Использование полиэтиленовых трубопроводов в системе водохозяйственного комплекса

Размещено на http://allbest.ru

ФГБОУ ВПО

«Московский государственный университет природообустройства»

Использование полиэтиленовых трубопроводов в системе водохозяйственного комплекса

В.Н. Земсков - аспирант

г. Москва Россия

В последние десятилетия в системах водоснабжения и водоотведения нашли свою нишу трубопроводы из полимерных материалов. Целесообразность использования трубопровода из полиэтилена (ПЭ) обусловлена не только экономией металла, индустриализацией производства и способами укладки, но и теми свойствами, которые выгодно отличают их от металлических.

Инженерное жизнеобеспечение городов и населенных пунктов предназначено для создания необходимых санитарно-гигиенических условий и высокого уровня комфортного проживания жителей в них. Инженерные системы обслуживают различные объекты разнообразного назначения и представляют собой комплексную систему, состоящую из инженерных коммуникаций и сооружений.

Трубопроводные системы - неотъемлемая часть инфраструктуры современных городов и населенных пунктов, являющиеся не только наиболее функционально значимым элементом системы водоснабжения, но и, как показывает практика эксплуатации, наиболее уязвимым.

Так, в конце 90-х годов прошлого столетия, согласно опубликованным данным, среднее число аварийных повреждений трубопроводов на единицу их длины в России примерно вдвое превышало этот показатель в странах Западной и Центральной Европы, удельное количество аварий за последнее десятилетие возросло примерно в пять раз. Обновление и восстановление трубопроводов не проводится в требуемом объеме. Строительство сетей водопровода по сравнению с 1990 г. сократилось в 5,6 раза, при этом 29 % водопроводных сетей (более 100,0 тыс. км) нуждаются в замене.

В связи с этим, важно определить и реализовать на практике основные критерии и пути обеспечения надежности и экологической безопасности трубопроводов. Очевидно, что от оптимального выбора материала трубопроводов при новой прокладке или перекладке трубопроводов водопроводной сети во многом зависит уровень ее надежности и экологической безопасности.

В последние десятилетия в практике строительства водопроводных сетей находят применение трубы из полимерных материалов (ПЭ). Преимущества ПЭ труб - долговечность и большой срок эксплуатации (50 лет и более), совершенная коррозийная стойкость.

Трубы из ПЭ не требуют дополнительной изоляции, при контакте с водой или агрессивными средами, не деформируются и не поддаются коррозии. Также имеют коррозийную стойкость ко всем видам грунтов. Они устойчивы к воздействию химически активных веществ, что дает возможность транспортировки по ним канализационных стоков и других агрессивных жидкостей.

Трубы из ПЭ укладывают в траншею на естественное основание с минимальной шириной. При укладке трубопроводов не требуется искусственное водопонижение или откачка воды из траншей и устройства упоров на поворотах, так как трубы соединяют на поверхности земли, а не в траншеях. Трудозатраты и время монтажа пластикового трубопровода, по сравнению с трубопроводами, выполняемыми из других материалов, ниже в 5 раз. При этом труба из ПЭ в 10 раз легче аналогов, что позволяет существенно снизить транспортные и монтажные расходы.

Полиэтиленовые трубопроводы имеют минимальные гидравлические сопротивления. Эквивалентный коэффициент шероховатости внутренней поверхности ПЭ трубы на порядок меньше, чем у металлических и железобетонных труб. За счет этого снижаются потери напора по длине и в местных сопротивлениях, и достигается экономия электроэнергии на перекачку жидкостей в напорных системах.

Эластичность и высокая механическая прочность полиэтилена позволяют эффективно комбинировать металлические и пластиковые трубопроводы, что весьма существенно при проведении ремонтных работ. Кроме того, при просадках грунта и фундаментов зданий, а также замерзании воды в системе, трубопровод не разрушается. Высокая ударная вязкость при низких температурах дает возможность строить наружные трубопроводы в зимних условиях при температуре воздуха до -20°С.

