Использование защитных покрытий для восстановления работоспособности водопроводных сетей

УДК 628.147.25

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

© 2015

В. М. Филенков, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение»

А. Г. Дрёмов, магистрант

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Аннотация. Даже в самых больших российских городах общий износ тепловых сетей достигает 60-70 %. При этом половина коммуникаций изношена полностью. И если на новых участках магистралей полимерные трубы не требуют вмешательства, то для обеспечения надежной работы старых металлических сетей ежегодно требуется ремонтировать сотни километров труб. Коррозия, старение, нарушения соединений, прорастание корней деревьев - все эти процессы происходят беспрерывно и становятся причиной выхода из строя инженерных коммуникаций. А современный город не может жить, испытывая нехватку воды. И речь идет не просто о временных неудобствах, всем известно, что такие ситуации могут стать причиной крупных аварий и даже техногенных катастроф. Традиционно для проведения ремонтных и профилактических работ с трубопроводами требовалось проводить вначале работы земляные. Дополнительные затраты шли на мероприятия по водопонижению и восстановлению дорожных покрытий. Теперь у специалистов появилась возможность обновлять трубопроводы закрытым способом. Это особенно важно на участках, скрытых под транспортными магистралями. Современные технологии бестраншейного ремонта трубопроводов обеспечивают высокое качество коммуникаций, устраняя риск обрушения зданий, исключая осадку фундаментов, в 3-4 раза удешевляя работы.

Ключевые слова: бестраншейный ремонт, восстановление трубопроводов, гибкий комбинированный рукав, полимерные трубы, рулонная навивка, санация, точечное покрытие, цементно-песчаные покрытия.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами.

Городские власти г. о. Тольятти всерьез озабочены состоянием коммунальной инфраструктуры, т. к. необходимо срочно реформировать жилищно-коммунальное хозяйство, т. к. износ сетей в Центральном и Комсомольском районах еще выше, чем по стране - он достигает 85 %, а оборудования - 75 %. Статистика аварий говорит о том, что дальнейшая эксплуатация в том же режиме, без модернизации и капремонта, через полтора-два года может спровоцировать более серьезные проблемы, чем прорывы отдельных трубопроводов [1].

Анализ последних исследований и публикаций, в которых рассматривались аспекты этой проблемы и на которых обосновывается автор; выделение неразрешенных раньше частей общей проблемы.

Нами проведено исследование, целью которого является комплексная оценка технического состояния наружных трубопроводов водопроводной сети на предмет разработки тактики их оперативной санации и выдача рекомендаций к использованию одного или более покрытий для восстановления целостности трубопровода водопроводной сети, без ухудшения или с улучшением функциональности трубопровода и с учётом долговечности и экономической целесообразности.

На сегодняшний день в условиях современного города предупреждение старения преждевременного

выхода из строя подземных инженерных сетей водоснабжения, а также оптимальная локализация последствий их проявления являются одним из главных задач служб эксплуатации коммунальных объектов.

В последние десятилетия в сфере эксплуатации и ремонта городских коммунальных систем водоснабжения для решения указанных проблем активизировалось новое направление, получившее название бестраншейной технологии восстановления (санации) старых трубопроводов [2].

Нами выявлено, что основным способом восстановления структуры подземных трубопроводов различного назначения является нанесение внутренних защитных покрытий (облицовок, оболочек, рубашек, мембран, вставок и т. д.) по всей длине трубопровода или в отдельных его местах, подверженных дефектам.

Из многообразия существующих способов восстановления водопроводных и водоотводящих сетей можно выделить следующие:

- нанесение цементно-песчаных покрытий на внутреннюю поверхность восстанавливаемого трубопровода;

- протаскивание нового трубопровода в повреждённый старый (с его разрушением и без разрушения) с помощью спец. устройств, например пневмо-пробойников;

- протаскивание гибкой (предварительно сжатой или сложенной и-образной формы) полимерной трубы внутрь ремонтируемого трубопровода;

- использование гибкого комбинированного рукава, позволяющего формировать новую композитную трубу внутри старой;

- использование рулонной навивки (бесконечной профильной ленты) на внутреннюю поверхность старого трубопровода;

- нанесение точечных (местных) покрытий и другие.

Нами также выявлено, что в данный момент на рынке санации наиболее востребованы методы защиты трубопроводов нанесением цементно-песчаных покрытий на внутреннюю поверхность восстанавливаемого трубопровода, протаскивание нового трубопровода в повреждённый старый, протаскивание гибкой (предварительно сжатой или сложенной и-образной формы) полимерной трубы, использование гибкого комбинированного рукава, позволяющего формировать новую композитную трубу внутри старой.

Необходимо отметить, что, оставаясь на сегодняшний день востребованными, цементно-песчаные покрытия тем не менее постепенно уступают место новым полимерным материалам.

Формирование целей статьи (постановка задания). Цель заключается в комплексной оценке технического состояния трубопроводов водопроводной сети на предмет разработки тактики их оперативной санации и рекомендовать к использованию покрытия для восстановления целостности трубопровода водопроводной сети, без ухудшения или с улучшением функциональности трубопровода и с учётом долговечности и экономической целесообразности.

Изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов.

В г. о. Тольятти выполняют работы по ремонту водопроводов 34 организации, однако санацией наружных водопроводов с применением новых современных технологий занимаются только несколько, такие как, ООО «Водные системы», энергоснабжаю-щая компания ОАО «ТЭВИС», строительная компания «ИДЕАЛ-строй», ООО «Платформа» (г. Жигу-левск), ООО «Поллукс», ООО «Трубопроводная компания», ООО «ПромСтройМонтаж».

Для проведения ремонтно-восстановительных работ по нанесению цементно-песчаных покрытий в качестве исходных материалов необходимо использовать портландцемент марки М500 - ГОСТ 10178-85 и мелкозернистый кварцевый песок, фракционированный по ГОСТ 8736-93 и ТУ 39-1554-91. При необходимости использовать тут центрифугу ОГШ. Минимальная толщина защитного слоя должна определяться диаметром и материалом труб, а требуемая - возрастом труб, толщиной их стенок и физическим состоянием (износом). Выбранная толщина защитного слоя

достигается определенной скоростью передвижения агрегата (метательной головки) в трубе при постоянных значениях производительности насоса, подающего цементный раствор, и скорости вращения метательной головки. Внутренняя поверхность трубопровода перед нанесением ЦПП должна быть очищена. Допускается на поверхности стальных труб слой плотной ржавчины толщиной не более 0,05 мм (измеряется магнитным толщиномером). При этом наличие воды в трубопроводе не допускается.

Стандартная технология подготовки компонентов смеси должна включать операции просеивания песка и цемента через сито и затаривания в специальные емкости с плотно закрывающимися крышками, предотвращающими воздействие влаги и загрязнения посторонними примесями (для цемента согласно ГОСТ 22237-85). Портландцемент (вяжущее) должен отвечать следующим требованиям: не содержать комков и химических добавок, иметь густоту цементного теста не более 27 % и период схватывания не ранее 60 мин.

Удельная эффективная активность радионуклидов должна соответствовать 1 классу (менее 370 Бк/кг) по ГОСТ 30108-94. Не допускается смешивание цементов разных партий и марок, а также использование вяжущего со сроком хранения более 60 суток со дня отгрузки заводом-изготовителем. Возможно наличие в составе вяжущего сертифицированных тонкомолотых минеральных добавок (до 10 % массы цемента) для повышения физико-химических характеристик покрытия (водонепроницаемости и стойкости к вспучиванию).

Используемый для приготовления смеси песок должен иметь крупность зерен не более 1 мм; фракции с размером зерен 0,315-0,63 мм должны составлять не менее 70 % массы песка, а фракции размером до 0,315 мм менее 3 %. Содержание глинистых, илистых и пылевидных частиц не должно превышать 3 % (по массе), удельная эффективная активность радионуклидов должна соответствовать 1 классу. Используемая вода должна соответствовать техническим условиям ГОСТ 23732-79 и иметь температуру +10...+30 °С, а оптимальное соотношение твердых компонентов цемент-песок должно быть в пределах: по объему от 1:1 до 1:1,2 и по массе от 1:1,115 до 1:1,338. При этом во-доцементное отношение должно составлять 0,3-0,36.

Непосредственно после санации трубопровода должны производиться маркировка и регистрация выполненных работ по ТУ, а перед сдачей в эксплуатацию производится его промывка и дезинфекция.

Метод «Чулка»

Сущность метода - в протягивании в восстанавливаемый трубопровод гибкого полимерного рукава, выполненного из мягкого материала, пропитанного

тем или иным видом смолы, с последующей полимеризацией и отвердением пропиточной композиции.

Таким образом восстанавливаются напорные трубопроводы сетей водоснабжения и водоотведения, а также безнапорные трубопроводы сетей водоотведе-ния из различных материалов: стали, чугуна, железобетона; рекомендуемые диаметры - от 150, до 1400 мм.

В бестраншейных технологиях санации применяются различные методы установки мягких полимерных рукавов - протаскивание с последующим надуванием воздухом или заполнением водой, а также различные методы полимеризации - воздействием светового излучения, нагреванием воды или подачей пара.

Основные преимущества технологии:

- сокращение затрат на проектирование и строительство за счет использования действующей трассы трубопровода;

- полная безопасность для коммуникаций, проходящих рядом;

- высокая скорость прокладки;

- минимальный объем земляных работ;

- возможность прокладки на участках с изгибами до 90 °;

- минимальный размер строительной площадки;

- не требует применения громоздкой строительной техники и оборудования;

- минимальное уменьшение поперечного сечения действующего трубопровода;

- увеличение скорости движения транспортируемой среды за счет гладкости материала внутренней поверхности;

- высокая коррозийная стойкость;

- высокая стойкость к абразивному износу;

- расчетный срок службы более 50 лет;

-экологичность.

