Забутовка
(a. backing, backfilling; н. Hinterfullen, Hinterfullung; ф. remplissage, rembourrage; и. relleno de reemplazamiento ) — заполнение забутовочным материалом пространства между крепью и вмещающими горн. выработку породами. З. применяют в CCCP, ФРГ, Бельгии и других странах при проведении горизонтальных и наклонных (до 10°) горн. выработок; осуществляется после возведения тюбинговой, блочной, арочной c межрамным ограждением, железобетонной и др. сборных крепей. З. улучшает связь крепи co стенками выработки, способствуя повышению устойчивости породного массива, увеличению несущей способности крепи, более равномерному распределению напряжений, продлению сроков безремонтного поддержания выработок, a также предотвращает скопление в закрепном пространстве взрывоопасных веществ (метана, угольной пыли и др.).
З. — составная часть процесса крепления, осуществляется вручную или c помощью забутовочных машин. Зазоры, устраняемые при З. между породным массивом и крепью в выработках, пройденных буровзрывным и комбайновым способами, в cp. 200-320 мм. Oбъёмы пустот полостей обрушения и выбросов угля, породы и газа за крепью 1-5 м 3 на 1 м пройденной выработки (суммарный ежегодный объём на угольных шахтах превышает 1 млн. м 3 ). З. закрепного пространства производится сыпучими или твердеющими забутовочными материалами в зависимости от устойчивости породного массива, вида крепи и нагрузок на неё. При проведении выработок в устойчивом или cp. устойчивости породном массиве и нагрузках на крепь до 0,3-0,4 МПa применяют сыпучие забутовочные материалы, a на глубоких горизонтах и в неустойчивых породах — твердеющие. Полости обрушения и выбросов заполняют за крепью, как правило, твердеющими материалами. При механизир. З. в качестве сыпучих материалов используют породу от проведения горн. выработок, гранулир. шлак, отходы обогащения, песок и др. материалы крупностью менее 50 мм (до 0,5 диаметра транспортирующего трубопровода) c содержанием глинистых примесей в массе до 15%. Cыпучий материал, пригодный для пневматич. З., готовят отсевом пород в проводимой выработке (при объёме забутовочных работ до 10 тыс. м 3 в год) и на дробильно-сортировочных установках (св. 10 тыс. м 3 в год), размещаемых в горн. выработках или на поверхности шахты. Tвердеющие материалы для З. получают путём дозированного добавления к сыпучим материалам разл. цементных или местных вяжущих c водой. Приготовленный забутовочный материал поступает в трансп. средства и подаётся к месту укладки. Пневматич. укладка материала в закрепное пространство производится снизу вверх после возведения крепи на всю заходку. Tрудоёмкость ручной З. достигает 40-50% суммарных затрат труда по креплению. Mеханизация З. позволяет в 3 раза снизить значение этого показателя, в 2,5-3,5 раза увеличить производительность труда, в 1,5 раза повысить плотность забутовочного слоя, a также обеспечить безопасные условия труда проходчиков.
Г. П. Дмитриев.
Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984—1991 .
Синонимы:
- Заборовский А. И.
- Забутовочная машина
Забутовка трубопровода что это такое
Забор из профнастила является одним из самых распространенных современных ограждений. Этому способствуют преимущества таких заборов:
— долговечность и прочность;
— надежная защита участка от шума, ветра и пыли;
— сравнительно невысокая стоимость;
— простота монтажа и быстрые сроки установки.
Профнастил – это стальной лист, профилированный методом холодного проката. Марки профнастила различаются высотой профиля и толщиной стали. Для защиты от коррозии на стальные листы наносят слой оцинковки или полимерного покрытия, которое имеет достаточно широкую цветовую гамму. Полимерную пленку можно наносить как с одной стороны листа, так и с двух. Цвет покрытия можно подобрать в соответствии с цветом, например, крыши основного строения. Также профлист отличается небольшим весом, поэтому строительство из него не требует применения специальной техники.
Профнастил используется для строительства небольших павильонов и киосков, складских и производственных помещений, применяется для ограждений стройплощадок, сельскохозяйственных и общественных территорий. Но самое широкое распространение профнастил получил как материал для строительства заборов и ограждений в частном строительстве.
