Colocação sem valas e restauração de dutos

Neste artigo: qual é a razão da necessidade de tecnologias sem valas; tipos de tecnologias sem valas; tecnologia de perfuração direcional horizontal; tecnologia de perfuração por vibração; tecnologia de fratura hidráulica.

A colocação e reparação de utilidades subterrâneas, na opinião de muitos de nós, está associada a um trabalho árduo – cavar valas, colocar canos nelas, depois tapá-las com terra, encher e compactar um bloco de brita, asfaltamento ou concretagem. A poeira é parte integrante das trincheiras no verão e na primavera, a sujeira e a lama no outono e inverno, sem falar na impossibilidade total de uso de estradas na área da obra. No entanto, o caos da trincheira com todos os seus atributos pode ser completamente evitado usando a perfuração HDD (direcional horizontal).

Tecnologias sem valas

A era da industrialização mudou as cidades da Terra – sua expansão foi acompanhada pelo desenvolvimento de um sistema complexo de comunicações aéreas e subterrâneas. E se os viadutos acima do solo pudessem ser reparados e substituídos com o mínimo de danos, então o trabalho subterrâneo de substituição dos tubos poderia ser executado de qualquer outra forma que não por valas. 70 anos atrás, o problema de reparo e restauração de tubos de metal e ferro fundido com vazamentos, que funcionam como viadutos para água quente e fria, gás natural, esgoto, etc., era menos agudo do que hoje.

Uma vez que o problema de desgaste crítico maciço de utilidades subterrâneas poderia ser previsto, em 1976 a National Association of Sewerage Services (NASSCO) foi criada nos Estados Unidos, cujo objetivo era encontrar e desenvolver soluções técnicas no campo de reparo sem valas de utilidades subterrâneas. Com o tempo, associações semelhantes foram criadas em vários países e, em 1986, foram fundidas na International Society for Trenchless Technologies (ISTT), com sede em Londres (Reino Unido). Entre os participantes do ISST, há também um escritório de representação russo – NPO “ROBT”, formado em 1996 e reformado em 2003.

Como regra, a colocação sem valas de comunicações é realizada pelos seguintes métodos:

• vibração (punções pneumáticas). É utilizado tanto na construção de novos oleodutos como nas obras de reconstrução (destruição de canos antigos e substituição por novos). A condição de utilização deste equipamento é a permissibilidade de cargas vibratórias no solo;
• perfuração direcional horizontal. Equipamentos deste tipo são usados ​​apenas para colocar novos dutos;
• destruição hidráulica. Na maioria das vezes, esta tecnologia é usada no reparo de comunicações desgastadas.

A seguir, vamos dar uma olhada mais de perto nos métodos de produção e equipamentos para trabalho sem valas..

Perfuração direcional horizontal

Este método permite que você crie dutos subterrâneos com um comprimento de vários metros a muitos quilômetros, o diâmetro máximo permitido do tubo é superior a 1200 mm, eles podem ser feitos de aço e polietileno de baixa pressão (PEAD).

A máquina de perfuração direcional horizontal consiste em uma estrutura e corpo de metal, um chassi com rodas ou sobre esteiras. Seu corpo contém uma estação hidráulica, um motor a diesel, um carro de perfuração, um sistema de alimentação de haste e um painel de controle da máquina. As máquinas HDD diferem entre si na maior força de tração da coluna da haste (medida em toneladas), na curvatura da coluna da haste (o raio é dado) e na taxa de fluxo da solução de bentonita (medida em l / min).

A perfuração HDD inclui as seguintes etapas: preparação da perfuração; perfurar um poço piloto; aumento do diâmetro do poço; puxar o oleoduto através do poço; trabalhos finais.

Preparação de perfuração. Estão em curso estudos de composição e características do solo, estão a ser efectuados esquemas das utilidades subterrâneas existentes, estão a ser elaborados os documentos necessários. A fim de selecionar a trajetória de poço mais ideal, a área de trabalho é sondada em vários locais, no caso de proximidade de dutos subterrâneos, poços são colocados.

