Понимание реабилитации безводных трубопроводов

Муниципальные системы водоснабжения по всему миру сталкиваются с растущим кризисом: стареющие трубопроводы, которые протекают, ломаются и загрязняют питьевую воду. Американское общество инженеров-строителей последовательно дает инфраструктуре питьевой воды Америки оценку D или D +, с миллиардами галлонов очищенной воды, потерянной каждый день. Традиционные методы ремонта с открытым отрезком требуют выкапывания длинных траншей, разрыва улиц и тротуаров, нарушения движения и часто занимают недели или месяцы на проект. Реабилитация водопровода без траншей предлагает принципиально другой подход: ремонт или замена трубопроводов из небольших ям доступа, оставляя окружающую поверхность в значительной степени нетронутой. Это семейство методов созрело за последние четыре десятилетия в надежную, экономически эффективную и экологически чувствительную альтернативу раскопкам. Понимая основные методы, их преимущества и их ограничения, инженеры коммунальных служб, муниципальные планировщики и подрядчики могут принимать обоснованные решения, которые продлевают жизнь критической водной инфраструктуры, минимизируя разрушение общин.

Что такое реабилитация безводных трубопроводов?

Реабилитация без траншей относится к любой технике, которая устанавливает новую структурную облицовку, покрытие или замену трубы внутри существующего разрушенного трубопровода без раскопок всей линии. Доступ получен через две небольшие ямы - по одной на каждом конце участка, который подлежит ремонту - или через существующие люки. Старая труба служит в качестве принимающей структуры или разбивается и заменяется на месте. Ключевое отличие от обычного рытья и замены заключается в том, что поверхность над трубой остается нетронутой. Этот подход использовался в течение десятилетий в газовой и нефтяной промышленности, но его принятие для водопровода ускорилось в 1980-х годах, поскольку технология смолы и монтажное оборудование улучшились. Сегодня бестраншейные методы составляют значительную и растущую долю всех проектов реабилитации воды, особенно в плотных городских центрах, где раскопки открытого типа чрезмерно разрушительны и дороги.

Выбор конкретного метода без траншей зависит от материала трубы (литого железа, продувочного железа, ПВХ, стали, бетона), степени износа, необходимости структурного обновления по сравнению с защитой от коррозии и допустимого уменьшения диаметра трубы. Тщательная оценка состояния, включая проверку замкнутого телевидения (CCTV), обнаружение акустической утечки, а иногда и гидролокатор или лазерное профилирование, всегда является первым шагом. Только с четкой картиной состояния существующей трубы инженер может выбрать наиболее подходящую технику реабилитации.

Инновационные методы в использовании

Труба с вывернутым местом (CIPP)

Проклятая труба (CIPP) является наиболее широко применяемым безтранзитным методом для водопровода. Процесс начинается с вставки гибкой тканевой трубки, пропитанной термореактивной смолой в трубу-хозяина. Трубка обычно инвертируется с использованием давления воды или воздуха, которое проталкивает ее через трубу и прижимает к внутренней стенке. После того, как смола отверждается — закаляется — циркулируя через лайнер горячую воду, пар или ультрафиолетовый (УФ) свет. Результатом является бесшовная, бесшовная, коррозионно-стойкая труба, которая плотно помещается внутри старой.

CIPP подходит для труб диаметром от 4 до более 100 дюймов. Он уплотняет существующие трещины, отверстия и протекающие соединения и может восстановить структурную целостность как для систем гравитации, так и для систем под давлением. Для водопровода составы смолы должны быть сертифицированы для контакта с питьевой водой (NSF / ANSI 61). Последние инновации включают в себя CIPP с ультрафиолетовым отверждением , который использует стеклоукрепленный лайнер, отвержденный ультрафиолетовым светом - быстрее и с меньшим количеством выбросов, чем отверждение паром. Отвержденный лайнер может быть разработан для работы в качестве автономной трубы давления, отвечающей стандартам ASTM F1216 или F1743. Основное преимущество CIPP заключается в том, что он может перемещаться по изгибам и изменениям диаметра, что делает его очень адаптируемым к сложным сетям труб. Однако он немного уменьшает внутренний диаметр, который должен быть учтен в гидравлических расчетах. Для более подробной информации см. Стандарт ASTM F1216 [[FLT: 3]] для установки и тестирования CIPP.

