ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ (ГНБ)

Горизонтально направленное бурение (ГНБ, англ . Horizontal Directional Drilling (HDD), Directional boring) - многоэтапная технология бестраншейной прокладки подземных инженерных коммуникаций с помощью специализированных мобильных буровых установок, позволяет вести управляемую проходку по криволинейной траектории, расширять скважину, протягивать трубопровод. Бурение выполняется под контролем систем радиолокации с использованием бентонитовых буровых растворов ( с добавлением полимеров) .

Длина прокладки путей может быть от нескольких метров до нескольких километров, а диаметр - от минимального 63 мм и более (до 1200 мм). Футляры труб для протягивания используют в основном полимерные, а также трубы из стали, высокопрочного чугуна и других видов материалов. Прокладка происходит с минимальным воздействием на окружающую среду.
Метод ГНБ применим для прокладки следующих видов инженерных коммуникаций: кабельные сети различного назначения, водопровод и канализация, тепловые сети, газопроводы, нефтепроводы и нефтепродуктопроводы.
Оборудование и технология ГНБ могут быть применены для ремонта, очистки и замены водопроводных и канализационных труб, а также для устройства геотермальных или водозаборных скважин, самотечных трубопроводов, горизонтальных скважин для очистки загрязненных территорий, вспомогательных скважин для извлечения из почвы имеющихся трубопроводов и т.п. .

1 Преимущества метода ГНБ
2 Применение ГНБ
3 Технология бестраншейного строительства подземных коммуникаций
3.1 Этапы строительства методом ГНБ
3.1.1 Бурение пилотной скважины
3.1.2 Расширение скважины
3.1.3 Затягивание трубопровода
4 Классификация установок ГНБ
5 Производители установок ГНБ
6 Система локации в ГНБ как инструмент управления
7 Опасность горизонтально направленного бурения

Преимущества метода ГНБ 

Метод ГНБ относится к бестраншейного способа строительства (прокладка трубопровода в подземном пространстве без нарушения поверхности) или с минимальным выполнением земляных работ , когда при необходимости устраивается только стартовый и приемный котлованы .

Применение метода ГНБ, в отличие от обычных (открытых ) способов прокладки инженерных коммуникаций, исключает необходимость перекрытия проезжей части городских улиц, автомагистралей, железных дорог, перевод имеющихся коммуникаций, усиление фундаментов зданий и сооружений, предоставляет возможность круглогодичного выполнения работ. В целом, метод ГНБ обеспечивает снижение стоимости и ускорения темпов строительства, дает возможность прокладывать коммуникаций под водными и другими препятствиями .

Применение ГНБ - Горизонтально направленное бурение

Метод ГНБ наиболее распространенный и эффективно применяется для прокладки инженерных коммуникаций различного назначения в условиях плотной городской застройки или при наличии препятствий, а именно :
Во реками, озерами, каналами, болотами, оврагами, лесными и парковыми массивами;
Во действующими автомобильными трассами ( «проколы под дорогами » ), железнодорожными и трамвайными путями, взлетно - посадочными полосами аэропортов;
На территории промышленных предприятий без остановки производства;
В охранных зонах метрополитена, высоковольтных воздушных линий электропередач, магистральных газопроводов, нефте - и продуктопроводов;
Вблизи или на территории памятников истории и архитектуры.
Технология бестраншейного строительства подземных коммуникаций.

Прокладка инженерных коммуникаций методом ГНБ, в основном, осуществляется в три этапа
Направленное бурение пилотной скважины с проектной трассе ;
Однократное или последовательно - многократное расширение скважины до необходимого диаметра бурового канала, позволяет протягивать трубопровод проектного диаметра ;
Протягивание коммуникационного трубопровода ( защитного футляра ) через буровой канал, в направлении от точки выхода бура к буровой установке.

