Что такое ГНБ: технология горизонтального направленного бурения

Горизонтально-направленное бурение (метод ГНБ) – способ проложить различные коммуникации под землей бестраншейным способом. При использовании метода поверхность ландшафта остается нетронутой, включая элементы благоустройства, дорожное полотно, строения и другие объекты. На данный момент разработано несколько проверенных методов горизонтально-направленного бурения, которые активно используются в целях снижения стоимости прокладки коммуникаций и сохранения объектов на поверхности земли.

Особенности метода горизонтально-направленного бурения

При использовании способа ГНБ стоимость аналогичных работ понижается в 2-3 раза. Если на ландшафте не представляется возможным проведение коммуникаций традиционным способом с рытьем траншей, применяется именно прокол в грунте.
Метод горизонтально-направленного бурения используется в различных целях:

• Прокладка трубо-, газопроводов, электрических кабелей и других коммуникаций к зданиям;
• Формирование скважин для добычи нефти и других полезных ископаемых;
• Замена устаревших коммуникаций и оборудования;
• Обустройство подземных магистралей.

Помимо востребованности технологии, ГНБ дает определенные преимущества:

• Разрушения на поверхности сводятся к минимуму (необходимо вырыть только 2 котлована);
• Для проведения работ необходима небольшая бригада из 3-5 человек;
• Оборудование для бурения мобильно, легко доставляется и устанавливается на место ведения работ.
• Метод ГНБ позволяет быстрее и дешевле оборудовать коммуникации, благодаря чему технология обрела высокую популярность повсеместно.

Преимущества и ограничения

Бестраншейные технологии безальтернативны при проведении работ в условиях плотной городской застройки и насыщенной дорожной сети, прокладке сетей глубокого заложения.

ГНБ бурение не требует перекрытия движения транспорта, перекладки действующих коммуникаций или укрепления фундамента зданий. Работы могут вестись круглый год. Технология позволяет снизить стоимость и сократить сроки строительства.

В отличие от прокладки открытым траншейным способом не нужно организовывать водоотливные мероприятия. При строительстве подводных переходов отпадает необходимость углублять дно или укреплять берега.

Площадки для проведения работ компактны, прокладка труб методом ГНБ ведется с минимальным вскрытием земной поверхности. Земляные работы ограничены рытьем приямков для ввода инструмента и подачи трубопровода в скважину, сбора бурового раствора, а также технологических шурфов на концах трубопровода. Если надо обеспечить определенный уровень заглубления скважины, может потребоваться стартовый котлован для размещения буровой установки.

ГНБ бурение снимает проблемы при наличии следующих преград:

• Здания или сооружения
• Пути движения транспорта, аэродромы
• Ранее проложенные инженерные сети
• Реки, водоемы, овраги, лесопарковые зоны
• Архитектурно-исторические памятники
• Территория производственных предприятий
• Охранная зона метрополитена, высоковольтных ЛЭП, магистральных газо- или нефтепроводов

Технология горизонтального бурения эффективна в песчаных или глинистых грунтах при устойчивости стенок скважины. В неустойчивых грунтах или при наличии подземных вод с сильным напором ставят обсадные трубы на участках входа/выхода, укрепляют грунт инъектированием, устраивают разгрузочные скважины или дозиметрические колодцы.

Применение технологии ГНБ затруднено в валунных или гравийно-галечниковых грунтах, техногенных грунтах с металлическими включениями. Бурение скальных или содержащих особо твердые включения грунтов требует использования мощного оборудования и усиленного бурового инструмента.

Общее описание технологии

При ГНБ прокладке используется буровое оборудование (подробнее о принципе работы установок ГНБ читайте в нашем блоге). Общая технология прокола сводится к следующим манипуляциям:

1. Подготавливается проектная документация с расчетами для точного горизонтального бурения в грунте;
2. Проекты согласуются с местными органами власти или владельцами участка;
3. На локации, где будет проводиться бурение, вырывается 2 котлована в месте старта работ и в месте выхода коммуникации;
4. С помощью бурового инструмента организуется прокладка нужного оборудования;
5. Завершение работ, удаление котлованов, восстановление объектов на месте их нахождения в случае необходимости.