В качестве опорных столбов для заборов из профнастила используются металлические профильные трубы сечением 60х60 мм. Длина столбов составляет около 3 метров. Для несущих столбов для ворот и калитки используются более длинные столбы большего сечения. Столбы покрывают специальным составом от коррозии – грунт-эмалью. Верхний конец столба при помощи сварки герметично закрывают металлической заглушкой.
Установка столбов заборов из профнастила может осуществляться разными способами, один из самых распространенных и экономичных вариантов – забутовка столбов в грунт.
Забутовка (применяется также термин «забутка») – это заполнение промежутков и щелей в строительстве заборов и фундаментов. Для забутовки используют мелкий и средний гравий, камни, битый кирпич, щебень, песок. Для процесса забутовки не следует использовать крупные камни, поскольку их трудно утрамбовывать.
Первый этап установки забора из профлиста – это тщательная разметка участка. Расстояние между столбами забора – 2,5 метра.
Для установки столбов по разметке бурят отверстия в грунте. Глубина их составляет 1,2 м – это оптимальная глубина установки столбов забора для средней полосы России. При таком заглублении столбов забор получается устойчивым к ветровым нагрузкам. Диаметр отверстий составляет 150-200 мм. На дно скважин засыпают небольшой слой песка. Затем в ямы устанавливают столбы, укрепляют клиньями и тщательно выставляют по уровню и отвесу.
Далее выполняется забутовка – заполнение скважин вокруг столбов камнем, гравием, песком, битым кирпичом. Забутовка выполняется послойно, каждый слой бута хорошо утрамбовывают и засыпают песком. Песок проливают водой и тоже трамбуют – он оседает и заполняет промежутки между камнями. Таким образом заполняют скважину доверху, тщательно утрамбовывая землю вокруг столба. При выполнении забутовки следует постоянно следить, чтобы столб не отклонялся от вертикали, иначе забутовку придется выполнять заново.
После установки столбов приступают к монтажу поперечных перемычек (прожилин, лаг). Для этой цели применяют профильные трубы сечением 20х40 мм. Их покрывают грунт-эмалью для защиты от коррозии и крепят к столбам при помощи сварки. Для забора стандартной высоты 2,0 м достаточно установить две перемычки, если высота забора выше 2 м – добавляют третью. Верхнюю перемычку укрепляют на высоте 25-30 см от верхнего края забора, нижнюю крепят на таком же расстоянии от нижнего края профлиста. В случае необходимости третью перемычку укрепляют посередине между первыми двумя.
Следующий этап – крепление профнастила к поперечным перемычкам забора. Монтаж профнастила осуществляется саморезами в цвет профлиста или заклепками. При использовании саморезов предварительного просверливания отверстий не требуется. Профлист крепится через волну. На один лист используют 12-15 саморезов. Крепление листов профнастила ведется внахлест на одну волну. При монтаже профнастила оставляют зазор 10-15 см между нижним краем забора и землей для стока талых вод.
Для строительства заборов традиционно используется профнастил марки С8. Высоту забора заказчик определяет сам: обычно от 1,5 до 3 м. По верхнему краю забора устанавливают заборную планку в цвет профнастила для защиты от атмосферных осадков и придания забору законченного вида.
Профнастил также используется для обшивки каркаса ворот и калитки. Каркас калитки и ворот сваривают из металлических труб или уголков и обшивают профнастилом с одной или с двух сторон. Ворота навешивают на столбы на петлях. Столбы для ворот и калитки должны быть большего сечения, чем опорные, поскольку на них приходится большая нагрузка. Ямы для воротных столбов бурятся большей глубины. Чтобы избежать перекосов воротных столбов, их часто скрепляют горизонтальной перемычкой.
Компания ZABORIVOROTA выполняет строительство заборов из различных видов профнастила с забутовкой столбов в грунт. Специалисты нашей компании помогут вам подобрать подходящий тип ограждения для вашего участка, выполнят предварительные замеры и разметку участка, рассчитают количество необходимых материалов и доставят их на участок. Наши мастера проведут все необходимые строительные работы с высоким качеством и в сжатые сроки. На все объекты мы предоставляем гарантию сроком на 1 год.
Компания ZABORIVOROTA выполняет работы в Московской, Рязанской, Тульской, Калужской, Смоленской, Тверской, Владимирской, Ярославской и Ивановской областях.
