СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУЖНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ВОССТАНОВЛЕННЫЙ ТРУБОПРОВОД
METHOD OF TRENCHLESS REINSTATEMENT OF EXTERNAL PIPELINES AND A RESTORED PIPELINE

Группа изобретений относится к ремонту наружных трубопроводов различного назначения без вскрытия путем нанесения на трубу внутреннего покрытия. Восстанавливаемый трубопровод может быть изготовлен из любого материала, в т.ч. из стали, чугуна, бетона, стеклопластика, полимера.
Из уровня техники известны различные методы бестраншейного ремонта трубопроводов, например, из US 20160178108 А1, 23.06.2016 известен способ с использованием полимерного рукава с пропиткой связующим на основе эпоксидной смолы. В соответствии с этим способом внутрь восстанавливаемой трубы вводят рукав из радиально расширяемой полимерной сетки, на которую наносят защитный слой на основе эпоксидной смолы.
Однако данный метод не применим на раструбных трубопроводах, а также трубопроводах со значительным износом. Он не обеспечивает прочность внутреннего покрытия ввиду отсутствия необходимых прочностных свойств у полимерного рукава, при этом является очень дорогостоящим, в том числе ввиду низкой ремонтопригодности.
Наибольшее распространение получил способ покрытия внутренней поверхности трубопровода песчано-цементной смесью. Так, например, из RU 2037082 С1, 09.06.1995 известен способ нанесения цементно-песчаных покрытий на внутреннюю поверхность трубопровода методом центробежного набрызга.
Недостатком этого способа является неравномерность покрытия как по сечению, так и по длине трубопровода, неспособность облицовочных устройств наносить покрытие на поворотах (отводах), малая протяженность обрабатываемого участка в одном технологическом цикле, а также громоздкость применяемого оборудования.
Наиболее близким способом восстановления трубопровода бестраншейным методом является способ, раскрытый в RU 2324103 С1, 10.05.2008, в соответствии с которым производят очистку внутренней поверхности изношенной трубы от коррозии и нанесение на нее по меньшей мере одного слоя кварц-цементной композиции с помощью инерционного метателя, после чего осуществляют телеметрический осмотр восстановленной трубы. Новая труба формируется в канале ремонтируемого трубопровода, который используется как опалубка при изготовлении новой трубы, из последовательно нанесенных слоев, выполненных из полимерцементных композиций группы, каждый из которых несет в себе функциональное назначение и функциональные физико-механические характеристики и работает в окончательно сформированной трубе, как единая системная конструкция. Один из слоев может нести армирующую функцию за счет содержания в нем полиакриловой, углепластиковой или металлической фибры, заполняющей технологические борозды в ранее нанесенном покрытии с образованием продольных ребер жесткости.
Однако использование фибры в бетонах не образует прочный объемный упругий армокаркас, а способствует лишь увеличению трещиностойкости покрытия и не обеспечивает требуемую функциональную прочность восстановленного трубопровода.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемой группы изобретений, является разработка технологии восстановления ветхого трубопровода практически любого назначения, обеспечивающей придание старой трубе новых свойств, а также создание восстановленного трубопровода с заданными характеристиками в соответствии с расчетами на основании существующих нормативных документов на армированные бетонные конструкции (СНиП, ГОСТ, СТО и т.д.).
Технический результат, получаемый при реализации предложенной технологии, заключается в повышении прочности и коррозионной стойкости внутренней части восстановленного трубопровода, показатели свойств которого превышают соответствующие свойства нового трубопровода, не имеющего армированное покрытие.
