Тема 8. Строительство подземных сетей и коллекторов

Городские инженерные сети прокладываются в земле открытым или закрытым способом. Открытый способ прокладки с устройством траншей получил в строительстве наибольшее распространение. Закрытые способы прокладки трубопроводов применяются в тех случаях, когда отрывка траншей невозможна или нежелательна.

Строительство городских и районных магистральных сетей осуществляют, как правило, до начала застройки кварталов на основе схем комплексного размещения инженерного оборудования, при этом одновременно прокладывают транзитные магистральные сети и коллекторы, проходящие по территории кварталов.

Газопровод микрорайонной сети прокладывают от красной линии застройки или от газорегуляторного пункта квартала до задвижки на вводе внутри здания, а теплосеть – от теплового пункта квартала до узла управления в здании.

Непроходные и полупроходные каналы для прокладки подземных сетей между зданиями сооружают одновременно с устройством постоянных и временных дорог, отрывкой котлована под здания и монтажом фундаментов и подземных частей зданий.

При совмещенной прокладке трубопроводов строительство непроходных или полупроходных каналов и монтаж строительных конструкций в подполье проводят одновременно с прокладкой инженерных сетей.

Прокладка подземных сетей на проектируемых проездах или других неосвоенных территориях должна предшествовать выполнению дорожных и других работ по благоустройству с учетом перспективных планов строительства. Строительство подземных сетей отличается вытянутым вдоль трассы фронтом работ, поэтому технологически прокладка сетей слагается из отдельных последовательно выполняемых строительных процессов на отдельных, как правило, одинаковых участках сети – захватках.

Следовательно, для строительства подземных сетей наиболее целесообразно применять поточный метод производства работ, при котором через отдельный промежуток времени должна быть полностью закончена очередная захватка. Поточный метод производства работ позволяет совмещать ритмичное по времени выполнение работ на захватках с последовательным осуществлением однородных процессов и параллельным – разнородных. Таким образом, поточный метод сочетает положительные качества последовательного и параллельного методов производства работ и вместе с тем лишен тех недостатков, которые характерны для этих методов. Так, продолжительность строительства сети на захватках поточным методом будет значительно меньше, чем при последовательном, а интенсивность потребления ресурсов меньше, чем при параллельном.

Основой для организации строительства подземных коммуникаций являются проекты организации строительства (ПОС) и производства работ (ППР).

В ППР назначают тип и сочетание траншей, вид крепления и способ разработки грунта. Работы по отрывке траншей организуют таким образом, чтобы они как можно меньше стесняли уличное движение. Заранее предусматривается устройства переездов в соответствующих местах, согласованных с ГАИ. В условиях интенсивного уличного движения весьма важно правильно расположить отвалы грунта и установить режим работы землеройных и подъемных механизмов. В ППР специально разрабатывают способы производства работ по переходам инженерных сетей под железнодорожными и трамвайными путями, магистральными улицами, водными преградами и т.п. Одним из основных документов ППР являются технологические карты, которые помогают правильно выбрать и применить современные способы производства работ.

До основных работ проводятся подготовительные и вспомогательные работы, которые включают разбивку трассы трубопровода в плане и по профилю, разборку асфальтового дорожного покрытия, доставку строительных материалов на трассу, размещение временных сооружений и др.

Разбивка трассы оформляется актом с приложением ведомости реперов, углов поворота и привязок. Ось трассы размечается колышками, пересечения трассы трубопровода с существующими подземными сооружениями надо отмечать на поверхности земли особыми знаками, а места расположения колодцев нужно отмечать столбиками, установленными в стороне от трассы (на столбиках указывается номер колодца и расстояние от него до оси трассы).

При необходимости разборки асфальтового (асфальтобетонного) дорожного покрытия необходимо определить площадь вскрытия дорожного покрытия и выбрать механизмы для выполнения работ. Ширина полосы вскрытия асфальтового покрытия должна быть на 30 см больше ширины траншеи поверху (по 15 см с каждой стороны траншеи). Для разборки дорожных покрытий применяют баровые и дискофрезерные машины, а при малых объемах – отбойные молотки.

При решении вопросов, связанных с доставкой на трассу строительных материалов и изделий, надо определить их общую массу, подобрать наиболее рациональное крановое оборудование для погрузочно-разгрузочных работ и транспортные средства для перевозки грузов с учетом габаритов и массы их единицы.