Приведенное описание является кратким, на данный момент разработано несколько видов ГНБ работ. Применение конкретного вида горизонтального бурения проводится в зависимости от типов почвы, прокладываемых коммуникаций и других факторов.

Метод продавливания грунта

Проведение трубопроводов бестраншейным способом также предполагает использование метода продавливания грунта. Этот вариант более эффективен при укладке стальных труб большого диаметра, до двух метров. Процесс аналогичен методу прокалывания, но продавливание выполняется открытым концом. Образующуюся в результате землю удаляют.

Необходимая степень усилия для продавливания создается гидравлическими домкратами, установленными по всей окружности трубы. Работы такого типа можно проводить на грунте с большим содержанием глины, суглинков и песка. Оптимальная величина диаметра используемых труб может лежать в пределах от 60 см до 172 см. Прокладывать трубопроводы продавливанием грунта можно на участках шириной не более 100 метров. Таким методом часто укладывается труба в канаву на заезд, так как это достаточно эффективный способ.

Продавливание грунта выполняется следующим образом:

• Вначале необходимо вырыть котлован.
• Затем устанавливается упорная стена, на которой крепятся домкраты.
• Соединяют один конец трубы и домкраты, расположенные на стене. Другой конец остается открытым.
• Усилия, создаваемые домкратами, переходят на трубу, ее свободный конец вдавливается в слой грунта.
• Движение детали в грунте приводит к образованию внутри земляного столба. Его удаляют с помощью лопат, имеющих длинную и короткую рукоятку, а также используя ударные пневматические приспособления.

Буровая оснастка

При технологии бурения используются различные инструменты:

• Буровая машина (Установка ГНБ). Это промышленное оборудование, работающее на дизельном топливе. Управление и передвижение осуществляется оператором. Бурение основано на функциональных частях таких машин: лафете, гидростанции, панели управления.
• Вспомогательный инструмент. Для продавливания или прокалывания почвы применяются различные инструменты: штанги, расширители, насосы, винтовые элементы с резьбой и т.д. В зависимости от типа и стадии проводимых работ бригада устанавливает на буровую машину разный инструмент.
• Система локации. При ГНБ важно соблюдать траекторию прохождения бура, точность выхода во втором котловане. Для этого на головке бура устанавливается зонд, а рабочие отслеживают передвижение инструмента с помощью локатора.
• Медно-графитовая смазка. Применяется для смазывания мест соединения буровых штанг.

Каждая часть промышленной оснастки для ГНБ выполняет важную роль, требует профессионального обращения и регулярного обслуживания.

Оборудование

Бестраншейная прокладка труб осуществляется с применением универсальных буровых установок с программным управлением (рис 1). В среде отечественных компактных систем для горизонтального бурения самыми приемлемыми считаются установки УГБ-2М4, УГБ-2МГ. Их применяют небольшие строительные компании и организации. Наличие установок УГНБ-3М4, УГНБ-4 или импортных моделей европейских и американских производителей значительно расширит возможности бестраншейного бурения с полным контролем над производственным процессом и увеличением длины подземного трубопровода. Благодаря новому импортному оборудованию возможна прокладка и замена старых металлических и железобетонных труб разного размера на новые конструкции из металла, полиэлена н/д и железобетона различного диаметра (от 50 до 1600 мм). При этом достигается максимальная длина горизонтального трубопровода до нескольких километров. Возможности каждого вида оборудования предусмотрены производителем.

Поэтапное выполнение ГНБ

Процесс бурения требует внимательного отношения, контроля, соблюдения технологических особенностей на каждом этапе.

Подготовительные работы

Перед прокладкой подземных коммуникаций ландшафт и оборудование необходимо подготовить:

1. Оборудование площадки для буровой машины универсального размера 10х15 м;
2. При необходимости – подготовка объездного пути для машины;
3. Установка бурильного оборудования и пилотной штанги непосредственно в месте входа в почву бура;
4. Фиксация инструмента с помощью анкеров на ровной площадке во избежание смещения или подвижности при ГНБ;
5. Регулировка инструмента по углу наклона с помощью расширителя, выравнивание головки бура для ровного входа в почву;
6. Отладка радиосвязи между членами бригады;
7. В котлованах оборудуется дополнительное отведение для бентонитовой жидкости и грунтовых вод, если их будет слишком много.