2
2
Указанный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе бестраншейного восстановления наружных трубопроводов, включающем очистку внутренней поверхности трубы вскрытого участка трубопровода от коррозии, нанесение на нее по меньшей мере одного слоя кварц-цементной композиции с помощью инерционного метателя и телеметрический осмотр восстановленной трубы, в соответствии с предлагаемым способом после очистки внутренней поверхности трубы осуществляют установку в нее цилиндрического армирующего каркаса, имеющего напряжение от 9,4 Н/см до 19,1 Н/см, который предварительно изготавливают из полотна композитной сетки с ячейкой размером от 50 мм до 200 мм, полученного путем переплетения стержней композитной арматуры и последующего его свертывания, при этом диаметр цилиндрического армирующего каркаса соответствует внутреннему диаметру восстанавливаемой трубы с учетом имеющихся ее геометрических дефектов, а длина соответствует длине восстанавливаемого участка трубопровода.
При необходимости нанесения второго и последующих слоев кварц-цементной смеси на каждый предыдущий слой устанавливают дополнительный армирующий каркас. Кроме того, при необходимости дополнительно проводят измерение механической прочности и гидравлические испытания восстановленной трубы.
2
2
Технический результат достигается также тем, что восстановленный бестраншейным методом наружный трубопровод, содержащий старую трубу в виде наружного слоя и расположенный внутри нее, по меньшей мере, один слой из кварц-цементной композиции, в соответствии с предлагаемым изобретением снабжен расположенным на внутренней поверхности старой трубы промежуточным слоем в виде цилиндрического армирующего каркаса, имеющего напряжение от 9,4 Н/см до 19,1 Н/см, который выполнен из полотна композитной сетки с ячейкой размером от 50 мм до 200 мм из переплетенных стержней композитной арматуры.
При реализации предлагаемой технологии для осуществления ремонта значительного повреждения непосредственно в трубопроводе используются доступные и популярные строительные материалы, например портландцемент марки М500 по ГОСТ 10178-85, мелкозернистый кварцевый песок по ГОСТ 8736-93 и ТУ 39-1554-91.
Использованная для изготовления сетки композитная арматура представляет собой силовой стержень, определяющий ее физико-механические характеристики, с равномерно расположенным на поверхности и под углом к его продольной оси периодическим профилем, образованным намоткой на силовой стержень слоя непрерывного волокна, например стекловолокна, базальтового волокна, углеволокна, арамидного волокна или их комбинации. В качестве наполнителя композита используется термореактивная или полиэфирная смола.
Арматурные стержни могут иметь различный периодический профиль, обеспечивающий дополнительную прочность сцепления стержней с бетоном, в т.ч. после воздействия агрессивных сред.
Из стержней композитной арматуры, в соответствии с предлагаемым способом, изготавливают плетением полотно армирующей сетки с ячейкой размером от 50 мм до 200 мм в зависимости от диаметра восстанавливаемой трубы и толщины наносимого покрытия. Диаметр стержней и размер ячеек выбирают с учетом получения заданных свойств сетки при ее свертывании для получения объемного каркаса перед размещением внутри трубы. При условии технической возможности доступа к трубопроводу с его торцевой части используют непрерывное свернутое полотно армирующей сетки на всю длину восстанавливаемого трубопровода.
Армирующий каркас должен обладать расчетной прочностью и упругостью для формирования наносимого поверх него слоя из кварц-цементной композиции. Усилие, прижимающее сетку к внутренней поверхности трубы, определяемое упругостью изготовленного каркаса, должно гарантировать его плотное прилегание с учетом возможных геометрических дефектов внутренней поверхности трубопровода. Кроме того, создаваемое напряжение стержней каркаса внутри трубы при их изгибе обусловливает получение в бетонном слое, образованном на упругом каркасе, дополнительных условий для прочного его сцепления с поверхностью трубы и с армирующими стержнями каркаса.
2
2
Величину необходимого напряжения каркаса для обеспечения упомянутых выше его свойств, составляющую от 9,4 Н/см до 19,1 Н/см, исходя из которого выбирают параметры армирующего каркаса, в частности, диаметр композитных стержней и размер ячеек, определяют предварительно опытным путем в зависимости от заданных свойств и назначения восстанавливаемого трубопровода. Толщину наносимого кварц-цементного слоя, конкретный состав кварц-цементной композиции, содержащей портландцемент, мелкозернистый кварцевый песок и, при необходимости, технологические добавки, количество слоев сетки и кварц-цементного слоя также выбирают в зависимости от технических требований к восстанавливаемому трубопроводу.
