Месяц назад, нашел в немецком интернет журнале упоминание о бестраншейном переходе под каналом недалеко от Москвы. Заинтересовался, навел справки - и вот перед Вами подробная статья об этом переходе выполненном с применением технологии "кривых труб" челябинской фирмой ООО «ПодземБурСтрой».
ОСВОБОЖДАЯ ПУТЬ НОВОЙ АВТОМАГИСТРАЛИ
Сооружение перехода под каналом им.Москвы непосредственно связано со строительством новой скоростной
автомагистрали «Москва – Санкт-Петербург», трасса которой проходит буквально в ста метрах от стройплощадки. В этом случае
предусматривается вынос действующих подземных коммуникаций за пределы проектной трассы в безопасные, с точки зрения
строительства и эксплуатации будущей автомагистрали, зоны.
Данное обстоятельство во многом учитывается в официальном названии проекта:
«Вынос нефтепроводов и газопроводов из зоны строительства скоростной автомобильной дороги Москва-Санкт-Петербург
на участке 15 км-18 км» (Заказчик – ГК «АВТОДОР», Генподрядчик - ООО «Мосстройтрансгаз»).
Условиями проекта предусмотрена прокладка двух ниток газопровода под каналом им.Москвы. Диаметр
стальных труб 1220 мм ,
толщина стенки 18 мм .
Задача сформулирована
вполне конкретно – необходимо строить переход. Но как её решить в реальности?
К каким средствам
и способам необходимо прибегнуть
для её выполнения?»
КАК ПОСТРОИТЬ ПЕРЕХОД?
Вопрос выбора
технологического решения на стадии
разработки проектной документации
решался самым тщательным
образом.
Слишком много «но»
таилось в возможной реализации того или иного варианта. При этом
рассматривались как традиционные
способы строительства переходов,
так и бестраншейные технологии. Были и своего рода
«экзотические» предложения.
Но все хорошо известные решения
имели существенные недостатки применительно
к
конкретным условиям
строительства:
1. Традиционный метод
укладки трубопроводов в траншею
с помощью экскаватора и пригрузов.
Данный метод не мог быть
применён, ввиду потенциального нарушения судоходства.
Если работы проводить в
зимнее время, когда отсутствует навигация
и уровень воды в
канале находятся на минимуме, необходима организация масштабного строительства с устройством
подъездных путей, что в данных инженерных условиях невозможно. Кроме того,
сложно представить, что должно произойти, чтобы получить разрешение федеральных властей на «раскопку» уникального стратегического гидротехнического и транспортного сооружения, позволяющего позиционировать
себя столице как «Порт пяти морей».
2. Прокладка трубопровода открытым способом с применением технологии гидроразмыва и работы водолазов.
Этот технологический
вариант был отвергнут во многом по изложенным выше причинам. Кроме того, использование принципа гидроразмыва в границах
канала, где береговая линия «взята в бетон», а русловые бровки устланы внушительными валунами, является малоэффективным
мероприятием.
Также при применении этих
двух методов возникает вопрос утилизации грунта (торфа и ила) в объеме более 1000 м3 с каждой нитки.
3.Технология ГНБ
Этот проверенный временем эффективный метод в принципе мог быть использован для решения
задач в рамках данного проекта, если бы не наличие в районе строительства плотной застройки и
экологических барьеров. Здесь следует остановиться подробнее. Канал им. Москвы в
районе пересечения трассой перехода имеет ширину порядка 110 м . Правый берег поднимается
с достаточно крутым уклоном на высоту 10-12 м и имеет узкую горизонтальную бровку
(именно здесь расположена наша стройплощадка). Далее простираются коттеджные поселки, за которыми начинается «старый город».
Аналогично, левый берег имеет крутой подъем и находится чуть выше по отношению
к противоположному. Здесь зону коттеджной застройки
заменяет лесопарковая полоса, за которой начинается «новый город».
Где разместить установку ГНБ? На узкой бровке правого берега (расстояние от уреза воды до забора коттеджного поселка
50м)? В этом случае угол входа будет составлять порядка 25 град. За коттеджным поселком? Тогда протяженность трассы
перехода возрастет многократно. Похожая ситуация складывается и при попытке
разместить буровую машину на левом берегу.
