Прокладка подземных инженерных сетей традиционно ассоциируется с земляными работами: разработкой траншей, временным перекрытием территории, вывозом грунта и последующим восстановлением покрытия. Однако в условиях плотной городской застройки, действующих автомобильных дорог, благоустроенных территорий и сложного рельефа открытый способ далеко не всегда удобен. Одной из альтернатив является метод ГНБ - горизонтально-направленное бурение, позволяющее прокладывать трубопроводы и кабельные коммуникации преимущественно без устройства протяжённой открытой траншеи.
Технология применяется при строительстве водопровода, канализации, газопроводов, электросетей и линий связи. Особенно востребована она там, где необходимо пройти под дорогой, железнодорожными путями, тротуаром, двором, существующими инженерными сетями или другим объектом, поверхность которого желательно сохранить.
Что такое горизонтально-направленное бурение
Горизонтально-направленное бурение представляет собой технологию управляемого создания подземной скважины по заранее определённой траектории. В отличие от обычного вертикального бурения рабочий инструмент движется преимущественно в горизонтальном направлении, хотя фактическая траектория обычно представляет собой плавную дугу.
Сначала буровая головка входит в грунт под определённым углом. Затем оператор корректирует направление её движения, постепенно выводя инструмент на необходимую глубину. После прохождения проектного участка буровая головка выходит на поверхность в заданной точке либо достигает подготовленного рабочего котлована.
Полученный пилотный канал при необходимости расширяют. После этого в скважину протягивают подготовленную трубу или защитный футляр для инженерных коммуникаций.
Таким образом, между начальной и конечной точками не требуется вскрывать грунт по всей длине трассы. Работы концентрируются преимущественно на сравнительно небольших технологических площадках.
Из каких этапов состоит технология ГНБ
Работы начинаются задолго до непосредственного бурения. Необходимо изучить проектную документацию, расположение существующих коммуникаций, особенности территории и характеристики грунта. Ошибка на подготовительном этапе способна привести к отклонению от требуемой траектории или повреждению действующих сетей.
После подготовки буровая установка размещается в начальной точке. В грунт вводится буровая головка, соединённая со штангами. По мере продвижения добавляются новые секции буровых штанг.
Первый проход называется пилотным бурением. Его задача - сформировать сравнительно небольшой управляемый канал по заданной траектории. Положение инструмента контролируется с помощью системы локации.
Следующий этап - расширение скважины. К буровой колонне присоединяют расширитель, диаметр которого превышает диаметр первоначального канала. В зависимости от размеров будущего трубопровода расширение может выполняться за один или несколько проходов.
После подготовки канала начинается протягивание трубопровода. Трубу заранее собирают в плеть необходимой длины, если технология и условия площадки это позволяют. Через специальное соединение её присоединяют к расширителю и постепенно затягивают в скважину.
Заключительная стадия включает отсоединение оборудования, проверку проложенной коммуникации и выполнение предусмотренных проектом испытаний.
Управление траекторией бурения
Одно из главных отличий ГНБ от неуправляемого прокола заключается в возможности контролировать положение буровой головки. Это позволяет задавать глубину и направление проходки.
В буровой головке или непосредственно за ней располагается передатчик системы локации. Специалист получает информацию о глубине, положении и ориентации инструмента. На основании этих данных оператор буровой установки корректирует траекторию.
Управляемость особенно важна на участках, где под землёй уже находится большое количество коммуникаций. Буровая трасса должна проходить с соблюдением предусмотренных проектом расстояний от существующих трубопроводов, кабелей, коллекторов и сооружений.
При этом сама система навигации не отменяет предварительного обследования территории. До начала работ необходимо определить расположение существующих сетей по документации и, когда это требуется, уточнить их фактическое положение.
Прокладка водопровода методом ГНБ
Горизонтально-направленное бурение широко используется при строительстве наружных водопроводных сетей. Метод позволяет прокладывать трубы под автомобильными дорогами, парковками, дворами, благоустроенными территориями и другими препятствиями.
Для таких проектов часто применяются полимерные трубы, которые удобно предварительно сваривать в длинные плети. Гибкость материала позволяет трубопроводу проходить по плавной траектории скважины.
При проектировании необходимо учитывать не только требуемый диаметр водопровода, но и допустимый радиус изгиба трубы. Слишком резкое изменение направления способно вызвать недопустимые механические нагрузки.
