Bezwykopowa instalacja przewodów przy użyciu technologii przewiertowych
Przewierty sterowane i wiercenia kierunkowe [książka, ib021s084.pdf]
Wiercenia kierunkowe są technologią stosowaną do przekroczeń większych przeszkód terenowych i zazwyczaj długości jednorazowo wbudowywanych rurociągów i ich średnice są większe niż te wykonywane przy pomocy przewiertów sterowanych, choć nie ma jednoznacznie określonych granic użytkowania obu metod. Technologia wbudowywania rurociągu jest właściwie w obu metodach taka sama i coraz częściej oba pojęcia stosuje się wymiennie.
Cecha wyróżniającą przewierty jest minimalny wpływ na środowisko oraz szybki postęp prowadzonych prac wiertniczych. Metoda ta stosowana jest tam, gdzie tradycyjne instalacje w wykopach są niemożliwe albo niepraktyczne. Wiercenia można wykonywać w bardzo szerokim zakresie warunków geotechnicznych i w bliskiej odległości od istniejących instalacji. Rurociągi mogą być wykonywane z bardzo różnych materiałów: stali, żeliwa sferoidalnego, tworzyw sztucznych. Podstawowe zalety technologii:
wysokie bezpieczeństwo instalacji
długość i/lub głębokość przewiertu
krótki czas realizacji
zdolność wiercenia po skomplikowanych trajektoriach
ekonomiczność
Wiercenia kierunkowe dla instalacji rurowych zostały zapoczątkowane w latach 70-tych w Stanach Zjednoczonych. Pierwszy przewiert powszechnie uznany za pionierski to instalacja 4-całowego stalowego rurociągu na długości ok.180m pod rzeką Pajora w Kalifornii w 1971r. Sama idea została zaczerpnięta z głębokiego wiertnictwa naftowego, lecz ze względu na specyfikę wiercenia na niedużych głębokościach, wiele rozwiązań musiało być oryginalnych. Metoda ta zrewolucjonizowała układanie rurociągów pod rzekami, jeziorami i niedostępnymi terenami. Od 1979r. następowało wyraźne zwiększenie osiągów technologii, a pod koniec lat 80-tych powstały pierwsze seryjnie produkowane kompaktowe wiertnice. Technologia stawała się coraz bardziej dostępna ze względu na coraz większą podaż średnic i małych urządzeń wiercących i na początku lat 90-tych pojawiła się w Polsce. Obecnie coraz częściej stosuje się ją nie tylko do pokonywania przeszkód czy barier, lecz jako alternatywa dla tradycyjnych metod inżynierskich w instalacjach liniowych. Wiercenia dotychczas znajdowały zastosowanie w branży telekomunikacyjnej, w budowie sieci elektrycznych, instalacjach wodociągowych i kanalizacyjnych, przesyłowych rurociągach paliwowych oraz gazowniczej sieci dystrybucyjnej. W ostatnich latach zakres ten poszerzył się o instalacje drenażowe i systemy geotermalne.
Przewierty sterowane - technologia [książka]
Etapy: (zdjęcia)
wiercenie pilotowe - W zaplanowanej osi rurociągu wykonuje się otwór pilotażowy. Otwór drąży się w dół pod kątem mniejszym niż 20 stopni(kąt wejścia) i na zaprojektowanej głębokości zmienia się kierunek na poziomy. Żerdzie wiertnicze wciskane w grunt z jednoczesnym ich obracaniem, połączone są ze sobą połączeniami gwintowanymi i tworzą przewód wiertniczy. W tym etapie możliwe jest sterowanie przewiertem. Głowica pilotowa, gdy jest wciskana w grunt i jednocześnie obracana, trajektoria przewiertu jest prostoliniowa, gdy tylko wciskana - następuje skręt w kierunku zależnym od położenia głowicy. Urabianie gruntu głowicą pilotową wspomagane jest zazwyczaj płuczką wiertniczą. Zwykle nie wykonuje się wykopów początkowych ani docelowych, lecz można takie wykonać, dla skrócenia długości przewiertu.
rozwiercanie gruntu - Głowicę pilotowa wymienia się, od strony wyjścia, na odpowiedniej wielkości głowicę rozwiercającą (rozwiertak lub poszerzacz). Do głowicy montuje się żerdzie wiertnicze i rozwiertak wraz z przewodem wiertniczym przeciąga się w stronę wiertnicy. Od strony punktu wyjścia systematycznie dokłada się żerdzie wiertnicze, jednocześnie są one odbierane w punkcie wejścia, w wiertnicy. Po osiągnięciu przez rozwiertak punktu wejścia, jest on demontowany, żerdzie są łączone ze sobą, a w punkcie wyjścia montuje się rozwiertak o większej średnicy. W zależności od wymaganej średnicy otworu, rozwiercanie może być jednokrotne lub wielokrotne.