В любом случае, даже если приемлемое решение будет найдено, возможности разместить плеть готового
к протаскиванию дюкера просто нет. Да и грунтовые условия в районе строительства сильно затрудняют реализацию технологии
ГНБ. Здесь залегают мощные слои неустойчивых обводненных грунтов с обильным содержанием органики.
Неизбежно использование стандартных металлических труб в конструкции дюкера существенно увеличивало протяженность трассы перехода до 1270 м , добавляя к техническим
сложностям высокую стоимость строительства.
4. Технология
микротоннелирования
Пожалуй, это наиболее
реальный с технической точки зрения метод для строительства перехода в данных
условиях, если бы не высокая стоимость.
Дело в том, что его воплощение в жизнь неизбежно требует сооружения четырех глубоких шахтных стволов (рабочего и приемного для прокладки каждой нитки дюкера газопровода). Стоимость сооружения стволов неизбежно
будет доминировать в общей смете строительства, что ставит под сомнение его рентабельность.
Не говоря уже об увеличении сроков.
Метод «кривых» вне конкуренции.
Забегая вперед, отметим, что эффективное решение стоящей непростой задачи
было
найдено специалистами
ООО «ПодземБурСтрой», которые
предложили в качестве технологического варианта
пересечение канала им. Москвы
собственную разработку – метод «кривых».
Вкратце, суть данного метода заключается в прокладке по заданной трассе
перехода предварительно изогнутых труб, что в свою
очередь, позволяет уменьшить радиус изгиба прокладываемого трубопровода.
ЭКОНОМИЯ И НЕ ТОЛЬКО
Концептуальной особенностью метода «кривых», реализуемой в рамках проекта по строительству перехода через канал им.Москвы, является возможность существенно уменьшить радиус изгиба трассы прокладываемого трубопровода.
Например, при использовании обычных стальных труб диаметром 1220мм минимальный радиус изгиба плети в зоне упругих деформаций обязательно принимается из расчета не менее 1200 диаметров рабочей трубы. Так для плети трубопровода диаметром 1220 мм минимальный радиус
изгиба равен 1220х1200=1464 м.
В случае применения
предварительно изогнутых труб диаметром 1220мм (заводской изгиб оси трубы составляет 3
град.) значение минимального радиуса изгиба составляет всего 218 м !
Соответственно разница в
6,7 раза позволяет снизить трудозатраты, расходы на материалы и сроки
выполнения работ.
Кроме того, метод «кривых»
имеет ряд существенных
технико-экономических преимуществ:
1. Экологичность
а) не нарушается русловая
часть водоема, включая целостность
береговых линий;
б) сокращение сроков
производства работ (снижается объем выбросов
отработанных газов и время шумового воздействия на окружающую среду;
в) нет необходимости в
утилизации бентонита и полимеров.
2. Надежность и
долговечность
Трасса сооружаемого перехода имеет параболическую (арочную) конструкцию. Такая
жесткая конструкция
дюкера из предварительно изогнутых труб гарантирует, что трубопровод никогда не «всплывет» и не
«провалится»
в процессе эксплуатации. Срок эксплуатации подводного перехода в данном
случае будет не меньше, чем у линейной части трубопровода.
3. Безопасность
эксплуатации
Данный показатель достигается за счет возможности глубокой заделки трубопровода от поверхности и, следовательно, отсутствия сезонных колебаний температуры и паводков на трубопровод. Кроме того, «парабола»,составленная из предварительно изогнутых труб,
имеет возможность работать в качестве компенсатора линейных расширений дюкера.
4. Технологичность
Показатели данного аспекта обусловлены высокой степенью механизации работ, незначительным количеством
техники и оборудования для выполнения основных и вспомогательных операций, а также отсутствием компонентов технологического цикла массой более 18 т.
5. Высокая точность
прокладки
Возможность осуществить прокладку трубопровода точно в
соответствии с заданной проектной трассой
достигается применением системы локации, основу которой составляют гироскопы
не подверженные электромагнитному воздействию.
