробительным инструментом.
• Для подачи бентонита крепится буровая головка, в которой имеются специальные промывочные отверстия.
• Бентонит используется в определенных грунтах, поэтому первым делом следует изучить, в какой местности будет осуществляться расширение отверстия. Если грунт относится к песку, гравию или не содержит грунтовых вод, применение бентонита разрешено.
• После проведения пилотного бурения, следующим этапом является присоединение расширительной буровой и тяговой головок к пилотной штанге. Для фиксации трубы и исключения ее вращения, между головками рекомендуется установить опору.
• В состав бентонита должны входить специальные смеси или полимер. При этом стоит учитывать, что последний компонент не дает бентониту набухать.
• Прежде, чем приступать к рабочему процессу с бентонитом, необходимо сделать тесты. Для этого берется емкость, в нее помещаются породы, в которых предстоит сделать прокол.

Подачу бентонита можно рассчитать по следующей формуле:

Диаметр прокладываемой трубы умножается на 1,2 скорости протягивания = необходимое количество смеси из бентонита.

Однако, сколько точно понадобится расходного материала, неизвестно даже с учетом формулы, так как при горизонтальном бурении особое значение играет структура грунта, поэтому следует подготавливать его с запасом.

Как исключить деформацию трубопровода?

Ассортимент пластмассовых труб, выпускающихся отечественными производителями, достаточно разнообразен и позволяет подобрать трубы необходимого наружного диаметра и толщины. Можно с легкостью приобрести трубопровод, удовлетворяющий требованиям бурения и эксплуатации в дальнейшем. На рынке представлен расходный материал для бестраншейной прокладки, горизонтального прокола и ГНБ.

Некоторые рабочие осуществляют скрепление пластмассовых труб, используя резьбовые соединения. Однако, данный способ не является правильным и безопасным, поэтому надежным и качественным стык будет только в том случае, если применять сварку.

Так как материалы из полимера имеют небольшую плотность, напряжение от сжатия и растяжения, вызванное наружным или внутренним давлением, может привести к смятию труб, или даже – к разрывам. Необходимо исключить перепады давления между пространством за трубой и внутренней полостью, иначе произойдёт опасная деформация, способная нарушить целостность коммуникации. Такая проблема распространена среди установок ГНБ, произведённых на китайских и американских заводах. Если осуществлять методы горизонтального прокола, используя специальное оборудование, можно исключить описанные выше непредвиденные ситуации.

Основные методы разработки грунта с использованием ГНБ оборудования

Более точное название данного метода – гидравлическое направленное бурение. Рабочий процесс состоит из запрессовки управляемого бурового наконечника в слой грунта, вследствие чего земля вдавливается в стороны. Проведение пилотного бурения осуществляется с применением бентонита, поступающего в тоннель на большой скорости через буровою головку, благодаря чему создаётся режущий эффект.

В головке встроен зонд с передатчиком, с помощью которого удаётся получить данные по её перемещению в грунте. Оператор осуществляет управление поворотом рабочего инструмента и контролирует процесс гидравлического бурения.  Головка перемещается в грунте в соответствии с требуемым направлением, даже если для этого необходимо реализовать движение по кривой. Благодаря чему новые трубы прокладываются вблизи коммуникационных сетей, установленных ранее.

В процессе достижения противоположного котлована, буровой инструмент заменяется на расширитель, на котором расположен вертлюг. На штангах имеются отверстия, предназначенные для выхода бентонита. Созданная скважина расширяется до требуемого диаметра, превышающего диаметр прокладываемой трубы минимум на 20%.

При необходимости совершения проходки больше одного раза, к вертлюгам закрепляется прокладываемая труба. После чего система, состоящая их штанг, расширителя и вертлюга протягивается в обратном направлении с одновременной подачей большого объёма бентонитового раствора, с помощью которого отработанный грунт уплотняется вокруг прокладываемой трубы. Недостатки метода пилотного бурения с промывкой: могут возникнуть затруднения с точностью проходки, а также он не подходит для возведения самотёчных трубопроводов.

Шнековое бурение

Для проведения данного метода применяется оборудование, оснащённое шнеками, расположенными за буровой головкой. Шнековое бурение возможно только в устойчивых грунтах, не осыпающихся в процессе прохождения рабочего инструмента. После завершения процесса бурения и создания нового отверстия, в него помещается прокладываемая труба. На шнековом оборудовании может быть пневматический, электрический или гидравлический двигатель.