Бестраншейная прокладка трубопроводов
Метод ГНБ эффективно применяется в основном в нескальных грунтах (пески, супеси, суглинки, глины), в которых с помощью бурового тиксотропного раствора ( бентонита ) обеспечивается устойчивость стенок скважины. К геологическим условиям, в которых применение метода ГНБ затруднено или невозможно, относятся: глинистые почвы текучей консистенции, плауны, валунные и гравийно - галечниковые почвы, почвы с включениями искусственного происхождения ( обломки железобетонных плит, отходы металлургического производства и др.)., неустойчивые площадки ( карст, оползни, подрабатываемые территории).
Перед началом работ тщательно изучают свойства и состав почвы, дислокацию имеющихся подземных коммуникаций, оформляют соответствующие разрешения и согласования на выполнение подземных работ. Осуществляется выборочное зондирование грунтов и, при необходимости, шурфования сложных сечений трассы бурения с существующими коммуникациями. Результаты этих работ имеют определяющее значение для выбора траектории и тактики строительства скважины. Особое внимание следует уделить оптимальному расположению бурового оборудования на строительной площадке и обеспечению безопасных условий труда буровой бригады и окружающих людей. Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтального направленного бурения осуществляется в четыре этапа: бурение пилотной скважины, последовательное расширение скважины, протягивание трубопровода и заключительный этап.
 

Этапы строительства методом ГНБ

Бурение пилотной скважины

Бурение пилотной скважины делается под предусмотренным углом входа в почву и по проектной траектории по профилю и плана прокладки коммуникации. Бурение осуществляется буром со сменными насадками для разных видов грунта. Изменение направления бурения осуществляется с помощью скошенной буровой лопатки.
Во время прохождения пилотной скважины оператор установки ГНБ отслеживает положение бура с помощью измерительного зонда, расположенного по буровой головкой (или встроенный в нее) и локационных систем. Информация о расположении, уклон, азимут буровой головки является определяющей для контроля траектории бурения. Для коррекции траектории оператор останавливает вращение буровых штанг, устанавливает скос буровой головки в нужном положении и осуществляет задавливания штанг до достижения буровой головкой проектного ( необходимого) положение.
При необходимости буровая головка может быть отведена назад на длину одной или нескольких штанг, с последующей коррекцией траектории бурения.
Буровая головка имеет отверстия для подачи особого бурового раствора ( бентонита ), который нагнетается в скважину и образует суспензию с измельченной породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штангах, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от ее обломков вынося их на поверхность. Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке (на поверхность или в подготовленный приямок (приемный котлован ) .

Расширение скважины
Расширение скважины следует осуществлять после завершения проходки пилотной скважины. Вместо буровой головки к колонне штанг присоединяется расширитель обратного действия. Путем приложения тягового усилия с одновременным вращением, расширитель протягивают через скважину в обратном направлении ( к буровой установке ).

Как расширители для разных типов почв применяют специализированные инвентарные риммеры, предназначенные для резки, скалывания и уплотнения почвы. Римеры обеспечены высокопрочными режущими краями и породоразрушающими насадками. Конструкция расширителя должно максимально соответствовать инженерно - геологическими условиям трассы перехода и определяется физико - механическими свойствами и структурными особенностями почв.
На протяжении всего этапа расширения необходимо непрерывное наращивание штанг за расширителем (со стороны точки выхода ), чтобы в скважине постоянно находилась целая буровая колонна. На всех этапах выполнения работ (бурение пилотной скважины, расширение бурового канала, протягивания трубопровода ) в скважину необходимо подавать буровой раствор для извлечения бурового шлама, стабилизации и смазки стенок канала .
Для обеспечения протягивания через скважину трубопровода окончательный диаметр бурового канала, как правило, должен превышать наружный диаметр трубопровода (с покрытием и изоляцией) на 20 ÷ 50 %. Диаметр бурового канала определяется в зависимости от диаметра трубопровода (пакета труб), длины и трассы перехода, инженерно - геологических условий, характеристик буровой установки и вспомогательного оборудования .
Согласно имеющегося опыта зазор между внешним диаметром трубопровода и грунтом не должен превышать 150 мм. Для твердых связанных грунтов ( сухая тугопластичной глина, плотно слежавшийся песок с твердыми включениями ) диаметр бурового канала должен составлять от 1,3 до 1,5 диаметра трубы.

