СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ БЕЗНАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF TRENCHLESS RECOVERY OF GRAVITY-FLOW PIPELINES (VERSIONS)

Изобретения относятся к области трубопроводного транспорта, а именно к способам бестраншейного восстановления безнапорных трубопроводов, в частности канализационных коллекторов и им подобных инженерных коммуникаций.
Главные канализационные коллекторы являются важнейшей составляющей социально-производственной инфраструктуры любого города. Выход из строя, например, главного коллектора приводит к техногенной аварии, ликвидация последствий которой требует привлечения значительных людских, материальных и финансовых ресурсов и наносит непоправимый вред окружающей природной среде.
В последние годы ситуация с главными стоко- и водоотводящими трубопроводами, построенными 30-50 лет назад из железобетонных конструкций, становится критической. Сероводородная газовая коррозия является одним из самых опасных разрушительных процессов, происходящих в железобетонных коллекторах. В результате газовой коррозии бетонных конструкций, находящихся над уровнем сточных вод, происходит «сработка» и истончение сводной части сечения коллектора, снижение прочностных характеристик бетона, разрушение свода и, как следствие, его обрушение с образованием воронки на поверхности земли. При этом стоки устремляются наружу, размывая подземные коммуникации, происходит заболачивание прилегающей территории и другие неприятные последствия. Такой трубопровод или его фрагмент отключают, осушают и ремонтируют. Положение усугубляется, если проблемный трубопровод находится, например, в местах плотной застройки или в исторической части населенного пункта, где невозможно применить существующие альтернативные способы отвода стоков, такие, например, как прокладка параллельных трубопроводов с перекачивающими станциями, переключение стоков на запасные коллекторы и т.д.
В патентной литературе встречаются различные способы бестраншейного восстановления трубопроводов.
7
Например, известен способ облицовки с целью ремонта подземных трубопроводов, включающий введение в существующий трубопровод облицовочной трубы, имеющей длину, соответствующую длине ремонтируемого трубопровода, и выполненной из нескольких слоев плавкого полимера, в складчатом состоянии и разворачивание складок облицовочной трубы для облицовки трубопровода путем повышения давления внутри каждого слоя и их последующего сплавления между собой посредством источника тепла, который перемещают вдоль внутренней поверхности самого внутреннего слоя образованной до этого облицовки [Описание изобретения к патенту РФ №2177104 от 13.01.1997, МПК F16L 58/10, опубл. 20.12.2001]. Способ позволяет упростить оборудование для его реализации и сделать это оборудование менее громоздким. Максимальный диаметр ремонтируемой трубы по этой технологии - 800 мм.
6
Также известен способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода введением внутрь трубы трубообразного рукава из волокнистого материала, пропитанного затвердевающим связующим и заключенного в гибкую оболочку из полимерного материала путем выворачивания и продвижения рукава внутрь трубы, а также его расплавления и прижатия к внутренней поверхности трубы за счет давления текучей среды и последующего его отверждения [Описание изобретения к патенту РФ №2107216 от 07.02.1996, МПК F16L 58/18, опубл. 20.03.1998].
Выворачивание и продвижение рукава внутрь трубы, а также его расправление и прижатие к внутренней поверхности трубы осуществляют за счет давления на внутреннюю поверхность вывернутого рукава, создаваемого собственным весом водяного столба, при этом продвижение рукава внутрь трубы производят при давлении более низком, чем давление при полном расплавлении и прижатии рукава к внутренней поверхности трубы, а изменение давления производят изменением высоты водяного столба.
7
Известен способ облицовки подземной трубы намотанной в виде спирали облицовочной трубой из эластичной пластмассовой ленты, при котором облицовочную трубу формируют непосредственно у входа в ремонтируемую трубу с приданием ей некруглой формы, а точнее - овальной с вертикальным расположением большой оси, и длиной наружной окружности, приблизительно равной длине внутренней окружности трубы, подлежащей облицовке, после чего сформованной спиральной трубе во время операции продвижения до ее входа в передний конец трубы, подлежащей облицовке, предоставляют возможность из некруглой формы принять, по существу, круглую форму [Описание изобретения к патенту РФ №2194910 от 05.02.1998, МПК F16L 55/16, F16L 1/038, опубл. 20.12.2002]. Способ исключает необходимость изменения размера смотрового колодца на его дне для размещения трубонамоточного станка с наматывающей обоймой большого размера, обеспечивающей получение трубы с диаметром, близким к внутреннему диаметру облицовочной трубы.
Известны два способа ремонта трубопровода, включающие подготовку канала проходного сечения трубопровода, приклеивание к внутренней стенке трубопровода армирующего материала и выдержку клеевого соединения до отверждения [Описание изобретения к патенту РФ №2286506 от 29.03.2004, F16L 55/165 (2006.01), опубл. 27.10.2006]. Варианты способов отличаются тем, что в одном случае клеящий состав наносят на внутреннюю стенку ремонтируемого трубопровода, а в другом - на армирующий материал.