Бурение проколом

Для того, чтобы сделать бестраншейный переход, используя метод разработки грунта горизонтальным проколом, нужно по заданной траектории под землёй запрессовать трубу. Процесс осуществляется буровой головкой и шнеком, расположенными на конце рабочего изделия. Шнек предназначен для перемещения грунта из проходческого забоя в приёмный котлован. При помощи специального оборудования укладываются коммуникации диаметром от 10 см до 1,5 м. В абразивном грунте на больших участках применяется бентонит, который обеспечивает лёгкий проход путём размягчения породы.

Микротоннелирование

В установках для микротоннелирования привод располагается в головке и режущем кольце. Функционирование шнека осуществляется станцией прессования. Он начинает работать из приёмного приямка и перемещается следом за приводом. Для сохранения целостности прокладываемой трубы в процессе реализации земельных работ, в её основании укладывается секция трубы, предназначенная для транспортировки бурового материала в приёмный котлован.

Управление ведётся при помощи встроенных в системе датчиков, реагирующих на излучине лазерного луча. Преимущество метода заключается в возможности достичь практически полной точности прокола с длиной проходки не более 100 м, при этом максимальное отклонение от заданной траектории не превышает 2 см.

Разработка горизонтального бурения установкой УПГСИ

Установка применяется для устройства бестраншейных переходов длиной до 55 м, диаметром – 250 мм. Запуск выполняется гидросистемой, расположенной на тракторе или гидростанции.

В разработанную скважину укладываются газо-, водопроводы, канализационные системы, оптоволоконные сети и другие виды коммуникаций. Подземное строительство ведется во всех видах грунта, а также при наличие природных и искусственных препятствиях, расположенных вблизи рабочего участка.

Порядок работ

Для прокладки новой коммуникации разрабатывается котлован глубиной, соответствующей уровню, на котором требуется совершить прокол грунта. Стены и основание выравниваются ручным способом. Затем в него устанавливается прокалывающее оборудование при помощи грузоподъёмника, которое выравнивается в продольном и поперечном направлении винтовыми опорами.

Установка подключается к гидросистеме рукавами высокого давления, вследствие чего надпоршневая полость цилиндра заполняется жидкостью, способствующей выдвижению штока. При этом не вынимаются стопорные пальцы, используемые для соединения ползуна и рамы, раздвигающейся до момента плотного соприкосновения переднего и заднего щитов со стенами котлована. После этого устанавливается штанга в направляющую втулку и крепится наконечник, с помощью которого разрабатывается горизонтальная скважина, предназначенная под прокладку коммуникаций.

Санация канализационного коллектора

Новейшие технологии разрабатываются и усовершенствуются для механизации процесса прокладки труб, тем самым позволяя снизить затраты на физический труд. Установки ГНБ позволяют провести новые коммуникации, сделать ремонт и частичную замену старых трубопроводов без необходимости вскрывать грунт и рыть траншеи.

Закрытые технологии предназначены для осуществления подземного строительства инженерных сетей в течение круглого года в любом типе грунта. Трубы, проложенные бестраншейным методом, имеют длительный эксплуатационный срок (максимальный в зависимости от материала).

Санация канализационного коллектора проводится без экскаваторов и грузовиков, достаточно лишь одной палатки для специалистов и установки с локационной системой, с помощью которой ведётся диагностика трубопровода и его ремонт.

Заменять повреждённые фрагменты или ремонтировать их не всегда удобно/осуществимо при помощи траншейного способа. Процесс сопровождается разрытием проезжей части, загромождением рабочего участка большим количеством техники и строительных материалов. Однако отечественные коммунальные службы предпочитают до сих пор использовать открытий способ ремонта наружных сетей водоотведения. Выполняется он с применением пластиковой трубы, которая помещается в открытый перекопанный грунт. Процесс приносит большие неудобства окружающим, а результат не стоит того, так как через некоторое время придётся повторно разрушать асфальт, перекрывать улицы, оставлять мусор и курганы, из-за того, что пластиковая труба, проложенная таким методом, имеет низкие эксплуатационные характеристики.

В свою очередь бестраншейная прокладка инженерных сетей и трубопроводов осуществляется без разработки асфальта на протяжении всего процесса. Для осуществления санации канализационного коллектора необходимо наличие специальное оборудование, которое опускается в трубу через колодец. Технология позволяет добавить внутренний защитный слой из полимерной ленты, которая облегает трубу и создают новую эластичную стенку.

Для проведения санации необходимо с обеих сторон объекта подготовить два котлована. Из стартового ведётся реконструкция наиболее удобным способом. Первый из них носит название «Семпайп» и заключается в устройстве пластикового рукава внутри повреждённой трубы. Пространство между старой коммуникацией и проложенным в ней изделием заполняется цементом.