Расчет характеристик восстановленного трубопровода проводят в соответствии с требованиями к армированным бетонным конструкциям согласно действующим нормативам.
Сочетание упомянутых выше характеристик слоев обеспечивает расчетную прочность готовой трубы в соответствии с принятыми нормативными документами.
Нанесение поверх арматурного каркаса слоя кварц-цементной композиции осуществляют с помощью инерционного метателя путем центробежного набрызга кварц-цементной смеси (цементно-песчаного раствора). Минимальная толщина защитного слоя зависит от диаметра и материала труб, а требуемая - от возраста труб, толщины стенки и физического состояния.
Выбранная толщина слоя достигается изменением скорости передвижения метательного агрегата в трубе при постоянных значениях производительности насоса, подающего цементный раствор, и скорости вращения метательной головки.
Предлагаемый способ восстановления трубопровода реализуют в нескольких этапов:
1. Локализация места проведения работ.
2. Телеинспекция и дефектовка, в ходе которой осуществляют определение и устранение дефектов внутренней поверхности, препятствующих установке каркаса армирующей сетки.
3. Механическая и/или гидравлическая очистка трубопровода.
4. Установка предварительно изготовленного цилиндрического армирующего каркаса из композитной арматуры в виде свернутого полотна композитной сетки с ячейкой размером от 50 мм до 200 мм, полученного из стержней композитной арматуры, с заданной прочностью и упругостью на всю длину участка трубопровода, которая соответствует необходимым технологическим характеристикам трубопровода.
5. Визуальная оценка прилегания первого слоя из композитного каркаса, оценка и устранение возможных деформаций каркасного слоя вследствие неровностей старого трубопровода.
6. Нанесение второго слоя из кварц-цементной смеси инерционным метателем слоем 10-20 мм и закрытие участка на 24 часа с целью обеспечения стабильного процесса гидратации кварц-цементной смеси.
7. Подготовка к завершению работ, повторная телеинспекция, дефектовка слоя, при необходимости проведение гидравлических испытаний в соответствии с требованиями к готовому трубопроводу.
В зависимости от требуемых характеристик кварц-цементный армированный слой можно наносить повторно, многократно, достигая тем самым требуемых характеристик восстановленного трубопровода. При этом старый трубопровод, который использовался в качестве первичного футляра для строительства трубопровода на момент начала эксплуатации, утрачивает свою значимость и его дальнейшее состояние не оказывает влияния на трубопровод.
Композитный трехмерный каркас не подвержен коррозии, а восстановленный с его использованием трубопровод практически не подвержен старению и ухудшению его эксплуатационных характеристик в течение всего срока эксплуатации, срок его службы ограничен исключительно его пропускной способностью. Состояние старого трубопровода и тип трубы для предложенной технологии его восстановления практически не имеют значения, при этом, например, безнапорный трубопровод можно сделать напорным. Трубопровод обладает высокой ремонтопригодностью без использования технически сложного специализированного оборудования в случае техногенного повреждения.
Предлагаемая технология используется при любой глубине залегания труб, не зависит от типа грунтов, окружающих трубопровод. Она обладает относительной простотой технического выполнения и низкой стоимостью ремонтных работ, значительно меньшей, чем стоимость нового строительства. Тонкая и гладкая поверхность облицовки обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и потерь напора в трубопроводах. После нанесения покрытия трубопровод может быть пущен в эксплуатацию через 3-5 суток, при этом покрытие остается стабильным в течение 50 лет эксплуатации, а со временем свойства защитного покрытия только улучшаются, оно становится более плотным, похожим на камень, что обеспечивает его стабильные гигиенические и бактерицидные свойства.