Микротоннелирование — это технология прокладки подземных коммуникаций без разработки траншей, с высокой степенью автоматизации и при минимальном участии человека.
У неё немало достоинств, которые делают её востребованной. В этом обзоре — этапы развития микротоннелирования, современное состояние этой технологии, оборудование для её реализации, неоспоримые достоинства микротоннельной прокладки коммуникаций.
История и современность
Изначально технологию микротоннелирования разрабатывали для того, чтобы создавать сравнительно короткие бестраншейные проколы длиной до 100 м. Трубы, которые можно было прокладывать с помощью микротоннелирования в его первоначальной версии, могли иметь небольшой диаметр — не более 800-900 мм. Кроме того, технология подразумевала строго прямолинейную прокладку подземных коммуникаций и не допускала обход препятствий, которые могут встретиться под землёй. К слову, последнее обстоятельство — не только недостаток, но и достоинство микротоннелирования: эта технология позволяла в прошлом и позволяет сейчас прокладывать линейные подземные трассы, имеющие строго определённый уклон. Это актуально при монтаже различных самотёчных систем.
По мере развития техники разработчики оборудования существенно усложнили и обогатили комплексы оборудования для микротоннелирования. В них появились современные высокоточные датчики, позволяющие измерять давление грунта, объёмы извлекаемой породы, уклон трассы и его изменение, многие другие параметры. Микротоннельное оборудование дополнили системами прецизионного, то есть высокоточного, управления на базе IT-технологий. Были разработаны современные микрощиты с водяным и грунтовым пригрузом, значительно повышающие стабильность забоя. Всё перечисленное существенно расширило сферу применения микротоннелирования. В современном виде эта технология позволяет:
- прокладывать не только короткие, но и сравнительно длинные — до 250 м — подземные трассы без разработки траншей и повреждения поверхности земли;
- создавать не только прямолинейные, но и искривлённые проколы, обходить подземные препятствия, прокладывать коммуникации под оврагами и другими природными ландшафтами, усложняющими проходку;
- укладывать под землёй трубопроводы большого диаметра — до 4 м, то есть предельно допустимого при транспортировке труб по автомобильным дорогам.
Преимущества микротоннелирования перед другими технологиями прокладки коммуникаций
Метод микротоннелирования широко используется в строительстве подземных тоннелей и инженерных сетей в условиях плотной застройки. Он позволяет проводить работы в районах города с высокой интенсивностью движения, минимизируя воздействие на окружающую среду. При этом точность выполнения работ достигается благодаря применению специального оборудования, которое обеспечивает поступательное движение проходческого щита в заданном направлении. Проходка щита осуществляется с использованием мощной домкратной станции, которая устанавливается в стартовом котловане и передает усилие на трубы.
Одно из главных достоинств микротоннелирования — универсальность этой технологии. Особенности современного бурового инструмента и другого микротоннельного оборудования позволяют применять метод в широком спектре грунтов — от глины и гравия до песка и скальных пород.
Давление, оказываемое на режущую часть современных микрощитов, соответствует сопротивлению, которое оказывают вода и грунт в забое. Когда при создании подземного прокола методом микротоннелирования перед щитом возникает пустота, она сразу компенсируется дополнительным давлением. Благодаря этому предотвращаются просадки грунта и связанные с ними многочисленные угрозы, а сама технология становится безопасной.
Достоинства микротоннелирования позволяют использовать эту технологию в условиях плотной городской застройки. Она применима при высоком уровне подпочвенных вод. Микротоннелирование можно выполнять под закрытыми охраняемыми территориями, автомобильными и железными дорогами, взлётно-посадочными полосами, в непосредственной близости от уже проложенных коммуникаций без риска их повреждения, на многих других сложных участках, на которых неприменимы другие технологии.
Оборудование для микротоннелирования
Центральный элемент комплекса оборудования для микротоннельной прокладки подземных коммуникаций — рама с мощными гидравлическими домкратами. Её используют для продавливания грунта. Раму собирают в стартовой шахте.
Для создания продавливающей силы предназначена гидравлическая станция, расположенная на поверхности земли.
Для контроля параметров микротоннелирования и управления процессом предназначен управляющий модуль. Как правило, он расположен в контейнере, в который помимо управляющих устройств помещают и гидравлическую станцию.
Дополнительно в комплекс оборудования для микротоннелирования входят контейнер-отстойник, предназначенный для сбора пульпы, сепарационная установка, контейнер для транспортировки и хранения труб.
При микротоннелировании применяют обсадные и рабочие трубы. Они могут быть изготовлены из разных материалов — стали, железобетона, чугуна, стекловолокна, керамики.
Особое место в комплексе оборудования для микротоннелирования занимает станция подготовки бетонитового раствора. Последний является неотъемлемой частью технологии и выполняет сразу несколько важных функций — снижает трение при продавливании грунта, укрепляет стенки создаваемого подземного прокола, отводит тепло от нагревающихся частей, способствует извлечению пульпы из прокола.
Состав и характеристики оборудования для микротоннелирования, обсадных и рабочих труб всегда подбирают в индивидуальном порядке. Учитывают особенности грунта, протяжённость подземного прокола, степень сложности участка, диаметр прокладываемого трубопровода, обстановку на поверхности земли над проколом, другие факторы. Профессиональный учёт каждого из них и правильный подбор оборудования — залог эффективности и безопасности микротоннелирования.
Особенности технологии
После подбора необходимого оборудования готовят стартовые и приёмные, при необходимости — промежуточные, шахты (котлованы). Стандартный диаметр стартовой шахты для прокладки труб, длина которых составляет 2 м, а диаметр достигает 800 м, равна 3,2 м. Чтобы без затруднений извлечь микрощит после окончания проходки, необходима приёмная шахта стандартным диаметром 2 м.
Процесс включает несколько этапов. Сначала в стартовый котлован устанавливается мощная домкратная станция, через которую на проходческий щит передается тяговое усилие. Грунт, удаляемый с помощью режущего колеса, подается к поверхности с использованием транспортного насоса и затем вывозится. После этого трубы труб продавливания укладываются в образовавшийся тоннель, а процесс повторяется для обеспечения дальнейшей проходки. Такой подход идеально подходит для работы на любых грунтах и в условиях сложного подземного строительства.
Применение технологий микротоннелирования позволяет выполнять работы любой сложности и в самых сложных условиях. Например, в ходе строительно-монтажных работ грунт очищается в отстойнике, где происходит осадка твердых частиц, после чего очищенная вода снова используется в процессе бурения. Такой замкнутый цикл минимизирует затраты ресурсов и гарантирует высокое качество прокладки коммуникаций на больших расстояниях.
Микротоннелирование начинают в стартовой шахте. Используя лазерный луч, устанавливают в правильное положение микрощит, а затем таким же способом контролируют его положение при проходке. Контроль осуществляет оператор, который находится в управляющем контейнере и использует монитор для наблюдения за щитом. При необходимости скорректировать траекторию микрощита оператор задействует цилиндры управления.
Перед рабочим органом щита создают и поддерживают избыточное давление воды. Так обеспечивают стабильность забоя, крайне важную для безопасности проходки.
В затрубное пространство по всей протяжённости укладываемой трубы подают бетонит. Раствор выполняет функции, перечисленные выше — снижает трение, облегчает проходку, укрепляет грунт.
Образующуюся пульпу — суспензию из грунта и воды — откачивают насосным оборудованием и подают в сепаратор. В нём происходит разделение твёрдых частиц и воды. Первые отправляют на свалку, вторую возвращают в забой — в рабочую область перед микрощитом.
Меры по водопонижению при микротоннелировании не принимают — в них нет необходимости, поскольку прокладка осуществляется бестраншейным методом, а стартовая и приёмная шахты имеют надёжные сальниковые уплотнения.
Метод микротоннелирования также активно применяется при прокладке соединительных линий и коммуникаций в условиях высокой загруженности городской инфраструктуры. Например, разработка грунта ведется с использованием режущего колеса, а затем с помощью питающего насоса грунт транспортируется к отстойнику, где происходит осадка твердых частиц. Этот этап обеспечивает стабильность процесса и точное соблюдение параметров. После обработки твердые включения вывозятся, а очищенная вода снова используется, что делает метод экологически безопасным. Преимущество микротоннелирования в том, что оно позволяет эффективно решать задачи строительства подземных систем, сохраняя размеры тоннеля в точном соответствии с проектными требованиями.
Возможности микротоннелирования на примере компании Equinor ASA
Широкие возможности технологии микротоннелирования в её современном виде ярко иллюстрирует пример крупнейшей норвежской нефтяной компании Equinor ASA (ранее — Statoil ASA). Её специалисты, используя микротоннелирование, проложили железобетонные трубы, имеющие диаметр 3,8 м, под дном Северного моря. Они создали прочный железобетонный футляр впечатляющей длины — 2,8 км, в котором впоследствии протянули два 1000-миллиметровых газовых трубопровода.