Perfurando um poço piloto. A cabeça de perfuração, equipada com uma ferramenta de corte, é instalada na máquina HDD. A sonda do sistema de localização, localizada dentro da cabeça, permite rastrear sua posição, e o chanfro da ferramenta de corte – para realizar furação controlada. Durante o trabalho, os sinais do sensor da sonda são recebidos pela unidade de localização e exibidos no monitor do operador que controla a máquina de perfuração direcional horizontal – os dados sobre a profundidade e inclinação da cabeça de perfuração são exibidos com referência ao tempo. Além disso, a posição da cabeça de perfuração é monitorada por um operador com um dispositivo de localização manual, acompanhando a perfuração na área. Se a broca se desvia da trajetória calculada, o operador da plataforma para a rotação das hastes e corrige o ângulo de chanfro.

Uma haste flexível de amortecimento, colunas de haste com cabeça de perfuração, executa duas tarefas – reduz a carga nas hastes e ajuda a controlar a coluna de perfuração. Os bicos, com os quais está equipada a cabeça de perfuração, destinam-se a fornecer solução de bentonite de composição especial – durante a perfuração, é introduzida no poço através de hastes ocas sob pressão. As principais tarefas da solução de bentonita: remoção de rocha do poço; resfriamento e lubrificação da coluna de perfuração e da cabeça; trazer e manter a rocha em suspensão; estabilização do solo ao redor da coluna da haste; erosão do solo (hidro-monitoramento).

A perfuração do poço piloto termina com a saída da cabeça de perfuração no ponto do projeto.

Aumentando o diâmetro do poço. No ponto de saída, a cabeça de perfuração é destacada, em seu lugar é fixada uma cabeça alargadora de maior diâmetro, também equipada com bicos para saída da solução de bentonita, que é fornecida continuamente durante a expansão do poço. Por rotação e força de tração, o alargador é puxado ao longo do poço na direção oposta, enquanto aumenta seu diâmetro para o necessário – o diâmetro final do poço deve ser 30% maior do que o diâmetro da tubulação que será inserida nele. Os estágios de perfuração e puxamento do alargador são repetidos várias vezes, com cada novo estágio o diâmetro das cabeças aumenta.

Puxando o pipeline. Os tubos destinados ao oleoduto são previamente soldados entre si. Após a passagem de acabamento da cabeça de perfuração (o furo é expandido para o diâmetro necessário), em vez dela, uma cabeça de expansão, uma articulação (um dispositivo que permite evitar a transferência de rotação da coluna para o tubo), um brinco (conecta a articulação com uma garra) e uma garra para o tubo são instalados na coluna da haste. Quando estiver pronta, a unidade de HDD é inicializada e entra na tubulação no furo de poço preparado.

Na fase final, o empreiteiro prepara e transfere para o cliente a documentação contendo o diagrama de planta da posição do gasoduto em vários planos com referência aos pontos de referência no local de trabalho.

Benefícios da perfuração direcional horizontal:

• colocação e reparação de condutas sob qualquer terreno, em qualquer tipo de solo (incluindo flutuadores e rochas), em várias zonas de segurança, em condições urbanas difíceis;
• uma redução significativa no número de autorizações e nos prazos de obtenção, uma vez que não há necessidade de parar o tráfego nas rodovias durante a execução da obra;
• o uso de instalações de perfuração modernas permite reduzir os prazos de trabalho;
• não requer o envolvimento de equipamentos pesados ​​e um grande número de trabalhadores necessários para a abertura de valas;
• autonomia das máquinas HDD, ou seja, eles não precisam de fontes externas de energia;
• o nível do lençol freático não afeta o tempo de conclusão;
• impacto mínimo no equilíbrio ecológico e na paisagem no local de trabalho.

Desvantagens do trabalho de HDD:

• se a distância do oleoduto for inferior a 2 m, o uso deste método de perfuração será caro;
• o controle da máquina HDD e do processo de perfuração só pode ser realizado por profissionais – quaisquer erros aumentam drasticamente o custo do trabalho;
• o processo de trabalho sem valas usando a tecnologia HDD não pode ser acelerado – o trabalho pode ser executado apenas no tempo estimado.

Perfuração por vibração

Para a perfuração por vibração, é utilizada uma ferramenta especial – um punção pneumático, que permite puncionar poços horizontais e inclinados de um determinado diâmetro no solo. A perfuração por vibração é usada ao colocar poços a distâncias de até 15 me um diâmetro de furo de não mais que 203 mm – por exemplo, eles são usados ​​para criar perfurações sob estradas, sem abrir a estrada e sem parar o tráfego.