Из всех существующих современных материалов труб, полиэтиленовые трубы имеют самый низкий абразивный износ. Это очень важно при транспортировке сточных вод с большим содержанием взвешенных частиц.

ПЭ трубы не выделяют токсичных веществ и не изменяют качество транспортируемой по ним воды, благодаря чему обеспечиваются требования экологической безопасности и гигиены. Что касается гигиенических требований, внутренняя поверхность труб не подвержена явлению адгезии (накоплению гидрата окиси железа и других взвесей, присутствующих в питьевой воде). Тем самым исключается зарастание внутренней поверхности труб и повторное загрязнение питьевой воды в водопроводных сетях.

За счет небольшой величины модуля упругости ПЭ по сравнению с трубами, выполненными из других материалов, в меньшей степени подвержены воздействию гидроудара.

Одним из наиболее перспективных направлений применения пластмассовых труб, является их использование для санации трубопроводов методами бестраншейных технологий протаскивания пластмассового трубопровода в старый как с предварительным его разрушением, так и без разрушения.

Технология реновации трубопроводов методом протягивания ПЭ труб в существующий без разрушения старой трубы основана на протягивании в старую трубу новой полиэтиленовой трубы меньшего диаметра. Образовавшееся кольцевое пространство между внутренним диаметром старой трубы и наружным новой, заполняют цементным или бентонитовым раствором. Такая технология приводит к уменьшению внутреннего диаметра трубопровода, но из-за меньшей шероховатости новой трубы, сохраняется, а в отдельных случаях повышается пропускная способность трубопровода.

Ремонт существующих повреждённых трубопроводов, путём протягивания в них ПЭ труб, осуществляют короткими или длинными отрезками. При определении аварийного участка трубопровода, требующего замены, проводят ряд мероприятий, направленных на определение степени изношенности. полиэтиленовый пластиковый трубопровод

На первом этапе проводят техническую диагностику трубопровода с определением максимальной и минимальной толщины стенки, определяют наличие и толщину слоя внутритрубных отложений, определяют возраст трубопровода и проводят анализ статистики аварий и отказов.

На втором этапе определяют место расположения и осуществляют устройство стартового и приемного котлованов, расстояние между которыми может достигать 150 м.

Предварительно старый трубопровод должен быть очищен от коррозийных отложений. Эту процедуру проводят с целью исключения повреждения стенки полиэтиленового трубопровода во время протягивания.

ПЭ трубу протягивают в старую при помощи тягового устройства. Для уменьшения сил трения, образующихся при протаскивании, используют специальные приспособления в виде скользящих опор.

После завершения работ по протаскиванию ПЭ трубы пространство между новой и старой трубой заполняют раствором, выполняют испытание трубопровода и подключение его к существующему. Далее освобождают стартовый и приемный котлованы от механизмов, инструмента и строительных отходов и затем производят обратную засыпку котлованов с уплотнением грунта. После завершения работ выполняют восстановление и обустройство нарушенной территории.

В настоящее время появились технологии протягивание ПЭ труб в существующий трубопровод с предварительным его разрушением.

Одно из отличий этого метода от метода протягивания ПЭ трубопровода без разрушения, состоит в том, что в стартовом котловане в старый трубопровод вставляют тяговое приспособление и закрепляют разрушающее устройство. Гидравлической силой тяги оно разрушает старую трубу, одновременно втягивая по штангам новый полиэтиленовый трубопровод.

Методом «труба в трубе с разрушением» можно заменить любые изношенные трубопроводы. Керамические, бетонные, чугунные и асбестоцементные трубы разбиваются на части и вдавливаются в грунт, а трубы из стали или синтетических материалов разрезаются и развальцовываются. В зависимости от профиля трассы возможно протягивание как коротких, так и длинных участков труб.