На стадии подготовки важно просчитывать местоположение уже существующих трубопроводов, чтобы не повредить их во время земляных работ. При монтаже установок для замеса бетонита и бурения необходимо выдерживать дистанцию между ними, минимальное расстояние составляет 10 м.

Перед прокалыванием следует изучить состав почвы, подбирать соответствующий инструмент для успешного прохода головки бура сквозь грунт. Всю локацию проведения работ, где установлены специальные устройства, а также в месте выхода бура, ограждают желтой предупредительной лентой.

Прокладывание трубопровода и других коммуникаций

После проведения подготовительных работ, приступают к ГНБ:

1. Прокладывается пилотная скважина с сечением 10 см;
2. Отладка оборудования, регулировка наклона головки бура на 10 – 20° относительно линии горизонта;
3. Прохождение бура с проверкой траектории через каждые 3 м и корректированием направленности инструмента;
4. Расширение пилотное скважины: первоначальный инструмент вынимается из прокола, заменяется на расширитель;
5. Полное проведение расширителя сквозь образовавшийся канал с постоянным корректированием движения.

При ГНБ обязательно использование бурильного раствора. В функции состава входит размягчение почвы для простейшего прохода инструмента сквозь нее.

Важно учитывать возможность осыпания грунта. Для исключения нарушения технологии проведения коммуникации необходимо соединять все части труб между собой надежно, чтобы давление почвы или осыпающиеся фрагменты не нарушили их целостность.

Важные моменты при бурении

При проделывании скважины нужно учитывать такой фактор, как осыпание грунта. В канал могут затягиваться как пластиковые, так и стальные трубы

Только важно учесть при этом один критерий, что пластик может укладываться под изгибом, например, при проколе под водоемом, а металлические трубопроводы нужно укладывать только в исключительно горизонтальном направлении

При протягивании труб в скважину, их следует соединить. Причем соединение должно быть максимально надежным, иначе впоследствии не избежать проблем с канализацией. Стыковка со штангами кольцевого расширителя выполняется при выключенном оборудовании. Через вертлюг, который вращается, проводится стыкование коммуникаций. Для стыкования применяются специальные переходники.

Если давление в канале большое, тогда раствор бентонита распределяется равномерно, заполняя тем самым пространство между наружными стенками труб и внутренней частью канала. После застывания раствора полностью исключается вероятность просадки почвы.

Плюсы и минусы технологии

Горизонтально-направленное бурение было изобретено еще в 1960 г. С тех пор ГНБ активно используется по всему миру благодаря особенностям технологии. Как и любая методика, ГНБ имеет свои преимущества и недостатки.

Плюсы ГНБ

• Меньшая трата ресурсов, финансов, рабочей силы;
• По сравнению со способом траншейной прокладки затрачивается на 30% меньше времени;
• Затраты на прокладку коммуникаций понижаются в связи с отсутствием необходимости восстанавливать ландшафт;
• Проводить работы можно на любых территориях, включая места расположения исторических ценностей, высоковольтных станций, неблагоприятных климатических условиях;
• Структура грунта сохраняется, плодородные слои почвы не нарушаются;
• В момент проведения работ не нарушается привычный городской ритм, не нужно останавливать движение автомобилей, нет вреда экологии.

Система локации в ГНБ как инструмент управления

Управление в ГНБ — очень важный момент. Бур в процессе работы находится вне зоны видимости и досягаемости, и неконтролируемое бурение может привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому в производстве работ ГНБ для контроля процесса бурения применяются системы локации. Система локации представляет собой зонд, который расположен на буровой головке, и специальный прибор синхронизации с этим зондом, который находится в руках у оператора системы локации(локаторщика) на земной поверхности. Зонд регистрирует всю информацию об угле и направлении бурения, числе оборотов и температуре буровой головки. Эта информация передаётся в процессе бурения локаторщику и предотвращает нежелательные последствия.

Требования к работникам бригады ГНБ

Во время выполнения работ решающую роль играет способность всех работников координировать свои действия с другими участниками процесса и подчиняться указаниям бригадира.

От мастера, как руководителя участка, ожидается универсальность: он должен организовывать весь рабочий процесс, поддерживать здоровый климат в коллективе и мотивировать всех сотрудников на хорошую работу.