При всех достоинствах всех вышеперечисленных способов они имеют ограничения по максимальному диаметру восстанавливаемой трубы. Кроме этого, их нельзя использовать на действующих трубопроводах в процессе осуществления ими своих прямых функций по транспортировке текучей среды. Необходимым условием использования этих технологий является предварительное осушение трубопровода на все время ремонта.
6
Представляет интерес информация о конструкции ремонтной облицовочной трубы из пластмассы для введения внутрь трубопроводов канализационного коллектора и в подобные трубопроводы при их ремонте [Описание изобретения к патенту РФ №2099629 от 06.10.1994, МПК F16L 58/02]. Труба содержит элементы с охватываемым втулочным и охватывающим раструбным концами и образующееся при соединении смежных трубных элементов замковое соединение. Преимуществом такой трубы является то, что ее длина практически ничем не ограничивается, секции могут иметь длину 300 метров и более.
Недостатком технологии ремонта трубопроводов с использованием данной трубы является невозможность ее использования глубоко под землей, поскольку она не может изогнуться с малым радиусом. В противном случае, диаметр такой трубы должен быть весьма мал, что не позволяет применить такую технологию на коллекторах большого диаметра, например 1,0-2,4 м. Кроме этого, протянуть собранную трубу длиной 300 метров требует таких усилий, которые соразмерны с усилиями разрушения материала трубы.
Наиболее полно разнообразные методы бестраншейного восстановления участков трубопроводов (коллекторов) и сооружений на подземных инженерных сетях представлены в книге: Орлов В.А., Орлов Е.В. Строительство, реконструкция и ремонт водопроводных и водоотводящих сетей бестраншейными методами: Учебное пособие. - М.: ИНФА-М, 2007, с.36-54. Среди представленных способов, пожалуй, самым близким по совокупности существенных признаков заявляемым изобретениям является технология «Свейдж лайнинг», которая включает вскрытие фрагментов трубопровода (коллектора) на участке, предшествующем ремонтируемому, и после него, введение в трубопровод коррозионно-стойкой ремонтной трубы, сжатой по всему сечению и обладающей эффектом «термической памяти», ее установку внутри изношенного коллектора - частями в виде последовательно сваренных секций - и фиксацию трубы на восстанавливаемом участке за счет принятия ею с течением времени первоначальных размеров.
Недостатками известного способа являются сложность реализации, использование дорогостоящего оборудования для сварки труб и их обжима и, главное, необходимость проведения дорогостоящих подготовительных мероприятий - осушения коллекторов на время их ремонта.
Задача, решаемая первым изобретением группы, и достигаемый технический результат заключаются в создании оригинальной технологии бестраншейного восстановления действующих безнапорных трубопроводов, без их исключения из производственного цикла на время ремонта, которая отличается простотой, низкими материальными и трудовыми затратами на осуществление, обеспечивает увеличение длины ремонтируемого участка, улучшение прочностных и эксплуатационных характеристик восстановленного трубопровода и повышение его долговечности. Дополнительно обеспечивается возможность восстановления трубопроводов с произвольной конфигурацией поперечного сечения, постоянство которой сохраняется на всей длине ремонтируемого участка.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в первом способе бестраншейного восстановления безнапорных трубопроводов, включающем вскрытие фрагментов трубопровода на участке, предшествующем ремонтируемому, и после него, введение в трубопровод коррозионно-стойкой ремонтной трубы, ее установку и фиксацию на восстанавливаемом участке, на участке трубопровода, предшествующем восстанавливаемому, через вскрытый фрагмент в поток текучей среды вводится ремонтная труба, поперечное сечение которой повторяет внутреннее поперечное сечение восстанавливаемого трубопровода, а габаритные размеры которой, по меньшей мере, на 5% меньше, выполненная в виде единичных модулей, каждый из которых последовательно стыкуется с предшествующим с образованием плети, при этом первый единичный модуль своим свободным торцом фиксируется относительно вскрытых фрагментов трубопровода, а по мере установки следующих единичных модулей осуществляют их фиксацию относительно свободного торца первого единичного модуля с последующим продвижением плети на очередной шаг, при этом ввод модулей завершают после перекрытия плетью ремонтируемого участка.
Кроме этого:
- ремонтная труба выполнена с цельными стенками и стыковочными посадочными поверхностями под раструбное соединение;
- ремонтная труба выполнена с отрицательной плавучестью;
- фиксацию ремонтной трубы в восстанавливаемом трубопроводе осуществляют с использованием отверждаемого фиксирующего раствора.
Предшествующий уровень техники применим и для второго изобретения группы.