Работа начинается с подготовки приемного и стартового котлована. Самым важным в подготовке стартового котлована является четкая центровка рабочего станка разрушителя относительно разрушаемой трубы.

Горизонт станка должен совпадать с горизонтом трубы, что предъявляет определенные требования к подготовке поверхности приямка, упорной стенки и среза самой трубы: все эти элементы должны быть максимально ровными.

При тщательной подготовке приямка удается избежать движения разрушающего станка в поперечной плоскости и излишних вибраций. Кроме того, для страховки от обводнения немаловажно подготовить «пол» приямка, осуществив отсыпку щебнем или положив настил из досок. Требования к приемному котловану просты - главное обеспечить удобный заход для затягиваемой трубы.

Гидравлический разрушитель погружается в котлован при помощи крана, а гидравлическая маслостанция, приводящая его в действие, остается на поверхности. Длина шлангов позволяет легко разместить эти два основных агрегата установки.

Для работы с разрушителем изготовляют стальной упор. Например, это может быть плита размером 1,2 х 2,5 м, толщиной 15 мм. Иначе, установка с усилием обратной тяги 50 т и выше закопала бы себя, не найдя в процессе разрушения трубы достаточной платформы для опоры.

Штанги гидравлического разрушителя поступательно скручиваются специальным механизмом и проталкиваются по старому каналу трубопровода до выхода в приемный котлован.

Важно отметить, что уклон канала трубы от стартового до приемного котлована не должен превышать 20⁰, что обусловлено гибкостью штанг разрушителя.

После выхода штанг в приемный котлован устанавливается разрушающая головка и за ней через цанговый захват труба. Разрушающая головка-нож подбирается исходя из внешнего диаметра протягиваемой трубы (например, 110, 160, 225, 325, 425 мм и более):

Когда все элементы соединены, установка переключается в режим обратного протягивания и начинается процесс замены старой трубы на новую:

Разрушение происходит одновременно с протаскиванием новой ПНД трубы. Осколки старой трубы вдавливаются в стенки канала разрушающей головкой. Если разрушаемая труба стальная, нож разрушающей головки взрезает ее, а ее голова раскрывает в стороны. В конце процесса разрушения разрушающая головка подходит к установке:

Разрушитель отодвигается от трубы (используется собственный ход штанг как при проталкивании). Между разрушителем и старой трубой устанавливается упорная рама. После этого разрушитель втаскивает разрушающую головку с новой трубой в котлован:

Упорная рама вытаскивается из котлована, вся буксировочная система разбирается и демонтируется. Новая полиэтиленовая труба протянута и готова к присоединению.

Преимущества технологии очевидны, но наиболее наглядно их демонстрируют практические примеры: например, для замены 120 м стальной трубы диаметром 200 мм на полиэтиленовую трубу диаметром 225 мм, без учета времени на подготовку стартового и приемного котлованов, требуется шесть часов работы.

По самым предварительным подсчетам проведение данной работы открытым способом с последующей отсыпкой и благоустройством территории займет от нескольких дней (при отсутствии работ по благоустройству) до двух недель и более.

Достоинства метода протягивания ПЭ трубопровода в существующем заключаются в высокой производительности и универсальности. Данный метод экономичен, не нарушает дорожного движения и применим в сложных грунтовых условиях.

Основные достоинства и недостатки прокладки трубопроводов методом «труба в трубе» приведены в таблице.

К задачам дальнейших исследований методов протягивания ПЭ трубопровода в существующий при реновации инженерных трубопроводных коммуникаций относятся:

определение оптимальной скорости протягивания полиэтиленовой трубы. При больших скоростях деформирования полиэтилен может вести себя как хрупкое тело, что может привести к разрушению трубы;

изучение возможных повреждений, разработка необходимых мер, а также конструктивных решений по защите полиэтиленового трубопровода от возможных повреждений, при производстве работ по его протягиванию в существующий с разрушением.

Размещено на Allbest.ru