Второй доступный метод проведения санации называется «Санлайн» и осуществляется с помощью полимерного чулка с эпоксидным покрытием.

Реже применяется гидравлический способ, который производится разрывом старой трубы и укладкой на её месте новой коммуникации. Осколки разрушенного трубопровода служат в качестве защитного слоя. Для реконструкции применяется пневматический пробойник.

Бестраншейный способ наиболее экономичный среди существующих методов устройства и ремонта коммуникаций. Заказ осуществляется в кротчайшие сроки. Таким образом можно отремонтировать 200 метров трубопровода за 8-10 часов. Преимуществом технологии является возможность осуществлять санацию в стеснённых городских условиях.

Устройство канализационных сетей

Для приема и отведения сточных вод к очистному сооружению прокладываются канализационные сети, которые подразделяются на напорные (транспортировка под давлением) и безнапорные трубопроводы. Для первого вида применяются железобетонные, асбестоцементные, чугунные и пластмассовые трубы высокого давления. Но более распространена укладка безнапорных коммуникаций, выполненных из бетона, керамики или железобетона.

Для строительства канализационных сетей используются трубы, целостность которых не нарушена, а имеющиеся дефекты не более 3 мм – они подлежат заполнению при помощи цементно-песчаного раствора.

В канализационных сетях большее количество труб выполнено из керамики. Изделия удовлетворяют всем условиям, выдвигаемым для безопасного и бесперебойного перемещения производственных, дождевых, бытовых вод. Трубы могут быть диаметром от 150 до 600 мм, длиной – не более 1200 мм. На них наносится покрытие, стойкое к коррозийным воздействиям.

Канализационные сети также устраиваются при помощи безнапорных асбестоцементных труб, предназначенных для транспортировки сточных вод. Изделия могут иметь диаметр от 150 до 600 мм. Монтаж осуществляется с использованием муфтовых соединений из асбестоцемента, выпускаемых в комплекте с трубами. Данное механическое устройство обеспечивают надежное герметическое соединение секций трубопровода при условии, что все изделия прошли проверку на отсутствие дефектов, трещин и сколов.

При подборе материала, из которого будут выполнены коммуникации для канализационной сети, учитываются характеристики транспортируемых веществ: консистенция, наличие агрессивных примесей, температура и пр. Изделия должны иметь круглое сечение, а для пересечения подземных объектов применяются коммуникации полукруглого сечения. При воздействии сильных внешних нагрузок – конкретный участок возводится из труб обратнояйцевидного сечения.

Трубопроводы прокладываются под землей в скважинах отдельных от других коммуникаций. Для проведения осмотров и ремонтных работ в процессе эксплуатации обустраиваются подземные железобетонные коллекторы, благодаря чему нет необходимости вскрывать асфальтное покрытие или разрывать траншею.

Для устройства поворотов в колодцах размещаются открытые лотки, радиусом не меньше диаметра трубы. Создание поворотов трасс больших коллекторов проводится вне зоны смотровых колодцев.

Трубы укладываются на глубине минимум пол метра ниже уровня промерзания грунта. Максимальная глубина для каждого материала разная, при этом в учет берутся характеристики грунта, способ прокладки и технико-экономические показатели.

На канализационных сетях устанавливаются колодцы различного назначения, одним из которых является смотровой тип. С помощью него производится контроль функционирования трубопроводов, их очистка и ремонт. Герметичные конструкции оборудуются в местах присоединения канализационных линий, изменений направления уклона или диаметра трубы на расстоянии минимум 35 м друг от друга. Посередине каждых двух колодцев размещается прямолинейный трубопровод с постоянным диаметром и одним уклоном.

Гидравлическая насосная установка для разработки грунта

Применение воды, нагнетаемой под давлением, упрощает процесс размытия грунта. Если использовать насос с высокой мощностью, можно таким способом разрабатывать вертикальные отверстия, но более распространённо устройство горизонтальных скважин. Одна из особенностей управления гидравлической установкой заключается в том, что для работы не требуется прибегать к услугам высококвалифицированных специалистов. Основное преимущество – способность машины «обходить» подземные коммуникации, проложенные ранее, тем самым обеспечивая полную их сохранность.

Сложно поверить, но проложить газопровод или систему водоснабжения на частной территории можно своими силами при условии наличия гидравлической насосной установки. Строительство новых инженерных сетей возможно даже, если требуется разработать грунт под железнодорожными путями, автотрассой или любыми видами линий электропередач.

