Описание машины для подъема труб: типы, как они работают и когда их использовать

Что такое трубопрокатная машина и как она работает?

А машина для подъема труб представляет собой бестраншейную строительную технику, используемую для прокладки подземных труб без необходимости рытья открытых траншей на всем протяжении трассы. Вместо того, чтобы разрывать дороги, тротуары или ландшафты, машина проталкивает (или «домкратит») секции труб через землю от пусковой ямы к приемной яме. Этот подход широко используется для канализационных линий, водопроводов, газопроводов и инженерных сетей, проходящих под дорогами, железными дорогами, реками и плотно застроенными городскими районами.

Основной принцип работы заключается в использовании мощной гидравлической подъемной рамы, расположенной внутри пусковой ямы. Эта рама применяет контролируемую осевую силу, чтобы протолкнуть ведущую секцию трубы, которая обычно оснащена режущей головкой или щитком, сквозь почву. По мере того, как выкопанный материал удаляется с забоя (механически или с помощью суспензии), новые секции труб добавляются за последней, и процесс подъема продолжается постепенно, пока цепочка труб не достигнет приемной ямы на другом конце.

Современные системы подъема труб полностью управляемы, что означает, что оператор может в реальном времени корректировать выравнивание и уклон с помощью лазерного наведения или гироскопических систем. Эта точность делает их подходящими для проектов с жесткими допусками, таких как самотечные канализационные установки, требующие точных уклонов.

Основные типы трубоподъемных машин

Не все трубоподъемное оборудование одинаково. Выбор типа машины зависит от диаметра трубы, состояния почвы, длины привода и бюджета проекта. Вот наиболее часто используемые варианты:

Микротоннельные машины (МТБМ)

Машины для прокладки микротоннелей имеют дистанционное управление и предназначены для труб меньшего диаметра — обычно от 150 до 1500 мм. Оператор управляет машиной с поверхности с помощью кабины управления с системой видеонаблюдения и лазерной системой наведения. Шлам используется для транспортировки шлама обратно на поверхность через специальную возвратную трубу. МТБМ обладают высокой точностью и могут обрабатывать широкий спектр типов почв, включая мягкую глину, гравий и даже камни, при правильной конфигурации режущей головки.

Машины для прокачки труб с балансировкой давления земли (EPB)

Машины EPB используют сам выкопанный грунт, обработанный пеной, бентонитом или полимерами, для балансировки давления на грунт на режущей поверхности. Это предотвращает оседание почвы и делает их идеальными для мягких, водоносных или смешанных почв. Они обычно используются в городских условиях, где необходимо свести к минимуму проседание поверхности. Трубоподъёмные установки типа EPB доступны как для прокладки микротоннелей малого диаметра, так и для туннелей большего размера с доступом людей.

Машины для подъема труб с шламовым щитом

Эти машины создают давление на забой бентонитовой суспензии, которая поддерживает грунт, а также транспортирует шлам обратно на поверхность по трубопроводу. Затем пульпа перерабатывается на сепарационной установке на поверхности, очищается и рециркулируется. Машины для навозной жижи особенно эффективны на нестабильных грунтах, рыхлых песках и ниже уровня грунтовых вод. Они, как правило, работают быстрее, чем системы на основе шнеков, на более длинных приводах.

Аuger Boring Machines

Аuger boring is a simpler, cost-effective form of pipe jacking used in dry, stable soils. A rotating auger inside the casing pipe carries the cuttings back to the launch pit. These machines are typically used for shorter drives and smaller diameters. They are not steerable, which limits their use to projects where alignment precision is less critical.

Машины для забивки труб

Для трамбовки труб используется пневматический или гидравлический молот, прикрепленный к задней части стальной обсадной трубы. Сила удара пробивает трубу сквозь землю, не вращая и не разрезая — почва просто смещается или уплотняется. Этот метод быстрый и мощный, что делает его пригодным для проезда под насыпями, автомобильными и железными дорогами на крупнозернистых почвах. Однако он не обеспечивает возможности рулевого управления и лучше всего подходит для коротких прямых поездок.

Ключевые компоненты системы подъема труб

А pipe jacking setup is more than just the boring machine at the front. The full system includes several integrated components working together:

• Подъёмная рама: Главный гидравлический пресс установлен в пусковой яме. Он применяет толкающую силу к колонне труб. Домкратные рамы оцениваются по их грузоподъемности, которая обычно варьируется от 50 тонн до более 2000 тонн для приводов большого диаметра.
• Режущая головка/Щит: Ведущий элемент в передней части колонны труб, роющих грунт. Его конструкция различается: вращающиеся дисковые фрезы для камней, открытые щитки для мягкого грунта или камеры под давлением для нестабильных грунтов.
• Подъёмные трубы: Специально разработанные трубы из бетона, стали или стеклопластика (стеклопластика), способные выдерживать подъемные силы без растрескивания. Обычно они имеют прецизионные соединения, обеспечивающие выравнивание и водонепроницаемость.
• Промежуточные подъемные станции (IJS): На более длинных приводах трение вдоль колонны труб может превышать грузоподъемность основной подъемной рамы. Установки IJS устанавливаются через определенные промежутки внутри колонны труб для обеспечения дополнительной толкающей силы изнутри, что значительно увеличивает достижимую длину привода.
• Система смазки: Бентонитовую или полимерную суспензию впрыскивают через отверстия в стенке трубы, чтобы уменьшить поверхностное трение вдоль кольцевой полости между трубой и окружающим грунтом. Это критично при длительных поездках и по липкой глине.
• Система наведения: А laser beam projected from the launch pit to a target inside the machine provides continuous alignment data. More sophisticated projects may use gyroscopic or Total Station-based guidance for curved alignments.
• Система удаления мусора: В зависимости от типа машины это может быть пульпопровод, шнек, ленточный конвейер или система навозных тележек для туннелей для входа людей.

Прокладка труб и прокладка траншей открытым способом: прямое сравнение

Во многих проектах инженерам приходится выбирать между традиционными раскопками открытым способом и бестраншейной прокладкой труб. Вот как эти два метода сочетаются с ключевыми факторами проекта:

Состояние почвы и выбор машины

Одним из наиболее важных решений в любом проекте по подъему труб является подбор правильной машины в соответствии с преобладающими условиями грунта. Использование неправильного типа режущей головки или щитка может привести к нестабильности торца, заклиниванию машины, чрезмерному износу или сбою проекта. Тщательное геотехническое исследование перед началом работ не является обязательным, оно необходимо.

Мягкие глины и илы

Эти почвы склонны к пучению и сдавливанию, особенно под городскими дорогами или вблизи существующих построек. Здесь хорошо работают машины EPB с закрытыми щитками, поскольку они поддерживают постоянную поддержку забоя и минимизируют движение грунта. Кондиционированная почва на шнековом конвейере действует как буфер давления.

Песок и гравий ниже уровня грунтовых вод

Насыщенные гранулированные почвы нестабильны и требуют либо навозной машины, либо EPB под давлением. Здесь особенно эффективны шламовые системы, поскольку бентонитовая суспензия быстро проникает в поровое пространство, образуя устойчивую фильтровальную корку на забое туннеля. Обезвоживание всегда следует рассматривать как альтернативную или дополнительную меру.

Условия смешанного типа

Приводы, которые сталкиваются как с камнями, так и с мягким грунтом в одном и том же поперечном сечении, являются одними из самых сложных. В этих сценариях используются многорежимные машины, способные переключаться между режимами EPB и работой навозной жижи, или специальные режущие головки для смешанного грунта с дисковыми фрезами и скребками.

Рок

При подъеме труб из твердых пород используются режущие головки, оснащенные дисковыми фрезами из карбида вольфрама, аналогичные тем, что используются на полнозабойных ТБМ. Порода скорее расколота и расколота, чем выкопана. Скорость износа высока, и периодически требуются проверки режущей головки, что обычно означает доступ людей или промежуточный доступ к валам на очень длинных приводах.

Ограничения длины накопителя и способы их расширения

А fundamental constraint in pipe jacking is the maximum achievable drive length before the friction forces on the pipe string exceed what the jacking frame can overcome. In ordinary conditions and without lubrication, drive lengths might be limited to 80–150 meters. However, with modern techniques and equipment, drives of 500 meters or more are achievable.

Основные стратегии увеличения длины привода включают в себя:

• Бентонитовая смазка: Впрыскивание смазки через отверстия в стенке трубы значительно снижает поверхностное трение — иногда на 50% и более, в зависимости от типа почвы и объема внесения.
• Промежуточные подъемные станции: Гидравлические кольца IJS устанавливаются через запланированные интервалы внутри колонны труб. Они активируются последовательно, чтобы продвинуть секции трубы вперед, снижая нагрузку на любую отдельную точку системы.
• Негабаритная режущая головка: Использование режущей головки, немного превышающей внешний диаметр трубы (создание кольцевой полости), снижает контактное трение по всей границе раздела труба-грунт.
• Высокопроизводительные домкратные рамы: Модернизация основной подъемной рамы большего размера обеспечивает дополнительный резерв тяговой мощности для предотвращения непредвиденного увеличения трения.