Задача, решаемая вторым изобретением группы, и достигаемый технический результат также заключаются в создании оригинальной технологии бестраншейного восстановления действующих безнапорных трубопроводов, без их исключения из производственного цикла на время ремонта, которая отличается простотой, низкими материальными и трудовыми затратами на осуществление, обеспечивает увеличение длины ремонтируемого участка, улучшение прочностных и эксплуатационных характеристик восстановленного трубопровода и повышение его долговечности.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата во втором способе бестраншейного восстановления безнапорных трубопроводов, включающем вскрытие фрагментов трубопровода на участке, предшествующем ремонтируемому, и после него, введение в трубопровод коррозионно-стойкой ремонтной трубы, ее установку и фиксацию на восстанавливаемом участке, вначале регулируют уровень потока среды в трубопроводе, после чего на его участке, предшествующем восстанавливаемому через вскрытый фрагмент в поток, по ходу его течения, вводится ремонтная труба, диаметр которой, по меньшей мере, на 5% меньше внутреннего диаметра восстанавливаемого трубопровода, выполненная в виде единичных модулей с положительной плавучестью, каждый новый модуль последовательно стыкуется с предшествующим с образованием плети, при этом первый единичный модуль своими торцами фиксируется относительно вскрытых фрагментов трубопровода, а по мере установки следующих единичных модулей фиксацию относительно вскрытого фрагмента трубопровода на участке, предшествующем ремонтируемому, переносят на свободный торец вновь установленного единичного модуля, при этом ввод модулей завершают после перекрытия плетью ремонтируемого участка.
Кроме этого:
- ремонтная труба выполнена спиральновитой с полыми стенками и стыковочными посадочными поверхностями под винтовое соединение;
- после установки ремонтной трубы уровень потока среды в восстанавливаемом трубопроводе снижают до осадки плети на его дно;
- фиксацию ремонтной трубы в восстанавливаемом трубопроводе осуществляют с использованием отверждаемого фиксирующего раствора.
Изобретения поясняются чертежами, где
- на фиг.1 проиллюстрирован первый вариант способа бестраншейного восстановления безнапорных трубопроводов;
- на фиг.2 схематично на виде сверху показан принцип фиксации ремонтной трубы фиг.1 относительно вскрытых фрагментов трубопровода;
- на фиг.3 показано поперечное сечение восстановленного трубопровода фиг.1 - один из возможных вариантов;
- на фиг.4 проиллюстрирован второй вариант способа восстановления трубопроводов;
- на фиг.5 схематично показан принцип фиксации ремонтной трубы фиг.4 относительно вскрытых фрагментов трубопровода;
- на фиг.6 показано поперечное сечение восстановленного трубопровода фиг.4.
В общем виде способ бестраншейного восстановления безнапорных трубопроводов включает вскрытие фрагментов 1, 2 и 3 трубопровода 4 на участке, предшествующем ремонтируемому, и после него, введение в трубопровод 4 по ходу течения стоков коррозионно-стойкой ремонтной трубы 5 или 6, ее установку и фиксацию на восстанавливаемом участке. Под термином «вскрытый фрагмент трубопровода» следует понимать место открытого доступа к внутреннему сечению трубопровода. Таким местом может быть, например, открытый канализационный колодец (1; 3) или подобное инженерное сооружение, или разрытый участок трубопровода (коллектора) 4 с раскрытым, например, наполовину сводом 7 - так называемый стартовый котлован (2), - через которые вводится какое-либо технологическое оборудование или ремонтные трубы 5 или 6.
Согласно первому варианту способа на участке трубопровода 4, предшествующем восстанавливаемому, через вскрытый фрагмент 2 в поток текучей среды вводится ремонтная труба 5, поперечное сечение которой повторяет внутреннее поперечное сечение восстанавливаемого трубопровода 4, а габаритные размеры которой, по меньшей мере, на 5% меньше, выполненная в виде единичных модулей (та же поз.5), каждый из которых последовательно стыкуется с предшествующим с образованием плети 8, при этом первый единичный модуль 5 своим свободным торцом 9 фиксируется относительно вскрытых фрагментов 1, 2 и 3 трубопровода 4, а по мере установки следующих единичных модулей 5 осуществляют их фиксацию относительно свободного торца 9 первого единичного модуля 5 с последующим продвижением плети 8 на очередной шаг, при этом ввод модулей 5 завершают после перекрытия плетью 8 ремонтируемого участка. Дополнительными особенностями данного способа является то, что ремонтная труба 5 выполнена из материала с отрицательной плавучестью с цельными стенками и стыковочными посадочными поверхностями под раструбное 10 соединение, а фиксацию ремонтной трубы 5 в восстанавливаемом трубопроводе 4 осуществляют с использованием отверждаемого фиксирующего раствора, например, на цементной основе или любого другого подобного раствора.