wciąganie rurociągu - Bezpośrednio za rozwiertakiem, który wykonuje ostatnie poszerzenie lub tzw. marsz czyszczący, montuje się zespawany lub zgrzany w całości rurociąg. W celu zmniejszenia oporów wciągania rurociągu, poprzez przewód wiertniczy podaje się płuczkę bentonitową. W wypadku większych średnic dodatkowo układa się rurociągi na specjalnych rolkowych prowadnicach, podwiesza lub stosuje się balastowanie rurociągu (zazwyczaj przy rurociągach polietylenowych). Rurociąg mocuje się do głowicy rozwiercającej za pomocą łącznika obrotowego, który zapobiega obracaniu się rurociągu podczas wciągania. Można wciągać jednocześnie jeden przewód lub wiele.
Płuczka wiertnicza [książka, ib_03odksztalcenia.pdf, ib006s080.pdf, ib021s084.pdf]
Płuczka wiertnicza podawana jest we wszystkich 3 etapach wykonywania rurociągu i pełni istotne funkcje:
rozmywanie i urabianie gruntu
transport urobku
chłodzenie i smarowanie głowicy
umacnianie wykonanego odwiertu
redukcja tarcia gruntu o zewnętrzną powierzchnie rurociągu
zabezpieczenie wciąganego rurociągu
napędzanie wgłębnych silników płuczkowych
Zazwyczaj stosuje się płuczki bentonitowe czyste, modyfikowane syntetycznymi polimerami lub polimerowe beziłowe (np. do instalacji rurociągów drenarskich, gdy konieczna jest płuczka biologicznie rozkładalna, aby zapobiec zatkaniu strefy przyotworowej). Pewną popularność zdobyły też systemy przygotowywane na bazie wody morskiej oraz płuczki o wysokiej zawartości jonów wapnia służące do przewiercania długich interwałów w formacjach ilastych. Płuczkę przygotowuje się w specjalnych zbiornikach, zaś podawanie płuczki do wiertnicy następuje za pomocą pomp nurnikowych - w małych urządzeniach lub typu tłokowego - przy średnich i dużych. Płuczki bentonitowe są nieszkodliwe dla środowiska i w przypadku małej ilości użytej płuczki i małej ilości zwiercin, na terenach niezurbanizowanych nie stosuje się separacji płuczki od urobionego gruntu. W innym przypadku używa się specjalne urządzenia odzyskujące płuczkę z urobku.
Projektowanie płuczki
Instalacja rurociągów z wykorzystaniem tradycyjnych metod odkrywkowych zazwyczaj powoduje odkształcenie gruntu objawiające się najczęściej w postaci osiadającego koryta lub niecki. Stosowanie właściwie zaprojektowanej płuczki, dobrych praktyk wiertniczych i projektu wiercenia może ograniczyć, a nawet wyeliminować odkształcenia gruntu powyżej rurociągu. Różne formacje geologiczne wymagają, aby płyny wiertnicze miały określone właściwości. Jeżeli zwiercana formacja jest gruntem małozwięzłym, zadaniem płuczki wiertniczej jest tworzenie struktury utrzymującej w zawieszeniu zwierciny i umożliwiającej ich transportowanie w przestrzeni pierścieniowej do wylotu otworu, zapobieganie ucieczkom płuczki do formacji przepuszczalnych i niedopuszczenie do zawalenia się .ściany otworu. Jeżeli zwiercana formacja jest gruntem zwięzłym, wówczas płuczka wiertnicza musi wspomagać oczyszczenie świdra lub poszerzacza i ograniczać naturalną tendencję iłu do pęcznienia. Projektowanie właściwej płuczki zależy od złożonych interakcji między cechami formacji geologicznej, chemią wody, dodatkami uzupełniającymi, urządzeniami do przygotowania płynu, narzędziami wiertniczymi oraz objętością urobku usuwanego z otworu i zastępowanego płuczką. W prawidłowo zaprojektowanym i budowanym otworze ciśnienie płuczki wiertniczej powinno być wystarczające, aby minimalizować osiadanie powierzchni i odpowiednio małe, tak by zapobiegać wysadzaniu powierzchni.