При разработке траншей в водонасыщенных грунтах, когда имеет место постоянный приток грунтовых вод выше подошвы будущей траншеи, должны быть предусмотрены работы по искусственному понижению уровня грунтовых вод ниже дна траншеи не менее, чем на 0,5м. Окончание монтажа и пуск водопонизительной установки должны быть осуществлены за 1…10сут. до начала производства земляных работ. Для водопонижения обычно используется иглофильтровые установки (рис.62).

1 – насосный агрегат,

2 – иглофильтры,

3 – кривые депрессии.

Рисунок 62 – Иглофильтровая установка для водопонижения

Для прокладки подземных сетей при открытом способе производства работ в грунте отрывают траншеи с наклонными боковыми стенками, с вертикальными стенками или со стенками смешанного типа (рис. 63).

Траншея с откосами Стенки смешанного типа

Рисунок 63 – Виды траншей при прокладке сетей

Устройство траншей с вертикальными стенками требует наименьшего объема земляных работ, однако отрывка их без креплений в грунтах естественной влажности допускается только до глубины, когда исключено обрушение стенки траншеи (1…2 м в зависимости от вида грунта). Траншеи с креплениями применяют в стесненных условиях и при глубинах, когда вертикальная стенка может обрушиться. Траншеи с откосами используются в грунтах естественной влажности и при наличии достаточной свободной площади для производства работ.

Смешанный тип траншей обычно применяется при большой глубине и высоком уровне грунтовых вод.

Размеры поперечного сечения траншеи определяются в зависимости от диаметра трубопровода, видов труб и ширины ковша экскаватора. При наличии креплений ширина увеличивается на толщину креплений (20…40см).

Для разработки траншей используют одноковшовые экскаваторы, оборудованные обратной лопатой или драглайном, а также роторными или многоковшовыми экскаваторами. Разработку грунта в траншеях следует вести без нарушения естественной структуры грунта в основании с недобором в пределах 5…25 см.

Разработка мерзлых грунтов ведется оттаиванием и рыхлением (дроблением, скалыванием, взламыванием, резанием и взрывным способом). Дробление мерзлых грунтов осуществляется ударными способами с помощью шара или клина, которые подвешивают к тросу стрелы экскаватора или крана. Для разработки мерзлых грунтов скалыванием применяют дизель-молоты и трехклиновые рыхлители на тракторе Т-100.

Взламывают грунт прицепными приспособлениями к бульдозерам Д-576Б с трактором Т-108Г и др.

Резание мерзлых грунтов производят баровыми и дискофрезерными машинами.

Оттаивание мерзлых грунтов производится при небольших объемах земляных работ, отсутствии или невозможности использования средств механического рыхления, в стесненных условиях и при наличии подземных сетей.

Если отрываются траншеи с вертикальными стенками, то они крепятся с помощью досок, стоек из брусьев и распорок. Для этой же цели используются инвентарные крепления с трубчатыми распорками и деревянными щитами.

Укладка и монтаж зависит от вида сети, материала труб, видов стыковых соединений, используемого грузоподъемного оборудования, гидрогеологических условий прокладки.

Чугунные, асбестоцементные, железобетонные, бетонные и керамические трубы монтируются в траншее. Сама схема монтажа зависит от вида труб. Чугунные трубы имеют раструбные соединения с заделкой пеньковой прядью или резиновой самоуплотняющейся манжетой и асбестоцементным замком.

Асбестоцементные трубы соединяются с помощью двухбуртных асбестоцементных муфт с уплотнением резиновыми кольцами круглого сечения, асбестоцементных муфт САМ с резиновыми самоуплотняющимися кольцами фигурного сечения, фланцевых муфт с резиновыми кольцами круглого сечения (для напорных трубопроводов), а также цилиндрических асбестоцементных муфт (для безнапорных трубопроводов).

Бетонные и железобетонные трубы имеют раструбные или муфтовые соединения. Уплотнение стыков производится с помощью резиновых колец. Безнапорные трубопроводы из бетонных и железобетонных труб могут иметь раструбные и фальцевые соединения. Уплотняются такие стыки пеньковой прядью или другими герметиками, с заделкой асбестоцементными или резиновыми кольцами. Стыки фальцевых труб уплотняют асфальтовой мастикой, битумно-резиновыми прокладками и другими герметиками с заделкой стыка цементно-песчаным раствором.