Согласно второму варианту способа вначале регулируют (как правило - снижают) уровень потока среды в трубопроводе 4, после чего на его участке, предшествующем восстанавливаемому, через вскрытый фрагмент (стартовый котлован) 2 в поток вводится ремонтная труба 6, диаметр которой, по меньшей мере, на 5% меньше внутреннего диаметра восстанавливаемого трубопровода 4, выполненная в виде единичных модулей (та же поз.6) с положительной плавучестью, каждый новый модуль 6 последовательно стыкуется с предыдущим с образованием плети 8, при этом первый единичный модуль 6 своими стыковочными посадочными поверхностями 11 и 12 фиксируется относительно вскрытых фрагментов 1, 2 и 3 трубопровода, а по мере установки следующих единичных модулей 6 фиксацию относительно вскрытого фрагмента 2 трубопровода 4, на участке предшествующем ремонтируемому, переносят на свободный торец 11 вновь установленного единичного модуля 6, при этом ввод модулей 6 завершают после перекрытия плетью 7 ремонтируемого участка. Дополнительными особенностями этого способа является то, что ремонтная труба 6 выполнена спиральновитой с полыми стенками и стыковочными посадочными поверхностями под винтовое 13 соединение - поверхность 12 является винтом, а поверхность 11 - гайкой. Кроме этого, после установки ремонтной трубы 6 уровень потока среды в восстанавливаемом трубопроводе 4 снижают до осадки плети 8 на его дно, а фиксацию трубы 6, как и в предыдущем способе, осуществляют с использованием отверждаемого фиксирующего раствора, например, на цементной основе или любого другого подобного раствора.
Проанализируем существенность признаков изобретений.
По первому варианту изобретения поперечное сечение ремонтной трубы 5 повторяет внутреннее поперечное сечение восстанавливаемого трубопровода 4 по типу подобия с пятипроцентным или с еще большим уменьшением. Если трубопровод 4 имеет «классическую» яйцеобразную форму поперечного сечения, то и ремонтная труба 5 должна иметь такое же поперечное сечение (с поправкой на уменьшение размеров), необходимое для беспрепятственного прохождения трубы 5 и плети 8 на ее основе вдоль канала трубопровода 4. Пятипроцентная разница размеров является минимальной для обеспечения протягивания плети 8 из труб 5 вдоль канала трубопровода 4. Такую разницу можно позволить для хорошо сохранившихся сечений, как правило, прямолинейных трубопроводов 4. Если сечение трубопровода 4 менее стабильное, и он изгибается по своей длине, а также в случаях, если пропускное сечение трубопровода 4 недогружено, то разницу размеров берут большей. Этим обеспечивается простота монтажа, большая длина ремонтируемого за один проход участка и меньшая трудоемкость работ. В случае если использовать более жесткую посадку ремонтной трубы 5 в трубопроводе 4 может оказаться, что силы трения будут столь высоки, что это будет приводить к разрушению труб 5 и их соединений 10, а значит, к невозможности выполнить ремонтно-восстановительные работы в полном объеме и в намеченные сроки.
Ремонтная труба 5 вводится в поток текучей среды, как правило, по ходу течения стоков. Этим обеспечивается снижение энергозатрат на протаскивание (сплавление) плети 8 внутри трубопровода 4. К снижению естественных сил трения о стенки трубопровода 4, которое обеспечивает текучая среда, выполняющая функцию смазки, уменьшению веса трубы 5 за счет присутствия выталкивающей силы, добавляется сила течения потока, величина которой пропорциональна площади тела поперечного сечения трубы 5 и разнообразных стыковочных приспособлений, и в некоторых случаях ее можно не принимать в расчет из-за малой значимости. В случае если плеть 8 приходится собирать и протаскивать против течения среды, то это все равно позволит снизить энергозатраты на ее протаскивание, правда в меньшем объеме, за счет лишь уменьшения сил относительного трения о стенки трубопровода 4 и некоторого снижения силы трения от веса находящейся в потоке трубы 5.
Учитывая, что процесс сборки плети 8 ремонтной трубы 5 совершается глубоко под землей, «на ощупь», а длина ремонтируемого участка может достигать нескольких сотен метров и даже более, то этот процесс должен находиться под постоянным контролем. Проще всего этого можно добиться за счет фиксации, как единичных модулей 5 в процессе их сборки, так и всей плети 8 из них при помощи специально закрепленных тяговых канатов 14 и 15, которые страхуют целостность конструкции и позволяют держать процесс пошагового смещения плети 8 под постоянным контролем, до момента перекрытия ею ремонтируемого участка трубопровода 4.
Учитывая, что внутреннее сечение трубопровода 4 может иметь разную форму, например круглую, прямоугольную, яйцеобразную и т.д., ремонтная труба 5 проектируется заранее и формуется именно с тем поперечным сечением, которое соответствует ремонтируемому трубопроводу 4 на заданном участке. По этой причине ремонтную коррозионно-стойкую трубу 5 выполняют с цельными стенками и стыковочными посадочными поверхностями под раструбное 10 соединение, например, из стеклопластика, что позволяет получать их тонкостенными, незначительно снижающими живое сечение трубопровода, легкими, но в то же время весьма прочными. Отрицательная плавучесть таких труб 5 обеспечивает их гарантированное опускание на дно 16 трубопровода 4, даже при его полном заполнении стоками, что позволяет при фиксации плети 8 отверждаемыми растворами получить прочный свод 7, т.е. усилить наиболее нагруженное место подземного сооружения, испытывающего воздействие, например от проходящего снаружи большегрузного транспорта.