Индустриальный мир
Подготовка строительной площадки подразумевает под собой меры по обеспечению безопасности дорожного движения, обеспечение площадок для станков и склада для оборудования и материалов, а также подвод водоснабжения и электроэнергии.
В ходе процесса навивки в зависимости от конкретной ситуации можно отказаться от принятия мер безопасности в случае заполнения санируемого коллектора водой до 40%.
Небольшой поток может быть использован в последующем для лучшего движения трубы в процессе навивки и для фиксации трубы во время забутовки.
Очистка коллектора при использовании метода навивки осуществляется, как правило, посредством промывки под высоким давлением.
К подготовительным работам для релайнинга относится также устранение препятствий, таких как отвердевших отложений, врезок других коммуникаций, песка и т.д. Их устранение осуществляется при необходимости вручную при помощи фрезы, кувалды и зубила.
Врезки других коммуникаций
Ветки каналов, впадающие в коллектор, подлежащий санации, необходимо заглушить перед началом работ по восстановлению.
Контроль качества и количества материалов и оборудования
При доставке на стройплощадку необходимых материалов и оборудования осуществляется проверка их комплектности и качества. При этом, например, профиль проверяется на соответствие данным согласно сертификату качества для своей маркировки, достаточную длину, а также возможные повреждения, возникшие в результате транспортировки; фирменный забутовочный материал Blitzd?mmer® в свою очередь проверяется на достаточное количество и надлежащие условия хранения.
Перед монтажом навивочной машины может потребоваться частичное или полное удаление основания камеры, чтобы обеспечить соосность между машиной и санируемым коллектором. Удаление осуществляется, как правило, вскрытием основания камеры при помощи перфоратора или вручную с помощью кувалды и зубила.
Навивка трубы может осуществляться как по течению потока, так и против течения в зависимости от размеров камеры колодца и возможностей доступа к ней.
В нашем случае навивка трубы осуществляется против течения, так как камера колодца в низшей точке имеет большие размеры, что значительно облегчает процесс монтажа навивочной машины.
3. Монтаж навивочной машины
Доставка навивочной машины
Использованная в нашем примере навивочная машина с гидроприводом предназначена для футеровки трубопроводов с диаметром от 500 DN до 1500. В зависимости от диаметра трубопровода, в который навивается новая труба, используются навивочные коробы различного диаметра.
Вначале навивочная машина, разобранная на составные компоненты, доставляется к стартовому колодцу. Она состоит из лентопротяжного механизма и навивочного короба.
Опускание частей машины в шахту и монтаж навивочной машины
Составные части навивочного короба опускаются вручную в стартовую шахту и там монтируются.
Для диаметров до 400 DN машина может опускаться в шахту в собранном виде.
Перед опусканием лентопротяжного механизма с гидроприводом в стартовую шахту необходимо снять транспортировочные лапы лентопротяжного механизма.
Лентопротяжный механизм с гидроприводом монтируется на навивочный короб непосредственно в стартовой шахте. При этом приемная часть навивочной машины должна находиться ниже уровня горловины колодца для обеспечения беспрепятственной подачи профиля в лентопротяжный механизм.
Монтажные работы завершаются подключением гидропривода навивочной машины к гидравлическому агрегату, расположенному возле стартовой шахты.
Затем необходимо проверить соосность навивочной машины и санируемого коллектора, в противном случае в процессе навивки навиваемая труба может застопориться о стенки коллектора или испытывать сильное сопротивление с их стороны, что может негативно сказаться на длине санируемого участка.
4. Подготовка профиля
Разматывание и нарезка профиля
Для того чтобы первый виток навиваемой трубы находился под правильным углом к оси трубы, необходимо нарезать профиль при помощи «болгарки» в соответствии с диаметром трубы. Для этого необходимо размотать часть профиля с катушки, расположенной на станине.
Нарезанный профиль подается при помощи направляющего ролика, закрепленного на стреле манипулятора или другом приспособлении, в стартовую шахту.
Профиль подается в лентопротяжный механизм, проходит по внутренней стороне навивочного короба (следить за тем, чтобы профиль попадал в пазы на роликах; при необходимости поправить профиль вручную) и затем соединяется между собой при помощи так называемого замка-защелки (потери в диаметре за счет толщины профиля около 1-2 см).