Przewierty wykonywane na sucho
Niektóre urządzenia do przewiertów sterowanych projektowane są do wiercenia na sucho. Są one prostsze i mniejsze niż urządzenia pracujące z płuczką. W przedniej części przewodu wiertniczego posiadają młot pneumatyczny wysokiej częstotliwości, wspomagający urabianie gruntu. Poszerzacze posiadają dysze powietrzne zasilane sprężonym powietrzem, wspomagające oczyszczanie otworu z urobku. Do wbudowywania rurociągów o średnicy powyżej 250mm dodatkowo stosuje się młot poszerzający o napędzie pneumatycznym, zamocowany do żerdzi wiertniczych. Czasami dodatkowo wspomaga się urabianie gruntu przez podawanie mgły wodnej lub specjalnej pianki. Technikę te stosuje się wyłącznie w gruntach dających się zagęszczać.
Urządzenia wiertnicze i elementy przewodu wiertniczego [książka, ib3_03silniki.pdf, ib021s084.pdf] (zdjęcia)
Do wbudowywania rurociągów używa się wiertnic. Stanowią one konstrukcję, w skład których zazwyczaj wchodzą:
samobieżny mechanizm gąsienicowy lub kołowy
laweta wiertnicza
agregat prądotwórczy
zespół hydrauliczny
pompa płuczkowa
Laweta wiertnicza ma możliwość ustawienia jej pod kątem do poziomu, odpowiadającym projektowanemu kątowi wejścia żerdzi wiertniczych. Podawanie żerdzi wiertniczych w małych wiertnicach odbywa się zazwyczaj ręcznie, natomiast w dużych wiertnicach stosowane są automatyczne układy podawania żerdzi. W wiertnicach bardzo dużych podawanie żerdzi może odbywać się za pomocą dźwigu. Niektóre wiertnice wyposażone są w mechanizm udarowy, wspomagający wiercenie w trudnych warunkach. Producenci w sposób ciągły modyfikują istniejące konstrukcje. Rozwiązania techniczne dążą do podniesienia niezawodności konstrukcji oraz zapewnienia niskiej uciążliwości dla konstrukcji. Większość funkcji urządzenia sterowane jest przez wiertacza, a sam proces wiercenia jest coraz dokładniej monitorowany, tym samym zwiększając bezpieczeństwo i optymalizując proces wiercenia.
Podstawowe parametry techniczne wiertnic to:
siła uciągu
siła pchania
moment obrotowy
długość
średnica
promień gięcia żerdzi
rodzaj napędu
prędkość obrotowa wrzeciona
wartość strumienia objętości pompy płuczkowej
Równie ważny jest wybór narzędzi do wiercenia pilotowego i poszerzania otworu, który determinują warunki gruntowe. (zdjęcia, zdjęcia, bo Ne wiem co napisać :P) coś o silnikach wgłębnych (napędzane płuczką), ale nie wiem kiedy i jak się je stosuje
Systemy sterowania i kontroli [książka, ib021s084.pdf, ib2_03metody.pdf, ib005s031.pdf]
Zasadniczym elementem sterowania jest specjalnie ukształtowana głowica pilotowa. Do określenia ustawienia głowicy często używa się określenia godzinowego na tarczy zegara np. głowica pilotowa ustawiona na godzinę 12, oznacza że głowica ustawiona jest w taki sposób, iż po jej wciśnięciu bez obrotu nastąpi odchylenie trajektorii otworu pilotowego w górę. Do kontroli parametrów wykonywanego otworu stosuje się najczęściej systemy radiolokacji, magnetyczny i elektromagnetyczny, teleoptyczny (przeciski hydrauliczne sterowane). Sporadycznie wykorzystuje się systemy oparte na śledzeniu wypływu płuczki, a w fazie wdrażania jest system żyroskopowy.
System radiolokacji
System radiolokacji znany jest również pod innymi nazwami: radiometryczny, lokalizacji radiowej, radiodetekcji. Jest to system łatwy w obsłudze, wyniki pomiarów są jednak obarczone sporym błędem, zwłaszcza podczas wiercenia na głębokościach większych niż 20m. W skład systemu radiolokacji wchodzi: sonda, przenośny lokalizator, monitor dla operatora wiertnicy i dodatkowo indukcyjny generator sygnału, wspomagający lokalizowanie sieci podziemnych. Sonda umieszczona jest w specjalnej obudowie, znajdującej się bezpośrednio za głowicą pilotową. Emituje ona sygnał radiowy, który jest odbierany przez lokalizator znajdujący się na powierzchni terenu. Najnowsze rozwiązania pozwalają na odbieranie i przetwarzanie informacji bez konieczności bezpośredniego usytuowania lokalizatora nad nadajnikiem. Jest to szczególnie istotne przy przekroczeniach żeglownych rzek, węzłów klejowych, autostrad i lotnisk. Jednak uzyskane informacje obarczone są większym błędem odczytu.
