Исследование дестабилизирующих факторов, влияющих на работоспособность водоотводящих сетей

ВЕСТНИК 4/2008

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ

Орлов В.А., Хантаев И.С.

Большинство подземных коммунальных трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения в европейской части РФ находится в эксплуатации с 30-50 годов XX века, а на территории Западной и Восточной Сибири, Дальнего востока - с 60-70 годов и практически исчерпало свой срок службы. Износ трубопроводов в системах водоснабжения и водоотведения достиг 60 %. Аварийность сетей за последние 10 лет возросла в 5 раз и составляет в среднем по РФ 70 случаев в год на 100 км трубопроводов. Статистика показывает, что техногенные аварии происходят по причине ветхости сетей и оборудования, а также из-за нарушений правил технической эксплуатации [1]. К настоящему времени сложились такие условия, что из общей протяжённости водоотводящих сетей в РФ в 163 тыс. км немедленной замены требуют 58 тыс. км.

Главными причинами повреждений трубопроводов транспорта жидких сред являются: износ труб, низкое качество материала, вызывающее различного рода дефекты, наружная и внутренняя коррозия, а также совокупность внешних дестабилизирующих техногенных и природных факторов (подъем горизонта подземных вод и попадание их в транспортную систему из-за дефектов трубопроводов, наличие агрессивных грунтов, резкие сезонные изменения температуры и т.д.), характерных для современных городов. Следствием неудовлетворительного состояния труб систем водоотведения являются утечки, которые с одной стороны способствуют подтоплению территорий (подъему уровня грунтовых вод), а с другой стороны загрязнению подземного горизонта.

Для водоканалов РФ одним из путей выхода из сложившейся ситуации можно назвать разработку и поэтапное внедрение научно-обоснованной долгосрочной стратегии восстановления водонесущих коммуникаций, а также совершенствование оперативной реновации сетей (т.е. восстановления или реконструкции), прежде всего с использованием экологичных бестраншейных технологий ремонта трубопроводов [2]. Эти задачи напрямую соответствуют решению проблем реформирования жилищно-коммунального хозяйства российских городов.

Для решения поставленных задач восстановления и модернизации во-донесущих коммуникаций необходима также глубокая проработка вопросов, связанных с их реальным техническим состоянием, что может осуществляться, например, современными методами теледиагностирования, и со-

4/2008_МГ(ВЕСТНИК

ставления паспорта («медицинской карты») участка трубопровода с перечнем дефектов и степенью их значимости для обеспечения эффективной работы трубопроводов.

Проложенные под землей водоотводящие трубопроводы испытывают прессинг от ряда внешних дестабилизирующих факторов и негативных обстоятельств, к которым в первую очередь следует отнести следующие: старение материала трубопровода во времени, оцениваемое годом укладки трубопровода; малая остаточная толщина стенки, определяемая степенью истираемости и наличием внутренней и внешней коррозии; нарушение в стыках отдельных труб, ведущее к явлениям инфильтрации или эксфильтрации; дефекты внутренней поверхности, например, за счет образования коррозионных обрастаний, приводящих к снижению производительности трубопровода; засоры различного происхождения, например, отложения песка, жира, которые снижают пропускную способность трубопровода; нарушение герметичности в теле трубы, например, перелом или провал стенки, что вызывает заторы при движении жидкости и т.д.; деформация тела трубы, например, изгиб стенки, прогиб свода или лотка, что приводит к изменению гидравлических параметров за счет увеличения местных сопротивлений; глубина залегания труб, которая способствует восприятию динамических или статистических нагрузок в период эксплуатации, не подвергая трубу разрушению; состояние грунтов вокруг трубопровода, например, агрессивных, т.е. разрушающих стенку во времени или менее агрессивных и т.д.; наличие подземных вод вокруг трубопровода, что способствует усилению коррозии; интенсивность транспортных потоков, например оцениваемых степенью ущерба - экономического и экологического - в случае аварийной ситуации на дорогах и перекрытия в связи с этим движения для производства восстановительных работ на трубопроводах.

Цель проводимых исследований на сетях Московской канализации состояла в том, чтобы выявить превалирующие дестабилизирующие факторы и последствия их проявления, установить взаимосвязи между ними и определить критерии оценки технического состояния трубопровода в целях однозначного принятия решения о ремонте, реконструкции или модернизации объекта исследований.

Изучение статистики отказов водоотводящих трубопроводов и глубокий анализ результатов реального технического состояния значительного по протяженности числа трубопроводов с фиксацией и классификацией обнаруженных на них дефектов позволили составить общую картину состояния трубопроводной сети. Используя математический аппарат и опыт эксплуатации были определены первоочередные, потенциальные и перспективные объекты реновации на отдельных объектах, а также методы её восстановления или ремонта трубопроводов.

Ниже представлены некоторые результаты обработки статистической информация по техническому состоянию подлежавших ремонту участков

ВЕСТНИК

МГСС

4/2008

трубопроводов диаметром 150-200 мм по отдельным районам эксплуатации канализационной сети (РЭКС) г. Москвы за 2003-2006 годы и приведены выводы о взаимовлиянии отдельных дестабилизирующих работу сети внешних факторов, выраженных через элементы их состояния. В частности, на рисунке 1 показана динамика проведения ремонтных работ во времени, т.е. в зависимости от года постройки трубопровода.