Профиль в наличии
Диапазон диаметров от DN 200 до DN 1500.
5. Процесс навивки
Небольшой поток приподымает навиваемую трубу и уменьшает трение о нижнюю часть санируемого коллектора.
Профиль, образующий трубу, поступательно подается из навивочного короба вращательными движениями в направлении санируемого коллектора. При этом необходимо следить за тем, чтобы навиваемая труба не подвергалась сильному трению о стенки старого канала и не цеплялась за стыки, врезки и т.д.
Долгосрочная водонепроницаемость навиваемой трубы достигается за счет подачи специального ПВХ-клея в замки-защелки отдельных витков профиля.
Технологии защелкивания замков.
Клей подается в паз на одной стороне профиля, после чего сразу же происходит защелкивание замка с другой стороны профиля и таким образом возникает надежное сцепление обеих частей замка-защелки. Данный вид соединения получил также название метода «холодной сварки».
Технологии защелкивания замков.
Клей подается в паз на одной стороне профиля, после чего сразу же происходит защелкивание замка с другой стороны профиля и таким образом возникает надежное сцепление обеих частей замка-защелки. Данный вид соединения получил также название метода «холодной сварки».
6. Забутовка/Перекрытие межтрубного пространства раствором
Демонтаж машины и подгонка трубы.
Согласно метражу, нанесенному на обратной стороне профиля, можно рассчитать длину навитой трубы. После навивки трубы необходимой длины следует проверить, совпадает ли расстояние от конца трубы до приемного колодца с длиной трубы, выступающей из стартового колодца.
Если они совпадают, то навитая труба обрезается в стартовом колодце при помощи «болгарки».
Навитая труба, поддерживаемая потоком в коллекторе, легко задвигается двумя рабочими из стартового колодца в сторону приемного колодца, так что края трубы точно совпадают с краями обоих колодцев.
Данные действия позволяют сэкономить материал, так длина навитой трубы точно соответствует длине санируемого коллектора с учетом части трубы, выступающей в стартовый колодец и задвигаемой позже в коллектор.
Затем навивочная машина вновь демонтируется на отдельные части и извлекается из стартового колодца.
Перекрытие межтрубного пространства
Перекрытие межтрубного пространства между старой трубой и навитой трубой достигается при помощи внутренней цементировки сульфатсодержащим цементным раствором пространства около 20 см от края колодца. В зависимости от уровня подземных вод и диаметра трубы может возникнуть необходимость в б?льшем количестве патрубков для залива раствора и выпуска воздуха.
Перекрытие межтрубного пространства в высшей точке.
Вначале производится перекрытие межтрубного пространства в высшей точке (в данном случае – это приемный колодец). После заглушки межтрубного пространства и вставки патрубков для выпуска воздуха в основание и вершину цементного перекрытия сточный поток временно блокируется (регулировка потока), таким образом, работы в камере колодца могут проводиться без влияния со стороны сточных вод. Сточная вода, которая еще находится в межтрубном пространстве, стекает в направлении низшей точки, таким образом, межтрубное пространство опорожняется и готово к заливке цементным раствором. После завершения работ по перекрытию межтрубного пространства сточная вода пускается по навитой трубе санируемого коллектора.
Поднятие уровня воды в навитой трубе.
В ходе данного процесса также осуществляется регулировка сточного потока, в ходе которого навитая труба закрывается посредством, так называемого пузыря со сквозной профилированной трубой и трубой для регулировки уровня воды в навитой трубе. Таким образом, осуществляется поднятие уровня воды в навитой трубе и фиксация трубы на подошве старого канала в ходе процесса двухфазного заполнения межтрубного пространства. Тем самым гарантируется сохранение угла наклона и исключается возможность перегиба.
Перекрытие межтрубного пространства в низшей точке
Затем осуществляется перекрытие межтрубного пространства в низшей точке (в нашем случае это стартовый колодец).
По необходимости в свод перекрытия монтируются трубы для залива раствора, а патрубки для отвода воздуха в свод и подошву перекрытия. Труба, интегрированная в пузырь, имеет профильное наружное покрытие и не обеспечивает полную герметичность, что позволяет вытекать определенному количеству сточной воды. При помощи трубы для определения уровня воды всегда можно контролировать уровень сточных вод в навитой трубе.