Керамические трубы соединяются раструбными стыками с уплотнением битумизированной прядью с замком из цементного раствора, асбестоцементной смеси, асфальтовой или другой мастики или глины.

Стальные и пластмассовые трубы укладываются плетями, которые собираются на бровке траншеи. Стыковые соединения – сварные. Стальные трубы до сбора в плети должны быть покрыты изоляцией.

В местах установки арматуры на трубопроводах предусматриваются фланцевые соединения, а при необходимости и соответствующие фасонные части.

Строительство подземных сетей и коллекторов открытым способом в застроенных районах населенных мест часто затруднено рядом факторов. В связи с этим применяют следующие закрытые (бестраншейные) способы работ:

- штольневый,

- щитовой,

- метод продавливания,

- метод прокалывания,

- метод горизонтального бурения,

- вибровакуумный,

- гидромеханический.

При щитовом методе разработка грунта и устройство стенок тоннеля осуществляется под защитой цилиндрической оболочки – щита. Этим способом пользуются при глубинах прокладки 7…25 м в самых разнообразных грунтовых условиях.

Конструктивно щит представляет собой цельносварную или собираемую из отдельных элементов металлическую оболочку (рис.64), имеющую три основные части:

- переднюю – режущую клиновидной формы с козырьком или без него,

- среднюю – опорную, в которой размещены гидравлические домкраты,

- заднюю – хвостовую.

Проходку с помощью щита осуществляют в такой последовательности. Введенный в забой щит вдавливается в грунт в горизонтальном направлении (по оси проходки) с помощью собственных домкратов. При вдавливании грунт входит в режущую его часть, имеющую форму цилиндрического клина. Вдавленный внутрь щита грунт разрабатывают ручным или механизированным способом и грузят на тележки, которые откатывают по тоннелю до шахты, из которой начата разработка.

Продвижение щита вперед осуществляется с помощью гидравлических домкратов, расположенных в середине щита по его периметру. Упором для домкратов при перемещении щита служит блочная отделка выработки. После продвижения щита вперед и выработки грунта в хвостовой части щита по его периметру укладывают блоки отделки под защитой хвостовой оболочки. Блоки укладывают при втянутых в домкраты штоках. За каждый цикл щит продвигается на длину хода штока домкратов. В следующий цикл штоки домкратов упираются во вновь уложенные блоки и щит продвигается в следующее положение. Работа щита таким образом, состоит из непрерывно повторяющихся трех основных циклов: продвижения вперед на длину блока отделки, разработки и транспортирования по тоннелю грунта и укладки следующих блоков отделки.

Расчетное давление жидкости в домкратах составляет 15…25Мпа. Щитовые проходки для водопроводно-канализационных сетей и сооружений выполняются щитами наружным диаметром от 2,1 до 5,63 м.

При использовании для прокладки трубопроводов способов прокалывания и продавливания труба вдавливается в грунт под действием горизонтальный усилий, создаваемых домкратами. Работы по прокалыванию и продавливанию начинают с отрывки рабочего котлована, в который входит конец прокладываемой трубы. В рабочем котловане размещают все оборудование и приспособления для производства работ. С целью восприятия горизонтальных реактивных усилий от домкратов в задней части рабочего котлована делают упорную стенку из свай или шпальной клетки.

Проколом называется такой способ проходки, при котором отверстие для трубы образуется за счет радиального уплотнения грунта, без его разработки. Прокалывание грунта трубами производят с помощью домкратов, лебедок, тракторов, рычагов и др. Для уменьшения сопротивления трубе при ее проколе используется конический наконечник.

Продавливанием называется такой способ бестраншейной прокладки труб, при котором в грунт последовательно вдавливаются отдельные звенья труб, соединяемые между собой в процессе работ сваркой, с разработкой забоя внутри трубы и удалением грунта через прокладываемую трубу. Этим способом можно продавливать трубы диаметром от 200 до 1700 мм и более. Наибольшее распространение для продавливания труб получили установки с гидравлическими домкратами с большим ходом штока. Средние скорости проходок колеблются от 0,15 до 1 м/ч, а длина проходок – от 20 до 60 м.