Systemy magnetyczne i elektromagnetyczne
System ten stosuje się w sytuacji silnych zakłóceń magnetycznych, np. w sąsiedztwie linii energetycznych i trakcji zasilanych oraz przy dużych głębokościach przewiertu, kiedy to odbiór sygnału z sondy nadawczej przez lokalizator jest nieprecyzyjny lub zupełnie niemożliwy. Zasadą działania systemu magnetycznego jest wykorzystanie naturalnego ziemskiego pola magnetycznego. Układ czujników magnetycznych i grawitacyjnych umożliwia orientację sondy pomiarowej pod powierzchnią ziemi. System elektromagnetyczny działa na zasadzie lokalizacji sondy w polu magnetycznym wytworzonym przez przepływ prądu stałego w odpowiednio ułożonej na powierzchni terenu i umiejscowionej względem osi przewiertu pętli z przewodu elektrycznego. System ten jest praktycznie niewrażliwy na zakłócenia i stosuje się go w celu korygowania wskazań systemu magnetycznego, w przypadku wystąpienia zagrożenia jakichkolwiek zakłóceń pola magnetycznego.
System teleoptyczny
Teleoptyczny system sterowania i kontroli, którego zadaniem jest zapewnienie odpowiedniej dokładności przecisku pilotowego, składa się z pięciu zasadniczych elementów: głowicy pilotowej, diodowej tablicy celowniczej, umieszczonej bezpośrednio za głowicą pilotową, teodolitu z wbudowaną kamerą cyfrową, monitora oraz zestawu dźwigni sterujących. Zarówno monitor, teodolit jak i zestaw dźwigni sterujących umieszczone są w wykopie początkowym. W specjalnej obudowie, bezpośrednio za głowicą pilotową, znajduje się diodowa tablica celownicza, która wskazuje między innymi kierunek ścięcia głowicy. Jest to element systemu kontroli. Obraz diodowej tablicy celowniczej jest przekazywany na monitor poprzez kamerę cyfrową wbudowaną w teodolit. W tej technologii możliwe jest wykonanie prawidłowo tylko prostoliniowego otworu.
Systemy z wykorzystaniem płuczki
Sporadycznie wykorzystuje się systemy tzw. MWD i EMWD, stosowane dość powszechnie w wierceniach naftowych. Stosuje się w nich podobne układy czujników, jak w systemach magnetycznych i elektromagnetycznych, jednak do transmisji danych wykorzystuje się tu stałą obecność płynu wiertniczego w otworze pilotowym.
Systemy żyroskopowe
Systemy te mierzą prędkość obrotową ziemi na danej szerokości geograficznej i na tej podstawie określany jest bieżący kierunek wiercenia. Natomiast wartość inklinacji określana jest na podstawie czujników grawitacyjnych.
Ryzyko związane z instalacją rurociągów [ib021s066.pdf]
Powodzenie projektów HDD w dużej mierze zależy od przebiegu instalacji przewodu rurowego w otworze wiertniczym. W trakcie tej fazy robót wciągana rura, przesuwając się w otworze wchodzi w kontakt ze ścianą tunelu, wywierając na nią działającą prostopadle siłę. Siła ta określa wielkość naprężeń ścinających w trakcie instalacji i prowadzących do deformacji gruntu. Rozkład i amplituda sił działających na ściany wywierconego otworu mają ogromne znaczenie dla interakcji między rurociągiem i gruntem. Są one zwykle określane przez następujące czynniki:
sztywność i w niewielkim stopniu również wytrzymałość rury - Sztywność rurociągu decydują o jego reakcji na zakrzywienie na trasie wierconego tunelu. Moment gnący określa się przez sztywność i promień gięcia. Może dojść do sytuacji, gdy naprężenia w rurze na skutek instalacji wzrosną, przekraczając granicę plastyczności materiału.
sztywność i wytrzymałość gruntu - Moment gnący i wynikający z niego rozkład sił działających na ściany tunelu prowadzi do ciśnienia reakcji gruntu. Ciśnienie to oparte jest na typowej dla niego właściwości - sprężystości. Jednak, zwłaszcza w okolicy czoła rurociągu, właściwością zachowania gruntu będzie jego plastyczność. Właściwość ta prowadzi do nieodwracalnej deformacji, która z kolei może przyczynić się to przemieszczenia sztywnej rury poza wcześniej wywiercony tunel.