После протягивания водопровод подвергается предусмотренным проектом испытаниям. Только успешное завершение проверки позволяет переходить к дальнейшим этапам ввода системы в эксплуатацию.
ГНБ при устройстве канализации
Использование горизонтально-направленного бурения для канализационных сетей имеет свои особенности. Для напорной канализации технология во многом похожа на прокладку других напорных трубопроводов.
С самотечной канализацией ситуация сложнее. Её работа непосредственно зависит от соблюдения проектного уклона. Даже относительно небольшие отклонения по высоте могут повлиять на движение стоков и эксплуатационные характеристики системы.
Поэтому применение ГНБ для самотечных сетей требует особенно тщательного проектирования и контроля траектории. Возможность использования конкретной технологии определяется параметрами объекта, длиной перехода, диаметром трубы, геологическими условиями и допустимыми отклонениями.
Если обеспечить необходимый уклон невозможно или точность конкретного оборудования недостаточна для поставленной задачи, рассматриваются другие методы строительства.
Прокладка электросетей
Метод ГНБ применяется и при устройстве подземных электрических сетей. Как правило, в подготовленную скважину протягиваются защитные трубы, в которые впоследствии помещается силовой кабель.
Такой подход позволяет выполнить подземный переход под дорогой или благоустроенной территорией без разборки покрытия на всём протяжении трассы.
Количество защитных труб определяется проектом. В одном переходе могут размещаться несколько каналов различного назначения. Важно правильно рассчитать размеры скважины, расположение труб и условия последующей протяжки кабеля.
Необходимо также учитывать требования к расстояниям между различными коммуникациями, глубине заложения, защите кабельной линии и возможности её дальнейшего обслуживания.
ГНБ для линий связи
Оптоволоконные и другие телекоммуникационные линии часто прокладывают внутри защитных полиэтиленовых труб. Горизонтально-направленное бурение позволяет сформировать для них подземный канал без масштабного нарушения поверхности.
Это удобно в городской среде, где новая линия связи может пересекать дороги, тротуары, парковочные пространства и озеленённые участки.
В подготовленную скважину можно протянуть одну или несколько труб. Кабель укладывается непосредственно в защитный канал либо монтируется позднее. Наличие трубы дополнительно облегчает замену или прокладку новых кабелей при соответствующей конструкции сети.
Прокладка газопровода
ГНБ применяется и при строительстве газораспределительных сетей. Однако газопровод относится к инженерным сооружениям, для которых особенно важно соблюдение проектных решений, требований безопасности и действующих нормативов.
Метод позволяет выполнять переходы под дорогами и другими препятствиями без разработки непрерывной траншеи. Технология может применяться для полиэтиленовых трубопроводов, если соответствующий материал и способ строительства предусмотрены проектом.
При выполнении газового перехода контролируются качество соединений, допустимый радиус изгиба, усилие протягивания, глубина заложения и расположение относительно других коммуникаций.
После строительства выполняются необходимые проверки и испытания. Само использование ГНБ не изменяет требований, предъявляемых к безопасности газовой сети.
Для чего используется буровой раствор
При горизонтально-направленном бурении значительную роль играет буровой раствор. Его состав выбирают с учётом грунтовых условий и технологических параметров работ.
Раствор помогает выносить частицы разработанного грунта из скважины, уменьшает трение, охлаждает рабочий инструмент и способствует устойчивости стенок канала. При расширении и последующем протягивании трубы снижение трения приобретает особое значение.
Количество и характеристики раствора необходимо контролировать. Особенности грунта существенно влияют на его расход и поведение.
При неправильном подборе технологических параметров раствор может выйти на поверхность через трещины и слабые зоны грунтового массива. Поэтому геологические условия участка должны учитываться ещё при подготовке проекта.
Какие грунты подходят для ГНБ
Горизонтально-направленное бурение может применяться в различных грунтах, однако сложность выполнения работ заметно различается.
Относительно однородные песчаные и глинистые грунты обычно позволяют прогнозировать процесс проходки достаточно уверенно при правильно подобранной технологии. Сложнее работать в неоднородных массивах, содержащих валуны, строительный мусор и крупные включения.
Скальные грунты также могут проходиться методом направленного бурения, но для этого требуется соответствующее оборудование и буровой инструмент. Возрастают стоимость и продолжительность строительства.
Отдельного внимания требуют водонасыщенные и неустойчивые грунты. Для них особенно важны свойства бурового раствора и контроль состояния скважины.
Поэтому утверждение, что ГНБ одинаково подходит для любых геологических условий, было бы неправильным. Возможность применения метода определяется после изучения конкретного участка.
Основное оборудование
Центральным элементом технологического комплекса является установка горизонтально-направленного бурения. Машины отличаются тяговым усилием, крутящим моментом, длиной применяемых штанг и другими рабочими параметрами.
Кроме самой установки используются буровые штанги, головки различного типа, расширители, вертлюги, системы приготовления и подачи бурового раствора, насосы и локационное оборудование.
Выбор установки зависит от длины перехода, диаметра будущей коммуникации, типа грунта и предполагаемого усилия протягивания.
Использование чрезмерно мощной машины не всегда оправдано экономически, а установка с недостаточными характеристиками может не обеспечить необходимый результат. Оборудование подбирается под конкретную задачу.
Преимущества бестраншейной прокладки
Главное практическое преимущество ГНБ заключается в уменьшении объёма открытых земляных работ. Не требуется разрабатывать траншею по всей длине будущего трубопровода.
Это особенно существенно при пересечении автомобильной дороги. При традиционной технологии может потребоваться вскрытие покрытия и его последующее восстановление. ГНБ позволяет пройти под дорожной конструкцией, оставляя основную часть поверхности нетронутой.
Аналогичное преимущество возникает при работах на благоустроенных территориях. Можно уменьшить вмешательство в газоны, тротуары, дворовые пространства и элементы ландшафта.
Ещё один важный фактор - локализация строительной площадки. Хотя буровая установка, оборудование и трубная плеть требуют свободного пространства, территория работ обычно значительно меньше, чем при создании протяжённой траншеи.
Однако бестраншейный метод нельзя считать полностью "без земляных работ". В зависимости от проекта могут потребоваться стартовые и приёмные котлованы, технологические выемки и площадки для размещения оборудования.
Ограничения метода ГНБ
Несмотря на преимущества, горизонтально-направленное бурение подходит не для каждого объекта. Ограничения связаны с геологией, геометрией трассы, характеристиками труб и окружающей застройкой.
Для размещения буровой установки требуется площадка определённого размера. Дополнительное пространство необходимо для оборудования, бурового раствора и подготовки трубной плети.
Трасса не может иметь произвольную форму. Буровые штанги и прокладываемая труба обладают ограниченным радиусом изгиба. Поэтому резкие повороты под землёй выполнить невозможно.
Сложности создаёт и высокая плотность существующих коммуникаций. Иногда свободного коридора для безопасного бурения просто нет.
Кроме того, при небольшом и полностью свободном участке обычная траншейная прокладка может оказаться технически проще. Поэтому выбор технологии должен основываться не на популярности метода, а на сравнении реальных условий строительства.
Почему важно предварительное обследование
Одна из наиболее серьёзных опасностей при бурении - повреждение неизвестной или неправильно обозначенной подземной коммуникации. Карты инженерных сетей не всегда абсолютно точно отражают фактическое положение старых труб и кабелей.
Перед началом строительства изучают исполнительную документацию, согласовывают работы с владельцами сетей и при необходимости выполняют дополнительное обследование.
На ответственных участках расположение существующих коммуникаций может уточняться шурфованием и другими допустимыми методами.
Геологическая информация не менее важна. Она помогает определить, с каким грунтом столкнётся буровая головка, какое оборудование потребуется и какие риски необходимо учитывать.
Расширение скважины и диаметр трубопровода
Пилотная скважина значительно меньше готового канала. После её создания выполняется обратное расширение.
Диаметр скважины должен обеспечивать возможность безопасного протягивания трубопровода и циркуляции бурового раствора. Он определяется с учётом наружного диаметра трубы и условий строительства.
Для труб большого диаметра канал нередко увеличивают постепенно. Сначала используется расширитель меньшего размера, затем - большего. Такой подход позволяет контролировать разработку грунта и нагрузку на оборудование.
Простое увеличение диаметра расширителя без учёта характеристик грунта и возможностей установки может привести к осложнениям. Поэтому последовательность проходов является частью технологического решения.
Что происходит при протягивании трубы
Подготовленную трубную плеть располагают со стороны выхода скважины. К буровой колонне присоединяется расширитель, а за ним через вертлюг - трубопровод. Вертлюг нужен для того, чтобы вращение бурового инструмента не передавалось непосредственно трубе.
Установка начинает обратное движение колонны. Расширитель проходит по скважине, а трубопровод постепенно занимает сформированный канал.
