ГЕОТЕКСТИЛЬНАЯ СЕТКА С ВЫСОКИМ МЕХАНИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И УСИЛЕННЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ДЛЯ ПРОЛОЖЕННЫХ В ЗЕМЛЕ СЕТЕЙ ИЛИ УСТРОЙСТВ
GEOTEXTILE MESH WITH HIGH MECHANICAL RESISTANCE AND REINFORCED CONNECTION FOR NETWORKS OR DEVICES LAID IN GROUND

Область техники
Настоящее изобретение относится к геотекстильной сетке, с покрытием или без, усиленной различными волокнами, при этом связи между этими волокнами выполнены посредством особого переплетения.
Такая геотекстильная сетка предназначена для применения в целях защиты проложенных в земле сетей или устройств во время проведения работ гражданского строительства.
Сохранение целостности сетки, кроме прочего, позволяет ей играть роль основного сигнального указателя для рабочих, осуществляющих указанные работы гражданского строительства.
Сетка содержит по меньшей мере ряд параллельных усиливающих прутьев или кордов, образующих полосы. На такую сетку также может быть нанесено покрытие, например, в водной фазе в рамках соблюдения принципов эко-концепции, выраженного яркого цвета для повышения ее сигнальной способности. Для усиления сигнальной функции может быть использована маркировка. В такую сетку также могут быть встроены датчики или системы для акустических исследований или контроля проводимых работ (оптические волокна, отражающий георадар на основе алюминиевой ленты и т. д.).
Среди применений в гражданском строительстве, где возможно использование сетки согласно настоящему изобретению, можно привести в качестве примера защиту трубопровода, содержащего различные типы жидкости (воду, нефть и т. д.) или различные газы (природный газ, кислород, водород и т. д.). Сетка также может служить для защиты кабелей и/или волокон, проложенных в земле или любого типа, заглубленной в землю конструкции (обшивки т. д.).
Сетка также может применяться для других защитных целей, например в горнодобывающей сфере.
Основное назначение сетки – создание барьера с механическим сопротивлением, достаточным для предупреждения рабочих о типе проложенной сети или заглубленного устройства до наступления потенциальной опасности. В нее также могут быть встроены датчики или исполнительные устройства, предусмотренные для облегчения исследований относительно прокладывания будущей сети (оптического волокна, температурного или гигрометрического зонда, нагревательных элементов и т. д.).
Известный уровень техники
В области гражданского строительства существуют защитные плиты и сигнальные сетки. Кроме того, перфорированные плиты обычно применяют для выполнения функции защиты сетей, в частности инфраструктур и сетей, подверженных агрессивному внешнему механическому воздействию, например, такому, как воздействие лопаты или экскаватора на трубопроводную систему (Overpipe).
Такие плиты обычно выполнены из PEHD (полиэтилена высокой плотности) и представляют полную механическую защиту непосредственно от агрессивного воздействия. Они не оказываются на поверхности при агрессивном воздействии, а также не выполняют роли сигнальной сетки. Они обычно соединены друг с другом в систему для обеспечения целостности защиты. Такие плиты, например, описаны в документе WO 2012/004500.
Сигнальные или предупредительные сетки также применяются в настоящее время при проведении земляных работ в местах прокладывания сетей. Их высокая способность визуального предупреждения приводит к остановке работ во избежание аварии.
Такие сигнальные или предупредительные сетки обычно выполнены из полиэтилена, ПВХ или полиолефинов и имеют слабое механическое сопротивление и высокую склонность к деформации. Их цвет соответствует традиционным правилам для работ по прокладыванию в земле сетей, позволяя, таким образом, идентифицировать тип сети, расположенной под ними. Иногда они также имеют указательную маркировку соответствующего типа сети. Такая способность к деформации и цвет позволяет им выступать из земли и использовать их в качестве предупреждения об опасности.
Также существуют усиленные геосетки, механическое сопротивление которых было рассчитано, чтобы выдерживать деформации и стабилизировать земляное сооружение. Эти сетки имеют ограниченное сцепление, и переплетение между волокнами не влияет на функциональность.
Такие усиленные геосетки обычно выполнены из волокон с высокой прочностью на разрыв, таких как PET (полиэтилентерефталат), стекло, арамид, полипропилен и т. д., и могут иметь покрытие (акриловое, ПВХ или другое) или могут связываться к другими материалами (неткаными, ткаными, наполнителем, смолами, связующими).
В такие геосетки могут быть встроены измерительные датчики, например, силы, деформации или температуры, которые могут быть выполнены в виде оптических волокон. В документе WO 2005/103606 описан пример таких систем.