В конструкцию прокалывающей установки входят ёмкость для воды, гидравлический насос, труба из металла, оснащённая насадкой конической формы с узким отверстием, предназначенным для подачи жидкости под напором, а также шланг необходимой длины. Диаметр и длина изделия подбирается в соответствии с габаритами требуемого прокола. Для разработки длинных скважин применяется труба, состоящая из определённого количества секций, которые соединяются между собой металлическими резьбовыми муфтами.

Для проведения прокола при помощи установки необходима хорошая физическая подготовка. Рабочая труба плотно прижимается в грунт и проталкивается в него, при этом недопустимо отклонятся от выбранной траектории прокола. Особенно много усилий нужно приложить, если разработка скважины осуществляется в плотных грунтах.

Пневмопробойники для разработки горизонтальных скважин методом прокола

Для устройства инженерных сетей различного назначения бестраншейным методом без разрушения ландшафта и уничтожения зелёных насаждений применяются пневматические пробойники.

Оборудование предназначено для пробивки глухих и сквозных скважин, забивки стальных труб, затягивания трубопроводов из асбестоцемента и извлечения коммуникаций. Используется в зимнее время для проведения работ на уровне ниже глубины промерзания грунта. Однако запрещено их его применять в грунтах скального и мёрзлого типов, также если присутствуют твёрдые включения, размер которых превышает 250 мм, сваи или массивные корневые системы.

При помощи пневмопробойников разрабатываются скважины, которые увеличиваются до требуемого диаметра специальными расширительными насадками. Отверстие может использоваться в качестве лидирующего для прокладки кожуха или бестраншейного перехода для инженерных сетей.

Для того, чтобы исключить риск разрыва торца трубы, необходимо усилить его при помощи переходного кольца, приваренного снаружи. Снизить трение о боковые поверхности прокладываемого изделия в плотном устойчивом грунте удаётся, используя оголовок или привариванием кольцевого пояска шириной 20 мм.

Если необходимо затянуть асбестоцементные или пластмассовые трубы, пневматическая установка оснащается затягивающим инструментом. Пробойник перемещается по скважине вперёд, а за ним протягивается плеть, состоящая из секций труб, для соединения которых используются муфты.

Процесс разработки скважины осуществляется за счёт действия ударной нагрузки, передаваемой от ударника на переднюю часть корпуса пробойника. Автономное устройство пневматического оборудования позволяет вести работы без сооружения подпорных стенок, так как боковые снетки скважины могут самостоятельно выдерживать реактивные нагрузки. Также в нем установлено реверсивное устройство, с помощью которого доступно изменение направлений ударов. Это позволяет управлять и менять траекторию движения оборудования, возвращая его по тоннелю.

Стальные кожухи забиваются секциями или трубопроводом, предварительно сваренным на полную протяжённость скважины. Забивка проводится сразу в грунт или заранее разработанное лидирующее отверстие. Для устройства бестраншейного перехода подготавливаются входной и приёмный котлованы, в отдельных случаях ещё разрабатывается контрольный приямок. Расположение входного котлована отводится в сторону объекта, в которой находится большее количество подземных инженерных сетей, проложенных ранее.

Котлованы могут располагаться следующими вариантами:

1. Контрольный – посреди, с его помощью контролируется положение пробойника и прокладываемого изделия в скважине. Входной и приёмный – по сторонам. Забивка осуществляется с входного.
2. Приёмный – по середине, два входных – по сторонам. Рабочий процесс ведётся с входных котлованов к приёмному.
3. Входной – по середине, два приёмных – по сторонам. Таким образом процесс осуществляется от центра в обе стороны разработанной скважины к приёмным котлованам.

Вариант расположения котлованов зависит от характеристик прокладываемого изделия и условий, в которых проводится забивка трубопровода.

Если необходимо разработать скважину в зимний период, тогда она устраивается на глубине ниже уровня промерзания грунта, и должна быть не меньше нескольких диаметров разрабатываемой скважины. В противном случае может деформироваться корпус машины, заклинит ударник, пневмопробойник уйдёт в глубину или остановиться внутри отверстия, и тогда понадобиться выделить дополнительное время на запуск пробивного оборудования.

Не рекомендуется вести работы при температуре ниже -5 градусов Цельсия, так как слишком большие риски того, что в процессе замёрзнут внутренние полости. Предотвратить это можно с помощью сжатого воздуха, пропущенного через отдел влагоотделителя, после чего промываются детали и полости пневматического пробойника керосином, осуществляется прогрев компрессора и ресивера, продувание ресивера и шланга, через который удаляется конденсат. Завершающий этап – патрубок проверяется на лёгкость вращения.

В случае остановки машины по причине обмерзания, в неё вводится соляровое масло с помощью шланга, для продувания которого направляется сжатый воздух в течение нескольких минут.