występowanie przeszkód w gruncie - W sytuacji gdy projekty HDD odbywają się na obszarze, gdzie występuje duża ilość bloków skalnych, kamieni, otoczaków, czy też przeszkód pozostawionych w wyniku działalności człowieka, istnieje ryzyko, że kontakt między nimi a rurociągiem może doprowadzić do jego zatrzymania lub uszkodzenia jego powierzchni. Stopień takich zniszczeń czy uszkodzeń zależy głównie od interakcji grunt - rurociąg i sił działających między ścianą tunelu a napotkaną przeszkodą.
kształt przekroju poprzecznego otworu, rozciągłość pionowa i pozioma - Złożony proces wiercenia prowadzi do odchyleń od założonego projektu trasy na etapie wiercenia pilotowego. Takie odchylenia i poprzedzające je sterowanie wymuszają korekty trasy, które mogą przyczyniać się do tak zwanych małych nieregularności linii przewiertu. Odchylenia od trasy wiercenia, które pozostają po operacji poszerzenia, prowadzą do wzrostu sił ciągnięcia w trakcie instalacji. Z kolei kształt przekroju poprzecznego wierconego tunelu może się zasadniczo zmieniać na kolejnych etapach operacji poszerzania. Przy typie gruntu podatnego na erozję spowodowaną dynamicznym oddziaływaniem płynu wiertniczego, wymiary liniowe otworu mogą szybko rosnąć. Jeśli używane są ciężkie narzędzia o dużej średnicy lub bardzo wysokie wartości sił nacisku w trakcie poszerzania, odpowiednio dół lub góra wierconego tunelu będą bardziej podatne na erozję.
efektywny ciężar rurociągu uwzględniający jego wyporność - W celu zmniejszenia sił oddziałujących na ścianę tunelu, w trakcie operacji wycofywania, rura jest często balastowana. Na tym odcinku wierceń HDD, gdzie nie występują wyraźne zakrzywienia trasy, rozłożenie sił na ściany tunelu jest określone przez efektywny ciężar rurociągu. Ciężar właściwy płynu wiertniczego odgrywa istotną rolę w procesie równoważenia rurociągu w trakcie jego instalacji.
stabilność otworu - Stabilność wierconego tunelu jest najważniejszym czynnikiem powodzenia operacji instalacji rurociągu. W przypadku niestabilności otworu, krytycznie zmienia się interakcja rurociągu i gruntu. Jeśli dojdzie do zapadnięcia się tunelu, na rurociąg wywiera nacisk ogromy ciężar. Miejscowa niestabilność tunelu prowadzi do zwiększenia siły ciągu, co można zwykle przezwyciężyć, natomiast w przypadku niestabilności na dłuższym odcinku istnieje podwyższone ryzyko zatrzymania instalacji rurociągu.
Ograniczenie ryzyka
W oparciu o przedstawione rodzaje ryzyka, możemy wyodrębnić metody, mające na celu maksymalne zredukowanie istniejących zagrożeń. Wymienione poniżej środki mogą zostać podjęteprzed i w trakcie przyszłych projektów HDD:
regularne pomiary ciężaru płynu wiertniczego w trakcie kolejnych etapów poszerzania otworu i dodatkowych marszy czyszczących
wykorzystanie nowych formuł dla obliczania dopuszczalnych promieni gięcia na etapie projektowania
szczegółowe badanie gruntu ze szczególnym uwzględnieniem możliwego występowania przeszkód
zbadanie historii przewiercanego obszaru w celu ustalenia ewentualności występowania przeszkód będących pozostałością działalności ludzkiej
dobór wytrzymałej izolacji powierzchni rurociągu odpornej na uszkodzenia w kontakcie z przeszkodami
pomiar kształtu tunelu wiertniczego przed rozpoczęciem operacji wycofywania
szczegółowe zbadanie gruntu ze szczególnym uwzględnieniem występowania niestabilności otworu wiertniczego
