Горизонтальное бурение

С помощью НГБ преодолеваются преграды, например, водоемы, горные участки, автомобильные и железные дороги, городская застройка, парки. Диаметры трубопроводов в этом случае, как правило, не превышают 1 500 мм, а длина проходки в зависимости от свойств грунта (вплоть до VI категории твердости) может превышать полтора километра. Одновременно снижается воздействие строительного процесса на окружающую среду. В основном НГБ применяют при прокладке линий связи, электросетей, водо-, газо- и топливопроводов. Сочетание на протяженных участках горизонтального бурения с передовыми траншейными технологиями, опирающимися на современные траншеекопатели и машины для засыпки траншеи, позволяет достигнуть недоступного ранее уровня производительности и качества.

Навигационная система Ditch Witch 750 Tracker

Кратко технология НГБ заключается в следующем. Сначала буровой головкой, закреплённой на гибкой штанге, позволяющей управлять направлением движения, бурится узкая пилотная скважина, траектория которой предварительно рассчитывается при помощи современного геодезического оборудования и при необходимости корректируется. На пути могут встретиться известные и неизвестные трубопроводы, кабели и другие препятствия, которые необходимо обходить. Геодезическая система может, например, использовать отраженный лазерный луч, дающий информацию о расстоянии и глубине залегания препятствий.

Ситуация, когда через неделю-другую после укладки нового асфальта появляются электрики (связисты, газовики, водопроводчики...), перекапывают улицу для укладки кабеля и оставляют шрам на новом покрытии, давно уже стала притчей во языцех. Между тем ломать дорожное покрытие в большинстве случаев совсем не требуется, так как давно уже существуют бестраншейные технологии, и в частности, направленное горизонтальное бурение (НГБ).

Навигационная система Radiodetection

Скважина прокладывается специальными буровыми головками с высокопрочными резцами. В зону бурения подается под давлением специальный раствор, образующий суспензию с размельченной породой, уменьшающую трение на буровой штанге и головке. При бурении в мягких и влажных грунтах в раствор добавляют жидкие полимеры, способствующие удержанию стенок канала от обрушения. Раствор может подготавливаться как непосредственно на установке НГБ, так и в специальной машине.

Процесс бурения контролируется навигационной системой. При обнаружении подземных препятствий передатчик в буровой головке отсылает информацию о расположении и глубине препятствия на переносной локатор и дисплей, расположенный в буровой установке. На основании этой информации принимается решение об изменении направления бурения. Буровая головка на гибкой штанге способна обходить препятствие сверху, снизу и сбоку. Для изменения направления штанга проталкивается без вращения, при прямолинейном бурении штанга проталкивается одновременно с вращением. Таким образом, буровой канал изгибается по команде оператора. Навигационная система, помимо всего прочего, может подготовить схемы прокладки трубопровода, которые в последующем могут быть использованы.

Установка НГБ

После проходки пилотной скважины к трубе или связке труб, подготовленных к протаскиванию, прикрепляется специальная насадка-расширитель, другой конец которой крепится к гибкой штанге. Для оптоволоконных кабелей протягивается труба-футляр, в которую затем протягивается кабель. Гибкую штангу с вращением протаскивают в обратную сторону вместе с трубой. Насадка-расширитель с помощью подаваемого под давлением бурового раствора увеличивает размер скважины до нужного диаметра.

При протаскивании внешняя изоляция трубы подвергается сильному трению и может быть повреждена, что приведет к коррозии поверхности трубы и значительно сократит срок ее службы. Для предотвращения таких неприятностей применяют специальные покрытия, которые могут наноситься на трубу прямо на месте проведения работ с помощью специальной мобильной установки. Стыки труб защищают термоусаживающимися манжетами.