Затягивание трубопровода

Плеть трубопровода (расположенную на противоположной от буровой установки стороне скважины), подготовленную для операции протягивания, целесообразно размещать на специальных роликовых опорах, уменьшающих трение до минимума и снижающих необходимое усилие тяги. Как роликовые опоры основном применяют стальные рамы, на которые закрепляют ролики из твердой резины или полиуретана с шаровыми подшипниками. На инвентарных опорах ширина расположения роликов должна регулироваться для использования труб различных диаметров. Затягивание трубопровода должно осуществляться сразу после завершения расширения ( калибровки ) бурового канала, с минимальным перерывом.
На передний конец трубопровода устанавливают оголовок «пуля» с закрепленным на нем вертлюгом, предотвращающим вращение трубопровода. Для предотвращения врезки трубопровода в стенки скважины и снижение лобового сопротивления при протягивания оголовок должен быть сферической формы.
Буровая установка затягивает трубопровод в скважину по траектории пилотной скважины. Тяговое усилие не должно превышать предельно допустимого значения, определенного проектом из условия прочности трубы. Величину тягового усилия следует непрерывно контролировать и фиксировать в журнале производства работ.

Классификация установок ГНБ

Установки ГНБ классифицируют в зависимости от силы тяги, которую они способны развить (максимальная тяговая сила, кН) и подразделяют на следующие типы:
мини - до 100 кН , вес до 7 тн . , (применяют в условиях города для прокладки кабельных линий и полиэтиленовых труб диаметром от 200 до 250 мм)
миди - от 100 до 400 кН , вес 7-25 тн ., (в условиях города и сельской местности для прокладки трубопроводов диаметром от 600 до 800 мм, для пересечения транспортных магистралей и небольших водных путей. )
макси - от 400 до 2500 кН , вес 25-60 тн ., (для прокладки трубопроводов большой длины с диаметром от 1000 до 1250 мм)
мега - более 2500 кН . вес более 60 тн . (для прокладки магистральных трубопроводов очень большой длины и диаметром от 1400 до 1800 мм)

Производители установок ГНБ 

Условно производителей установок ГНБ разделяют по географическому принципу:
Европа : Tracto - Technik ( Германия ), Prime Drilling GmbH ( Германия ), Herrenknecht ( Германия ), TERRA AG ( Швейцария ), " МЕМПЭКС " ( Беларусь ) и др. . ;
США: Vermeer, Ditch Witch, Universal ( Robbins HDD ), American Augers и др. . ;
Азия: XCMG ( Китай ), ZT (Китай) Hanlyma ( Китай ), FORWARD HDD ( с. п. Китай + Россия ) и др. . ;

Система локации в ГНБ как инструмент управления 

Управление в ГНБ с помощью системы локации - очень важный момент. Бур при работе находится вне зоны видимости и досягаемости, и неконтролируемое бурение может привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому при выполнении работ методом ГНБ для контроля процесса бурения применяются системы локации. Система локации состоит из зонда, который расположен на буровой головке, и особого прибора синхронизации с этим зондом, который находится в руках оператора системы локации ( локаторщика ) на земной поверхности. Зонд регистрирует информацию об угле и направление бурения, скорость вращения и температуру буровой головки. Эта информация передается оператору и предотвращает возникновение нежелательных последствий.

Безопасность

Выполнение работ следует осуществлять с соблюдением строительных норм и правил, требований безопасности и охраны труда, правил технической эксплуатации оборудования, а также под авторским надзором проектной организации, техническим надзором Заказчика, под контролем органов местного самоуправления и государственных надзорных органов, если такие виды надзора и контроля предусмотренны требованиями нормативных документов. Мероприятия по технике безопасности должны быть направлены на предотвращение несчастных случаев.

Строительство закрытого подземного перехода инженерных коммуникаций методом ГНБ должно осуществляться по проектной документации, согласованной и утвержденной в порядке, установленном действующим законодательством.