Наиболее перспективна технология с применением ультрафиолетового излучения для отверждения полимерного рукава. Она позволяет отказаться от термореактивных смол и снизить чувствительность к влиянию внешних факторов. С применением фотореактивных смол увеличиваются сроки хранения полимерных рукавов до 6 месяцев без ограничений по температуре хранения, а также повышается устойчивость к изменениям температуры окружающей среды. Также новые технологии позволили выполнять пропитку композитных рукавов в производственных условиях, в то время как пропитка термореактивными смолами проводится непосредственно на строительном объекте.

Метод U-Liners. Этот метод относится к категории «CLOSE-FIT», т. е. такому типу технологии, которые предполагают отсутствие пространства для заполнения между старой и новой трубой. Рукав, про-

пускаемый в трубу, ложится вплотную к внутренней стенке трубопровода, поэтому кольцевое пространство отсутствует.

Рукав производится из полиэтилена повышенной прочности. При производстве полимерный рукав на первом этапе после экструзии имеет кольцевое сечение. На следующем этапе производства рукаву предают и-образную форму, таким образом, удается достичь значительного уменьшения площади. После термомеханической обработки сечение полиэтиленового рукава уменьшается в два раза.

После изготовления У-образный рукав мотают на барабан, в таком виде его транспортируют на объект.

Перед началом работ по втягиванию полимерного рукава в старую трубу необходимо провести предварительную очистку и телеинспекцию трубопровода. При помощи роботизированной камеры исследуются характер и степень выраженности имеющихся повреждений и дефектов на стенках существующей трубы (дефектоскопия трубопровода). При телеинспекции и дефектоскопии трубопроводов выявляются также и потенциальные преграды, которые могут препятствовать втягиванию полимерного рукава, например, скопления бетона в течи, неправильные врезки, дефекты швов и проч.

Такие препятствия должны быть удалены в ходе повторной очистки трубопровода. Полимерный рукав протягивается в существующий трубопровод при помощи лебедки, имеющей моторный привод, поскольку требуется регулировка усилия втягивания.

Важным достоинством этого метода санации трубопровода является сведение к минимуму земляных работ. Для санации трубопроводов канализации методом и^теге обычно вполне достаточно наличия входных колодцев для чистки.

После полного протягивания полимерного рукава и^теге в трубу его обрезают, а концевые отверстия закрывают специальными глухими заглушками.

После чего, происходит заполнение рукава нагретым паром это нужно для восстановления его формы. Через концевые заглушки происходит ввод пара, и его последующий спуск.

Под действием температуры и давления, созданных водяным паром, полимерный рукав приобретает свою первоначальную кольцевую форму и примыкает к внутренним стенкам санируемой трубы. После охлаждения рукава выполняются завершающие работы, например, врезки, открытие ответвлений.

Выводы: Целесообразность использования того или иного метода и материала для восстановления будет определяться после проведения экспериментальных исследований по определению гидравлических характеристик нескольких защитных покрытий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Брянцев С. О., Филенков В. М. Реконструкция систем водообеспечения городских районов г. Тольятти / Сборник статей участников Всероссийской научно-практической конференции «Социально-гуманитарные и экономические науки. XXI век». Магадан : ИП Кацубина Т. В., 2012. С. 8-9.

2. Храменков С. В., Примин О. Г., Орлов В. А. Бестраншейные методы восстановления водопровод-

ных и водоотводящих сетей / ИИЦ «ТИМР». М., 2000. 180 с.

3. Орлов В. А. / Бестраншейная технология обновления и техническое обслуживание водопроводных и водоотводящих сетей // Журнал Строительство и архитектура, Изд. ВНИИНТПИ Госстроя РФ, Обзорная информация, вып. 1, серия инженерное обеспечение объектов строительства. 1998.

THE USE OF PROTECTIVE COATINGS TO RESTORE FUNCTIONALITY WATER NETWORKS

© 2015

V. M. Filenkov, candidate of technical sciences, associate professor of the chair «Heat, ventilation, water supply and sanitation» A. G. Dremov, master

Togliatti state University, Togliatti

Annotation. Even in the largest Russian cities General deterioration of thermal networks reaches 60-70 %. With half of communications is worn out completely. And if the new parts of highways plastic pipes do not require intervention, to ensure reliable operation of old metal networks are needed annually to repair hundreds of miles of pipes. Corrosion, aging, disorders of joints, the germination of the roots of trees - all of these processes occur continuously and become a cause of failure of engineering communications. A modern city can not live, experiencing water shortages. And it's not just about temporary inconveniences, we all know that these situations can cause major accidents and even man-made disasters. Traditionally for carrying out repair and maintenance works on the pipelines had to be conducted at the beginning of the excavation work. Additional costs were for the dewatering and rehabilitation of pavements. Now the specialists have the opportunity to upgrade the piping of the closed method. This is especially important in areas hidden under highways. Modern technologies for trenchless repair of pipelines provide high quality communications, eliminating the risk of collapse of buildings, excluding subsidence of foundations, 3-4 times cheaper.

Keywords: rehabilitation, pipeline rehabilitation, trenchless repair, cement-sand coating, plastic pipes, flexible composite sleeve roll-wrapped, point coverage.