Тем не менее, в некоторых случаях может отсутствовать потребность в получении правильного и прочного свода 7 в восстановленном трубопроводе 4. В этом случае способ по первому варианту можно применить, используя для его реализации ремонтные трубы 5 с положительной плавучестью. Примером может служить ремонт трубопровода 4 круглого поперечного сечения (по типу показанного на фиг.6), в котором ремонтная труба круглого поперечного сечения способна двигаться беспрепятственно. Например, на трубопроводах 4 с прямоугольным поперечным сечением, ремонтные трубы с прямоугольным профилем за счет взвешенного состояния могут принимать нестабильное пространственное положение, и склонны становиться враспор, истираться о шершавый (в отличие от гладкой придонной части) свод 7 и т.д. По этой причине способ по первому варианту предпочтительно применять для случая использования ремонтных труб 5, обладающих отрицательной плавучестью.
При ремонте трубопроводов 4 круглого поперечного сечения по второму варианту изобретения следует учитывать следующие особенности.
Существует технология получения спиральновитых труб 6 с полыми стенками и резьбовыми фланцами диаметром до 2 400 мм, например, по ТУ 2248-004-45726757-2002 «Трубы из полиэтилена спиральновитые» производства ООО «Бородино-Пласт», Россия, 143240, Московская область, Можайский район, поселок Бородинское Поле, ул. Юбилейная, д. 141, тел. (849638) 63-116, 63-101, (8495) 278-8551, 439-3807, 720-1357, http://www.borodino-plast.boom. ru, e-mail:borodino-plast@mtu-net.ru, или фирмы KWH PIPE, Финляндия, представительство в России ЗАО «КВХ ПАЙП», 197183, г.С.-Петербург, ул.Полевая-Сабировская, д.46, тел.(+7-812)326-95-31, 326-95-33, http://www.kwhpipe, ru.e-mail:sales@kwhpipe.ru, и других производителей, предназначенных для разнообразных целей, включая использование в конструкции безнапорных трубопроводов, в частности прочных и надежных канализационных коллекторов. Особенностью этих труб 6 является их положительная плавучесть и большая, по сравнению, например, с тонкостенными стеклопластиковыми трубами или с трубами прямоугольного сечения, способность изгибаться, копируя изгибы трубопровода 4.
3
При использовании в качестве ремонтно-восстановительных труб 6 с положительной плавучестью следует учитывать, что при регулировании уровня потока в трубопроводе 4 до степени, соответствующей взвешенному состоянию плети 8, можно существенно снизить силы трения от ее собственного веса (например, труба 6 с внутренним диаметром 1000 мм и плотностью 0,88 г/см весит 104,2 кг/м). Благодаря этому появляется возможность практически неограниченно увеличить длину ремонтируемого участка трубопровода 4. В этом случае сохраняются вышеупомянутые для первого изобретения группы требования к геометрическим параметрам ремонтных труб 6 и их соотношению с внутренним сечением трубопровода 4.
Перед началом монтажа ремонтной трубы 6, обладающей положительной плавучестью, вначале регулируют уровень потока текучей среды в трубопроводе 4, повышая его, чтобы добиться снижения веса плети 8 или снижая уровень, чтобы уменьшить выталкивающую силу. Проще всего это сделать, проводя работы в отведенное, строго определенное время суток, когда уровень потока разнообразных стоков имеет более-менее стабильные показатели. Также уровень потока можно регулировать централизованным перераспределением общегородских потоков.
Для того чтобы поток не унес плеть 8 ремонтной трубы 4, обладающей положительной плавучестью, ее также следует фиксировать относительно вскрытых фрагментов 1, 2 и 3 трубопровода 4. Для этого достаточно соединить единичные модули (ремонтные трубы) 6 между собой и зафиксировать свободный торец 11 последнего из собранных единичных модулей 6 относительно стартового котлована (вскрытого фрагмента трубопровода на участке, предшествующем ремонтируемому) 2. Таким образом, появляется возможность «сплавлять» собранную плеть 8 пошагово до конца ремонтируемого участка трубопровода 4. В случае если плеть 8 в процессе ее сплавления упрется в некую выступающую часть на внутренней поверхности трубопровода 4 (а это могут быть стыки коллекторов, прогнувшиеся прутья арматуры и т.д.) ее тянут за передний торец - поверхность 12 самого первого модуля 6 и она снова, практически самостоятельно, продолжает свое движение в потоке.