6. Широкий спектр
горно-геологических условий
Возможность прокладки трубопроводов практически в любых грунтовых условиях (от несвязных грунтов до скальных пород)
обеспечивается за счет подбора соответствующего режущего инструмента, используемого в конструкции исполнительного органа микрощита.
7. Относительно
низкая стоимость выполнения работ
С учетом
отмеченных выше преимуществ метода, стоимость его реализации
сопоставима со стоимостью траншейного метода сооружения переходов через водные
препятствия.
8. Время
Укладка трубопровода диаметром 1220мм протяженностью 186м под каналом заняла 13 дней (без учета подготовки стартовых
приямков и строительной площадки).
И. Н.
Шульга – «Строительство перехода через канал им.Москвы является хорошим примером возможности применения метода «кривых» в самых разнообразных грунтовых условиях. В нашем случае трасса
пересекала участки самых разнообразных грунтов: от валунов и включений бетонных
конструкций до неустойчивых торфяников с обильным включением органики.
В работе используется специальный микрощит с универсальной конструкцией режущего органа, что позволяет вести проходку с различной
производительностью в зависимости от грунтовых условий конкретного участка
трассы. Тем не менее, было принято решение о детальном изучении горно-геологических условий района
строительства с целью получения достоверной информации, как это принято в международной практике подземного строительства сложных подводных
переходов с применением
бестраншейных методов.
В этой связи мы предложили специализированной организации провести комплекс георадарных исследований.
По завершении обработки
полученных данных выяснилось, что на пути «следования»
микрощита находится
небольшой затопленный канал, «взятый» в железобетон. Иными словами, машине пришлось
бы работать в «металлической арматуре», а это, в свою очередь, могло служить
непреодолимым препятствием в ходе выполнения проходческих работ.
Не могу дать
исчерпывающие комментарии относительно истории сооружения «канала в канале». Скорее всего, он выполнял транспортные функции в период масштабного
строительства канала им. Москвы много лет назад.
Тем не менее, принятую конфигурацию трассы пришлось изменить за счет увеличения глубины перехода».
МЕТОД «КРИВЫХ»: ВОСЕМЬ ЛЕТ СПУСТЯ
Метод «кривых»
имеет достаточно продолжительную историю
по меркам развития
бестраншейных технологий
в отечественной практике. Впервые
в мире он
был применении специалистами
компании ООО «ПодземБурСтрой» (г. Челябинск)
в 2006 г.
при бестраншейной замене
газопровода диаметром 1020 мм на 110-м километре
трассы Игрим-Серов под
р. Малая Сосьва.
Протяженность перехода тогда составила
124 м. В
роли заказчика выступило
ООО «Тюменьтрансгаз» (в настоящее
время – ООО «Газпромтрансгаз –
Югорск»). Строительство перехода
было завершено 04.09.2006 г.,
а уже 28.10.2006 г.
трубопровод был введен
в эксплуатацию.
Сегодня он
продолжает успешно выполнять свои функции.
Успех челябинских
строителей был достаточно подробно представлен в самых
различных СМИ, но
в то время
основной упор был сделан
на экологической эффективности использования предварительно изогнутых труб и вытекающий отсюда
перспективности метода «кривых».
То, что
удалось увидеть во
время визита на стройплощадку,
далеко выходит за рамки определения метод «кривых».
Перед глазами была реально действующая, оригинальная технология, где преимущества использования предварительно изогнутых труб были интегрированы в современное техническое решение, обеспечивающее оптимизацию основных технико-экономических (стоимость, производительность труда, безопасность). Кроме того, используемая специалистами ООО «Подзем-Бурстрой» технология строительства переходов, обеспечивает выбор рациональных режимов бестраншейной прокладки трубопроводов, что позволяет говорить о вариативности, т.е. формирование области эффективного применении. Но, обо всем по порядку…
Перед глазами была реально действующая, оригинальная технология, где преимущества использования предварительно изогнутых труб были интегрированы в современное техническое решение, обеспечивающее оптимизацию основных технико-экономических (стоимость, производительность труда, безопасность). Кроме того, используемая специалистами ООО «Подзем-Бурстрой» технология строительства переходов, обеспечивает выбор рациональных режимов бестраншейной прокладки трубопроводов, что позволяет говорить о вариативности, т.е. формирование области эффективного применении. Но, обо всем по порядку…
Суть представленного технологического решения, в общем, сводится к продавливанию стальных
предварительно изогнутых труб диаметром 1220 м с применением специально разработанных
микрощита и продавливающей установки.