pomiar stężenia chlorków w wodzie gruntowej obecnej w warstwach, w których prowadzone jest wiercenie
Przewierty przyszłości [ib011s066.pdf]
Geozagrożenia
W kategoriach bezpieczeństwa i zminimalizowania wpływu na środowisko przewierty na dużych głębokościach metodą HDD wydają się oczywistym rozwiązaniem w przypadku takich geozagrożeń, jak: osuwiska, erozja gleby, kras, rzeki meandrujące, kwaśne gleby, usypiska rumoszowe, podmokłe zbocza i urwiste skarpy. Geozagrożenia to szerokie pojęcie, obejmujące wszelkie geoprocesy mogące spowodować straty czy szkody dla społeczeństwa lub środowiska, w tym wypadku chodzi głównie o geoprocesy o potencjale mogącym spowodować straty czy uszkodzenia rurociągów, jak również szkody dla środowiska, wynikające z uszkodzenia rurociągów bądź z samej ich budowy. Zastosowanie metody przewiertów do przejścia pod niebezpiecznymi lub trudnymi terenami i przeszkodami znacznie redukuje elementy zagrożone i wrażliwość rurociągu. Podstawowe zalety tej metody to:
wpływ HDD na środowisko (przy właściwym zaprojektowaniu) jest niemal równy zeru
można skrócić całkowitą długość trasy rurociągów poprzez wyeliminowanie zmian kierunku
rurociągi można bezpiecznie układać na dużej głębokości pod przeszkodami w stosunku do metod konwencjonalnych
dzięki ułożeniu na dużej głębokości rurociągi są mniej narażone na manipulowanie przy nich, co zwiększa stopień bezpieczeństwa
uzbrojenie można układać piętrowo w gruncie, co pozwala ograniczyć do minimum wkraczanie na teren prywatny
trasa może przebiegać w terenach o gęstej infrastrukturze, takich jak drogi, bez wpływu na istniejące uzbrojenie czy ruch uliczny
Przykłady rozwiązań (zdjęcia! może gdzieś w necie? z artykułu są słabej jakości)
Pasmo gór Zagros w Iranie. Petrofac projektuje i konstruuje tam instalację zbiorczą ropy naftowej. Szyb naftowy znajduje się w odległości zaledwie 4km od instalacji stabilizacji ropy/gazu, ale jedyna możliwa trasa rurociągu w wykopie wymaga pokonania ok. 30km trudnego terenu i wykonania dodatkowej przepompowni. Tym niezwykle istotnym wyzwaniom, wynikającym z warunków terenowych, można sprostać, stosując metodę HDD, pozwalającą na wykonanie przewiertu pod pasmem górskim na głębokości ok. 3km. Oznaczać to będzie znaczne oszczędności i znacznie mniejszy wpływ na środowisko i otoczenie
Wrażliwa ekologicznie, pomimo istniejących autostrad, lokalizacja w pobliżu portu lotniczego w Sydney. Jest to ostatnia pozostałość podmokłych terenów Botany Wetlands, które stanowiły pierwotne źródło zaopatrzenia w wodę dla Sydney. Geozagrożeniem dla tego rurociągu tłoczącego etan było przekroczenie terenu podmokłego bez szkody dla 113 miejscowych gatunków roślin naczyniowych i bez żadnego wpływu na autostradę
Głęboki wąwóz w Papui-Nowej Gwinei, przez który należy przeprowadzić rurociąg ropy naftowej. Możliwe opcje to most wiszący albo przewiert metodą HDD na dużej głębokości. Most wiszący wiąże się z poważnymi kwestiami w zakresie bezpieczeństwa, dotyczącymi sabotażu i oddziaływania na środowisko, dlatego też przekroczenie należy wykonać metodą przewiertu. Problemem jest ukształtowanie terenu - wąwóz jest na głębokości 400m i ma szerokość 500m. Wyzwanie geologiczne stanowią skały krasowe z nieregularnie występującą skałą wapienną, z erozyjnymi szczelinami, zagłębieniami, podziemnymi strumieniami i kawernami. Wiercenie będzie wykonane prawdopodobnie bez możliwości utrzymania prawidłowej cyrkulacji w otworze.