O punch consiste em um corpo metálico em forma de cone, dentro dele estão os mecanismos de impacto, reversão e distribuição de ar. O ar comprimido é fornecido ao punção pneumático do compressor por meio de uma mangueira de ar flexível com um diâmetro de 25 mm. O comprimento da mangueira corresponde à distância na qual o furo de poço é perfurado e o diâmetro do corpo do punção corresponde ao diâmetro do poço. São produzidos punções pneumáticos com diâmetro de cápsula de 44 a 203 mm.

Etapas do trabalho durante a perfuração vibratória: preparação de poços; perfuração de poços; colocação de comunicações em poço acabado; conclusão do trabalho.

Preparação de poços de fundação. Antes de começar a furar com o punção pneumático, é necessário cavar a fossa inicial e receptora – no primeiro será instalada a cápsula do punção pneumático, no segundo ela sairá após a punção. Se o comprimento exigido do poço ultrapassar 15 m, será necessário abrir poços intermediários a cada 15 m – a maioria dos modelos de punções pneumáticos trabalham nessa distância. A profundidade dos poços deve ser dez vezes o diâmetro do furo a ser perfurado, ou seja, com um diâmetro necessário de 44 mm, a profundidade de cada poço deve ser 440 mm ou mais.

Perfurando um poço (punção incontrolável). Uma guia é colocada no fundo da fossa inicial em direção à fossa receptora (intermediária), um punção pneumático é instalado nela, mangueiras de ar são conectadas ao seu corpo, conectando a cápsula ao compressor. Após o ajuste da direção, o compressor é acionado e o punção pneumático, sob pressão de ar comprimido, inicia um movimento de impulso para a fossa receptora a uma velocidade de cerca de 300 mm / min, movendo-se paralelamente à superfície do solo. A cápsula de punção não pode se desviar em nenhuma direção do curso dado – seu design evita isso. Após a passagem do poço, o punção pneumático sai pelo poço de recebimento, após o qual o compressor para, o ar comprimido é liberado e as mangueiras são desconectadas da cápsula, amortecidas e puxadas pelo poço na direção do poço de partida.

As linhas de comunicação são trazidas para o poço preparado, para o qual foi destinado – cabos ou tubos, o diâmetro dos quais deve ser 25-30% menor que o diâmetro do poço.

Na fase final um poço com utilidades é traçado na planta, com referência aos pontos de referência nesta área.

As vantagens da perfuração por vibração:

• garante a criação de um poço horizontal subterrâneo (furo) sem danificar os revestimentos superficiais e as vias de comunicação;
• o custo do trabalho é muito menor do que com o método de trincheira;
• custos de mão de obra significativamente mais baixos e ausência total da necessidade de atrair equipamentos pesados;
• nenhuma parede de suporte é necessária para o funcionamento do equipamento;
• o tamanho reduzido do equipamento permite sua utilização em subsolos de edifícios;
• o uso em solos moles e flutuantes é permitido.
• durante a operação do punção pneumático, a direção de seu movimento não pode ser alterada;
• comprimento do poço limitado (não mais do que 15 m) e seu diâmetro do poço (203 mm);
• a necessidade de poços iniciais, intermediários e de recebimento.

Além de criar novos poços, punções pneumáticas são utilizadas para substituir tubulações nas comunicações urbanas existentes. A cápsula do punção pneumático é instalada no poço de partida, o dispositivo de ancoragem é instalado no poço receptor, um cabo de aço é puxado dele através do tubo de comunicações e fixado na ponta da cápsula do punção pneumático. Sob a ação do ar comprimido e a tensão do cabo, a cápsula se move ao longo do tubo desgastado, destruindo-o e expandindo o poço, enquanto simultaneamente aperta novos tubos de polietileno, que são construídos entre si por uma conexão roscada no poço de partida. Com a ajuda de um punção pneumático, você pode começar um novo tubo feito de polietileno dentro de um tubo desgastado – é claro, o diâmetro do novo tubo deve ser menor que o diâmetro do existente.

Fratura hidráulica

Com o uso de dispositivos hidráulicos, são realizados dois tipos de trabalho – forçamento de caixas de aço e quebra de tubos com substituição por novos. O primeiro tipo de trabalho envolve puncionamento cíclico de tubos com sistema de macacos hidráulicos. A faixa da cabeça do primeiro tubo está equipada com uma faca cónica que corta o solo, cuja escavação é efectuada através do corpo oco formado pelos tubos de vareta. Este método permite perfurar no solo tubos com diâmetro de 1 a 1,4 me comprimento de até 50 m, independentemente dos obstáculos localizados acima do local de perfuração..