На подготовительном этапе устраивается наклонное основание в соответствии с заданным уклоном трассы в точке
входе, на котором впоследствии монтируется лафет продавливающей
установки PPP-400.
В нижней точке основания сооружается передняя торцевая упорная стенка, в конструкции
которой имеется «монтажное окно» круглого
сечения для ввода проходческого микрощита и дальнейшего пропуска продавливаемого
трубопровода.
После чего на монтажное
окно окончательно крепится массивный
сальник, обеспечивающей с
одной стороны беспрепятственное прохождение плети труб
диаметром 1220 мм ,
с другой – исключающий проникновение бентонитового раствора, заканчивающегося в
затрубное пространство микрощита,
в направлении установки РРР-400.
По мере набора прочности
бетона на основание жестко крепится лафет установки РРР-
400, таким
образом обеспечивая требуемую устойчивость при
необходимости выдерживать значительные
нагрузки в процессе
продавливания трубопровода.
Генеральный директор ООО «ПодземБурСтрой» Г.А.Селезнев – «Продавливающая установка РРР-400 изготовлена известной германской компанией "Prime Drilling" по техническому заданию ООО «Подзем БурСтрой».
Окончательное
конструктивное решение пришло не сразу. Изменения и дополнения вносились, как
говорится, до последнего. Здесь сказалось и то обстоятельство, что мы, по сути,
являемся пионерами в данном направлении, и то, что поставленная
задача оказалась технически сложной. Машина должна быть приспособлена к работе с предварительно изогнутыми трубами, быть идеально вписана в технологию микротоннелирования, обеспечивать требуемую безопасность, компактность и при этом обходиться без
использования дополнительного сложного оборудования. Сложность заключалась в необходимости обеспечить плоско-параллельное движение трубы
и механизмов пресса, создавая при этом минимальный крутящий момент на его
основание.
В последний
момент механизм подачи
зажимной манжеты с помощью гидроцилиндров
был заменен на реечную
конструкцию, что обеспечило ряд весомых преимуществ, основными из которых можно
считать небольшие габариты машины (главным
образом, незначительную высоту).
При этом появилась возможность сократить
до минимума расстояние
от места приложения продавливающих усилий
до точки входа
трубы (микрощита), следовательно, обеспечить максимальную
устойчивость установки РРР-400
(особенно при работе в режиме максимальных рабочих усилий) и существенно снизить нагрузки,
передаваемые на бетонное основание. В
итоге появилась возможность сократить длину
наклонного основания, тем самым уменьшить необходимый объем землеройных
и бетонных работ.
Важнейшим требованием при работе с предварительно изогнутыми трубами является необходимость постоянного соответствия вектора приложения
нагрузки конфигурации криволинейной оси скважины по мере задавливания очередной трубы.
Конструктивно это обеспечивается за счет возможности перемещения каретки с зажимной манжетой как в
горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, постоянно выдерживая требуемое направление приложения
продавливающего усилия.
Установка PPP-400 позволяет развивать усилие значением 400т как в прямом, так и в реверсном режиме, что
позволяет в случае возникновения форс-мажорных ситуаций оперативно извлечь из
скважины отрезок проложенного трубопровода вместе с микрощитом в исходное
положение».
Стартовый этап сводится к
запуску микрощита МТС-1000М3. Для этого на раме продавливающей установки
РРР-400 размещается микрощит (в
полном соответствии с заданным направлением
трассы на начальном этапе строительства), соединенный посредством трубы-адаптера с первой (головной) предварительно изогнутой рабочей трубой. Зажимное устройство установки РРР-400 толкает трубу,
перемещаясь по реечному механизму, обеспечивая начальную фазу продвижения щита с «заходом» режущего органа в «монтажное окно» в
упорной стенке.