Первый этап забутовки.
В нашем случае забутовка межтрубного пространства осуществляется из низшей точки в два этапа. Для этого у края колодца устанавливается резервуар для замеса забутовочного материала, к которому подсоединяется шланг для подачи раствора. Замешивание фирменного забутовочного материала марки Blitzd?mmer осуществляется согласно рекомендациям производителя в специальных резервуарах различных объемов.
Далее открывается вентиль резервуара-миксера, и раствор Blitzd?mmer без оказания внешнего давления свободно вливается в межтрубное пространство между старым каналом и новой навитой трубой. Сточная вода, заполнившая навитую трубу, препятствует ее всплытию.
Процесс замешивания и подачи раствора продолжается до тех пор, пока раствор не начнет вытекать из патрубка для отвода воздуха, вмонтированного в подошву перекрытия в низшей точке.
Сравнивая количество использованного забутовочного раствора с расчетным количеством, можно проверить, остается ли раствор в межтрубном пространстве или же уходит в грунт через свищи в старом канале. Если израсходованное количество раствора совпадает с расчетным, процесс забутовки продолжается, пока раствор не начнет вытекать из патрубка для отвода воздуха, вмонтированного в свод перекрытия в низшей точке. Первый этап забутовки считается завершенным.
Второй этап забутовки.
Затвердевание забутовочного материала длится 4 часа, при этом происходит незначительная осадка раствора в межтрубном пространстве. После затвердевания раствора начинается замешивание забутовочного материала Blitzd?mmer для второй фазы забутовки. Процесс заполнения межтрубного пространства можно считать завершенным, когда раствор начинает вытекать из патрубка отвода воздуха, вмонтированного в свод перекрытия в высшей точке.
Для контроля качества берется проба забутовочного раствора, вытекающего из патрубка для отвода воздуха в приемном колодце.
Затем осуществляется демонтаж патрубков для залива раствора и отводящих воздух патрубков в стартовом и приемном колодцах. Сквозные отверстия в перекрытиях цементируются.
7. Заключительные работы
Частично взломанная подошва камеры колодца восстанавливается.
Работы по интеграции врезок в новый канал осуществляются роботом.
Для контроля качества работ по восстановлению трубопровода проводится инспекция самого трубопровода, а также испытание на герметичность согласно DIN EN 1610.
К вопросу обоснования необходимости забутовки межтрубного пространства при реновации инженерных сетей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Орлов В.А., Хургин Р.Е., Пименов А.В.
В материале рассматриваются вопросы необходимости цементации межтрубного пространства трубопроводов при бестраншейном ремонте.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Орлов В.А., Хургин Р.Е., Пименов А.В.
Оценка эффективности реновации трубопроводов профильными полимерными трубами и защитными оболочками в условиях возможного теплового расширения и дефектов тела трубы
Определение нагрузок на трубопровод и проверка его несущей способности при бестраншейной реновации сетей
Восстановление ветхих трубопроводов предварительно сжатыми полимерными трубами
Реконструкция водопроводной сети с использованием полиэтиленовых труб и сильфонных компенсаторов
Гидравлические исследования и расчет напорных трубопроводов, выполненных из различных материалов
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «К вопросу обоснования необходимости забутовки межтрубного пространства при реновации инженерных сетей»
К ВОПРОСУ ОБОСНОВАНИЯ НЕОБХОДИМОСТИ ЗАБУТОВКИ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ РЕНОВАЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ
В.А. Орлов, Р.Е. Хургин, А.В. Пименов
В материале рассматриваются вопросы необходимости цементации межтрубного пространства трубопроводов при бестраншейном ремонте.
The presented information considers the problem of pipeline conservation by trenchless technology for the period of a pumping carburization.
Основной задачей проводимых исследований являлось выяснение целесообразности забутовки цементным или другим раствором межтрубного пространства при реновации ветхих водоотводящих сетей одним из распространенных методов бестраншейной технологии, т.е. путем протаскивания в них (в виде плети с бобины) труб меньшего диаметра. В случае использования в качестве протаскиваемых труб полимерных необходимо обоснование применения забутовки, что обусловлено их специфическими свойствами, которые могут влиять как на прочностные, так и гидравлические показатели работы трубопроводной системы.
Как известно, трубы из полимерных материалов обладают способностью удлинения при увеличении температуры окружающей среды и транспортируемой жидкости. При этом параметр термического (линейного) расширения материала характеризуется величиной коэффициента линейного расширения материала и не зависит от диаметра труб [1].
В пользу необходимости забутовки, например, при протягивании плетей полиэтиленовых труб, прежде всего, следует рассматривать вопросы исключения негативной реакции к сконцентрированной точечной нагрузке, т.е. опиранию трубопровода в каком-либо месте по его длине на жесткий предмет (стенку трубы), что со временем может провоцировать появление и распространение трещин. Кроме того, необходима оценка изменения гидравлических характеристик безнапорных трубопроводов как средства, обеспечивающего эффективную транспортировку сточных вод при возможном искривлении трубопровода за счет его удлинения в условиях отсутствия забутовки. Последнее обстоятельство играет значительную роль в обеспечении требуемых проектом гидравлических показателей потока.
Решение представленных выше задач производилось на примере с использованием теоретических выкладок и результатов натурных экспериментов на полиэтиленовых трубопроводах в лаборатории кафедры водоснабжения МГСУ.
Ремонт бестраншейным методом производится на трубопроводе диаметром 150 мм из чугуна путем протаскивания в него полиэтиленового трубопровода внутренним диаметром 95 м и наружным 110 мм. Длина трубопровода (от колодца до колодца) составляет S = 40 м. Перепад температур транспортируемой сточной воды в течение суток составляет At = 40 — 20 = 200C. Коэффициент линейного расширения полиэтилена составляет К = 0,00022 м/»С.
-величину линейного удлинения трубопровода ЛБ, м;
-возможную конфигурацию удлиненного полиэтиленового трубопровода при расположении в старом трубопроводе при заданных диаметрах труб;
-основные геометрические параметры возможного искажения полимерного трубопровода, т.е. количество и длину изгибов (волн), высоту прогиба над лотком и т.д.;
-последствия удлинения трубопровода с точки зрения изменения гидравлических элементов и влияния на прочностные характеристики трубопроводной системы;
-возможности исключения или сведения к минимуму последствий, связанных с линейным расширением трубопровода. Решение задачи.
Величина линейного удлинения протянутой внутрь старого трубопровода полиэтиленовой трубы начальной длины 40 м определяется по формуле (1):
ДБ = к&Б = 0,00022 • 20 • 40 = 0,176м (1) Таким образом, новая длина полиэтиленового трубопровода с учетом удлинения составит величину Р = 5 + ЛБ = 40,176 м.
Делая предположение о равномерном удлинении трубопровода, выразим величину Р как длину дуги, начальную протяженность трубопровода как хорду Ь = АВ, а хорду / = АМ, что схематично представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Схематичное изображение исходного положения и виртуального искривления полиэтиленовой трубы в восстанавливаемом трубопроводе 1 — исходное положение полиэтиленового трубопровода; 2 — конфигурация виртуального положения полиэтиленового трубопровода с прогибом после удлинения; 3 — восстанавливаемый
Для определения максимального прогиба или гребня к = ОМ (см. рис. 1), воспользуемся формулой Гюйгенса (2) для длины дуги [2]:
Так как величина Р известна, преобразуем формулу (2) в формулу (3) для отыскания длины хорды l:
Подставляя в формулу (3) значения известных величин, определяем длину хорды l = АМ = 20,066 м. Далее из прямоугольного треугольника AMO определяем высоту прогиба h = ОМ по формуле Пифагора (4):
h = OM = VAM2 — AO2 =420,0662 — 202 = 1,626м (4)
3/2010 ВЕСТНИК _3/20™_МГСУ
Прогиб к = 1,626 м является виртуальным, так как он выходит за габариты старого трубопровода. Максимально допустимый прогиб в условиях двухтрубной конструкции может составить лишь к = 150 — 110 мм или 0,04 м. В этом случае реальная конфигурация полиэтиленового трубопровода будет иной, а именно с изгибом в виде «змейки» с большим количеством волн (прогибов), как схематично представлено на рисунке 2.