После установки ремонтной трубы 6 уровень потока среды в восстанавливаемом трубопроводе 4 снижают до осадки плети 8 на его дно 16, что, как и в первом варианте способа, позволяет при фиксации плети 8 отверждаемыми растворами получить прочный свод 7.
В результате использования изобретений получается новый трубопровод с трехслойной обделкой повышенной несущей способности, причем его внутренний слой, представляющий ремонтную трубу 5 или 6, является коррозионно-стойким.
Безусловно, способы бестраншейного восстановления безнапорных трубопроводов 4 могут быть реализованы при наличии специального оборудования, которое может быть как типовым, например тяговые 17 и одерживающие 18 лебедки, так и специальным, например разнообразные кондукторы, захваты, прижимы, блоки и т.д.
Реализацию изобретений рассмотрим на следующих примерах.
Пример 1. Бестраншейное восстановление безнапорных трубопроводов 4 с использованием ремонтных труб 5 с цельными стенками и стыковочными посадочными поверхностями под раструбное 10 соединение.
Задача - требуется восстановить прямолинейный канализационный коллектор (он же трубопровод) 4 с поперечным сечением яйцеобразной формы с внутренним размером по вертикали 1600 мм и длиной 250 метров, находящийся под землей на глубине 2,5 м, проходящий в исторической части города. В двух местах над коллектором 4 на поверхности земли проходят дороги, по которым периодически следуют большегрузные автомобили. Коллектор 4 стабильно недогружен. Используется примерно 50% его проходного сечения. Отключение коллектора 4 от общегородской канализации невозможно.
С помощью средств телеметрии и ультразвукового контроля исследуется состояние внутренней поверхности трубопровода 4. Его свод 7 включает следы сероводородной коррозии с обнажением арматуры. На дне коллектора 4 обнаружены механические включения в виде кусков свода с наслоениями, незначительно меняющие геометрию проходного сечения трубопровода 4. Препятствий для их извлечения - нет.
3
Под сечение трубопровода 4 по принципу подобия проектируется труба 5 - с яйцеобразной формой профиля поперечного сечения и стыковочными посадочными поверхностями под раструбное 10 соединение. Учитывая, что коллектор 4 недогружен, а также требуется усиление его свода 7, наружный размер трубы 5 по вертикали принимают равным 1440 мм - для более свободного прохода внутри ремонтируемого трубопровода 4. Материал трубы 5 - стеклопластик с плотностью 1,25 г/см. Толщина стенки - 10 мм. Длина единичного модуля - 6 м.
На трубопроводе 4, на участке, предшествующем ремонтируемому, и после него определяют фрагменты 1, 2 и 3 для вскрытия. В качестве двух фрагментов можно использовать два канализационных колодца (1 и 3), между которыми располагается подлежащий ремонту участок. Рядом с первым по ходу течения потока канализационным колодцем 1 механически вскрывают фрагмент 2 трубопровода 4. Для этого роют котлован, вскрывают свод 7 коллектора 4 на всю ширину его проходного сечения на длине 7 м. Стенки котлована и его дно для удобства работы и для предохранения от размывания текучим потоком укрепляют, оформляют рабочую площадку 19 - формируют так называемый стартовый котлован 2.
По ходу расположения коллектора 4 в нескольких местах бурят скважины 20 для закачки отверждаемого фиксирующего раствора.
С помощью специальных средств со дна 16 коллектора на всей подлежащей ремонту длине извлекают инородные предметы. Внутреннее пространство трубопровода 4 освобождают. Состояние подготовленного коллектора 4 оценивают как удовлетворительное.
По краям канализационных колодцев 1 и 3 устанавливают тяговую 17 и одерживающую 18 лебедки. В коллекторе 4 для обеих лебедок 17 и 18 монтируют отклоняющие блоки 21 и 22 и протягивают тяговые канаты 14 и 15, концы которых базируют относительно механически вскрытого фрагмента 2 трубопровода. Конец тягового каната 14 одерживающей 18 лебедки оснащают прижимным устройством 23, после чего концы обоих тяговых канатов фиксируют на прицепном 24 (имеется в виду к единичному модулю стеклопластиковой ремонтной трубы 5) устройстве. Конструктивно это может быть выполнено с помощью разнообразных средств, таких, например, как показано на фиг.1 и 2 чертежей, но это не единственные варианты реализации изобретения.
После завершения подготовительных работ приступают к монтажу ремонтной трубы 5. Первый единичный модуль 5 надежно фиксируют на прицепном 24 устройстве посадочной поверхностью, т.е. торцом 9 под раструб. Собранную конструкцию аккуратно опускают во вскрытый фрагмент трубопровода 4 в текучий поток и регулируют натяжение канатов 14 и 15. Убеждаются в работоспособности прижимного устройства 23. После приведения системы в исходное состояние производят первое смещение ремонтной трубы 5 по ходу потока на величину длины единичного модуля 5. Прижимное устройство 23 отгоняют назад на расстояние, достаточное для установки следующего, второго по счету, единичного модуля 5, который опускают в стартовый котлован 2 и вставляют в раструб первой трубы 5. Прижимным устройством 23 фиксируют собранную конструкцию и смещают по ходу потока на очередной шаг. Прижимное устройство 23 снова отгоняют назад. Процесс повторяется 250/6≈42 раза.