Начальник бригады также должен являться специалистом высокого класса в области ГНБ и быть способным оказать помощь своим подчиненным на любом этапе бурения (то есть ему надо хорошо разбираться в технике и технологии ГНБ, иметь опыт обращения с бентонитом, уметь читать и проектировать профиль перехода). Также на руководителя работ возлагается ответственность за согласование проекта производства работ и дальнейшее взаимодействие с заказчиком. Ему приходится работать со всеми исполнительными бумагами проекта и закрывать документацию.

Оператором бурильной установки может стать прошедший специальное обучение работник 18 лет и старше. Главным требованием для него является умение работать на ГНБ аппаратах Vermeer и XCMG. Это дорогая и сложная техника, поэтому от машиниста ожидается бережное отношение к ней. Он должен знать правила безопасности при работе на установках для бестраншейной прокладки коммуникаций.

Горизонтальное бурение – процесс, требующий постоянного внимания, поэтому для машиниста недопустимо управлять установкой в состоянии алкогольного или наркотического опьянения. Следует помнить, что проведение ГНБ работ бывает связано с большим физическим и эмоциональным утомлением, поэтому к ним не допускаются лица, имеющие медицинские противопоказания. Машинисту также приходится выезжать на объект, для того чтобы оценить возможность выполнения задания, т.е. он должен хорошо разбираться в проектной документации; ему необходимо уметь готовить буровой раствор и осуществлять техническое обслуживание своей буровой машины.

Самые распространенные модели локационных установок на территории СНГ – это установки Ditch Witch, Eclips, Falcon и F-5. Локаторщик должен иметь опыт работы на указанных приборах локации. Он обязан уметь читать схемы расположения подземных коммуникаций и разбираться в особенностях текущего задания: специфика грунта, наличие в нем препятствий и т.п. Локаторщику приходится принимать мгновенные решения в случае возникновения проблем с прохождением буровой головки, поэтому он должен быть профессионалом в своем деле. Оператору локационного оборудования следует поддерживать свою аппаратуру в рабочем состоянии и при необходимости осуществлять ее ремонт.Динамичность процесса горизонтального бурения требует от локаторщика постоянного напряжения, поэтому на эту работу принимаются сотрудники без медицинских противопоказаний.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПО ОКОНЧАНИИ РАБОТЫ

7.1. После завершения операции прокладки необходимо: — осмотреть гидросистему; — «реанкерировать» бурильную установку; — при выключенном двигателе очистить и промыть весь инструмент; — отсоединить все шланги и кабели; — отсоединить «зануляющие» кабели и скатать «зануляющий» мат; — закатить установку на трейлер и приготовить ее к транспортировке. — снять средства индивидуальной защиты и убрать их в предназначенное для них место. 7.2. Если буровая жидкость не будет использоваться в течение текущего дня, ее нужно слить, промыть насосную станцию струей воды или антифриза (тосола), чтобы предотвратить их заледенение (в зимний период). 7.3. Перед экскавацией грунта из котлованов, которые предназначены для сбора бентонита, откачать бентонитовый раствор и вывозиться на утилизацию. 7.4. На заключительном этапе работ необходимо заровнять все проделанные экскавации грунта, убрать ограждения и восстановить озеленение. 7.5. Сообщить руководителю работ или лицу ответственному за исправное состояние машины обо всех неполадках, возникших во время работы. 7.6. В зимний период по завершению расширения канала, штанги, находящиеся в канале должны быть пустыми (без бентонитового раствора). 7.7. Произвести демонтаж строительной площадки. 7.8. Произвести уборку мусора на месте проведения буровых работ (бытовой мусор, обрезки трубы, мешки из-под бентонита).

Благодарим Владислава за предоставленный материал! =)

Как подобрать буровую установку

При выборе буровой техники учитывают тип прокладываемых коммуникаций, длину и диаметр трубопровода, инженерно-геологические условия в зоне строительства. Сила тяги с крутящим моментом у оборудования должна быть не меньше расчетных значений прокладки, взятых с коэффициентом запаса.

