Особенности метода ГНБ — описание технологии и основные принципы

Технология горизонтально направленного бурения (международное сокращение HDD) была разработана и впервые внедрена Мартином Черрингтоном (Martin Cherrington) в середине 60-х годов прошлого века. Однако популярность она приобрела только в 70-х, после прокладки коммуникаций под рекой Паджаро (Pajaro River) в районе залива Монтерей в Калифорнии.

Виды бестраншейных технологий прокладки коммуникаций

Бестраншейные технологии прокладки коммуникаций, известны в мире как Trenchless technologies или NO-DIG (не копай). Они представляют собой работы по подземному строительству трубопровода без вскрытия грунта.

Существует несколько способов горизонтального бурения для прокладки коммуникаций:

• горизонтальное бурение (ГНБ);
• прокол;
• продавливание;
• микротоннелирование;
• релайнинг.

Что такое метод ГНБ

Одним из наиболее эффективных и популярных способов является именно горизонтально-направленное бурение. Метод ГНБ – это способ бурить прямолинейные и криволинейные скважины диаметром до 1720 мм. При этом длина такого непрерывного тоннеля может достигать 2 км. Среди всех технологий бестраншейной прокладки коммуникаций именно ГНБ обеспечивает максимальную длину скважины.

Обратите внимание! Многие считают ГНБ синонимом бестраншейных технологий. Это ошибочное утверждение. Метод горизонтального направленного бурения более распространённый и популярный.

Точность прокладки трубопровода по заданной траектории обеспечивает расположенный в буровом снаряде передатчик. Его сигналы принимаются приемником на поверхности, позволяя непрерывно отслеживать направление, глубину и другие параметры проходки.

Особенности технологии ГНБ и основные принципы

Горизонтальное направленное бурение — это метод бестраншейной прокладки трубопроводов и других коммуникаций на различной глубине под естественными и искусственными препятствиями без нарушения режима их обычного функционирования.

Технология бурения ГНБ достаточно проста и эффективна. В нужной точке «А» (например, на одной из сторон дороги или реки) ставится буровая установка. По заданной траектории она бурит скважину с выходом в точке «Б». В зависимости от диаметра скважины работа выполняется в один или несколько этапов расширения. В полученную скважину с использованием специального бурового раствора, как смазывающего и формирующего канал, затягивается труба.

Буровое оборудование

Прокладка труб методом гнб является технически сложным процессом, для которого нужно специальное оборудование. Выбор оборудования для горизонтального бурения широк – от недорогих китайских установок до премиальных американских и немецких. Отрадно, что производство этого типа коммунальной техники налажено и в России.

Буровая установка для ГНБ может быть стационарной или самоходной, обычно на гусеничном ходу. Она оснащена:

• двигателем;
• буром;
• буровым лафетом с тисками, задающим угол наклона штанги во время бурения;
• кареткой, которая закрепляется на лафете, приводит в действие штанги и отвечает за их поступательное движение;
• рабочее место оператора с панелью управления;
• гидравлической станцией для приготовления, подачи и регенерации бурового раствора для промывки скважины.

Важной частью современных установок для горизонтального бурения является система локации. В ходе работ бур находится вне зоны видимости. Чтобы контролировать точность прохождения и его процесс, на головку бура устанавливается специальный зонд. Этот детектор обеспечивает оператора необходимой информацией о ходе работ – угол и направление бурения, обороты бура, температуру в рабочей зоне.

Кроме того, в состав бурового оборудования входит дополнительный инструмент: расширители разного диаметра, штанги, насосы, доталкиватель для удаления бурового раствора.

Единая классификация оборудования для прокладки коммуникаций методом ГНБ была разработана в Германии в 2000 году. Установки классифицируют по максимальной тяговой силе выделив четыре основные группы:

• мини-буровые – с тягой до 100 кН;
• миди-буровые – от 100 до 400 кН;
• макси-буровые – от 400 до 2 500 кН;
• мега-буровые – свыше 2 500 кН.

Этапы горизонтального направленного бурения

Работы по прокладки коммуникаций с помощью бестраншейных технологий начинаются с подготовки проектной документации. Здесь нужно учесть многие нюанса, включая уже проложенные коммуникации, чтобы избежать их повреждения.

Затем выбирается метод ГНБ и готовят участок для оборудования. Для некоторых установок необходимо обустройство приямка или котлована на входе и выходе.

После установки оборудования приступают непосредственно к процессу горизонтального бурения, который состоит из нескольких этапов:

• пилотная скважина;
• предварительное расширение;
• затягивание трубопровода.

Пилотное бурение

Пилотная скважина при ГНБ – это то, что задает вектор всей разработки. Для первичного бурения на штангу устанавливается зонд – буровая головка. Его вводят в породу, если работы ведутся с земли под углом 10-20 градусов, и продвигают по заданной проектом траектории.