Собранную плеть 8, при необходимости, в последний раз ориентируют относительно вскрытых фрагментов 1, 2 и 3 трубопровода 4 передвигая вперед-назад, где она занимает окончательное положение на дне 16 коллектора 4. С плети 8 снимают прицепное устройство 24, отцепляют тяговые канаты 14 одерживающей 18 лебедки и удаляют все тяговое оборудование из зоны размещения ремонтной трубы 5. После этого в скважины 20 закачивают отверждаемый фиксирующий раствор, которым заполняют пространство между внутренними стенками коллектора 4 и плетью 8 ремонтной трубы 5. По мере закачки раствора течение потока среды полностью переходит в ремонтную трубу 5.
По истечении некоторого времени раствор отверждается, ремонтная труба 5 остается замурованной слоем бетона 25 внутри коллектора 4. Проводят окончательные мероприятия, связанные с консервацией полученного состояния коллектора 4. Вскрытые фрагменты 1, 2 и 3 трубопровода 4 приводятся в первоначальное состояние - люки накрывают штатными крышками, вскрытый свод закрывают, котлован засыпают и т.д.
Таким образом, получили новый коррозионно-стойкий трубопровод 4-5 с трехслойной обделкой повышенной несущей способности. Проходное сечение такого трубопровода 4-5 имеет примерно 30% запас по транспортировке стоков.
Пример 2. Бестраншейное восстановление безнапорных трубопроводов 4 с использованием спиральновитых ремонтных труб 6 с полыми стенками и стыковочными посадочными поверхностями 11 и 12 под винтовое 13 соединение.
Задача - требуется восстановить канализационный коллектор 4 с поперечным сечением круглой формы с внутренним диаметром 1400 мм и длиной 500 метров, с небольшими отклонениями от прямолинейности в ту и другую стороны, находящийся под землей на глубине 3,0 м, проходящий в районе плотной городской застройки с развитой инфраструктурой. Коллектор 4 пересекают улицы, одна из которых имеет интенсивное автомобильное движение. В зависимости от времени суток коллектор 4 загружен на 50-80% проходного сечения. Отключение коллектора 4 от общегородской канализации крайне нежелательно.
С помощью средств телеметрии и ультразвукового контроля исследовано состояние внутренней поверхности трубопровода 4. Железобетонный свод коллектора 4 включает следы сероводородной коррозии с обнажением арматуры. Дно коллектора 4 свободно от механических включений и наслоений.
3
Под внутренний диаметр коллектора 4 подходит полиэтиленовая спиральновитая труба 6 производства ООО «Бородино-Пласт» с наружным диаметром 1112 мм, толщиной полых стенок 56 мм и стыковочными посадочными поверхностями 11 и 12 под винтовое 13 соединение. Плотность материала трубы - 0,88 г/см. Длина единичного модуля - 6 м.
Как и в предыдущем примере, на трубопроводе 4, на участке, предшествующем ремонтируемому, и после него проделывают аналогичные подготовительные мероприятия - до состояния, когда в подлежащем ремонту коллекторе 4 для обеих лебедок 17 и 18 монтируют отклоняющие блоки 22 и протягивают тяговые канаты 14 и 15, концы которых базируют относительно механически вскрытого фрагмента (стартового котлована) 2 трубопровода 4. Ремонтное оборудование укомплектовывается прицепными устройствами 26 и 27 для монтажа на торцах 12 и 11 единичных модулей 6 соответственно, одно из которых (27) имеет посадочную поверхность под резьбовое отверстие, а другое (26) - под резьбовой вал, тяговые канаты 14 и 15 оснащаются соответствующими приспособлениями 28 и 29 для соединения с прицепными устройствами 26 и 27, а в механически вскрытом фрагменте 2 трубопровода 4 в потоке текучей среды неподвижно закрепляют сборочный кондуктор 30.
Как и в предыдущем примере, остановимся на одном, из множества возможных, случаев конструктивного исполнения ремонтного оборудования, например, представленном на фиг.4 и 5.
После завершения подготовительных работ можно приступать к монтажу ремонтной трубы 6. Этот процесс начинают в строгом соответствии с характерным для определенного времени суток колебанием уровня текучих в коллекторе 4 стоков, например, 60-70% заполнения проходного сечения.