O segundo tipo de trabalho – destruição hidráulica – será considerado com mais detalhes. Ao contrário das cápsulas de punções pneumáticas usadas na perfuração vibratória, o punção destrutivo (“toupeira”) é equipado com facas especiais e é acionado por uma estação de bombeamento hidráulico. O maior diâmetro do punção é 1200 mm, o comprimento máximo da passagem é 50 m.

Etapas do trabalho: preparação de fossas de fundação; instalação de equipamento; destruição de um tubo desgastado existente; instalação de nova tubulação de polietileno de baixa pressão.

Preparação de poços de fundação. Os poços de partida e de recebimento são rasgados até a profundidade das comunicações que precisam ser substituídas. As dimensões gerais da fossa de recebimento devem ser suficientes para garantir a livre movimentação da tubulação instalada, as dimensões da fossa de partida – para garantir a livre instalação do rompedor hidráulico e a entrada das hastes. As paredes e o fundo do poço inicial devem ser cuidadosamente nivelados – a centralização do punção em relação ao tubo a ser destruído deve ser o mais preciso possível. Uma camada de cascalho é colocada no fundo da cava de partida ou um calçadão é colocado – uma medida para evitar o desvio da cabeça destrutiva em caso de inundação da cava.

Instalação de equipamento. O punção de demolição, instalado sobre uma base de metal, é colocado na cava e centralizado por meio de uma grua. Para que a estrutura de punção não se mova em direção ao tubo destruído, um batente vertical feito de uma placa de aço de 1200 mm por 2500 mm, pelo menos 15 mm de espessura, é necessário – a força de retrocesso do dispositivo é superior a 50 toneladas e, na ausência de um batente forte, ele inevitavelmente se puxará para o solo … A placa de base é instalada em um lado com um corte estreito na frente do tubo a ser destruído e substituído. Após a conclusão da instalação, as mangueiras de uma estação hidráulica localizada fora do poço são conectadas ao punção.

Destruição de um cano antigo. Nesta fase, o cabeçote de corte não é instalado, apenas hastes são inseridas no canal do tubo antigo, as quais são estendidas com novas seções até que sua extremidade apareça na fossa receptora. A flexibilidade das hastes permite um ângulo de curvatura de 20 ° do canal do duto, mas não mais.

Instalando um novo tubo. Após a saída das hastes no poço receptor, uma cabeça de corte é fixada em sua extremidade, cujo diâmetro corresponde ao diâmetro externo do novo tubo, usando uma pinça, um tubo em substituição ao antigo é fixado à cabeça. O modo de operação do punção é alterado para o oposto, uma parada de aço é instalada. No processo de movimento, a cabeça destrói o antigo cano, pressionando seus fragmentos nas paredes do canal. O processo de substituição dos tubos continua até que a ponta do novo tubo saia na fossa de partida, após o que o painel de bloqueio é removido, as hastes são desmontadas e as mangueiras do sistema hidráulico são desconectadas, então o punção é retirado da fossa. Resta apenas conectar o novo tubo à rede de comunicação e a integridade do pipeline será restaurada.

Benefícios das ferramentas hidráulicas sem valas:

• produzido sem danificar a rodovia;
• a colocação de um novo tubo é realizada no canal antigo;
• substituição única de tubos de diâmetro significativo (até 1200 mm) em um local com mais de 50 m;
• permite um aumento do diâmetro da tubulação em relação ao diâmetro do canal antigo;
• em comparação com as valas, que requerem o envolvimento de um grande número de equipamentos e de uma mão-de-obra significativa, as obras com tecnologia de destruição hidráulica são realizadas com menos esforço e em muito menos tempo;
• – não requer lavagem preliminar do antigo canal do tubo;
• – não há vibração durante o trabalho;
• – trabalho não é acompanhado de qualquer dano ambiental.
• – a preparação de poços de fundação é necessária;
• – maior custo de trabalho em comparação com a abertura de valas.

No fim

Levando em consideração quase 90% da deterioração dos serviços públicos existentes na Rússia e nos países da CEI, as tecnologias sem trincheiras são a única saída para essa situação. A interminável correção de vazamentos de dutos com o método de abertura de valas comumente praticado por empresas de serviços públicos há muito tempo perdeu sua utilidade..

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