Горизонтально направленное бурение : выбирая высокую производительность
Технология горизонтально направленного бурения (ГНБ) продолжает внедряться в работы по подземной прокладке коммуникаций и становится все более востребованной.
Горизонтально направленное бурение – один из современных методов бестраншейной подземной прокладки коммуникаций. Данная технология достаточно давно и активно применяется в зарубежных странах, в некоторых даже считается основной. В России ГНБ используется немного реже, тем не менее, отмечают эксперты, такой способ прокладки подземных сетей становится все более востребованным как у заказчиков работ, так и подрядных организаций.
По словам генерального директора СРО А «Подземдорстрой», исполнительного директора Тоннельной ассоциации Северо-Запада Сергея Алпатова, в течение последних 15 лет в стране объемы применения бестраншейных технологий в целом и техники и технологий ГНБ в частности растут. В последние годы отраслевой расклад в процентном отношении по объемам применения технологии ГНБ выглядит следующим образом: строительство и ЖКХ – 34% , электроэнергетика – 30%, транспорт нефти и газа - 18%, инженерные коммуникации - 23%, нестандартные применения - 5%.
«Техника и технология ГНБ эффективна и оправдана всегда, когда производство работ по строительству и реконструкции трубопроводов различного назначения по традиционным технологиям с внешними экскавациями грунта затруднено или попросту невозможно. Это федеральные автомобильные трассы, железные дороги, взлетно-посадочные и рулежные полосы аэродромов, улицы современных городов – не только мегаполисов с многомиллионным населением, но и небольших населенных пунктов. Применение технологии ГНБ эффективно при строительстве трубопроводов с пересечением водных преград – при выполнении работ открытым способом рыба в таких реках и водоемах не водится еще как минимум лет десять из-за нарушения экологического баланса. К примеру, в Санкт-Петербурге более 60% сетей водоснабжения и водоотведения было отремонтировано с применением техники и технологии ГНБ и подобная ситуация наблюдается во всех крупных российских городах. Что касается эффективности эксплуатации техники и технологии ГНБ, не существует ситуаций, когда их применение при наличии определенных ограничений на открытый метод работы, ведет к удорожанию проекта. Если учитывать стоимость строительства альтернативных объектов, затраты на восстановление зеленых насаждений и асфальтового покрытия, неудобства, связанные с нарушением транспортного режима, технология ГНБ всегда окажется намного эффективнее и экономичнее, чем открытый способ строительства», - не сомневается Сергей Алпатов.
Руководитель ООО «Велес Инженерные Сети» Герман Усанов также отмечает высокую технологичность ГНБ, но делает выводы, что пока она достаточно активно задействуется только в крупных городах, где высока конкуренция на рынке строительства подземных коммуникаций. К сожалению, многие организации на периферии считают технологию ГНБ слишком дорогой в сравнении с открытым способом прокладки трубопровода (ручной/механизированный способ разработки грунта).
Герман Усанов напомнил, что ГНБ – это один из нескольких методов бестраншейной прокладки труб. У каждой технологии свое поле применения и свои потребители, все зависит от задач. Непосредственно метод ГНБ выполняется в три этапа, из которых первый – это пилотное бурение, которое является управляемым как по профилю, так и в плановой части. Второй этап – это расширение скважины. Процесс абсолютно неуправляемый, т.е. расширитель (специальный инструмент для формирования скважины) ведет себя хаотично вплоть до того, что может отклониться от заданного пилотного бурения в ту или иную сторону, где меньше сопротивление грунта. «Именно поэтому данный метод не используется для прокладки самотечных канализаций, ведь при третьем этапе – протяжка трубопровода, труба ляжет так, как сформирована скважина, имея естественные некритичные эксплуатационные изгибы. Во всех остальных случаях ГНБ универсальный и эффективный метод, менее затратный в плане подготовительных работ и высокий по производительности», - добавил он.
Стоит отметить, что эффективность технологии ГНБ во многом зависит и от применяемого бурового оборудования. В настоящее время оно иностранного производства. Руководитель отдела продаж ООО «ДДВ» Андрей Штемпель подчеркивает, что сейчас основные поставщики — это США и Китай. Но кроме страны происхождения, буровые установки отличаются своей оснащенностью, удобством эксплуатации, уровнем предлагаемого сервисного обслуживания и, конечно, ценой. При выборе буровой установки необходимо обращать внимание не только на основные параметры самой машины, но и на качество сервисного обслуживания. «2020 год стал отчасти переломным в поставках установок ГНБ на российский рынок. В частности, объем поставок американских установок значительно снизился. Это связано, прежде всего, с дороговизной в обслуживании данных установок и большой востребованностью и доступностью китайских моделей. При этом увеличился ввоз китайских брендов, но не всех. Основные поставщики потеряли объемы поставок в среднем на 20 %, но бренд DDW увеличил количество завозимых машин на 60 %! В текущем году мы планируем очередной прирост в объеме поставок наших машин DDW на 20% и выход на лидирующие позиции в России. В настоящее время понятно, что направление ГНБ продолжит уверенное развитие в России, большие установки класса Макси будут более универсальными и станут применяться как для ГНБ так и в нефтяной промышленности для добычи тяжелой нефти», - считает он.
По словам Андрея Штемпеля, серьезное внимание при ГНБ следует уделять и подбору бентонита и полимеров. Это вспомогательные материалы, применяемые при бурении. Прежде всего нужно уточнить их состав, предварительно оценив необходимость данного продукта. На некоторых объектах бентонит и полимеры могут и вовсе не понадобиться. Для грамотного подбора и приготовления бурового раствора нужно начать с изучения грунта на объекте, получить шурфы, провести «лабораторию» с использованием нескольких образцов бентонита и выбрать наиболее оптимальный, при этом не выйдя за рамки бюджета.
Мнение
Герман Усанов, руководитель ООО «Велес Инженерные Сети»
Что касаемо факторов выбора, обслуживания и обновления, то есть один весомый аргумент: любая техника требует ухода и своевременного обслуживания, а чтобы эксплуатация была бережной и предсказуемой, нужно исключить использование техники на предельных нагрузках. Для каждого ГНБ перехода есть свой класс установок. Также надо стараться «не пускать технику по рукам», стараться, чтобы оператор был один – это самое основное. Все остальное аналогично эксплуатации любой спецтехники, правда, если запустить инструмент, нарушить технологию или по иным причинам оставить/похоронить при протяжке колонну в земле – это чревато колоссальными издержками, ведь хороший инструмент порой стоит не дешевле самой установки.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
