Олег Примин,
заместитель генерального директора АО «Институт МосводоканалНИИпроект», доктор технических наук, профессор
Алексей Отставнов,
ведущий научный сотрудник ОАО «НИИМосстрой», кандидат технических наук
Андрей Тен,
заместитель главного инженера по ремонту и реконструкции Производственно-эксплуатационного управления канализационной сети АО «Мосводоканал»
Нарастающие темпы износа и неудовлетворительное техническое состояние значительного количества канализационных трубопроводов сетей водоотведения городов и поселений России, необходимость предоставления населению и предприятиям качественных услуг по бесперебойному водоотведению, ограничение в условиях реформирования жилищно-коммунального хозяйства России материальных ресурсов на восстановление и обновление трубопроводов в значительной степени обострили проблему обеспечения их надежности. Коммунальные трубопроводы централизованных систем водоотведения относятся к наиболее значимым элементам этих систем, и как показывает практика эксплуатации, наиболее уязвимым. Это определяет актуальность работ по ремонту канализационных трубопроводов.
При широкой реализации в последние годы в области строительства и реконструкции трубопроводов перспективного направления, получившего название «бестраншейных технологий», появилась целая гамма новых строительных материалов (полимерных труб, бандажей из трубных модулей, тонкослойных отверждаемых на месте защитных покрытий, клеевых составов, органических смол и т.д.). Эти материалы рассматриваются специалистами в качестве эффективных ремонтных защитных оболочек (облицовок), способных локализовать различного рода дефекты напорных и безнапорных трубопроводов и предотвратить излив сточных вод. Эти методы в условиях плотной городской застройки на сегодняшний день являются наиболее актуальными для городских коммунальных служб. В статье приведены наиболее эффективные технологии бестраншейного ремонта канализационных трубопроводов.
Ключевые слова: трубопровод, надежность, износ, ремонт, покрытие, оболочки, бестраншейные технологии.
В условиях плотной городской застройки, насыщенности подземного пространства инженерными коммуникациями, наличия дорог с интенсивным движением автотранспорта реконструкцию, ремонт и строительство канализационных сетей и коллекторов рекомендуется выполнять бестраншейными технологиями. К наиболее эффективным из них относятся [1, 2]:
- нанесение цементно-песчаных покрытий (ЦПП) на внутреннюю поверхность восстанавливаемого трубопровода;
- протаскивание нового трубопровода в поврежденный старый (с его предварительным разрушением или без разрушения) с помощью специальных устройств, например, пневмопробойников;
- протаскивание гибкой (предварительно сжатой или сложенной U-образной формы) полимерной трубы внутрь старого трубопровода (метод «труба в трубе»);
- облицовка сегментами из полимерного материала;
- использование гибкого комбинированного рукава (чулка), позволяющего формовать новую композитную трубу внутри старой;
- использование спиралевидных (ленточных) покрытий, наносимых на внутреннюю поверхность старого трубопровода.
В России с 2006 г. доля строительства и реконструкции канализационных трубопроводов с использованием бестраншейных технологий превысила традиционную прокладку с рытьем траншей. Следует отметить, что крупнейший водный оператор в России – АО «Мосводоканал» начал освоение бестраншейных технологий в 1970 г. Тогда была проведена опытная реконструкция участка трубопровода нанесением цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность изношенных труб [2, 3, 4].
Сейчас на вооружении Московского водоканала есть практически все существующие бестраншейные технологии.
В 2015 г. бестраншейными методами были восстановлены почти 40 км канализационных трубопроводов, что составляет 33,7% всех реконструированных сетей. В дальнейшем Мосводоканал будет повышать долю использования бестраншейных технологий, так как это позволяет не причинять москвичам и гостям столицы неудобств, сопутствующих традиционным траншейным методам реконструкции трубопроводов.
Обоснование целесообразности использования того или иного метода бестраншейного ремонта должно определяться после детальных диагностических обследований трубопровода и заключения технической экспертизы по состоянию старого трубопровода. В каждом конкретном случае рассмотрению подлежат материал изготовления трубопровода и степень его износа, протяженность ремонтного участка, его диаметр, вид транспортируемой среды, окружающая наземная и подземная инфраструктура, тип грунтов, наличие подземных вод и ряд других факторов, способных повлиять на выбор метода бестраншейной реновации [3].
Одним из наиболее распространенных методов бестраншейного ремонта трубопроводов является нанесение различного типа покрытий на внутреннюю поверхность трубопровода.
Сплошные полимерные покрытия
На восстанавливаемые трубопроводы, как систем водоснабжения, так и водоотведения, могут наноситься внутренние защитные покрытия (оболочки, мембраны, рукава), которые наряду с полной герметичностью стенок обеспечивают их высокую сопротивляемость динамическим нагрузкам, то есть восстанавливают несущую способность трубопровода. В этом заключается их принципиальное отличие от уже давно используемых цементно-песчаных покрытий [2].
