Colocación y restauración de tuberías sin zanja

El contenido del artículo

• Tecnologías sin zanjas
• Perforación direccional horizontal
• Perforación por vibración
• Avería hidráulica
• Al final

En este artículo: cuál es la razón de la necesidad de tecnologías sin zanjas; tipos de tecnologías sin zanja; tecnología de perforación direccional horizontal; tecnología de perforación por vibración; tecnología de fractura hidráulica.

La instalación y reparación de servicios públicos subterráneos, en la mente de muchos de nosotros, está asociada con una gran cantidad de trabajo: cavar zanjas, colocar tuberías en ellas, seguido de bloqueo con tierra, relleno y compactación de una plataforma de grava, asfaltado o hormigonado. En verano y primavera, el polvo, el lodo y el lodo son atributos integrales del trabajo de zanja, sin mencionar la total imposibilidad de utilizar las carreteras en el área del sitio de trabajo. Sin embargo, el caos de la zanja con todos sus atributos se puede evitar por completo mediante el uso de perforación HDD (direccional horizontal).

Tecnologías sin zanjas

La era de la industrialización ha cambiado las ciudades de la Tierra: su expansión fue acompañada por el desarrollo de un complejo sistema de comunicaciones subterráneas y aéreas. Y si los pasos elevados sobre el suelo pudieran repararse y reemplazarse con un daño mínimo, entonces el trabajo subterráneo para reemplazar las tuberías podría realizarse de cualquier otra manera que no sea mediante la excavación de zanjas. Hace 70 años, el problema de reparación y restauración de tuberías de hierro fundido y metal con fugas, que actúan como pasos superiores para agua fría y caliente, gas natural, alcantarillado, etc., era menos agudo que hoy..

Dado que se podía predecir el problema del desgaste crítico masivo de los servicios públicos subterráneos, la Asociación Nacional de Servicios de Alcantarillado (NASSCO) se creó en los Estados Unidos en 1976, el propósito de cuyos miembros era encontrar y desarrollar soluciones técnicas en el campo de la reparación sin zanjas de servicios públicos subterráneos. Con el tiempo, se crearon asociaciones similares en varios países y en 1986 se unieron en la Sociedad Internacional de Tecnologías sin Zanjas (ISTT), con sede en Londres (Gran Bretaña). Entre los participantes de ISST también hay una oficina de representación rusa – NPO ROBT, formada en 1996 y reformada en 2003.

Como regla general, el tendido de comunicaciones sin zanjas se lleva a cabo mediante los siguientes métodos:

• vibración (punzones neumáticos). Se utiliza tanto para la construcción de nuevas tuberías como para trabajos de reconstrucción (destrucción de tuberías viejas y su sustitución por nuevas). La condición para utilizar este equipo es la admisibilidad de cargas vibratorias en el suelo;
• Perforación direccional horizontal. El equipo de este tipo se usa solo para colocar nuevas tuberías;
• Destrucción hidráulica. Muy a menudo, esta tecnología se utiliza para reparar comunicaciones gastadas..

A continuación, consideraremos con más detalle los métodos de producción y el equipo para trabajos sin zanja..

Perforación direccional horizontal

Este método le permite crear tuberías subterráneas con una longitud de varios metros a muchos kilómetros, el diámetro máximo permitido de la tubería es superior a 1200 mm, pueden estar hechas de acero y polietileno de baja presión (HDPE).

La perforadora direccional horizontal consta de una estructura y un cuerpo de metal, un chasis de ruedas o sobre orugas. Su cuerpo contiene una central hidroeléctrica, un motor diesel, un carro de perforación, un sistema de alimentación de varillas y un panel de control de la máquina. Las máquinas HDD se diferencian entre sí en la fuerza de tracción más alta de la sarta de varillas (medida en toneladas), la curva de la sarta de varillas (se indica el radio) y la velocidad de flujo de la solución de bentonita (medida en l / min).

La perforación HDD incluye las siguientes etapas: preparación de la perforación; perforar un pozo piloto; aumento en el diámetro del pozo; tirando de la tubería a través del pozo; trabajos finales.

Preparación de perforación. Se están realizando estudios de composición y características del suelo, se está realizando un diagrama de los servicios públicos subterráneos existentes, se están redactando los documentos necesarios. Para seleccionar la trayectoria del pozo más óptima, el área de trabajo se prueba en varios lugares, en el caso de la proximidad de tuberías subterráneas, se colocan pozos.

Perforando un pozo piloto. El cabezal de perforación, equipado con una herramienta de corte, está instalado en la máquina HDD. La sonda del sistema de localización, ubicada en el interior del cabezal, permite rastrear su posición y el bisel de la herramienta de corte para realizar una perforación controlada. Durante el trabajo, las señales del sensor de la sonda son recibidas por la unidad de localización y mostradas en el monitor del operador que controla la máquina de perforación direccional horizontal; los datos sobre la profundidad y la pendiente del cabezal de perforación se muestran con referencia al tiempo. Además, la posición del cabezal de perforación es monitoreada por un operador con un dispositivo localizador manual, siguiendo el taladro a través del área. Si el taladro se desvía de la trayectoria calculada, el operador del equipo detiene la rotación de las varillas y corrige el ángulo de bisel de la cabeza del taladro..

Una varilla amortiguadora flexible, una sarta de varillas con cabezal de perforación, realiza dos tareas: reduce la carga sobre la varilla y ayuda a controlar la sarta de perforación. Las boquillas, con las que está equipada la cabeza de perforación, están diseñadas para suministrar una solución de bentonita de una composición especial: durante la perforación, se alimenta al pozo a través de las varillas huecas bajo presión. Las principales tareas de la solución de bentonita son: remoción de roca del pozo; enfriamiento y lubricación de la columna de perforación y el cabezal; traer y mantener la roca en suspensión; estabilización del suelo alrededor de la sarta de varillas; erosión del suelo (hidrocontrol).

La perforación del pozo piloto termina con la salida del cabezal de perforación en el punto de diseño.

Aumento del diámetro del pozo. En el punto de salida se desconecta el cabezal de perforación, en su lugar se adjunta un cabezal escariador de mayor diámetro, también equipado con boquillas para la salida de la solución de bentonita, la cual se suministra continuamente durante la expansión del pozo. Mediante la rotación y la fuerza de tracción, el escariador se arrastra a lo largo del pozo en la dirección opuesta, mientras aumenta su diámetro al requerido; el diámetro final del pozo debe ser un 30% mayor que el diámetro de la tubería que se insertará en él. Las etapas de perforación y extracción del escariador se repiten varias veces, con cada nueva etapa aumenta el diámetro de los cabezales..

Tirando de la tubería. Las tuberías destinadas a la tubería se sueldan juntas de antemano. Después de la pasada final del cabezal de perforación (el pozo se expande al diámetro requerido), en su lugar, un cabezal de expansión, un pivote (un dispositivo que evita la transferencia de rotación de la sarta a la tubería), un grillete (conecta la rótula con una pinza) y una pinza a la tubería se instalan secuencialmente en la sarta de varillas. Cuando está lista, la unidad HDD se pone en marcha y entra en la tubería en el pozo preparado..

En la etapa final, el contratista prepara y transfiere al cliente la documentación que contiene el plano-diagrama de la posición de la tubería en varios planos con referencia a puntos de referencia en el sitio de trabajo..

Beneficios de la perforación direccional horizontal:

• tendido y reparación de tuberías bajo cualquier terreno, en cualquier tipo de suelo (incluidos flotadores y rocas), en varias zonas de seguridad, en condiciones urbanas difíciles;
• una reducción significativa en el número de permisos y los plazos para obtenerlos, ya que no es necesario detener el tráfico en las carreteras durante el tiempo que dure la obra;
• el uso de modernas instalaciones de perforación permite reducir los plazos de trabajo;
• no requiere la participación de equipo pesado y una gran cantidad de trabajadores necesarios para la excavación de zanjas;
• autonomía de las máquinas HDD, es decir no necesitan fuentes externas de energía;
• el nivel del agua subterránea no afecta el tiempo de finalización;
• impacto mínimo en el equilibrio ecológico y el paisaje en el lugar de trabajo.

Desventajas del trabajo con HDD:

• si la distancia de la tubería es inferior a 2 m, entonces el uso de este método de perforación será costoso;
• el control de la máquina HDD y el proceso de perforación solo pueden ser realizados por profesionales; cualquier error aumenta drásticamente el costo del trabajo;
• el proceso de trabajo sin zanjas con tecnología HDD no se puede acelerar; el trabajo solo se puede realizar en el tiempo estimado.

Perforación por vibración

Para realizar la perforación por vibración, se utiliza una herramienta especial: un punzón neumático, que permite perforar pozos tanto horizontales como inclinados de un diámetro determinado en el suelo. La perforación por vibración se usa cuando se colocan pozos a distancias de hasta 15 my un diámetro de pozo de no más de 203 mm; por ejemplo, se usan para crear perforaciones debajo de las carreteras, sin abrir la carretera y sin detener el tráfico..

El punzón neumático consta de un cuerpo metálico en forma de cono, en su interior se encuentran los mecanismos de impacto, inversión y distribución del aire. El aire comprimido se suministra al punzón neumático desde el compresor a través de una manguera de aire flexible con un diámetro de 25 mm. La longitud de la manguera corresponde a la distancia a la que se perfora el pozo y el diámetro del cuerpo del punzón corresponde al diámetro del pozo. Los punzones neumáticos se producen con un diámetro de cápsula de 44 a 203 mm.

Etapas de trabajo durante la perforación por vibración: preparación de fosas; perforación de pozos; colocación de comunicaciones en pozo terminado; finalización del trabajo.

Preparación de fosas. Antes de comenzar a perforar un agujero con un punzón neumático, debe cavar el pozo de inicio y de recepción; en el primero, se instalará la cápsula del punzón neumático, en el segundo saldrá después de perforar el agujero. Si la longitud requerida del pozo excede los 15 m, será necesario abrir pozos intermedios cada 15 m; la mayoría de los modelos de perforadoras neumáticas funcionan dentro de esta distancia. La profundidad de las fosas debe ser diez veces el diámetro del agujero a perforar, es decir. con un diámetro requerido de 44 mm, la profundidad de cada pozo debe ser de 440 mm o más.

Perforar un pozo (punción incontrolable). Se coloca una guía en la parte inferior del pozo de inicio hacia el pozo de recepción (intermedio), se instala un punzón neumático, se conectan mangueras de aire a su cuerpo, conectando la cápsula con el compresor. Después de configurar la dirección, el compresor se pone en marcha y el punzón neumático, bajo la presión de aire comprimido, inicia un movimiento de impulso hacia el pozo receptor a una velocidad de aproximadamente 300 mm / min, moviéndose paralelo a la superficie del suelo. La cápsula del punzón no puede desviarse en ninguna dirección del curso establecido, su diseño lo impide. Después de pasar el pozo, el punzón neumático sale al pozo receptor, luego de lo cual el compresor se detiene, el aire comprimido se ventila y las mangueras se desconectan de la cápsula, se amortiguan y se tiran a través del pozo en la dirección del pozo de inicio..

Las líneas de comunicación se introducen en el pozo preparado., para lo que estaba destinado: cables o tuberías, cuyo diámetro debe ser un 25-30% menor que el diámetro del pozo.

En la etapa final en el plano se traza un pozo con comunicaciones, con referencia a los puntos de referencia en esta área.

Los beneficios de la perforación vibratoria:

• proporciona la creación de un pozo horizontal subterráneo (perforación) sin dañar los revestimientos superficiales y las vías de comunicación;
• el costo del trabajo es mucho menor que con el método de zanja;
• costos laborales significativamente más bajos y ausencia total de la necesidad de atraer equipo pesado;
• no se requiere una pared de soporte para el funcionamiento del equipo;
• el pequeño tamaño del equipo permite su uso en los sótanos de los edificios;
• Se permite el uso en suelos blandos y flotadores..
• durante el funcionamiento del punzón neumático, la dirección de su movimiento no se puede cambiar;
• longitud limitada del pozo (no más de 15 m) y su diámetro del pozo (203 mm);
• la necesidad de pozos de inicio, intermedio y receptor.

Además de crear nuevos pozos, se utilizan perforadores neumáticos para reemplazar tuberías en las comunicaciones urbanas existentes. La cápsula del punzón neumático se instala en el pozo de inicio, el dispositivo de anclaje se instala en el pozo receptor, se saca un cable de acero a través de la tubería de comunicaciones y se fija en la punta de la cápsula del punzón neumático. Bajo la acción del aire comprimido y la tensión del cable, la cápsula se mueve a lo largo de la tubería desgastada, destruyéndola y expandiendo el pozo, mientras aprieta simultáneamente nuevas tuberías de polietileno, que se unen entre sí con una conexión roscada en el pozo de partida. Con la ayuda de un punzón neumático, puede iniciar una nueva tubería hecha de polietileno dentro de una tubería desgastada; por supuesto, el diámetro de la nueva tubería debe ser menor que el diámetro de la existente..

Avería hidráulica

Con el uso de dispositivos hidráulicos, se llevan a cabo dos tipos de trabajo: forzar cajas de acero y destruir tuberías con reemplazo por otras nuevas. El primer tipo de trabajo consiste en el punzonado cíclico de tuberías mediante un sistema de gatos hidráulicos. La diadema del primer tubo está equipada con un cuchillo cónico que corta el suelo, cuya excavación se realiza a través del barril hueco formado por las varillas. Este método le permite perforar en el suelo tuberías con un diámetro de 1-1,4 my una longitud de hasta 50 m, independientemente de los obstáculos ubicados sobre el sitio de perforación..