Рис. 1. Динамика изменения количества ремонтных участков по годам укладки

Анализ графика на рисунке 1 позволяет сделать вывод, что наиболее подвержены воздействию дестабилизирующих факторов участки безнапорной водоотводящей сети, проложенной в 1956-1965 годах, т.е. в начальный период массового жилищного строительства в Москве.

Обработка статистической информации позволила также выявить и обосновать зависимости проявления отдельных дестабилизирующих факторов от глубины залегания трубопроводов. Задача состояла в проведении анализа физического состояния участков трубопроводов, приводящего к нарушению их работоспособности, при различных глубинах залегания. В частности, рассмотрению подлежали следующие случаи: места расположения участков трубопроводов; нарушения герметичности труб; нарушения в стыках труб; деформации тела труб; наличие препятствий течению жидкости в трубе. Цель исследований состояла в определении динамики изменения количества случаев нарушения работы сети в зависимости от места ее расположения и различных глубинах залегания (таблицы 1- 5).

4/2008_МГСУ НИК

Таблица 1

Места расположения участков по РЭКС

По всем Газоны Проезжая часть Автомобильные

РЭКС магистрали

4,0 39 33 12

3,5 23 18 9

3,0 24 18 4

2,5 22 11 5

2,0 18 7 5

1,5 5 4 2

Таблица 2

Нарушения герметичности труб

По всем РЭКС Открытые трещины Закрытые трещины

4,0 37 33

3,5 13 23

3,0 15 20

2,5 16 16

2,0 20 6

1,5 5 5

Таблица 3

Нарушение в стыках труб

По Нарушение Продольное Разрушение Дефект Дефект

всем угла смещение торца трубы заделки опорного

РЭКС стыковки или 6сдвиг в пределах стыка кольца

стыка

4,0 6 11 25 18 2

3,5 7 10 7 9 1

3,0 2 12 11 11 1

2,5 1 3 8 13 -

2,0 4 3 10 14 1

1,5 5 1 5 2 1

Таблица 4

Деформация тела труб

По всем Разрушение Изменение в профиле Местная Повреждение

РЭКС (перелом) или (с увеличением уклона деформация горловины

просадка и с образованием трубы в

днища, свода, обратного уклона колодце

стенок

4,0 16 3 10 5

3,5 7 2 5 1

3,0 12 4 6 2

2,5 15 1 8 1

2,0 17 - 5 -

1,5 2 - 3 -

ВЕСТНИК 4/2008

Таблица 5

Наличие препятствий течению жидкости в трубе

По всем Прорастание корней Закупорка инородными

РЭКС деревьев или предметами или примыкающими

кустарников коммуникациями

4,0 19 14

3,5 13 5

3,0 13 7

2,5 12 10

2,0 10 3

1,5 4 3

По результатам математической обработки данных таблиц 1-5 определялись зависимости, фиксирующие закон изменения исследуемых параметров с наивысшей степенью достоверности, соответствующей максимальному значению Я2 в линии тренда.

В качестве выводов по анализу динамики роста повреждений на участках труб следует отметить, что дестабилизирующему фактору «Глубина залегания» необходимо уделять существенное внимание. С увеличением глубины залегания трубопровода увеличивается количество различных дефектов (патологий).

Аналогичным образом производились исследования по выявлению значимости дестабилизирующего фактора «Наличие грунтовых вод» на состояние водоотводящих сетей. Необходимо отметить важность данного фактора, так как присутствие грунтовых вод над трубопроводом ведет к таким негативным явлениям как инфильтрация, что в конечном итоге нарушает гидравлический режим работы безнапорной сети и приводит к увеличению расчетной производительности городских канализационных очистных сооружений.

Ниже приведены усредненные по всем РЭКС результаты обработки статистических данных о наличии грунтовых вод над трубопроводом (таблица 6 и рисунок 2).

Таблица 6

Сведения о наличие / отсутствие грунтовых вод над ремонтными участками трубопроводом

Глубина Отсутствие воды Наличие воды Процент наличия воды

залегания от общего количества случаев

4,0 47 41 46,9

3,5 15 18 54,5

3,0 35 12 25,5

2,5 21 11 34,3

2,0 18 5 21,7

1,5 9 1 10,0

4/2008

ВЕСТНИК -МГСУ

Рис. 2. Динамика случаев наличия грунтовой воды над участком трубопровода в зависимости от глубины его залегания

Выводы

На основе проведения комплексного анализа работы водоотводящих сетей получена общая картина проявления дестабилизирующих ее работу факторов, а также установлены динамические функциональные зависимости между различными дестабилизирующими факторами. Полученные результаты позволяют создать математические модели ранжирования дестабилизирующих факторов, паспорта участков, а также автоматизированные компьютерные программы по планированию восстановительных работ на водоотводящих сетях с определением списка первоочередных и потенциальных объектов реновации в зависимости от состояния отдельных подлежащих ремонту участков трубопроводов.

Литература

1. Храменков С.В., Орлов В.А., Харькин В.А. / Оптимизация восстановления водоотводящих сетей // Стройиздат.-2002. -185 с.

2. Положение о санации водопроводных и водоотводящих сетей (Постановление Государственного комитета РФ по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 16.09.2003 № 01-НС-15/3) // Прима-Пресс-М. - 2004. - 43 с.

Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ».