Безизкопните технологии - без паника

Полагането и поддръжката на сградните инсталации са стрес за всички участници - възложители, изпълнители и най-вече - живеещите и работещи в близост хора. По традиция процесът е свързан с шум, задръствания, купчини пръст, заграждане на улици и тротоари в продължение на седмици. Много често, покриването на направените изкопи след привършване на ремонта се извършва набързо и качеството на средата се влошава значително. Какъв е изходът? Светлината в тунела на инфраструктурните ремонти се нарича безизкопни технологии и в настоящата статия ще ви запознаем накратко с тях.

За безизкопни технологии се говори при подземни строителни работи, които се извършват с много малко или почти никакви изкопи по дължина. Организацията за безизкопни работи на Северна Америка ги дефинира като „семейство от методи, материали и оборудване, използвани за инсталиране на нова и подмяна или рехабилитация на съществуващата подземна инфраструктура с минимални щети върху повърхностния трафик, бизнес и други дейности” - т.е. съществено е не само отношението на безизкопните технологии към земната повърхност, но и икономическият им ефект. Като граница между тях и други подземни работи условно се приема диаметъра на подземния отвор - ако е достъпен за преминаване на хора се говори за подземно строителство, а в противен случай - за безизкопно.

Този тип строителни работи имат редица предимства както за инвеститорите и строителите, така и за цялото общество. Според специалистите в бранша, някои от предимствата на безизкопните технологии са:

за възложителя:
- бързо строителство,
- много малка работна площадка,
- минимум механизация - един багер-товарач,
- малък обем на изкопните дейности - не повече от 3 - 5% от обема на изкопите при класическите технологии,
- минимален риск от повреда на съществуващи комуникации,
- висока степен на сигурност без опасност от срутвания и трудови злополуки,
- намалено количество материали за възстановяване на настилки,
- улесняване на работата в зимни условия,
- липса на разходи за ремонти за минимум 10 години;

за обществото и околната среда:
- избягват се задръствания на трафика,
- шумът и прахът се свеждат до минимум,
- не се нарушава комфорта на живеещите и работещи в близост,
- не се разкопават масово улиците и тротоарите,
- не се повреждат съществуващите комуникации,
- не се увреждат дървета и паркове,
- не се увреждат ценни исторически паметници и сгради.

Предистория
Масовото прилагане на безизкопни технологии за инсталация, подмяна и рехабилитация на този тип подземни дейности е сравнително ново явление. Въпреки това, първите сведения за използване на подобна технология датират още от римско време. Между 1860г. и 1890г. железопътната компания на северно-американското тихоокеанско крайбрежие използва за пръв път набиване с чук на стоманобетонови тръби с диаметър между 1000 и 1800мм. Едно от ранните приложения на хоризонтално насочено пробиване е при прекарване на електрически инсталации в Калифорния през 1946г.

Развиването на методи за рехабилитация на съществуващи водопроводи за удължаване на експлоатационния период датира от 70-те години на 20-ти век. Новите методи включват използването на устройства за разбиване на старите тръби и заместването им с нови, както и изработването на вътрешно покритие на място чрез вмъкване и изсушаване на предварително промазан със смоли „чорап” в съществуващия тръбопровод. Разработени са и няколко метода за поправка на локални проблеми като пукнатини или лоша свръзка между тръбите. Вече е възможно дистанционно контролиране на инжектирането на смоли, както и заливане с уретан или други материали за изолиране на локални дефекти.

Микротунелирането, един от новите способи за безизкопно строителство, се разработва в Япония през 1973г. и се разпространява в световен мащаб през 80-те години. По това време вече може да се твърди, че безизкопните технологии предоставят висококачествени трайни решения - поне също толкова ефективни колкото стандартните изкопни методи.

Безизкопните технологии днес спомагат за разрешаването на големи и сложни проблеми на подземната инфраструктура по икономичен начин, с минимални щети върху обществения живот и околната среда. Съществува голямо разнообразие от методи за извършване на строителни и ремонтни дейности без значителни изкопи. Най-общо, безизкопните дейности могат да се разделят на инсталационни и рехабилитационни.

Инсталационните безизкопни дейности използват многообразни методи за да преодолеят земната маса, като съхранят максимално целостта на повърхността й. В много от развиващите се държави, изграждането на подземни инсталационни мрежи, дори на инсталационни мрежи въобще, тепърва предстои. Без съмнение, безизкопните технологии ще са от жизнена важност за по-бързото им и безпроблемно изграждане.