При пилотном бурении в скважину подается буровой раствор, который уменьшает трение на буровой головке и штанге, а также предохраняет скважину от обвалов. Кроме того, состав разрушает породу, отчищает скважину от обломков, вынося их на поверхность и служит охлаждающей жидкостью для буровой головки.

Направление по оси бурения осуществляется при помощи локационной системы, основанной на компьютерной обработке информации в режиме реального времени. Сигнал о траектории движения бурового инструмента поступает от передатчика, расположенного в буровой головке. Оператор сопоставляет данные с планом бурения и поворачивают зонд на нужный угол. Это обеспечивает высокую точность проведения работ.

Диаметр пилотной скважины для горизонтально направленного бурения не превышает 10 см. Для прокладки коммуникаций этого обычно не достаточно. Поэтому, по достижении точки выхода, от штанги отсоединяют буровую головки и надевают расширитель обратного действия.

Предварительное расширение

Расширение скважины осуществляется специальным инструментом –риммером. Буровую машину переключают в режим обратной тяги и протягивают вращающийся расширитель (риммер) в направлении буровой установки. Одновременно в скважину идет подача бентонитового раствора, который укрепляет ствол, вымывая отработанный почвогрунт и шлам.

Расширение идет постепенно: диаметр расширительных насадок меняется с шагом 10-15 см до тех пор, пока сечение скважины не достигнет нужного размера. Обычно это 1-3 прохода, в зависимости от структуры грунта и мощности установки.

Стоит отметить, что для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода диаметр скважины должен на 25—30% превышать диаметр трубы.

Затягивание трубопровода

После создания необходимого диаметра коммуникационного тоннеля осуществляется затягивание трубы. Плеть трубопровода располагается на противоположной стороне от буровой установки (у точки выхода бура). На неё одевается специальный скважинный оголовок и крепится к буровой штанге.

Вертлюг вращается с буровой нитью и риммером, оставляя трубопровод неподвижным. Таким образом осуществляется затягивание трубы в скважину от выходного отверстия к буровой установке. Для облегчения процесса во время затягивания осуществляется подача бурового раствора. Когда труба полностью оказывается внутри скважины, на ее концы одеваются заглушки, а затем она подключается к магистрали.

Заключительный этап работ

По завершении буровых работ оборудование сворачивают. При помощи специальных машин откачивают остатки бентонитового раствора для утилизации. Площадку демонтируют, засыпают приямок или колодец, в зависимости от использованного оборудования. По завершении объект сдают заказчику.

Технические характеристики оборудования ГНБ

Основными техническими характеристиками установки ГНБ являются тяговая сила (сила протяжки), крутящий момент и вес оборудования. Именно эти три параметра легли в основу единой классификации установок. Однако не менее важными являются:

• максимально возможный диаметр скважины;
• максимальная протяженность прохода;
• габариты самой установки.

Преимущества и недостатки метода ГНБ

Для определения методов прокладки коммуникаций, важную роль играет их эффективность. Бестраншейные технологии, это касается всех методов, обладают рядом преимуществ перед открытым способом:

• снижение стоимости прокладки в среднем на 30%;
• оперативность проведения работ, срок снижаются в 2-3 раза;
• сохранение окружающего ландшафта в неизменном виде;
• снижение вредного воздействия на окружающую среду, условия жизни людей в зоне проведения работ, сохранение экологического баланса;
• возможность прокладки коммуникаций напрямую под транспортными путями, зданиями, памятниками архитектурами.

Кроме того, метод ГНБ позволяет сделать максимальную длину коммуникационных сетей и проложить трубы наибольшего диаметра в сравнении с другими бестраншейными технологиями.

Однако у горизонтального бурения есть и свои минусы. Во-первых, трудности возникают при работе с твёрдыми, каменистыми породами и грунтами. Во-вторых, дорогостоящее оборудование можно использоваться только по прямому назначению, тогда как при работах традиционным открытым способом используется более универсальная техника.

Не применима технология горизонтального бурения и в случаях слишком мягких, сыпучих и влагосодержащих грунтов. В этом случае более подходящим будет ГНБ методом прокола. Он же будет предпочтителен в холодное время года, когда использование традиционного метода направленного бурения затруднительно из-за замерзания бентонитового раствора.

Стоит отметить, что метод прокола не является бурением. Грунт просто продавливается трубой или расширителем. Затем на выходе к инструменту крепится трос, который протягивает полиэтиленовые трубы к началу прокола.

Для горизонтального бурения можно также использовать шнековую буровую установку, переведя бур в горизонтальное положение. Максимальная длина скважины в это случае составит примерно 100-150 м.

Автор: Андрей Соломин