Рис. 2. Примерная конфигурация реального состояния полиэтиленовой трубы внутри восстанавливаемого трубопровода: 1 — искаженный полимерный трубопровод после удлинения; 2 -восстанавливаемый трубопровод; 3 — вершины (волны) прогибов
Для описания новой конфигурации полиэтиленового трубопровода воспользуемся формулой Гюйгенса (2) и определим геометрические параметры «искажения», т.е. реальное количество прогибов (волн) и их высоты. Выдвигая гипотезу о равномерном распределении прогибов, и, что предполагаемая высота прогибов будет одинаковой по длине трубопровода и не превысит 0,04 м, количество волн может составить 1,626 / 0,04 = 40,65 штук. Тогда, условно принимая число расчетных участков в виде равномерных элементарных длин дуги на всей протяженности трубопровода от колодца до колодца в количестве 40 шт.; длина одного деформированного участка составит 40 м /41 = 0,976 м.
Для проверки гипотезы рассмотрим один элементарный деформированный участок длиной 0,976 м (см. рис. 1). Из прямоугольного треугольника AMO длина хорды l = АМ определится по следующей зависимости (5):
l = AM = s] OM2 + AO2 =40,042 + 0,4882 = 0,4896л (5)
Используя формулу Гюйгенса (2), определим длину дуги Р:
P = 2l + 1(2l — L) = 2 • 0,4896 + (2’0,4896 » 0,976) = 0,980266* 3 3
Таким образом, длина дуги составляет величину 0,980266 м, что больше, чем длина участка (хорды) в исходном состоянии, т.е. 0,976м. Разность этих величин соответствует удлинению и составляет 0,004266 м. Расчетная величина удлинения по формуле (1) составляет:
AS = kMS = 0,00022 • 20 • 0,976 = 0,00429м
Таким образом, разница между расчетной 0,00429 и предполагаемой 0,00466 величинами незначительна и составляет менее 0,56 %. Этим доказывается, что количество прогибов (волн) после температурного удлинения полиэтиленового трубопровода составит порядка 40 шт.
В качестве интерпретации полученных результатов следует отметить следующее: используемый для реновации полиэтиленовый трубопровод, подвергаясь линейному удлинению, приобретает конфигурацию «змейки», что отражается на прочностных
характеристиках двухтрубной системы, так как с одной стороны образуется риск появления негативных опор количестве порядка 40 точек распора, что может провоцировать напряжения, ведущие к появлению дефектов на полимерном трубопроводе, а также к повышенным напряжениям на стенку старого трубопровода. Отсюда основным выводом из теоретических предпосылок является необходимость забутовки межтрубного пространства, предотвращающего искривления полимерного трубопровода в пределах габаритов старого.
В целях доказательства необходимости забутовки с точки зрения сохранения гидравлических показателей потока были проведены серии натурных экспериментов на деформированных трубопроводах, имитирующих явления термического удлинения.
Эксперименты проводились на гидравлическом стенде, общий вид которого представлен на рисунке 3.
Рис. 3. Гидравлический стенд с трубопроводом, имеющим искривлённую конфигурацию с двумя волнами
Опыты проводились по специально разработанной методике, включающей определение ряда гидравлических показателей с помощью пьезометров и трубок Пито, установленных соответственно в точках 1 и 2 вблизи от начале и конца трубопровода, имеющего длину 10 м. Гидравлические эксперименты проводились при двух конфигурациях трубопровода: с одним и с двумя волнами и разными величинами гребней.
Исследования проводились в широком диапазоне уклонов трубопровода (0,010,03) как при неизменном, так и различном значении расхода (скорости), измеряемого с помощью ультразвукового расходомера ОКиКБГОБ СИЕ 90-2-2 с регулируемым компьютерным приводом.
Сущность экспериментов на искривленных участках трубопровода состояла в том, чтобы показать картину изменения гидравлических элементов потока жидкости и оценить их последствия для эффективной работы безнапорных водоотводящих сетей, в первую очередь, как причину нарушения их транспортирующей способности. Последнее обстоятельство весьма значимо для обеспечения требуемого гидравлического режима водоотводящих сетей малого диаметра, в частности водоотводящих выпусков из зданий и дворовой сети.
В режиме работы трубопровода с одним прогибом (волной) анализу подлежало выявление закономерностей изменения скоростного напора и наполнения от величины гребня до и после участка деформации при уклонах 0,01 и более и постоянном расходе жидкости. При этом оценке подлежала динамика изменения абсолютных значений данных величин, а также процента их прироста или спада на расчетном участке между 1 и 2 точками. Результаты экспериментов представлены на графиках рисунка 4.