Управляемото хоризонтално сондиране (Horizontal Directional drilling, HDD) се отличава от останалите методи с възможността за прецизно насочване на траекторията на сондата. В момента то е един от най-използваните и бързо развиващи се подходи при монтаж на кабели и тръби за пренос на газ, водопроводи, оптични кабели, кабели за телевизия, телефон, електропроводи. Управляемото сондиране позволява безизкопни инсталации с дължина до 500м., като има примери за постигнати дължини от над 2 500м. Използваните тръби могат да бъдат от разнообразни материали като PVC, полиетен, чугун, стомана с диаметър от 25 до 1200мм. Този метод е изключително щадящ към околната среда и е подходящ за места, при които разкопаването е нежелателно или невъзможно - реки, сгради, жп линии, гъсто застроени градски части. За целта, обаче, операторът трябва да разполага предварително с пълна информация за съществуващата по протежение на трасето инфраструктура.

Самият процес представлява насочване в почвата на оборудвана с предавател сондажна глава (къртица). Първоначално тя се забива под ъгъл 20-30', след което се хоризонтира на желаната дълбочина и се придвижва чрез подаване на сондажен разтвор под налягане по закрепени за нея снаждащи се тръби. На края на трасето къртицата се заменя от конусен райбер, чиито размери са съобразени с тези на инсталациите. Той се закача за подготвената за монтаж тръба или кабели и се изтегля машинно чрез снаждащите тръби обратно към началото на трасето, като при необходимост го разширява за да осигури достатъчно голям диаметър. За постигане на по-големи размери на сечението, по трасето се прекарват последователно няколко райбера с нарастващ диаметър. Положените инсталации се свързват със съществуващите мрежи в технологични изкопи в двата края на трасето. Добре е разстоянието от така изграденият пробив до повърхността на земята да е поне 10 пъти по-голямо от диаметъра на кухината, за да се избегне надигане на почвата. Затова и най-подходящи за този метод са почви, позволяващи уплътняване.

Микротунелирането (Microtunneling, МТ) е форма на насоченото набиване на пилотни тръби (Pipe jacking, PJ), при която диаметрите са непроходими - обикновено достигат размери от порядъка на 1500мм. При този метод режещата глава с окачени за нея сегменти на пилотни тръби се набива в почвата от хидравлични крикове в изходната подземна шахта. Микротунелирането е изцяло механизиран метод, при който спускането на сегментите и работния процес се контролират дистанционно от оператор на повърхността на земята. Хидравличната сила се предава на последователно набиваните отсечки чрез взаимодействието им една с друга до достигане на втората, изходна шахта. След полагането на монтажните тръби по набелязаното трасе, вътрешността се почиства и уплътнява, и се прокарват инсталационните тръби или кабели.

Микротунелирането се прилага за широк обхват от диаметри на тръбите, като се използва и за пробиване на авто-, жп- и метротунели. Прилага се и за прокарването на инсталации, изискващи сравнително по-голям диаметър като канализационни тръби, водостоци, газо- и нефтопроводи. С тази системата могат да се изградят с точност до 20мм инсталационни тръбопроводи дълги стотици метри, както и криволинейни или наклонени трасета.

Набиването на обсадни тръби (Pipe ramming, PR) е друг метод, който се прилага обикновено за инсталация на стоманени монтажни тръби с диаметър до 1.5м. и дължина до 30м. То е особено полезно при провеждане на инсталации под железопътни трасета, магистрали, реки и единични наземни обекти, при които другите безизкопни методи могат да предизвикат деформации. Голямо предимство на метода е приложението му за почвени класове от 1 до 5 (по скала за твърдост на DIN 18300 от 1 до 7 - от мочурище до твърда скала).

За започване на работите е необходимо да се осигурят два технологични изкопа - начален, с дължина поне 2м. по-голяма от дължината на набиваната тръба, и краен, който може да е значително по-къс. Тръбата се нивелира на дъното на изходния изкоп и се набива в почвата от цилиндричен хидравличен чук. При по-големи сечения, водещият й край е отворен за да отведе почвата във вътрешността си, а при по-малки се затваря с конус, тъй като количеството изместена пръст е по-малко и може да се уплътни в околовръст. Често към предния ръб се добавя режеща приставка, която да намали контактната площ, а от там и съпротивлението на тръбата. За по-малко триене между почвата и повърхността на тръбата се използват и лубриканти като бентонит и други полимери. След излизане на водещия край във втория изкоп, вътрешността на тръбата се изчиства и се провеждат необходимите инсталации. При малки диаметри и монтиран предварително конус, вътрешността се запазва чиста.

Почвоизместващият метод (Soil displacement) за безизкопна инсталация се прилага при дължини до 40м. и сечения на прокарваните инсталации до 200мм. Най-честото му приложение е при изграждане на сградни отклонения от метал или пласмаси (PVC, PE или PE-X) към централизираните системи.