Такие сетки соответствуют существующим строительным нормам и правилам и, таким образом, должны обеспечивать длительный срок службы и безопасность выполняемых работ. В частности, качество сеток должно позволять сохранить максимальное количество механических свойств во время агрессивного воздействия на объект, а также во время его строительства (при нарушении работы объекта) и, наконец, в ходе эксплуатации самого объекта (усталостная деформация, просачивание, химическая окружающая среда).
Далее более подробно описаны ожидаемые свойства различных решений, направленных на защиту:
• плита, расположенная поверх или сбоку от защищаемого объекта должна сохранять свою целостность во время периода агрессивного воздействия сверху от объекта (например, строительной лопаты). Материал, обладающий хорошим сопротивлением и низким уровнем деформации, преимущественно может выполнять эту функцию. Во время агрессивного механического воздействия изделие должно быть способным блокировать продвижение лопаты. Целостность защиты должна обеспечиваться соединением плит между собой.
• сигнальная сетка должна быть окрашена и иметь достаточную способность к деформации для возможности ее поднятия на поверхность и обеспечения сигнальной функции.
• геосетка играет роль усиления для обеспечения продолжительной стабильности объекта и, таким образом, безопасности пользователей. Кроме способности к высокому сопротивлению, она не предусматривает защиту в случае агрессивного воздействия при экскавации: следует отдельно отметить непрочность взаимных соединений усиливающих элементов.
Эти различные решения могут содержать сквозные отверстия или отверстия, необходимые для обеспечения свободной циркуляции воды в грунте.
Изделия, выполненные из классических полимеров, должны в результате требовать повышенного количества материала для получения приемлемой деформации, достаточно слабой при обычном использовании. Существующие недорогие полимеры обладают слишком высокой деформацией при незначительном усилии.
Для улучшения механических свойств сетки может быть предусмотренное двухмодульное решение, например, как описанное в документе WO 2010/007279.
Двухмодульное решение в данном случае обладает лучшими показателями при использовании для защиты, поскольку оно позволяет блокировать продвижение лопаты с первого раза более быстро, в то же время имея способность к деформации, позволяющую сетке выступать из земли, обеспечивая возможность сигнализации в следующий раз без разрыва сетки.
Двойной модуль связывает одно или несколько усиливающих волокон, имеющих разные механические свойства. Волокна могут быть минерального (стекло, базальт и т. д.), полимерного (полиэфир, полипропилен, арамиды и т. д.) и натурального (лен, конопля и т. д.) происхождения. Двойной модуль позволяет использовать:
• волокна с незначительной способностью к удлинению (коэффициентом растяжения при повышенном натяжении) и со значением предельного удлинения от 2 до 5%, и
• полимерные волокна и/или волокна натурального происхождения, имеющие коэффициент растяжения при натяжении меньший, чем коэффициент волокон с незначительной способностью к удлинению, и значение предельного удлинения, значительно превышающее значение указанных волокон с незначительной способностью к удлинению, и составляет от 10 до 20%.
Целью настоящего изобретения является возможность сочетать защитные или усиливающие характеристики, имеющиеся у плит, сигнальных сеток и геосеток, для получения конструкции, одновременно с достаточной способностью к деформации и достаточно заметной, при этом со способностью к сопротивлению агрессивному воздействию и к непосредственной блокировке строительной техники.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение, таким образом, относится к сетке с очень высоким сопротивлением и двойной функцией сигнализации и защиты любых подземных или подводных сетей или устройств.
Оно относится к сетке с усиленной защитой, содержащей по меньшей мере два ряда параллельных усиливающих прутьев или кордов, образующих полосы, ориентированные по меньшей мере в двух различных направлениях. Волокна кордов или прутьев могут быть одного типа (полимерные, арамидные, минеральные или натуральные) или же могут быть выполнены из различных материалов. Также они могут содержать датчики или «умные» волокна для акустических исследований системы или объекта гражданского строительства посредством таких систем, как оптические волокна или отражающий георадар.
Согласно первому аспекту изобретения указанные полосы имеют одинаковую или отличающуюся ширину от 10 до 200 миллиметров, при этом полосы с наибольшей шириной, превышающей 60 миллиметров, расположены по краям сетки. Кроме того, полосы, ориентированные в одном направлении, отделены друг от друга расстоянием, равным по меньшей мере 15 миллиметрам.
Тем самым на этом уровне обеспечивается усиление сетки от агрессивных воздействий по краю защиты, и, кроме того, может быть выполнена более четкая маркировка посредством печатной краски для обеспечения сигнализирующей функции, например, с указанием типа сети, для защиты которой предусмотрена указанная сетка.
Это усиление, которое повышает сопротивление края сетки, является значительным, потому что, если при ударе лопатой в землю вслепую воздействие оказывается только на край сетки, необходимо, чтобы ей было оказано значительное сопротивление и была поднята сигнальная сетка.
Эти полосы большей ширины могут быть выполнены в результате технологии изготовления сетки. Однако они также могут быть прикреплены к сетке после изготовления посредством приклеивания или сшивки.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения переплетение прутьев или кордов, состоящих из параллельных или перпендикулярных между собой полос, содержит особые усиливающие элементы, выполненные посредством нитей с высокой прочностью на разрыв.
Эти нити содержат или включают полимер с высокими показателями сопротивления и модулем упругости, деформация на разрыв которого составляет менее 6%. Эти нити выбирают, например, из группы, включающей арамиды, ароматический сложный полиэфир (Vectran), полиэтилен с повышенной молярной массой (Dyneema), поливинилацетат (PVA), переработанный полиэтилен, полиэтилен высокой плотности и минеральные волокна типа стекла или базальта, при необходимости имеющие покрытие или композиционный материал.
Такой способ соединения приводит к когезии между полосами в различных направлениях, допуская таким образом передачу усилий и сопротивления на месте разрыва.
Этот продукт выполняют на ткацком станке посредством плетения типа «легкий проступ» или с применением рашель-машины для уточного переплетения.
Согласно третьему аспекту изобретения уточные корды в поперечном направлении не разрезаны, а напротив, остаются непрерывными по краю полотнища, возвращаясь в те же нити (по принципу технологии челночного тканья).
Этот продукт может быть выполнен с применением рашель-машины (выпускаемой, например, компанией Karl Mayer) или по технологии уточного тканья с плетением типа «легкий проступ».
В этом случае при воздействии на полученную таким способом сетку наблюдается эффект сужения ширины с увеличением плотности поглощающих энергию кордов. Таким образом, усилия передаются на корды в основе, позволяя избежать разрыва.
Кроме того, волокна кордов, составляющих полосы, могут быть волокнами одного типа (полимер с высокой прочностью на разрыв, арамид, минеральное волокно натурального происхождения) или волокнами нескольких различных типов (двух- или многомодульными).
Согласно изобретению волокна составляющих полосы кордов выполнены из одного или нескольких комбинированных материалов, выбранных из группы, включающей:
• следующие полимеры: полиэстер, полипропилен и полиэтилен, арамид, PVA, ароматические сложные полиэфиры;
• минеральные волокна, в частности стекло E, стекло AR и стекло S, и базальт, при необходимости содержащие покрытие или защищенные оболочкой типа акриловой, PVC или битумной;
• волокна натурального происхождения, в частности пенька, лен.
Многокомпонентная сетка может быть выполнена на традиционных ткацких станках (таких как ткацкие станки DORNIER или SULZER). Может быть использована технология «Lino» от Dornier типа «легкий проступ», поскольку позволяет вводить нить переплетения независимо от усиления.
Возможно также применять технологию основовязального плетения и технологию рашель-плетения, например, на станках типа Mayer или Liba, с введением утков или без них.
Эти технологии позволяют использовать арамидные волокна, минеральные (стекло или базальт), без изменения волокна, в частности, в механическом плане, с возможностью выполнения сложных структур и сетчатых плетений с применением множества других машин.
Примеры плетений описаны в подробном описании графических материалов. Тем не менее, можно уже сейчас указать, что переплетение, выполненное на рашель-машине для уточного переплетения, или многоосевом станке, относится к основовязальному типу, при котором секционная нить утка проходит под двумя или более иглами, или к типу, при котором две гребенки расположены напротив двух или более игл, или к переплетению атласного типа, при котором расположенные напротив друг друга гребенки действуют на несколько столбцов петель, или к переплетению, получаемому посредством изменения электронной программы, с последовательным введением ограничительной петли, выполняющей функцию «хомута», т.е. фиксирующей размер петель.
Такая сетка может быть однонаправленной, двунаправленной или многонаправленной и может соединяться с нетканым полотном или при необходимости полотном другого типа, таким как тканое или многослойное. Такое дополнительное полотно одновременно выполняет, таким образом, защитные, сигнальные, усиливающие, фильтрующие и отделительные функции для полной стабилизации условий для прокладывания канализации, электрических кабелей или другого оборудования, которое нуждается в защите.
Сетка также может быть подвергнута термической обработке с последующим факультативным нанесением покрытия для регулирования жесткости продукта, при необходимости. Такое покрытие может быть акриловым, ПВХ или битумным.
Такая термическая обработка при необходимости обеспечивает усадку волокон переплетения при регулируемой температуре. Такая усадка улучшает спрессовывание разнонаправленных волокон между собой для оптимизации передачи усилий.
Что касается покрытия, оно позволяет защитить усиливающие и соединительные волокна во время агрессивного воздействия, например экскаватора или любого другого внешнего агрессивного воздействия и способствовать когезии сборки.
Покрытие может быть выполнено сразу после изготовления сетки (на автоматизированной линии) или же на втором этапе производства. Покрытие может быть выполнено посредством машин типа машин для пропитки и сушки, таких как Menzel или Ontec.
На сетку также наносят маркировку с информативными указателями типа опасности, например «трубопровод-газ», до или после нанесения покрытия.
Следует отметить, что выполнение маркировки до нанесения покрытия позволяет защитить надписи под покрытием и, таким образом, обеспечить их длительную сохранность.
Сигнальная функция обеспечивается посредством цвета покрытия, подобранного в зависимости от конкретной сети и/или посредством маркировки продукта (наклеивания надписей, краски, печати и т. д.).
Согласно изобретению смежные или последовательные полотнища сетки могут быть соединены друг с другом во время плановых работ на объекте. Таким образом, если оператор разрезал сетку в определенном месте объекта для проведения ремонта, он должен соединить ее по окончании работы для того, чтобы поддерживать непрерывную защиту. Благодаря геометрии и высокому сопротивлению полос сетка образует промежутки 15–100 миллиметров, позволяющие вводить различные виды петель и креплений для возможности соединять таким образом две сетки между собой. Петли с металлическим покрытием, пластиковые петли или петли из нержавеющей стали вводят между полосами каждой сетки, которую необходимо соединить по части или всей ширине продукта. Петли позволяют стягивать полосы до тех пор, пока сетка не будет натянута. Указанные петли могут быть дополнены креплением или канатом для обеспечения наилучшего распределения усилий внутри сетки.
Таким образом, соединение между последующими сетками может быть выполнено на уровне полос в направлении линии производства посредством таких петель или системы типа системы с креплениями или канатами на части или на всей ширине сетки.
Защитная сетка имеет ряд преимуществ:
• специальное соединение, позволяющее улучшить передачу нагрузок между волокнами, уложенными в уток и в основу.
• Применение полос волокон более широких по краям для противостояния агрессивным локальным воздействиям, приходящимся на этом уровне. Такие полосы позволяют выполнять соответствующую сигнальную маркировку.
• Окрашенное покрытие продукта придает ему сигнальное свойство при его поднятии на поверхность лопатой или строительной техникой. Покрытие также может придать продукту более-менее высокую жесткость. Покрытие также может усилить и защитить соединения между усиливающими кордами.
• В случае двух- или многомодульного решения можно получить сначала очень высокое механическое сопротивление с незначительной деформацией для первого типа волокон, что обеспечивает более быструю блокировку лопаты или строительной техники. Затем, далее деформация сетки становится возможной, обеспечивая возможность приподнять продукт с сохранением его целостности и обеспечением его сигнальной функции.
• Возможность введения умных волокон, таких как датчики оптоволоконного типа, отражающий георадар, проводники, элементы сопротивления, металлические полосы и т. д., позволяющие осуществлять предварительный контроль и акустическое исследование сетей.
• Особая структура с покрытием и полосами позволяет получить систему соединения между полотнищами сетки для возможности передачи усилий, особенно при конкретном локальном ремонте сетки.
Краткое описание графических материалов
Способ, посредством которого изобретение может быть воплощено, и вытекающие из него преимущества, более подробно описаны посредством следующих примеров осуществления, приведенных в иллюстративных целях со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
Фиг. 1 схематически показывает вид сверху сетки согласно первому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе которого показан на фиг. 2.
Фиг. 3 показывает сетку согласно изобретению с непрерывным утком.
Фиг. 4, 5, 6 и 7 показывают различные структуры переплетений кордов из нитей в направлении вдоль и поперек линии производства.
Фиг. 8 описывает способы соединения между полосами последовательных сеток во время планового ремонта.
Фиг. 9 и 10 описывает способы воздействия ковша экскаватора.
Способ осуществления изобретения
Фиг. 1 иллюстрирует осуществление и расположение полос с кордами в направлении вдоль линии производства (основа) и поперек линии производства (уток).
В направлении вдоль линии производства полосы содержат корды (101, 103, 105) в количестве, рассчитанном для получения необходимого для сетки сопротивления. Они могут быть одного типа или могут содержать корды на основе нитей с различными свойствами для получения эффекта двойного или мультимодуля. Техники соединения кордов или нитей с нитями утков посредством ткацкой машины или рашель-машины для уточного переплетения, схематически представленные нитями (102) переплетения, описаны далее.