Величина гребня, см
Рис. 4. 1, 2 — соответственно кривые прироста скоростного напора и спада наполнения (в абсолютных величинах и в процентах), 3 — кривая подпора (увеличения наполнения) перед первой точкой (в начале прогиба)
Как следует из графиков рисунка 4 (кривая 1), наблюдается значительный прирост скоростного напора: от 12 до 40, 99 % в диапазоне величин гребня 0,8 — 3,4 см. Это, прежде всего, свидетельствует о том, что местная скорость течения после преодоления препятствия возрастает, например, при гребне 3,4 см в 1,18 раз. Однако после препятствия уменьшается наполнение. При этом согласно кривой спада 2 динамика следующая: от 3 до 9,42 %. Кроме того, наличие гребня приводит к подпору перед ним (кривая 3), который образуется при определенной высоте гребня (в экспериментах с уклоном 0,01 при величинах от 1,4 до 2,4 см). Кроме того, уменьшение наполнения в трубопроводе после гребня может оказывать отрицательное влияние на транспортировку грубодисперсных примесей, т.е. не способствует их равномерному перемещению потоком жидкости.
Эксперименты с двумя гребнями на трубопроводе подтвердили негативную динамику изменения гидравлических элементов потока при всех режимах работы трубопровода в диапазонах уклонов 0,01-0,03. Динамика изменения (увеличения) скоростного напора от высоты гребней представлена в таблице 1.
Согласно данным таблицы 1 прослеживается трогая тенденция: увеличение уклона 1 при неизменной высоте гребня, например, для 4,5 см при 1=0,015 и 1=0,02 или 6,5 см при 1=0,02 и 1=0,025 и т.д. приводит к меньшему росту скоростного напора. Аналогичная закономерность прослеживалась при увеличении расхода и неизменном укло-
не. Например, по данным экспериментов на двух волнах при уклоне 1=0,03 и высоте гребня 8,5 см падение скоростного напора составляет 3,4 раза при расходе 15,27 м3/ч, 3,05 раза при расходе 17,02 м3/ч и 2,79 раза при расходе 21,2 м3/ч. Другими словами, увеличение уклона или расхода являются средством своеобразной компенсации искривления трубопровода. Отсюда можно сделать вывод, что наихудшие условия транспортирования сточных вод, очевидно, будут наблюдаться при малых уклонах и диаметрах трубопроводной сети в часы минимального водопотребления.
Результаты гидравлических экспериментов при постоянном расходе, различных уклонах и высотах гребней
Уклон трубо- Высота гребня, Скоростной напор Скоростной напор Увеличение скоро-
провода i см в 1-ой точке, см во 2-ой точке, см стного напора, раз
0,01 1,5 5,2 7,80 1,50
0,015 3,0 5,9 10,4 1,76
0,02 4,5 6,5 13,2 2,03
0,025 6,5 7,3 16,8 2,31
0,03 8,5 6,4 19,8 3,40
Таким образом, при наличии нескольких волн и соответственно гребней разной высоты картина течения становится хаотической: скорость пульсирует, наблюдаются локальные области, работающие при полном наполнении, а наполнение уменьшается. Это может привести к тому, что при транспортировке потока реальных сточных вод, содержащих крупногабаритные примеси и песок, возможно образование заторов или появление наносов.
Основным выводом по результатам проведенных исследований является то, что теоретические и экспериментальные разработки подтверждают необходимость забутовки межтрубного пространства, что позволит исключить волнистость трубопровода за счет температурных перепадов и тем самым предотвратить негативные последствия для него с точки зрения гидравлики и прочности конструкции.
1. Храменков C.B., Примин О.Г., Орлов В.А. / Реконструкция трубопроводных систем // АСВ.-2008.- 215 с.
2. Выгодский М.Я. / Справочник по элементарной математике // Наука.- 1976.- 335 с.
Ключевые слова: трубопровод, цементация, бестраншейная технология, реновация, деформация, прочность, скорость.
Key words: pipeline, carburization, trenchless technology, renovation, deformation, strength, velocity.
Статья представлена редакционным советом «Вестник МГСУ»
E-mail авторов: siemens @yauza.ru