Материалы труб, используемые при подъеме труб

Трубы, используемые при подъеме трубопровода, специально спроектированы так, чтобы выдерживать как подъемные силы во время установки, так и эксплуатационные нагрузки на протяжении всего срока службы трубопровода. Наиболее часто используемые материалы для труб:

• Железобетонные трубы (ЖБТ): Наиболее широко используемый материал для самотечной и ливневой канализации. Доступны диаметром от 300 мм до 3000 мм, со стальными концевыми кольцами для передачи подъемного усилия. Высокая прочность на сжатие, но требует осторожного обращения во избежание растрескивания.
• Стальная труба: Используется для напорных трубопроводов, таких как водопроводы и газопроводы. Обладает высокой устойчивостью к подъемным нагрузкам и может быть сварен в секциях. Часто имеет внутреннее (эпоксидное) и внешнее (полиэтиленовое или наплавленное) покрытие для защиты от коррозии.
• Стеклопластик (GRP/RTRP): Легкий и устойчивый к коррозии. Используется в химических или агрессивных почвенных средах. Стеклопластиковые трубы должны быть специально разработаны для подъема домкратом, чтобы выдерживать сжимающую нагрузку без коробления.
• Труба из ковкого чугуна: Используется для напорных магистралей меньшего диаметра. Прочный, долговечный и устойчивый к внутреннему давлению. Соединения должны быть адаптированы для подъема домкратом, чтобы выдерживать продольную нагрузку.
• Полимербетонные трубы (PCP): А composite material offering excellent chemical resistance and smooth internal surface. Used for aggressive sewer environments where standard concrete would corrode over time.

Общие применения трубоподъемного оборудования

Трубоподъёмные машины используются в широком спектре секторов инфраструктуры. Их способность работать под существующими конструкциями и поверхностями без серьезных нарушений делает их незаменимыми в современном гражданском строительстве:

• Пересечения дорог и автомагистралей: Установка водопропускных труб, дренажных труб и инженерных сетей под основными дорогами и автомагистралями без нарушения движения транспорта.
• Железнодорожные переходы: Создание подземных пешеходных переходов или переходов под железнодорожными путями под напряжением, где земляные работы на поверхности были бы непрактичными или опасными.
• Переходы через реки и водотоки: Прокладка труб под реками или приливными устьями, где ГНБ или открытый разрез невозможны из-за ограничений окружающей среды или глубины.
• Городские канализационные системы: Прокладка самотечной канализации с точным контролем уклона в густонаселенной городской среде, где нарушение поверхности недопустимо.
• Аirport Infrastructure: Установка дренажных и инженерных трубопроводов под взлетно-посадочными полосами и рулежными дорожками без ущерба для выполнения полетов.
• Промышленные объекты: Прокладка трубопроводов через существующие заводы и объекты, где ограничения по высоте или непрерывность процесса не позволяют проводить земляные работы на поверхности.

Соображения по охране здоровья, безопасности и окружающей среды

Хотя подъем труб во многих отношениях по своей сути безопаснее, чем открытые раскопки — меньше открытых траншей, меньшее взаимодействие транспортных средств, меньший риск обрушения — он вводит свой собственный набор соображений безопасности, которыми необходимо тщательно управлять.

Пусковые и приемные ямы представляют собой замкнутые пространства, и управление ими должно осуществляться в соответствии с правилами ограниченного пространства. Рабочие, входящие в ямы, должны быть оснащены оборудованием для обнаружения газа, соответствующими СИЗ и системами аварийного поиска. Поддомкрачивающая рама и гидравлические системы работают под чрезвычайно высокими нагрузками, что требует компетентных операторов и регулярных проверок оборудования.

В системах на основе шлама установка по разделению бентонита образует шлам, который необходимо утилизировать в соответствии с местными экологическими нормами. Сброс загрязненной бентонитом воды в ливневые стоки или водотоки является незаконным в большинстве юрисдикций. На объектах, соответствующих требованиям, обязательны соответствующие отстойники, системы переработки и лицензированные маршруты утилизации.

Шум и вибрация от поддомкрачивания, особенно от пробивки труб, должны контролироваться вблизи чувствительных объектов, таких как школы, больницы и жилые дома. Мониторинг вибрации и ограничения рабочего времени обычно вводятся в качестве разрешительных условий в городских районах.

Как правильно выбрать подрядчика по подъему труб

Выбор подходящего подрядчика для проекта подъема труб так же важен, как и выбор подходящей машины. Ключевые моменты, которые следует оценить при проведении тендера или назначении специализированного подрядчика, включают:

• Подтвержденный опыт работы в конкретных почвенных условиях и диапазоне диаметров труб, соответствующих вашему проекту.
• Записи о владении и техническом обслуживании используемого трубоподъемного оборудования — арендованные у третьих лиц машины могут привести к неопределенности в отношении их работоспособности.
• А clear methodology statement covering pit design, ground support, face management, lubrication plan, guidance system, and contingency for unexpected conditions.
• Предложения по мониторингу населенных пунктов для городских поездок вблизи существующих сооружений с определенными уровнями срабатывания и ответными действиями.
• Рекомендации по сопоставимым проектам, завершенным за последние три-пять лет, в идеале с контактными данными для проверки.
• Данные о здоровье и безопасности — запросите у них количество происшествий, подлежащих отчетности в RIDDOR, и проверьте все недавние уведомления о правоприменении.

Самый дешевый тендер редко является лучшим выбором при прокачке труб. Подрядчик без необходимого опыта или оборудования для ваших конкретных условий может стоить значительно больше задержек, исправлений и претензий, чем первоначальная экономия на цене контракта.