Закрытый способ пересечения водной преграды

При пересечении водных преград наиболее эффективно показа­ли себя бестраншейные технологии, к которым, в первую очередь, от­носится управляемое горизонтальное направленное бурение (ГНБ). Появление технологий направленного бурения, которые стали широко применяться в мировой практике с 1990-х гг., по сути, сформировало новую отрасль строительства и позволило в корне изменить подход к проблеме пересечения всевозможных преград. Эта новая технология конкурирует с традиционными бестраншейными методами продавливания, неуправляемого бурения и виброударной проходки. Но если традиционные технологии позволяют сформировать скважину длиной только до 50 м, с помощью управляемого бурения возможно пересекать преграды шириной до 600 м и более.

Принцип технологии направленного бурения состоит в бурении пилотной скважины относительно небольшого диаметра с последую­щим ее расширением до требуемого размера и протаскивании в полу­ченный канал полиэтиленового трубопровода (рис.2.3-2.5). Установки ГНБ позво­ляют бурить скважины любой заданной конфигурации с кривизной как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Глубина скважины при пересечении водных преград должна назначаться на 2,0 м ниже про­гнозируемого профиля дна. Газопроводы, проложенные бестраншейны­ми методами, балластировке и закреплению не подлежат.

Бурение пилотной скважины - особо ответственный этап работ в бестраншейной прокладке сетей, от которого во многом зависит конеч­ный результат.

Бурение осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента - буровой головки из высокопрочной стали, соединенной с гибкими буровыми штангами. Буровая головка имеет в передней части скос, что позволяет менять траекторию бурения и обходить выявлен­ные препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба буровых штанг (до 33 м при диаметре штанг 89 мм, 51 м- при диаметре 114 мм). При вращении буровой головки с одновременным ее вдавли­ванием в грунт формируется прямолинейная пилотная скважина, тогда как вдавливание без вращения отклоняет буровую головку в сторону, противоположную имеющемуся скосу. Поочередно поворачивая буро­вую головку в ту или иную сторону и перемежая процесс вдавливания с процессом вращения, добиваются формирования подземного канала требуемого профиля. По мере проходки пилотной скважины произво­дят поочередную стыковку буровых штанг друг с другом.

Буровая головка оснащена форсунками, через которые осущест­вляется подача специального бурового раствора, который под давлени­ем закачивается в скважину. Применение бурового раствора является обязательным условием бурения. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обрушения, ох­лаждает буровую головку, способствует разрушению грунта, защищает протягиваемые полиэтиленовые трубы от повреждения. Буровой рас­твор - это смесь воды и специальных добавок, соотношение и концент­рация которых определяется в соответствии с типом грунта и условиями бурения. Основными ингредиентами раствора являются специальные глины - бентониты и полимеры. Кроме этого используются добавки для улучшения химического состава воды, предотвращения налипания грунта на буровой инструмент и штанги.

При бурении пилотной скважины осуществляется постоянный локационный контроль за положением буровой головки, что позволяет управлять траекторией ее движения в массиве грунта. Это достигается тем, что в буровую штангу около самого бура вмонтирован радиопере­датчик, сигнал которого постоянно передает на поверхность информа­цию о глубине расположения буровой головки, угле ее поворота и другие параметры, необходимые для отслеживания местонахождения буровой головки. Сигнал улавливается на поверхности переносимым приемни­ком, который обрабатывает и отображает полученную информацию на своем дисплее. Также эта информация отображается на дисплее опера­тора буровой установки.

Глубина, с которой может улавливаться сигнал, - до 25 м. Эти дан­ные являются определяющими для контроля соответствия траектории пилотной скважи­ны проектной и минимизируют риск повреждения смежных коммуникаций. При отклоне­нии буровой головки от проек­тной траектории оператор ос­танавливает вращение буровых штанг и устанавливает буровую головку с нужным углом пово­рота. Затем осуществляется вдавливание буровых штанг с целью коррекции траектории бурения. Точность системы электронного наведения такова, что опытный оператор в состоянии пробу­рить скважину до 500 м и вывести буровую головку на поверхность в установленной точке с точностью ± 150 мм. С выходом буровой головки в за­данной проектом точке строительство пилотной скважины завершается.

Рис.2.4. Предварительное расширение скважины

Рис.2.3. Пилотная скважина

Рис.2.5. Обратное протягивание рабочего трубопровода

После выхода буровой головки на поверхность ее заменяют на ко­нусный расширитель, который протаскивают по пилотной скважине в обратную сторону. С приложением тягового усилия и одновременного вращения расширитель проходит в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протя­гивания трубопровода через расширенную скважину ее диаметр должен на 25-30 % превышать диаметр трубопровода. В этом случае плеть тру­бопровода при протягивании в образовавшийся канал испытывает не­значительное сопротивление от сил трения. Снижению сил трения спо­собствует и буровой раствор (или вода), подаваемый из смесительного бака установки к форсункам расширителя.

На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая плеть трубопровода. К переднему концу пле­ти крепится оголовок с вертлюгом, воспринимающим тяговое усилие. Вертлюг вращается вместе с расширителем и в то же время не передает вращательное движение на трубопровод. При мелкозернистых грунтах, малых диаметрах труб (до 110 мм) и небольших расстояниях (до 100 м) одновременно с первым проходом расширителя может протаскивать­ся полиэтиленовая труба. При высокоплотных грунтах полиэтиленовая труба протаскивается при вторичном проходе расширителя. Таким об­разом, буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

Распространению направленного бурения способствуют следующие факторы: исключение необходимости проведения дноуглубительных, подводных, водолазных и берегоукрепительных работ; отсутствие необ­ходимости балластировки трубопровода; уменьшение допустимого коэф­фициента запаса прочности труб газопровода; сохранение естественного экологического состояния водоема; практически полное отсутствие раз­рушений на поверхности земли и отсутствие необходимости проведения рекультивационных работ; сокращение сроков сооружения переходов; уменьшение риска аварийных ситуаций и, как следствие, гарантия дли­тельной сохранности трубопроводов в рабочем состоянии; уменьшение сметной стоимости строительства трубопроводов за счет значительного сокращения сроков производства работ, затрат на привлечение дополни­тельной рабочей силы и тяжелой землеройной техники.

В то же время метод наклонно - направленного бурения может ис­пользоваться только при благоприятных грунтовых условиях. Ограни­чением возможности применения способа горизонтального управляе­мого бурения являются наличие скальных и гравийных грунтов, грунтов с включением валунов и гальки, гравелистых песчаных и глинистых грунтов с включением гравия более 30 %, а также в грунтах типа плы­вунов из-за невозможности создания стабильного бурового канала. В настоящее время во всем мире более 20 фирм-изготовителей поставляют на строительный рынок буровые установки всевозможных размеров. В России, где прокладка газопроводов методом направлен­ного бурения была официально разрешена с 1997г., наиболее широкое распространение получили установки горизонтального бурения «На­вигатор» фирмы «Vermeer-Steinbrueck» (США) типа D16x20a (72,5 кН), D24x40a (125 кН), D50x100 (225 кН) и «Грундодрилл» фирмы «Tracto-Technik» (Германия) типа 4Х (38 кН), 7Х (65 кН), 13Х (125 кН).