При този метод се осигуряват два работни изкопа от двете страни на преодоляваното препятствие или един до сградата и един над тръбопровода на главната система. Къртицата се нивелира в изходната шахта и се изстрелва от пневматичен чук, достигайки скорост от 15м/час. Високата скорост позволява на сондажната глава да пробие дори каменисти почви. И тук трябва да се има предвид разстоянието до повърхността да е поне 10 пъти по-голямо от диаметъра на къртицата.

Тръбите или инсталационните кабели могат да бъдат окачени на къртицата и прекарани още в процеса на пробиване или изтеглени по-късно. Вторият метод е по-ефективен при каменисти почви, тъй като за разлика от първия точността и мощността на пробиване не се намаляват от допълнителното усилие за изтегляне на инсталациите.

В практиката се прилага и усъвършенстван вариант на почвоизместващия метод, при който към къртицата се монтира датчик за разположението и при необходимост курсът й се регулира чрез усукване на свързания с нея маркуч за въздух под налягане.

Безизкопната рехабилитация и подмяна на съществуващата инсталационна мрежа са от изключителна важност, тъй като остаряването на вече изградените тръбопроводи е неизбежен процес в постоянно развитие. Допълнителен фактор за нарастващата им роля е затрудненият достъп за ремонт и подмяна, следствие от все по-голямата компактност на съвременните населени места. Докато стандартните изкопни методи обикновено водят до замърсяване, задръствания и финансови загуби за населените места, безизкопният способ позволява сравнително по-бърза и безпроблемна поправка и подмяна на инсталациите на значително по-ниска цена за обществото. Някои от най-често прилаганите практики при ремонтната дейност са базирани на принципите на инсталационните безизкопни дейности.

Подмяна на тръбите на базата на микротунелирането - системата на този метод е аналогична на тази при микротунелирането. Съществуващите тръбопроводи от глина, бетон или азбестов цимент се натрошават от разрушаваща глава, движена от хидравлични крикове в изходната шахта. Новите тръби се изтеглят едновременно с разрушаването на старите. Излишните отпадъци от старите тръби, заедно с част от околната почва, се отстраняват пневматично или чрез витла. Основните предимства на тази система са бързата инсталация и скорост на напредване, както и възможността за дистанционно опериране.

Разрушаването на съществуващите тръби и подмяната им с нови се осъществява като хидравлична машина изтегля през съществуващата тръба специална динамична глава, която едновременно разрушава старата и изтегля нова полиетиленова тръба. За целта се осигуряват технологични изкопи в двата края на трасето, като методът се прилага при тръби с диаметър до 400мм. Според материала на съществуващата тръба се определя дали да се използва динамично или статично разрушаване. Динамичното се прилага при крехки материали като чугун или етернит, които се трошат на парчета и се набиват в почвата. При стоманените тръби се използва статично разрушаване - към водещата глава се прикрепя режещо острие, което сцепва тръбата по цялата й дължина. Сечението на срязаната тръба се разширява до „U”-форма и в нея се изтегля новата тръба.

Възстановяването на съществуващите тръбопроводи на място (Cured-In-Place-Pipes, CIPP) се осъществява чрез влагане на плътно прилепващ към старите тръби нов слой. Най-често се прилага вмъкването на филцов ръкав, който е обмазан отвътре с епоксидна смола и впоследствие се обръща чрез въздух под налягане. Смолата се изсушава от лампи или нагнетен във филцовия чорап горещ въздух и прилепва плътно към съществуващия тръбопровод. Излишните краища се изрязват от дистанционно контролиран робот-фреза.

Този метод може да се прилага при диаметър на сечението от 70 до 3000мм., при вертикални тръби, вентилационни шахти, водостоци, при тръби със завои до 90’, както и при нестандартни форми на рехабилитирания обект. Поради значително по-високата гладкост на новополучената вътрешна повърхност, както и незначителната дебелина на новото покритие - от порядъка на 4мм - капацитетът на новополученото сечение е дори по-висок от този на старата тръба. Увеличава се и химическата устойчивост на тръбопровода.

Възстановяването на тръбопроводи чрез допълнително вътрешно покритие е нова методика, която спестява значително времето за изпълнение, ремонтните и експлоатационните разходи. Голяма роля за това има лабораторно доказаният минимален експлоатационен срок на покритието от 50 години. При изчисляването на икономичността на метода трябва да се вземат предвид не само намалените разходи за ремонт, но и предотвратените щети от течове на водопроводите и канализацията в околната среда и обратно - от инфилтрация на вредни агенти в питейната вода.