Труба горит

Пип-рэп является предпочтительным методом, когда существующая труба слишком повреждена, чтобы служить хозяином для лайнера, или когда требуется увеличение до большего диаметра. Метод использует лопающуюся головку, приводимую в действие пневматическими, гидравлическими или статичными системами тяги, которая разбивает старую трубу наружу, одновременно тянущую новую полиэтиленовую трубу высокой плотности (HDPE) или плавкую трубу из ПВХ позади нее. фрагментированные части старой трубы остаются в земле; новая труба образует непрерывную, не имеющую утечки магистраль.

Разрыв трубы может увеличить диаметр до двух размеров, что имеет решающее значение для восстановления мощности в растущих системах. Для этого требуется только небольшие ямы (обычно 6-8 футов в длину) на каждом конце и может быть выполнено в течение одного дня для пробегов до 500 футов или более. Метод лучше всего работает на хрупких материалах труб, таких как чугун, глина, асбестовый цемент и не армированный бетон. Для предотвращения поверхностного вздутия или повреждения смежных коммунальных предприятий необходима правильная геотехническая оценка. Разрыв труб широко используется для водопроводов, канализационных боковых и линий природного газа. Североамериканское общество безжелудочной технологии (NASTT) предоставляет рекомендации и обучение (см. Страница ресурсов NAST ).

скольжение

Слиплайнинг включает в себя вставку новой трубы меньшего диаметра — обычно HDPE, ПВХ или пластичного железа — непосредственно в существующую деформированную трубу. Аннулус между старой трубой и новой трубой затем затирается, чтобы зафиксировать новую линию на месте и предотвратить вторжение грунтовых вод. Слиплайнинг может выполняться в непрерывной длине (с использованием термоядерного сварного HDPE) или с сегментированными трубами, которые толкаются или втягиваются в хозяина.

Этот метод наиболее экономичен, когда существующая труба является достаточно прочной по структуре для поддержки затирки и новой облицовки, но имеет незначительные утечки, коррозию или уменьшенную пропускную способность. Основным компромиссом является уменьшение площади поперечного сечения, что может быть приемлемо, если исходная труба была увеличена или если новый конструктивный поток ниже. Накладка проста, требует минимального специализированного оборудования и хорошо подходит для длинных секций равномерного выравнивания. Для поддержания качества воды используются предварительно хлорированные затирки. Детальный гидравлический анализ должен подтвердить, что уменьшенный диаметр по-прежнему соответствует пиковым требованиям спроса.

Спрей-он-Лининг (Epoxy and Cement Mortar)

Спрей-накладка предполагает нанесение структурного покрытия на внутреннюю часть существующей трубы с использованием центробежной распылительной головки или роботизированного гусеничного устройства. Для водопровода двумя наиболее распространенными материалами являются эпоксидная смола и цементный раствор. Эпоксидные накладки, наносимые в одно или несколько покрытий, создают гладкий, коррозионностойкий барьер, который может быть сформулирован для контакта с питьевой водой. Цементные накладки раствора используются более века; они распыляются на стенку трубы, а затем сплетаются гладко, чтобы обеспечить как структурное усиление, так и защиту от внутренней коррозии.

Опрыскивающая облицовка особенно эффективна для труб большого диаметра (48 дюймов и выше), таких как стальная или бетонная трансмиссионная магистраль. Она не значительно уменьшает диаметр трубы, что делает ее идеальной там, где должна быть сохранена гидравлическая емкость. Однако она требует, чтобы существующая труба была чистой, сухой и свободной от значительных конструктивных дефектов. Толщина облицовки обычно составляет от 1⁄4 до 1⁄2 дюйма, в зависимости от требований к конструкции. Оспенные системы вылечиваются за несколько часов, в то время как цементный раствор требует нескольких дней, чтобы достичь полной прочности. Для водопроводной сети опрыскивающая облицовка может продлить срок службы на 30 - 50 лет. Этот метод часто сочетается с локализованным ремонтом точек с использованием патчей CIPP или рукавов из нержавеющей стали.

Закрытый подвес (Folded Pipe and Swaged Liners)

Методы с закрытой обшивкой используют вкладыш, который временно деформируется в меньшую форму — сложенный, U-образный или свёрнутый — для вставки в трубу-хозяина. После установки вкладыш расширяется до его первоначальной круглой формы, создавая плотный кольцевой посадкой против трубы-хозяина без необходимости затирки. Наиболее распространенными материалами являются ПЭВП и ПВХ. Процесс начинается с уменьшения площади поперечного сечения трубы на 10-20% на заводе или на месте, вставляя его через небольшую яму доступа, а затем используя тепло, давление или механические средства для расширения.

Близкое расположение устраняет аннулус, поэтому нет шага затирки, упрощающего установку и уменьшающего использование химикатов. Это также позволяет лайнеру действовать как отдельная труба давления, не полагаясь на хост для структурной поддержки. Замыкающая облицовка все чаще используется для водопровода, поскольку она минимизирует потерю диаметра (часто менее 5%) и может быть установлена через существующие изгибы и смещения. Она регулируется такими стандартами, как ASTM F1867 для сложенного ПВХ.

Преимущества безболезненной реабилитации

Преимущества бестраншейных методов по сравнению с открытой заменой хорошо документированы и выходят за рамки экономии средств.

  • Минимальное нарушение поверхности: Нет необходимости в глубоких траншеях по дорогам, тротуарам, ландшафтному дизайну или чувствительным экологическим зонам. Движение может продолжаться с минимальными перекрытиями полос движения.
  • Сокращение социальных расходов:] Меньше шума, пыли, вибрации и времени, затрачиваемого на объезды. Экономисты оценивают, что скрытые расходы для общественности — потерянные доходы бизнеса, задержки в поездках и имущественный ущерб — на 40-70% ниже при безболезненной реабилитации по сравнению с открытой.
  • Более низкие затраты на проект: Прямые затраты на строительство траншей часто на 25-50% меньше, чем на открытой огранке, особенно в перегруженных городских районах. Восстановление тротуара, бордюров и озеленение резко сокращается.
  • Быстрое завершение: Типичный 300-футовый основной участок воды может быть реабилитирован за 2-5 дней с разрывом трубы или CIPP, по сравнению с 2-4 неделями с раскопками с открытым вырубом.
  • Долгий срок службы: Правильно установленные лайнеры и новые трубы имеют ожидаемый срок службы от 50 до 100 лет, в зависимости от материала и применения. Они устойчивы к коррозии, вторжению корней и утечкам суставов.
  • Способность к увеличению: Разрыв труб позволяет увеличить диаметр, чтобы удовлетворить более высокий спрос без копания.
  • Улучшенное качество воды: Гладкие, нереактивные накладки уменьшают внутреннюю коррозию, наращивание масштабов и образование биопленки, помогая коммунальным службам соблюдать Правила свинца и меди и другие правила питьевой воды.
  • Доступ в сложных условиях: Бездна методы работают под зданиями, автомагистралями, реками и железными дорогами, где открытый вырез непрактичен или невозможен.