Первый единичный модуль 6, находящийся в стартовом котловане 2, оснащают прицепными устройствами 27 и 28, надежно закрепляют их на торцах трубы 6, при необходимости фиксируют, и соединяют - один с тяговым канатом 15 тяговой 17 лебедки, а другой - с тяговым канатом 14 одерживающей 18 лебедки. Собранную конструкцию аккуратно опускают во вскрытый фрагмент 2 трубопровода 4 в текучий поток, в области расположения кондуктора 30, и регулируют натяжение канатов 14 и 15. Ремонтная труба (единичный модуль) 6 при этом находится в потоке во взвешенном состоянии или близком к нему. Убеждаются в работоспособности механизмов и приспособлений. После приведения системы в исходное состояние производят первое смещение ремонтной трубы 6 по ходу потока до состояния, когда находящийся со стороны одерживающей 18 лебедки торец 11 посадочной поверхностью  единичного модуля 6 фиксируют в захвате 31 кондуктора 30. Одерживающий канат 14 отцепляют от прицепного устройства 27. Прицепное устройство 27 снимают с торца трубы 6 и переставляют на следующий единичный модуль 6, при этом снова соединяя его с одерживающим канатом 14. Собранную таким образом конструкцию вновь аккуратно опускают во вскрытый фрагмент 2 трубопровода 4 в текучий поток - непосредственно в кондуктор 30 и натяжением одерживающего каната 14 позиционируют в нем. Включают привод (условно не показан) кондуктора 30 и вворачивают этот модуль в модуль, зафиксированный захватом 31 кондуктора 30. Собранное винтовое 13 соединение модулей 6, при необходимости, дополнительно фиксируют от самопроизвольного развертывания, после чего сформированную, правда, всего из двух единичных модулей 6 плеть 8 освобождают от захвата 31 кондуктора 30 и текучий поток среды начинает тянуть ее по ходу течения. Плеть 8 смещают на величину, когда находящийся со стороны одерживающей лебедки 18 торец единичного модуля 6 своей посадочной поверхностью 11 займет положение, соответствующее возможности надежной фиксации в захвате 31 кондуктора 30. Одерживающий канат 14 отцепляют от прицепного устройства 27. Прицепное устройство 27 снимают с торца трубы 6 и переставляют на следующий единичный модуль 6, и таким образом процесс повторяют необходимое количество раз - до момента, когда будет сформирована плеть 8 рабочей трубы 6 необходимой длины.
В процессе сборки ремонтной трубы 6 плеть 8 находится во взвешенном состоянии, текучий поток тянет ее, заставляя повторять изгибы коллектора 4. В случаях если ремонтная труба 4 упрется в выступающий вовнутрь фрагмент стыка коллектора, необходимое усилие для ее дальнейшего движения (сталкивания) формируют тяговой лебедкой 17. Таким образом, собранную плеть 8 удерживают канатами 14 и 15 и ждут момента, когда уровень потока текучей среды естественным образом снизится до состояния гарантированного соприкосновения плети 8 с дном 16 коллектора 4. Собранную плеть 8, при необходимости, в последний раз ориентируют относительно вскрытых фрагментов 1, 2 и 3 трубопровода 4, передвигая вперед-назад по дну 16 коллектора 4, где она занимает окончательное положение. После этого в скважины 20 закачивают отверждаемый фиксирующий раствор, которым заполняют пространство между внутренними стенками коллектора 4 и плетью 8 ремонтной трубы 6. По мере закачки раствора течение потока среды полностью переходит в ремонтную трубу 6. С этого момента начинают отцеплять тяговые канаты 14 и 15 лебедок 17 и 18, снимать прицепные устройства 26 и 27 и удалять все тяговое оборудование из зоны размещения ремонтной трубы 6.
По истечении некоторого времени раствор отвердевает, образуя прочный свод, ремонтная труба остается замурованной слоем бетона 25 внутри коллектора 4. Проводят окончательные мероприятия, связанные с консервацией полученного состояния коллектора 4. Вскрытые фрагменты 1, 2 и 3 трубопровода 4, как и в первом примере, приводятся в первоначальное состояние - люки накрывают штатными крышками, вскрытый свод закрывают, котлован засыпают и т.д.
Таким образом, получили новый коррозионно-стойкий трубопровод 4-6 с трехслойной обделкой повышенной несущей способности. Проходное сечение трубопровода 4-6 способно пропустить все стоки в режиме естественного течения в тот период времени суток, которому соответствует обычный режим наполнения коллектора 4. В период максимальной загрузки коллектора 4 включают перекачивающие станции. Такой режим работы коллектора 4-6 соответствует нормативным требованиям, предъявляемым к инженерным сооружениям подобного типа.
В результате использования изобретений осуществлены оригинальные способы бестраншейного восстановления действующих безнапорных трубопроводов, без их исключения из производственного цикла на время ремонта. Способы отличаются простотой, низкими материальными и трудовыми затратами на осуществление, обеспечивают увеличение длины ремонтируемых участков, улучшают прочностные и эксплуатационные характеристики восстановленных трубопроводов и повышают их долговечность. Дополнительно появилась возможность восстановления трубопроводов с произвольной конфигурацией поперечного сечения.