Ссылка (104) обозначает маркировку на полосе из кордов.
Фиг. 2 является схематическим изображением согласно фиг. 1 в разрезе, позволяющем лучше рассмотреть эту структуру с кордами в направлении основы и кордами в направлении утка и со схематическим ортогональным соединением между ними.
Посредством ссылки (202) обозначены нити переплетения (из арамида, сложного полиэфира высокой прочности или двухмодульные) усиливающих волокон (203) и нитей (201) утка.
Фиг. 3 описывает образец структуры с непрерывным утком; в этом случае поворот нити (301) утка по краю сетки происходит без прерываний. Этот вариант осуществления выполнен с применением рашель-машины типа, например, аналога Karl Mayer или на челночном ткацком станке.
На фиг. 3 показаны корды (302), соединенные с нитями (301) утка структурой переплетения, выполненной посредством нитей (303).
Понятно, что в данной структуре оказание растягивающего усилия в направлении производства сетки приводит к уменьшению ширины вследствие стягивания указанных утков.
Схемы, показанные на фиг. 4, 5 и 6, представляют собой неограничивающие примеры переплетения с прочным соединением прутьев или кордов технических нитей, расположенных в направлении линии производства и поперек нее.
Также согласно фиг. 4 речь идет о расположении нитей (401) основы, соединенных между собой частичными (402) утками, обеспечивающими частичную фиксацию кордов (403) в направлении основы посредством поперечных утков (404), что, с другой стороны, обеспечивает сопротивление в местах разрыва указанной сетки.
Фиг. 5 и 6 соответствуют двум другим способам переплетения с более структурирующим ходом нитей для большего усиления переплетения между кордами из нитей и, таким образом, с большим противодействием вероятности ортогональных разрывов.
На фиг. 5 можно наблюдать расположение нитей (501) и нитей (502) для максимального «сжатия» кордов в двух направлениях.
На фиг. 6 показан еще более структурирующий способ переплетения типа «атлас». Преимущества этого способа переплетения заключаются в возможности переместить нить переплетения на несколько столбцов петель, и, как следствие, лучшем распределении усилий в соединении, что желательно для особых применений такой сетки.
Как было указано ранее, эти переплетения действуют в комбинации с качеством и типом применяемых нитей, то есть со свойствами нитей, в частности, из сложного полиэфира высокой прочности или из арамида.
Нити (401) и (402), (501) и (502) и (601) и (602) могут быть нитями одного или разных типов с целью получения отличного соединения кордов.
На фиг. 7 показана сетка из нескольких составляющих, которая может быть выполнена на ткацких станках, таких как ткацкие станки DORNIER или SULZER. Может быть использована технология «Lino» от Dornier, поскольку она позволяет вводить нить (703) переплетения независимо от усиления (701) и (702).
На фиг. 8a и 8b показано соединение полос смежных сеток во время ремонта на объекте, выполненное посредством петель или механических соединений, позволяющих получить прочное сопряжение. Необходимо пропустить первую усиливающую полосу (802), а также вторую усиливающую полосу (803) в стальную петлю (801) с возможностью осуществления стягивания последних для эффективного соединения сеток согласно изобретению. Фиг. 8b прекрасно показывает это сопряжение, очень важное для применения сетки, при этом хорошо известно, что такое сопряжение представляет собой слабое место устройств из уровня техники.
Также может быть предусмотрено, чтобы усиливающие полосы, расположенные на уровне краев сетки, могли сами обеспечивать соединение между двумя смежными сетками. В этом случае они также соединяются посредством петель, например, из оцинкованного металла или иных. Также можно соединить указанные полосы каждой сетки, подлежащей соединению, по части или по всей ширине сетки, причем это можно выполнить непосредственно на объекте. Эти петли позволяют сжимать полосы, когда сетка находится в натянутом состоянии. Оказывается, что при таких условиях большая часть усилий передается повторно и приводит, таким образом, к непрерывности работы системы.
На фиг. 9 и 10 показано воздействие ковша (901) экскаватора на сетку (902), расположенную над объектом (903). Ковш (901) должен блокироваться сеткой (902), чтобы он не мог повредить объект. Блокирующий эффект еще более ощутим в случае выполнения многомодульной сетки в плане усиливающих полос и волокон переплетения. Во время поднятия сетки (1002) вследствие действия ковша (1001) указанная сетка может деформироваться в достаточной степени для сохранения целостности и своей сигнальной функции.