Проблемы и соображения

Несмотря на их многочисленные преимущества, методы реабилитации без траншей не являются универсальными решениями. Коммунальные службы должны тщательно оценивать условия, характерные для конкретной местности:

  • Оценка состояния имеет решающее значение: Без тщательного контроля CCTV, внутренних исследований коррозии и иногда структурного моделирования утилита может выбрать неправильный метод. Например, если труба сильно деформирована или имеет большие пустоты вокруг нее, CIPP может не связывать должным образом, и разрыв трубы может вызвать поверхностное сотрясение.
  • Часто требуется обводная насосная система: Водопроводная система должна поддерживаться в рабочем состоянии во время реабилитации.Временные обводные линии могут быть дорогостоящими и разрушительными, особенно для сетей большого диаметра.
  • Специализированные подрядчики и оборудование: Не все подрядчики имеют опыт работы со всеми методами.В некоторых регионах доступны только экипажи CIPP или лопающихся труб, ограничивающие варианты.
  • Снижение диаметра:] CIPP и наклоны неизбежно уменьшают внутренний диаметр, что может быть неприемлемым для систем с недостаточным или перенапряженным размером. Гидравлическое моделирование должно подтверждать адекватную емкость в условиях пикового потока.
  • Химические ограничения сопротивления и температуры: Некоторые смолы и вкладыши не подходят для горячей воды, агрессивных почв или высоких концентраций хлора.
  • Нормативное соответствие: Все материалы, контактирующие с питьевой водой, должны соответствовать NSF/ANSI 61 или эквивалентным стандартам здравоохранения.

Неспособность решить эти проблемы может привести к преждевременному отказу, гарантийным спорам или инцидентам в области общественного здравоохранения. Коммунальные службы поощряются к работе с опытными инженерными консультантами и к справочным документам от EPA и Технологического центра без траншей.

Будущие тенденции в восстановлении безболезненных водопроводов

Эта область продолжает стремительно развиваться. К числу ключевых событий на горизонте относятся:

  • Умные лайнеры со встроенными датчиками:] Исследователи разрабатывают лайнеры CIPP и HDPE, которые включают волоконно-оптические кабели или беспроводные датчики для мониторинга давления, утечек, температуры и структурного напряжения в режиме реального времени. Этот подход «цифрового двойника» может позволить утилитам обнаруживать проблемы, прежде чем они станут сбоями.
  • Новые составы смолы используют биоматериалы и требуют меньше энергии для лечения. UV-отвержденные CIPP уже сокращают выбросы по сравнению с системами, отвержденными паром; смолы следующего поколения нацелены на нулевые летучие органические соединения (ЛОС).
  • Роботы-каталки, оснащенные шлифовальными инструментами, распылителями и камерами, могут выполнять ремонт в трубе, высыпая дефекты, применяя локализованные лайнеры, без удаления всей секции трубы.
  • Трехмерная печать для фитингов: Аддитивное производство используется для производства пользовательских торцевых уплотнений CIPP, боковых соединений и ремонта фитингов, которые соответствуют точной геометрии труб.
  • Автоматизированная интеграция данных: Программные платформы, которые объединяют ГИС, управление активами и отчеты CCTV, облегчают определение приоритетов проектов реабилитации и прогнозирование оптимальных сроков для активного обслуживания.

Эти инновации обещают сделать реабилитацию без траншей еще более эффективной, устойчивой и основанной на данных в предстоящем десятилетии. Агентство по охране окружающей среды США выделило технологии без траншей в качестве ключевой стратегии для закрытия инфраструктурного разрыва (см. ] Информационный бюллетень EPA по технологии без траншей ).

Заключение

Восстановление водопровода больше не требует разрыва целых городских кварталов. Благодаря проверенным методам без траншей, таким как CIPP, разрыв труб, накладка на скольжение, накладка на опрыскивание и подкладка с близкой подгонкой, муниципалитеты и коммунальные службы могут восстановить свои стареющие водопроводные сети с минимальными поверхностными нарушениями, более низкими затратами и более длительными результатами. Каждый метод имеет сильные стороны и ограничения, но в сочетании с тщательной оценкой состояния и звуковой инженерией они предлагают надежный инструментарий для продления срока службы захороненных активов. По мере распространения технологий и передовой практики реабилитация без траншейных водопроводов будет играть все более центральную роль в обеспечении безопасной и надежной питьевой воды для сообществ во всем мире. Для дальнейшего чтения Центр технологий без траншей в Технологическом университете Луизианы предоставляет обновления исследований и тематические исследования (] Центр технологий без траншей .