Группа грунтов по буримости	Коэффициент запаса
	По силе тяги	По крутящему моменту
I–III (торф, песчаные и глинистые грунты, непрочные горные породы)	1.5	1.2
IV–VI (галечно-щебеночные грунты, пористые горные породы)	2.0	1.35
VII и выше (прочные скальные грунты)	2.5	1.5

Эксплуатация установки ГНБ

Как правило, наиболее часто инструмент используется в таких сферах работы, как бурение скважин под прокладывание коммуникаций, бурение скважин под проведение канализации и водопроводной системы, для всевозможных работ, в ходе которых используются скважины. Такими работами является прокладывание всевозможных трубопроводов, проводов для электричества и тому подобные работы. Данная установка рассчитана на горизонтальное выкапывание скважины, длина которой может варьироваться в разных пределах, все зависит от модели и модификации скважины. Как правило, в среднем длина, которую способна пробурить данная установка равняется тридцати метрам в глубину. Но это не обязательный показатель.

Использование установки является достаточно популярным на сегодняшний день. Данная популярность и востребованность установки горизонтального направленного бурения обусловлена тем, что она является удобной в работе. Вес ее достаточно мал, и компактный размер делает работу с данной установкой предельно простой и не требует применения больших усилий. За счет компактности данная установка обладает такими качествами, как бесперебойная работа в труднодоступных местах, а соответственно и продуктивность данной установки является достаточно высокой.

К тому же при дорожных работах, использование данной установки дает возможность осуществлять работы без прекращения дорожного движения, что так же является немаловажным. Немаловажным является так же и то, что не требуется никаких разрушительных работ и подготовки поверхности заранее для осуществления работ.

Устройство

Стандартная комплектация бурового комплекса ГНБ состоит из следующих элементов:

• Ходовой части на колесном либо гусеничном ходу.
• Двигателя, приводящего в действие все рабочие органы (обычно дизельного).
• Рабочего места оператора и панели управления.
• Гидравлической станции с насосами, подающими в скважину бурильную жидкость.
• Бурового лафета.
• Магазина со штангами с устройством их бесперебойной подачи по мере удлинения скважины.
• Колонны с рабочим оборудованием бурения.
• Промывной техники.
• Оборудования, обеспечивающего безопасность действий.

Конструкция бурильной установки

Бур для прокладки инженерных систем включает в себя следующие конструктивные элементы:

• непосредственно бур (устройство, с помощью которого производится рытье траншей для проведения подземных коммуникаций);
• шланг для подачи воды на устройство (система охлаждения для металла, нагревающегося в процессе выполнения работ);
• пульт управления.

Все перечисленные элементы могут отличаться по показателям усилия протяжки, а именно:

• по сечению отверстия;
• по длине канала;
• по расходу бентонита;
• по радиусу изгиба буровых штанг (важнейший показатель, характеризующий способность обхода различных препятствий установкой).

Другими важными элементами бурильной установки являются:

• фиксаторы и переходники (обеспечивают нужную длину траншеи);
• расширители (используются для обеспечения необходимого диаметра траншеи);
• насосное оборудование (обеспечивает подачу воды);
• генераторы (обеспечивают бесперебойную работы бура);
• осветительные устройства.

Таким образом, выбор установки и комплектующих напрямую зависит от вида работ, которые нужно произвести и тех целей, которых необходимо достичь.

Использование метода санации для ремонта и прокладки трубопроводов

Санация – это закрытая укладка труб, выполнение которого подразумевает замену старых элементов новыми трубными изделиями. Существует два способа выполнения процесса:

Релайнинг

Этот способ предполагает сохранение старой системы и ее использование в качестве капсулы для нового трубопровода. Перед проведением работы требуется предварительная качественная очистка трубы от лишнего мусора. Затем в нее вставляют новый трубный элемент, имеющий меньший диаметр. Несмотря на то, что современные трубы производятся из материалов с отличными качественными характеристиками, старая конструкция может выступить в роли дополнительной защиты, снижая риск возникновения аварий.

Релайнинговые работы можно выполнить несколькими способами, в частности втягивание трубы. Этот процесс начинается в конце старой коммуникации и до начала трубы. На время проведения работы участок отключается от общей системы, затем в ремонтируемую трубу на этом участке вставляется новый элемент, выполненный из более технологичных материалов. Релайнинг допускает небольшое разрушение некоторых участков старого трубопровода.