Введение в трубопровод и закрепление в нем отверждаемых на месте оболочек может достигаться либо путем протаскивания бесшовного гибкого полимерного материала на всю длину ремонтного участка между двумя колодцами с последующим разжатием его водой или подачей под давлением горячего воздуха или водяного пара, либо постепенным введением на ремонтный участок скрученной в рулон оболочки в виде чулка (лайнера) с прижатием ее к стенке давлением жидкости (рис.1).
Как правило, ввод защитных полимерных оболочек в трубопровод осуществляется через открытый люк колодца. В результате процесса полимеризации, продолжающегося до нескольких часов при протаскивании тонких оболочек, происходит их отверждение, после чего все устройства и жидкость из трубопровода удаляются. Коммуникации могут быть сданы в эксплуатацию через некоторое время после завершения описанных операций.
В зависимости от материала изготовления подлежащего восстановлению ветхого трубопровода, его остаточной несущей способности и характера дефекта защитные оболочки могут выполняться сплошными, то есть перекрывающими всю внутреннюю поверхность трубопровода, или частичными, например, защищающими лишь пространство вблизи свода, подверженного газовой коррозии, или лотка трубопровода, что характерно для старых кирпичных трубопроводов. Различают: полимерные рукава на основе синтетического войлока; полимерные рукава, армированные стеклотканью; полимерные рукава, армированные специальными структурами (комплексами) из стекловолокна. Полимерной основой современных рукавов являются: ненасыщенные полиэфирные смолы (UPHarz); смолы на основе сложных виниловых эфиров (VE-Harze); эпоксидные смолы (EP-Harze) [5].
Композитный рукав по технологии фирмы Per Aarsleff применяется для реконструкции напорных трубопроводов и дюкеров диаметром до 1400 мм и построенных из различных материалов. Характерным примером использования данной технологии на объектах Московской канализации является реконструкция дюкера напорного трубопровода диаметром 1400 мм, проходящего от КНС «Саввинская» под р. Москвой и реконструкция напорных трубопроводов диаметром 1400 мм от КНС «Филевская» (рис. 2).
Метод «труба в трубе» с использованием стеклопластиковых труб
Этот метод восстановления сетей используется для бестраншейной реконструкции ветхих водоотводящих трубопроводов на участках длиной до 50 м из керамики, асбестоцемента, чугуна, бетона и стали путем замены их на новые трубы. Данный способ применяют в основном для ремонта безнапорных трубопроводов. На Московской канализации успешно применяются для реализации этого метода стеклопластиковые трубы компании НТТ (Новые Трубные Технологии).
Нанесение спиралевидных (ленточных) покрытий
Отдельное место в перечне современных инновационных бестраншейных технологий ремонта трубопроводов занимает метод спиральной навивки, который по праву считается одним из лучших для ремонта канализационных трубопроводов. Во-первых, он обеспечивает не только устранение всех видов дефектов по длине труб и в местах их стыковки, но и полное восстановление структуры трубопровода при сохранении исходных гидравлических характеристик течения потока жидкости. Во-вторых, позволяет вести работы в условиях эксплуатации при непрерывном потоке. Для российских систем водоотведения, не имеющих в большинстве своем коллекторов-дублеров, при выборе технологии санации этот фактор вкупе с остальными достоинствами может сыграть ключевую роль [3, 4].
Суть спирально-навивного метода заключается в том, что в поврежденном действующем трубопроводе путем спиральной навивки сматываемой с бобины бесконечной полимерной ленты заводского изготовления формируется обсадная труба высокой прочности. Процесс навивки бесконечной ленты штампованного ребристого профиля из ПВХ или полиэтилена высокой прочности производится специальной навивной машиной, которая располагается внутри смотрового колодца неподвижно или в самой санируемой трубе. Края ленты соединяются друг с другом, образуя сплошную водонепроницаемую конструкцию внутри восстанавливаемого трубопровода (рис. 4).
Реализация процесса навивки заключается в подаче ленты через люк стартового колодца в навивную машину, располагаемую в восстанавливаемом трубопроводе со стороны стартового колодца. Навивная машина придает профилю из ПВХ необходимую форму и соединяет его концы, образуя тем самым новую герметичную трубу. Наложение относительно узкой (от 10 до 30 см) ленты из полимерных материалов со специальным штекерным разъемом по краям на внутреннюю поверхность ветхих трубопроводов позволяет создать в них стойкую к повреждениям самонесущую защитную оболочку (рис. 5).
Для реализации метода в колодце устанавливается специальный станок, осуществляющий несколько функций: нанесение (навивку) бесконечной ленты по внутреннему диаметру трубопровода, ее крепление, заливку клеющей смолы, проталкивание образовавшегося каркаса из ПВХ внутрь ремонтного участка трубопровода, расширение каркаса для его фиксации на восстанавливаемом сооружении (рис. 6).