На этом этапе контролируется тяговое усилие. Оно не должно превышать допустимые значения для конкретной трубы и её соединений.
Особенно важна правильная подготовка плети: она должна перемещаться без резких перегибов и чрезмерного трения о поверхность. Для длинных переходов организация этого процесса требует достаточно большой рабочей зоны.
ГНБ под автомобильными дорогами
Переходы под дорогами относятся к наиболее характерным областям применения технологии. Вместо поперечного вскрытия проезжей части скважина проходит под дорожной конструкцией.
Это позволяет сократить объём работ непосредственно на покрытии и уменьшить необходимость его последующего восстановления. В ряде проектов также удаётся снизить влияние строительства на движение транспорта.
Но глубина прохода выбирается не произвольно. Необходимо учитывать конструкцию дороги, существующие сети и другие ограничения. Слишком близкое расположение скважины к поверхности может быть недопустимым.
Поэтому дорожный переход проектируется как отдельный инженерный участок с определённой глубиной, углами входа и выхода и контролируемой траекторией.
От чего зависит стоимость работ
Стоимость горизонтально-направленного бурения нельзя корректно определить только по длине перехода. На неё влияет совокупность параметров.
Имеют значение диаметр и материал трубы, длина трассы, геология, требуемая глубина, количество расширений, наличие существующих сетей, доступность площадки и необходимость дополнительных подготовительных мероприятий.
Сложный грунт способен значительно увеличить трудоёмкость проекта. Аналогично влияет большая глубина или необходимость прокладки крупного трубопровода.
Поэтому сравнивать ГНБ и траншейный способ следует по полной стоимости строительства. Для открытого метода необходимо учитывать не только разработку грунта, но и демонтаж и восстановление асфальта, плитки, озеленения и других элементов территории.
Контроль качества выполненных работ
Завершение протягивания трубы ещё не означает автоматического окончания строительства. Тип последующих проверок зависит от назначения коммуникации.
Для трубопроводов могут проводиться испытания на герметичность и прочность. Электрические и телекоммуникационные сети проверяются согласно требованиям соответствующего проекта и нормативной документации.
Важной частью результата является исполнительная документация, отражающая фактическое расположение построенной сети. Это необходимо для дальнейшей эксплуатации, ремонта и проектирования новых коммуникаций.
Таким образом, качество ГНБ определяется не только тем, удалось ли физически протянуть трубу между двумя точками. Значение имеют точность трассы, состояние трубопровода, соблюдение проектных параметров и подтверждение его эксплуатационной пригодности.
Где горизонтально-направленное бурение особенно эффективно
Метод наиболее заметно проявляет свои преимущества там, где поверхность имеет высокую ценность или её вскрытие создаёт значительные сложности. Это автомобильные дороги, благоустроенные городские территории, производственные площадки, парковки и участки с интенсивным движением.
ГНБ также применяется при прохождении естественных и искусственных препятствий, если геологические условия и проектные требования допускают соответствующую технологию.
Для обычного свободного участка без покрытий и препятствий преимущества могут быть менее очевидны. Иногда открытая траншея оказывается более рациональным решением. Поэтому ГНБ следует рассматривать как один из инженерных инструментов, а не как универсальную замену всем другим способам прокладки сетей.
Заключение
Метод ГНБ - это технология управляемой бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, основанная на создании пилотной скважины, её последующем расширении и протягивании трубопровода или защитного канала. Она применяется при строительстве водопровода, напорной и в определённых условиях самотечной канализации, газопроводов, электрических сетей и линий связи.
Основное преимущество горизонтально-направленного бурения состоит в возможности пройти под дорогами, благоустроенными территориями и другими препятствиями без устройства открытой траншеи по всей длине перехода. Это позволяет уменьшить нарушение поверхности и объём восстановительных работ.
При этом успешное ГНБ требует инженерной подготовки. Необходимо знать расположение действующих коммуникаций, исследовать грунты, правильно рассчитать траекторию, подобрать оборудование и буровой раствор, учитывать допустимый изгиб и усилие протягивания трубы.
Поэтому эффективность технологии определяется не только возможностями буровой установки. Надёжность готовой коммуникации формируется на всех этапах - от обследования и проектирования до контролируемого бурения, протягивания трубопровода и итоговых испытаний. При грамотном применении горизонтально-направленное бурение становится практичным способом строительства инженерных сетей на участках, где традиционная разработка протяжённой траншеи затруднена или нежелательна.