Для горизонтального бурения используются машины горизонтального бурения УГБ-2, УГБ-4, УГБ-5. Горизонтальное бурение предусматривает опережающую разработку грунта в забое с образованием скважины несколько большего диаметра (на 10…50 мм), чем прокладываемая труба, куда ее затем укладывают.

Диаметр скважин при этом достигает 1220 мм, а длина бестраншейной прокладки труб – 40…60м. Способ этот недостаточно эффективен в обводненных и сыпучих грунтах из-за того, что зазоры между трубой и стенками скважин долго не сохраняется.

При штольневой проходке разработка грунта ведется под защитой креплений, которые монтируются по мере проходки. Такой способ применяется при малой протяженности переходов.

Для обеспечения необходимого качества работ осуществляется авторский надзор проектных организаций, контроль со стороны заказчика и контроль со стороны общегосударственных контролирующих организаций (таких, как органы санитарного надзора, котлонадзора и т.п.) В ходе контроля проверяется выполнение решений проекта, СниПов, санитарных требований, а также правил технологии строительства.

Смонтированные напорные трубопроводы испытываются на прочность и плотность (герметичность) гидравлическим или пневматическим способом. Трубопроводы, уложенные в траншеях, непроходных тоннелях или каналах, испытываются дважды:

а) предварительно – на прочность и герметичность (испытания проводятся после засыпки пазух с подбивкой грунта на половину вертикального диаметра в соответствии с требованиями СНиП, с оставленными открытыми для осмотра стыковых соединений).

б) окончательно –на прочность и герметичность (испытания проводятся после полной засыпки трубопровода).

Оба испытания проводятся до установки гидрантов, вантузов, предохранительных клапанов, сальниковых (сильфонных) компенсаторов и т.п.

Испытания могут быть гидравлическими и пневматическими. Предварительные испытания проводятся строительными организациями для себя, но с составлением акта и утверждением его главным инженером. Окончательные испытания проводятся в присутствии заказчика, представителей проектной и эксплуатирующей организаций.

Испытание безнапорных трубопроводов производится только на герметичность причем дважды: предварительно – до засыпки и окончательно (приемочное) – после засыпки траншеи. Испытываются участки трубопроводов между соседними колодцами. Подготовленные участки испытываются двумя способами:

- определением утечки воды из трубопроводов, прокладываемых в сухих, а также в мокрых грунтах, когда горизонт грунтовых вод у верхнего колодца расположен на глубине, равной или меньшей половины расстояния между люком и шелыгой;

- замером притока воды, если горизонт грунтовых вод расположен на глубине, большей половине расстояния между люком и шелыгой.

Испытания подземных наружных газопроводов всех давлений и наземные низкого (до 0,05МПа) проводится воздухом, наземные высокого давления (свыше 0,3…0,6 и свыше 0,6…1,2МПа) испытываются на прочность и герметичность гидравлическим способом. Пневматические испытания газопроводов высокого давления допускается проводить при соблюдении особых мер безопасности.

Испытания подземных газопроводов на прочность производится после монтажа их в траншее и присыпки на 20…25 см выше верхней образующей трубы. При пневматических испытаниях осмотр и проверку соединений с помощью мыльной эмульсии проводят только после снижения давления до норм, установленных для испытания на герметичность. Испытания подземных газопроводов на герметичность осуществляется после полной засыпки до проектных отметок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ленский В.А. Водоснабжение и канализация. – М.: Высш. Шк., 1969. – 432 с.

2. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

3. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.

4. Алексеев М.И., Дмитриев В.Д., Быховский Е.М., Ким А.Н., Лялинов А.Н. Городские инженерные сети и коллекторы. Учебник для вузов. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1990 - 384с.

5. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982. - 440с.

6. Яковлев С.В., Карелин А.Я., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. - М.: Стройиздат, 1976. - 632 с.

7. Ионин А.А., и др. Теплоснабжение.- М.: Стройиздат, 1982. - 382 с.

8. Ионин А.А. и др. Газоснабжение – М. :Стройиздат 1980. – 368 с.

9. Солдаткина Л.А. Электрические сети и системы. - М.: Энергия, 1978. - 216 с.

10. Пелисье Рене. Энергетические системы. – М.: Высшая шк., 1982. – 568 с.

11. Козлов В. А. Электроснабжение городов. - Ленингр. отделение, 1988. - 264 с.

.