После процесса наматывания оставшееся свободное кольцевое пространство между восстанавливаемой трубой и новым каркасом заполняется специальным раствором и уплотняется трамбовкой для повышения статической прочности. Профилированную ленту можно применять для круглых, овальных и прямоугольных сечений канализационных трубопроводов диаметром до 900 мм, обладающих достаточной несущей способностью.
Отдельные модификации метода рулонной навивки являются на сегодняшний день единственными, при которых может не прекращаться функционирование трубопровода.
В России, в частности, в Москве ООО «Метапласт-С» в партнерстве с фирмой SWP (ФРГ) одной из первых освоила спирально-навивную технологию и успешно применяет ее на различных объектах реновации канализационных сетей.
В Санкт-Петербурге также используется спирально-навивная технология для санации канализационных коллекторов больших диаметров. Так, в 2015 г. был выполнен ремонт канализационного коллектора с помощью технологии KANKOSEI. Эта технология была разработана в Японии, затем ее доработали инженеры компании «Трансспецстрой» для применения на территории России.
Первый объект – это ремонт действующего тоннельного канализационного коллектора на Товарищеском проспекте Санкт-Петербурга. Коллектор, обслуживающий спальный район Петербурга, был построен в 1978 г. Возможностей временно вывести его из работы не было, а необходимость ремонта назрела. Именно здесь решили опробовать новую технологию, основным преимуществом которой является возможность работы в действующем коллекторе (рис. 7). По внутреннему диаметру коллектора методом спиральной обмотки навивается лента из ПВХ. Затем между лентой и стеной тоннеля нагнетают специальный раствор.
Тоннельные коллекторы в Петербурге залегают на глубинах от 5 до 80 м, имеют разное поперечное сечение с точки зрения геометрии – круглое, прямоугольное, трапециевидное, а величина диаметра колеблется от 1,2 до 5 м. На некоторых участках стоки не переключить, так как иначе жилые районы останутся без канализования. Все эти факторы были учтены, и новая технология позволила решить поставленные задачи.
Применение композитных стеклопластиковых элементов
Это облицовка внутренней поверхности каналов поликварцитными модулями. Метод используется для реконструкции самотечных каналов и коллекторов различного сечения диаметром до 3000 мм, построенных из любых материалов. При реконструкции данным методом сечение трубопровода незначительно уменьшается, что не сказывается на пропускной способности каналов большого
диаметра [4, 5].
После монтажа пространство между старым каналом и вновь собранным трубопроводом заполняется специальным цементным раствором, обладающим высокой степенью текучести. Особенностью данного метода является возможность восстанавливать канализационные каналы любого сечения, а также 50-ти летняя гарантия на материал от разрушения в результате воздействия газовой коррозии. Трубопровод, построенный из композитных элементов, является самонесущим и может воспринимать расчетные нагрузки. Для этого подбирается необходимая толщина стенки модуля в соответствии со статическим расчетом.
Характерным примером использования данного метода на объектах Московской канализации является реконструкция Ново-Люберецкого канала диаметром 2800 мм (рис. 8, 9, 10).
Строительные работы проводились компанией ЗАО «К-Строитель» с использованием полимербетонных элементов производства фирмы «Майер» (Германия). На данном участке АО «Мосводоканал» ежегодно проводит технический осмотр. На сегодняшний день (семь лет эксплуатации) никаких разрушений не было обнаружено.
Реализация метода потребовала создания специального производства. В 2006 г. в Москве, на территории Западной станции водоподготовки, был открыт завод АРПАЙП по производству композитных элементов для реконструкции канализационных каналов.
Выводы
1. Коммунальные трубопроводы централизованных систем водоотведения относятся к наиболее значимым элементам этих систем, и как показывает практика эксплуатации, наиболее уязвимым.
2. В условиях плотной городской застройки бестраншейные технологии ремонта являются на сегодняшний день наиболее актуальными для городских коммунальных служб.
3. Своевременное выполнение восстановительных работ на крупных каналах позволяет повысить надежность работы важнейших звеньев системы московской канализации. Увеличение объемов работ по восстановлению канализационных каналов заложено в программу развития канализации Москвы до 2020 г.
Литература
1. Пупырев Е.И., Примин О.Г. Водная отрасль России: проблемы и решения. Коммунальный комплекс России, 2012, № 5, сс. 8–12.
2. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. Реконструкция трубопроводных систем. Москва, Ассоциация строительных вузов, 2008. 215 с.
3. Храменков С.В. Стратегия модернизации водопроводной сети. Москва, Стройиздат, 2005. 398 с.
4. Орлов В.А., Орлов Е.В. Строительство, реконструкция и ремонт водопроводных и водоотводящих сетей бестраншейными методами, Москва, Инфа, 2007. 221 с.
5. Zwierzchowska A. Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociagowych i kanalizacyjnych. Politechnika swietokrzyska, 2006. 180 p.