Bagna namorzynowe w Salt Pan Creek w Sydney. Zawodniona warstwa gleby estuaryjnej zawiera siarczki żelaza. Woda zapobiega reagowaniu zawartego w powietrzu tlenu z siarczkami żelaza. Wykopanie w glebie rowów wystawia ją na działanie tlenu z powietrza, co powoduje utlenianie do kwasu siarkowego. Gleba może samoistnie zneutralizować część kwasu siarkowego, ale jego pozostałości przemieszczają się w glebie, powodując zakwaszanie wody glebowej i gruntowej, a nawet wód powierzchniowych. Konsekwencją jest śnięcie ryb i pewne typy zakwitów glonów. Dzięki zastosowaniu metody HDD rurociąg ułożono głęboko poniżej warstw zawierających siarczki żelaza
Długie przewierty
Oprzyrządowanie i techniki stosowane w HDD są bardzo podobne do stosowanych w wiertnictwie naftowym i gazowym. Przewód wiertniczy i narzędzia są często identyczne, tak samo pompy płuczkowe i systemy oczyszczania cyrkulującego w otworze płynu. Chociaż urządzenia naftowe mają dużo większe rozmiary, to ich moment obrotowy i siła naporu/uciągu są podobne jak w wiertnicach HDD. Doświadczenie w zakresie odwiertów naftowych i gazowych dotyczy odległości w poziomie przekraczających 11km. Z tego względu, przy wykorzystaniu wiedzy z dziedziny wiertnictwa naftowego, możliwe jest wykonanie przewiertów znacznej długości metodą HDD. Czynniki ograniczające długość przewiertów metodą HDD pod terenem przeszkód i geozagrożeń:
wyboczenia przewodu wiertniczego w otworze
odkształcenie żerdzi pomiędzy wrzecionem urządzenia a powierzchnią terenu
moment obrotowy i tarcie przewodu w otworze
stabilność ściany otworu
efektywne czyszczenie otworu ze zwiercin
dokładność pomiarów w trakcie wiercenia kierunkowego
zredukowanie do minimum przyrostów kąta na jednostkę długości (większy promień krzywizny)
gradient ciśnienia szczelinowania formacji
parametry urządzenia wiertniczego
Przeciski hydrauliczne [książka] (zdjęcia)
Przeciski hydrauliczne niesterowane
Metoda ta stosowana jest do wbudowywania rurociągów pod przeszkodami terenowymi na odcinkach do 60m i o średnicach od 100 do 1500mm. Polega ona na wciskaniu w grunt stalowych rur osłonowych przy pomocy siłowników hydraulicznych, zamocowanych w ramie przeciskowej. Dla rur o średnicy do 200mm w grunt wciska się rury zaślepione od czoła głowicą stożkową i nie występuje usuwanie urobku. W przypadku większych średnic urobek usuwany jest bezpośrednio podczas przecisku, przy pomocy przenośnika ślimakowego, z jednoczesnym urabianiem gruntu na przodku wiertłem ślimakowym lub po wbudowaniu rur stalowych poprzez wprowadzenia do rur wiertnicy ślimakowej. Rdzeń gruntowy wewnątrz wbudowanych rur może być również usunięty przy pomocy sprężonego powietrza i specjalnego korka lub wody pod ciśnieniem. Rury stalowe pozostają w gruncie jako rury osłonowe tracone do których wprowadza się rury przewodowe lub w bardziej zaawansowanych metodach następuje drugi etap robót polegający na jednoczesnym wpychaniu rur przewodowych i wypychaniu rur stalowych do wykopu docelowego. Przy urabianiu gruntu nie stosuje się żadnej płuczki, co pozwala uniknąć kłopotów z jej utylizacją. Metoda ta umożliwia wykonanie rurociągu płytko pod powierzchnia terenu, ze względu na brak naruszenia struktury gruntu. Jest to prosta i tania metoda bezwykopowa, jednak jej dokładność zależy od długości wykonanego odcinka, ze względu na swoja niesterowalność.
Przeciski hydrauliczne sterowane
Przeciski hydrauliczne z wierceniem pilotowym
Etapy:
wiercenie pilotowe - W zaplanowanej osi rurociągu odbywa się przecisk hydrauliczny żerdzi pilotowych za pomocą siłowników hydraulicznych umieszczonych na ramie przeciskowej. Na początku pierwszej żerdzi znajduje się głowica skośnie ścięta i sterowanie odbywa się podobnie jak w przypadku przewiertów sterowanych. W celu zapobieżenia znacznym przemieszczeniom gruntu (np. przy wierceniu poniżej poziomu wód gruntowych, w torfach, w gruntach kurzawkowych) i ich następstwom opracowano tzw. podwójny przewód wiertniczy. W tym rozwiązaniu żerdź wiertnicza obraca się w nieco większej stalowej rurze osłonowej.
przecisk hydrauliczny stalowych rur osłonowych - Do ostatniej żerdzi pilotowej mocuje się rozwiertak(grunty niespoiste) lub głowicę wielonożową(grunty spoiste), a za nim przeciskane są stalowe rury osłonowe z wbudowanymi elementami przenośników ślimakowych. Wraz z przeciskiem rur, do wykopu docelowego wpychane są żerdzie wiertnicze, a urobek usuwany jest przez system przenośników do wykopu początkowego. Czasem transport może odbywać się systemem płuczkowym. By zapobiec obniżeniu poziomu wód gruntowych podczas rozwiercania poniżej poziomu wód gruntowych stosuje się specjalny system grodzi, umieszczony w stalowych rurach i elementach przenośnika. Element, który tworzą razem zamknięty jest zawsze z jednej strony. Po obróceniu przenośnika o pewien kąt, otwarty element zamyka się, a zamknięty otwiera, co pozwala przetransportować urobek do następnego elementu układu.
przecisk hydrauliczny rur przewodowych - Następuje przecisk rur przewodowych przy jednoczesnym wypychaniu rur osłonowych do wykopu docelowego.