Главный инженер компании И. Н. Шульга –
«Труба-адаптер, представляющая отрезок стальной трубы диаметром 1220 мм, необходима
для упрощения операции
по соединению или демонтажу микрощита. На начальной либо конечной стадии строительства
перехода при выполнении работ по стыковке или разъединению
микрощита с трубопроводом следует иметь ввиду, что «резка» торцов рабочих труб
недопустима».
Окончанием стартового
этапа можно считать проталкивание микрощита в грунт до
вы-
хода его хвостовой части
за пределы котлована.
А.В. Белогуров,
оператор специального микрощита
компании MTS – «Управление тех-
никой и контроль всех
рабочих параметров в ходе выполнения работ с применением метода «кривых» осуществляется
в кабине оператора.
Все текущие показатели
производственного процесса представлены на экранах мониторов. Что
позволяет оператору своевременно и адекватно реагировать на происходящее. На
первом мониторе в режиме «он-лайн» представлены
основные параметры текущей работы микрощита
MTS-1000М3.
Например, положение цилиндров
управления в передней
и хвостовой части
машины, количество оборотов и
давление на планшайбе,
усилие главного пресса, давление
на грудь забоя, давление в
системе гидроотката, количество оборотов трех гидронасосов, объем
циркулирующей воды, проворот
и пространственное положение машины,
положение стабилизаторов. Дополнительно
установлен монитор, передающий изображение
от CCTV-камеры, расположенной в
головной части микрощита, что позволяет всегда получать реальную картину состояния
данной ответственной части проходческой машины.
На другой
монитор передаются данные
о работе продавливающей установки
РРР-400: текущее значение усилия,
скорость перемещения каретки с
зажимной манжетой, давление обжатия трубы,
пространственное положение рамы и
т. д.
В дальнейшем работа
ведется в режиме установленного технологического цикла:
• Установка
РРР-400 перемещает очередную предварительно изогнутую трубу по
роликам головной и хвостовой опорной рамы.
• На раме устанавливается следующая труба.
• Производится
наращивание коммуникаций системы
гидротранспорта, силовых и информационных кабелей.
• Осуществляется стыковка
и сварка стыка предыдущей и последующей трубы с изоляцией
стыка.
Выполняется задавливание
каждой рабочей трубы
с одновременным перемещением
специального микрощита. Работы
по строительству первой нитки перехода
газопровода через канал
им. Москвы стартовали 14.07.2013
г.
ПОДВОДИМ ИТОГИ
27.08.2013г. микрощит остановился в заданной точке проектной трассы вблизи поверхности на левом берегу. Это означало, что прокладка первой нитки подводного перехода под каналом
им. Москвы была успешно завершена.
Необходимо отметить, что этап завершения продавливания трубопровода, как одна из важнейших операций
строительства перехода, наглядно подтвердил еще одно немаловажное преимущество
метода «кривых». Речь идет об автономном характере окончательного этапа,
когда нет необходимости использования специальных сооружений (заранее устроенного в точке выхода
котлована), специальной техники
или оборудования, а также выполнения большого объема демонтажных работ, требующих определенной квалификации и занимающих продолжительный промежуток времени.
На практике это выглядело
следующим образом. После того, как приборы показали, что
микрощит находится
в заданной точке,
соответствующей положению «завершения
проходки», работа на стройплощадке была остановлена. Одновременно на
противоположном берегу к точке выхода были направлены две единицы «стандартной» для
строительства газопроводов
техники: небольшой экскаватор и трубоукладчик. Надо заметить,
что при этом не потребовалось устройства каких-либо подъездных путей.
Прибыв на
место, экскаватор «откопал» микрощит, который далее был
зафиксирован с помощью трубоукладчика в устойчивом положении. Затем
микрощит был отсоединен
от трубы-адаптера и
транспортирован трубоукладчиком
до грузового автомобиля, поджидавшего
его на обочине
обычной городской автодороги.