El segundo tipo de trabajo, la destrucción hidráulica, se considerará con más detalle. A diferencia de las cápsulas de punzones neumáticos que se utilizan en la perforación por vibración, el punzón destructivo («topo») está equipado con cuchillas especiales y se acciona desde una estación de bombeo hidráulico. El diámetro mayor del punzón es de 1200 mm, la longitud máxima del paso es de 50 m.

Etapas de trabajo: preparación de fosas de cimentación; Equipo de instalación; destrucción de una tubería desgastada existente; instalación de una nueva tubería de polietileno de baja presión.

Preparación de fosas. Los pozos de inicio y recepción se arrancan a la profundidad de las comunicaciones que deben ser reemplazadas. Las dimensiones generales del pozo de recepción deben ser suficientes para garantizar el libre movimiento de la tubería instalada, las dimensiones del pozo de inicio, para garantizar la instalación libre del martillo hidráulico y la entrada de las varillas. Las paredes y el fondo del foso de salida deben estar cuidadosamente alineados; el centrado del punzón en relación con la tubería a destruir debe ser lo más preciso posible. En el fondo del pozo de salida, se vierte una plataforma de grava o se coloca un paseo marítimo, una medida para evitar la desviación de la cabeza destructiva en caso de inundación del pozo..

Equipo de instalación. El punzón de demolición, instalado en un marco metálico, se coloca en el foso y se centra en su interior mediante una grúa. Para que el marco del punzón no se mueva hacia la tubería destruida, se requiere un tope vertical hecho de una placa de acero de 1200 mm por 2500 mm, de al menos 15 mm de espesor: la fuerza de empuje hacia atrás del dispositivo es de más de 50 toneladas y, en ausencia de un tope fuerte, inevitablemente se hundirá en el suelo … La placa base se coloca en un lado con un corte estrecho delante de la tubería a destruir y reemplazar. Una vez completada la instalación, las mangueras se conectan al punzón desde una estación hidráulica ubicada fuera del pozo..

Destrucción de una pipa vieja. En esta etapa, el cabezal de corte no está instalado, solo se insertan varillas en el canal de la tubería vieja, que se extienden con nuevas secciones hasta que su extremo aparece en el pozo de recepción. La flexibilidad de las varillas permite un ángulo de flexión de 20 ° del canal de la tubería, pero no más.

Instalación de una tubería nueva. Después de que las varillas salen en el pozo de recepción, se une un cabezal de corte en su extremo, cuyo diámetro corresponde al diámetro exterior de la nueva tubería; usando un agarre de pinza, se une a la cabeza una tubería que reemplaza la antigua. El modo de funcionamiento del punzón se cambia al opuesto, se instala un tope de acero. En el proceso de movimiento, la cabeza destruye la tubería vieja, presionando sus fragmentos contra las paredes del canal. El proceso de reemplazo de tuberías continúa hasta que sale el extremo de la nueva tubería en el pozo de inicio, después de lo cual se retira el panel de parada, se desmontan las varillas y se desconectan las mangueras del sistema hidráulico, luego se retira el punzón del pozo. Solo queda conectar la nueva tubería a la red de comunicación y se restaurará la integridad de la tubería.

Beneficios de las herramientas hidráulicas sin zanja:

• producido sin dañar la calzada;
• la colocación de una tubería nueva se realiza en el canal antiguo;
• reemplazo único de tuberías de diámetro significativo (hasta 1200 mm) en una sección de más de 50 m;
• permite un aumento en el diámetro de la tubería en relación con el diámetro del canal antiguo;
• en comparación con los trabajos de excavación de zanjas, que requieren la participación de una gran cantidad de equipos y una fuerza laboral significativa, los trabajos que utilizan tecnología de destrucción hidráulica se realizan con menos esfuerzo y en un tiempo mucho más corto;
• – no requiere un lavado preliminar del canal de tubería antiguo;
• – no hay vibración durante el trabajo;
• – las obras no van acompañadas de ningún daño ambiental.
• – es necesaria la preparación de hoyos;
• – mayor costo de trabajo en comparación con la excavación de zanjas.

Al final

Teniendo en cuenta casi el 90% del deterioro de los servicios públicos existentes en Rusia y los países de la CEI, las tecnologías sin zanjas son la única salida a esta situación. El interminable parcheo de tuberías con fugas con el método de excavación de zanjas comúnmente practicado por las empresas de servicios públicos ha dejado de ser útil durante mucho tiempo..