Jako rury przewodowe wykorzystuje się wszystkie typy rur przeciskowych, najczęściej kamionkowe, z betonu polimerowego, żelbetowe lub z żywic poliestrowych wzmacnianych włóknem szklanym. Możliwe jest też wbudowywanie rur polietylenowych i z polichlorku winylu. Po osiągnięciu przez głowicę wykopu docelowego wymienia się ją wówczas na głowicę wciągającą i następuje wciąganie rur polietylenowych. Operacja ta odbywa się z wykopu docelowego w kierunku do wykopu początkowego. W przypadku większych średnic wciąganie rur odbywa się po zakończeniu drugiego etapu. Wciąganie rur z PVC możliwe jest po wykonaniu drugiego etapu robót i odbywa się również z wykopu docelowego w kierunku wykopu początkowego, poprzez specjalną głowicę łączącą. Jednocześnie rury osłonowe zostają wciągnięte do wykopu początkowego. Długości wykonywanych jednorazowo rurociągów tą metodą dochodzą do 80m dla urządzeń z transportem urobku przenośnikiem ślimakowym i do 50m dla systemów płuczkowych. Zakres średnic wynosi od 150 do 600mm. Metoda ta charakteryzuje się wysokim tempem robót, niskimi kosztami realizacji, prostą obsługą urządzeń, możliwością wykonywania długich odcinków rurociągu oraz możliwością budowy rurociągu poniżej zwierciadła wody gruntowej. Najczęściej stosowana jest do budowy kanałów grawitacyjnych.
Przeciski hydrauliczne sterowane (dwuetapowe)
Etapy:
Wiercenie pilotowe wiertłem ślimakowym z jednoczesnym przeciskiem hydraulicznym stalowych rur osłonowych. Urobek transportowany jest systemem przenośników ślimakowych i odbierany w wykopie początkowym. Sterowanie procesem przecisku odbywa się przy pomocy specjalnie ukształtowanego wiertła ślimakowego.
Przecisk rur przewodowych i ewentualnie dodatkowe rozwiercanie. Po osiągnięciu wykopu docelowego przez głowicę pilotową w wykopie początkowym na końcu rur osłonowych montuje się głowicę poszerzającą, a bezpośrednio za nią rury przewodowe. Jednocześnie zmienia się kierunek obrotu przenośników ślimakowych, tak aby urobek transportowany był do wykopu docelowego.
Długości wbudowywanych jednorazowo rurociągów tą metodą wynoszą do 60m, a średnice od 300 do 800mm.
Wbudowywanie przykanalików metodą przecisków
Stosując te metody możliwe jest wbudowanie przyłączy kanalizacji grawitacyjnej bez konieczności wykonywania wykopu docelowego. Jest to wiercenie do sieci kanalizacyjnej zewnętrznej, tzw. Wiercenie do ślepej studni. W pierwszym etapie robót wykonywany jest przecisk hydrauliczny osłonowych rur stalowych z jednoczesnym urabianiem gruntu wiertłem ślimakowym i transportem urobku systemem przenośników ślimakowych. Po osiągnięciu przewodu kanalizacyjnego przez rury osłonowe, wiertło i przenośniki zostają wycofane, a do wnętrza rur wprowadzone zostaje wiertło z diamentową koronką wiertniczą, które nawierca otwór w ściance kanału. Po wycofaniu wiertła następuje wprowadzenie rur przewodowych do wnętrza stalowych rur osłonowych, przy czym pierwsza rura zaopatrzona jest w specjalne uszczelnienie. Ostatnim etapem jest wycofanie stalowych rur osłonowych do wykopu początkowego. Możliwe jest również wykorzystanie przecisku hydraulicznego z wierceniem pilotowym do budowy przykanalików. Po zakończeniu wiercenia pilotowego żerdzie wiertnicze są chowane we wnętrzu tulei przenośnika ślimakowego. Dla kanałów o średnicy wewnętrznych wynoszących co najmniej 1200mm możliwe jest wbudowywanie przykanalików z wnętrza kanału.
1