После чего щит был перебазирован обратно на стройплощадку на правом берегу
канала, а в точке выхода
от рабочей трубы отсоединена труба-адаптер. Осталось закрыть
торец вышедшего трубопровода, оградить место выхода и ожидать соединения готовой нитки подводного перехода с линейной нитью газопровода.
Все отмеченные работы по обеспечению выхода и демонтажа микрощита заняли буквально считанные часы.
В заключение хотелось бы
подвести основные итоги строительства подводного перехода
через канал им. Москвы в
цифрах.
Несмотря на то, что
впереди специалистов ООО «ПодземБурСтрой» ожидает нелегкое
испытание в виде сооружения второй нитки, уже сейчас можно говорить о достижении высоких технико-экономических показателей, носящих фундаментальный
характер и имеющих возможность меняться
только в лучшую сторону в перспективе:
1. Применение
метода «кривых» позволило оптимизировать протяженность
и конфигурацию трассы
выполненного перехода. При ширине
преодолеваемого препятствия в виде искусственного водного канала
2. Строительство первой
нитки сложного перехода заняло 13
дней, что соответствует
рекордным показателям для
отечественной и мировой практики.
3. Скорость
строительства перехода, определяемая
темпами продвижения проходческого
микрощита, варьировалась в
диапазоне
0,01-0,45 м/мин в
зависимости физико-механических характеристик вмещающего грунта
на отдельных участках
трассы.
4. Благодаря
перемещению трубопровода в плотной бентонитовой рубашке, поверхность наружной
изоляции труб удалось оградить от воздействия
вмещающего грунта в
процессе продавливания. При визуальном осмотре трубопровода в
точке выхода механических повреждений, заметных
человеческому глазу, обнаружено
не было.
5. Фактические
усилия продавливания полностью
соответствовали расчетным значениям
и изменялись плавно
по мере удаления микрощита от точки входа. Это в том
числе стало возможным за
счет точной проходки проектной трассы
с использованием современных
средств навигации. Диапазон
изменения фактических усилий
продавливания составил 80 -150 т.
6. На
строительство первой нитки
было затрачено всего
3,5 т бентонита.
Несмотря на впечатляющие технико-экономические показатели, достигнутые в ходе
строительства, мы попросили Г.А. Селезнева прокомментировать возможность
дальнейшего совершенствования метода «кривых».
Что можно и следовало бы улучшить?
Г. А. Селезнев –
«Совершенствовать метод «кривых»,
как и любое
технологическое
решение, воплощенное в
металл, можно бесконечно. Но делать это следует поэтапно, исходя из текущих
результатов и с учетом имеющихся реальных перспектив.
Не стоит забывать, что
здесь на стройплощадке перед нами стояла конкретная задача
– построить переход через
канал им. Москвы.
Мы взяли
на себя серьезные
обязательства перед
заказчиком. Гарантией их
выполнения наряду с опытом
и высокой квалификацией специалистов ООО
«ПодземБурСтрой» стала именно предложенная эффективная технология. Цель
– установить какие-либо
рекорды не ставилась, хотя результат получился более чем убедительный.
Исходя из полученного опыта реализации данного проекта, в первую
очередь, следует внести одно важное технологическое изменение, касающееся непосредственно эффективности функционирования цепочки
используемого оборудования. Речь идет об операции соединения и
изоляции стыков наращиваемого
в ходе проходки трубопровода для дальнейшей подачи в скважину.
Выполнение данной
операции по факту заняло
очень много времени.
При этом проходка
по сути «стояла
на месте». В
данном случае наряду с увеличением времени производственного цикла
усиливается воздействие хорошо известного негативного
фактора – обжатия микрощита
и проложенного участка трубопровода вмещающим
грунтовым массивом, что ни коем
образом не способствует реализации
рациональных режимов работы продавливающей установки РРР-400.
Где выход? Он очевиден. В
первом случае необходимо использование оборудования для автоматической сварки
труб, во втором – поиск более совершенного
технического решения изоляции
стыков – по этому вопросу в настоящее время ведутся переговоры с нашими зарубежными
коллегами».
