При пересечении трубопроводов с действующими инженерными коммуникациями (дороги, каналы, трубопроводы, кабели) или ценными насаждениями возможны два основных способа производства работ – открытый и закрытый.
При открытом способе требуется разрытие поперек дороги траншеи с повреждением дорожного покрытия и остановкой движения транспорта по ней на время прокладки труб, что создает неудобства для пассажиров, транспорта и, кроме того, влечет удорожание работ, так как возникает необходимость восстановления дорожного покрытия и элементов благоустройства в месте перехода.
Бестраншейные способы прокладки труб являются более перспективными, они не требуют устройства траншей. Суть всех известных способов состоит в том, что с одной стороны копают рабочий котлован, из которого трубу проталкивают под препятствием до выхода в приемный котлован с противоположной стороны.
Бестраншейную прокладку можно осуществлять: продавливанием домкратами или лебедками без выемки грунта (прямой прокол для труб диаметром d ≤ 100–150 мм, длиной L ≤ 30 м); вибропроколом и гидропроколом (d ≤ 500 мм, L ≤ 100 м); продавливанием с выемкой грунта механическим или гидравлическим способом (d ≤ 1200 мм); бурением горизонтальных скважин специальными буровыми устройствами (d = 200–1400 мм); устройством подземных выработок способами, применяемыми при строительстве тоннелей (d ≥ 1,5 м).
Продавливать можно только стальные и железобетонные трубы. Предельная дальность продавливания ограничена, как правило, прочностью материала труб.
При необходимости укладки труб из других материалов вначале продавливают стальную трубу большего диаметра (кожух), а затем через нее протаскивают рабочую трубу.
Работы по строительству трубопроводов могут быть организованы как самостоятельный специализированный поток, в составе которого должны быть увязаны все частные потоки. Частные потоки будут развиваться по длине трассы трубопровода, что характерно для линейных потоков. По мере завершения частных потоков и продвижения их исполнителей вперед на трассе остается смонтированный, но незасыпанный окончательно участок трубопровода. После того как будет подготовлен участок длиной около 1 км, следует провести его предварительное испытание, а после этого окончательную засыпку трубопровода.
Если на трассе трубопровода встречаются грунтовые воды, в состав процессов должны быть включены работы по осушению траншей.
При прокладке труб бестраншейными способами вначале под дорогами устраивают защитные кожухи или футляры, а затем в них прокладывают сами рабочие трубопроводы. Чтобы это стало возможным, диаметр кожуха (футляра) должен быть большим, чем диаметр прокладываемого трубопровода.
Закрытую прокладку труб выполняют способами прокола, продавливания, горизонтального бурения, а для прокладки коллекторов и тоннелей применяют щитовой и штольневый способы подземных проходок.
Прокол применяют для прокладки труб малых и средних диаметров (не более 400–500 мм) в глинистых и суглинистых (связных) грунтах. При этом способе массив грунта прокалывают трубой, оснащенной наконечником, без удаления грунта из скважины, вследствие чего для прокола требуются значительные усилия. В связи с этим и длина прокола труб не превышает 60–80 м.
Способ продавливания можно применять практически в любых грунтах I–IV групп, он пригоден для труб диаметром 800–1720 мм при длине прокладки до 100 м. Прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий в трубу в виде плотного керна (пробки), разрабатывают и удаляют из забоя. При продвижении трубы преодолевают усилия трения грунта по наружному ее контуру и врезания ножевой части в грунт.
Для продавливания труб применяют нажимные насосно-домкрат-ные установки из двух, четырех, восьми и более гидродомкратов усилием по 500–3000 кН каждый с ходом штока 1,1–2,1 м, работающие от насосов высокого давления.
Количество домкратов в установке зависит от необходимого нажимного усилия для продавливания трубопровода.
Способ продавливания бывает с ручной разработкой грунта и механической. Применение ручной разработки грунта при продавливании малоэффективно. Поэтому для бестраншейной прокладки трубопроводов чаше всего применяют установки с механизированной разработкой и удалением грунта.
Горизонтальное бурение предусматривает опережающую разработку грунта в забое с устройством скважины в грунте большого диаметра, чем прокладываемая труба. Этим способом можно устраивать подземные переходы трубопроводов диаметром до 1720 мм на длину 70–80 м. Однако этот способ недостаточно эффективен в обводненных и сыпучих грунтах.
Процесс бурения и прокладки звеньев трубопровода в скважину может быть раздельным и совмещенным. При раздельном вначале бурят скважину, а затем после извлечения из нее бурового инструмента протаскивают трубопровод. При совмещенном методе одновременно с продвижением бурового инструмента прокладывают трубу.
Для прокладки трубопроводов способом горизонтального бурения применяют бурильно-шнековую установку типа ДМ-1 с механическим приводом, способную в глинистых грунтах создавать горизонтальные скважины диаметром до 325 мм и длиной до 40 м. Для прокладки трубопроводов большого диаметра используют эксцентрично-сверлиль-ные установки с цикличным удалением грунта, оснащенные набором сменного оборудования.
Более производительными и распространенными являются унифицированные шнековые установки горизонтального бурения (УГБ или ГБ), в которых совмещаются процессы бурения, прокладки труб с непрерывным удалением грунта из забоя. С помощью установок УГБ и ГБ можно прокладывать трубопроводы в грунтах до IV группы диаметром 325–1420 мм протяженностью 40–60 м при скорости бурения от 1,5–1,8 до 12,7–19 м/ч.
Способом горизонтального бурения можно проходить выработки
для бестраншейной прокладки трубопроводов практически любых диаметров с относительно меньшими усилиями, чем при проколе или продавливании. Недостатком этого способа является необходимость удаления из пробуренной скважины грунта.
Существует технология проходки горизонтальных выработок без удаления грунта способом бурения и раскатки. Проходку выработок этим способом выполняют с помощью специальных грунтораскатывающих установок с режущей рабочей головкой, оборудованной ножами пропеллерного типа. Разработанный грунт шнеком подается в затрубное пространство, образованное раскатывающим устройством.
Щитовой и штольневый способы применяются при необходимости устройства переходов трубопроводов, коллекторов и тоннелей значительных диаметров и длины.
При любом из бестраншейных способов прокладки труб вначале по обе стороны дороги отрывают рабочий и приемный котлованы, затем монтируют соответствующие механизированные установки. Размеры рабочего котлована определяют в зависимости от диаметра прокладываемого трубопровода, глубины его заложения и конструкции направляющей рамы.
Основным оборудованием при проколе и продавливании труб являются направляющие рамы, гидравлические домкраты, нажимные патрубки, шомполы, наконечники, грунтозаборные ковши, пневмопробойники, насосы, компрессоры и т. п., а при горизонтальном бурении – установки, включающие двигатели внутреннего сгорания, шнеки, режущие головки и др.
Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диаметра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов, а также от наличия в строительных организациях соответствующих трубопрокалывающих, продавливающих и бурильных агрегатов, установок и оборудования.
Важным вопросом, независимо от применяемого способа бестраншейной прокладки трубопровода, является обеспечение и поверка заданного положения трубопровода в процессе его прокладки. Для обеспечения необходимого направления прокладываемой трубы используют вертикальные и горизонтальные направляющие рамы, устанавливаемые на дне рабочего котлована.
При использовании пневмопробойников благодаря их осевой симметрии и значительной длине (1,4–1,7 м) в основном сохраняется при движении в грунте заданное направление.