Большое значение имеет безопасность работ. Рабочее место постоянно совершенствуется для снижения утомляемости оператора и уменьшения вероятности совершения им ошибок. Подсчитано, что при работе на установках НГБ около 70% травм происходит в приемном котловане, когда оператору установки приходится поворачивать или двигать буровую колонну. Чтобы этого не случилось, предусмотрена возможность отключения установки дистанционно с локатора, который обычно находится в районе приемного котлована.

Начало работ на установке НГБ

Для выполнения работ по НГБ разработан достаточно обширный парк специальных машин, вспомогательного оборудования и принадлежностей. Установки для горизонтального бурения могут представлять собой специальную машину на самоходном гусеничном шасси или выполняться в виде навесного оборудования к универсальному трактору, обычно колесному. Среди отечественных строителей наиболее известны машины американских производителей – Vermeer Manufacturing Company и The Charles Machine Works, Inc. и немецкой Tracto-Technik GmbH. Продуктовые линейки этих компаний наиболее представительны. Текущий модельный ряд насчитывает: у Vermeer – 11 моделей, у The Charles Machine Works – 8, у Tracto-Technik также 8 моделей.

Можно утверждать, что на этом рынке развилась интенсивная конкурентная борьба. Сильное давление со стороны искушенных американских и европейских покупателей, со стороны альтернативных технологий, все более ужесточающееся экологическое законодательство, развитое индустриальное окружение создают среду, стимулирующую инновации и в технологию, и в маркетинг.

Конструктивно и функционально установки очень похожи друг на друга. Поэтому чтобы выделиться, производители стремятся придать своей технике индивидуальность. Развитие идет в направлении «наворотов». Разработки патентуются, для них придумываются индивидуальные торговые марки, которые интенсивно эксплуатируются в продвижении.

Труба выведена в приемный котлован

Например, Vermeer Manufacturing для семейства установок НГБ имеет целый марочный портфель:

– Navigator – торговая марка семейства установок НГБ;

– Firestick – буровые штанги;

– Navtec – компьютерная система управления процессом бурения;

– RockFire – буровая головка для проходки в скальных грунтах;

Splinelok – механизм соединения буровых штанг.

Аналогично The Charles Machine Works имеет собственные марки:

– Ditch Witch – торговая марка установок НГБ и другой техники;

– Mach 1 – семейство установок НГБ;

– Power Pipe – буровые штанги;

– Subsite – торговая марка принадлежностей для установок НГБ.

Расширитель с присоединенной трубой подготовлен к протягиванию

Марки Tracto-Technik GmbH:

– Grundogrill, Grundopit, Grundohit – установки НГБ;

– Grundocontrol – системы контроля.

Реализуя концепцию «товара с подкреплением», производители предлагают рынку всевозможные сопутствующие товары. Каждый производитель имеет полный набор:

– бурового и расширительного инструмента;

– буровых штанг разной длины, диаметра и радиуса изгиба;

– установок подготовки буровой смеси, как вмонтированных в установку НГБ, так и на шасси грузового автомобиля;

– навигационного оборудования, причем взаимозаменяемого.

Например, Vermeer для реализации проектов с большой потребностью в буровом растворе подготовил специальные установки регенерации, которые забирают раствор из бурового котлована, очищают его и подают снова в зону бурения. В соответствии с «духом времени» Vermeer выпустил накопитель информации для НГБ, который записывает данные о работе бурового инструмента, действиях оператора, характеристиках бурового раствора в формате, пригодном для дальнейшего анализа и интерпретации.

The Charles Machine Works снабдила свою самую большую установку кран-балкой, а для перевозки своих машин предлагает автоприцепы. Для отслеживания процесса бурения есть ручные локаторы. Чувствительность локатора до 30 м глубины. Локатор получает сигнал от радиомаяка на буровой головке и передает его на дисплей оператора, находящийся на установке НГБ. Максимальное удаление локатора от установки – 610 м. Для планирования бурения, записи хода работ и составления отчетов разработан программный пакет Ditch Witch Subsite TMS (Trac Management System) Plus для MS Windows, который работает на обычном ноутбуке. Он может через последовательный порт или порт USB снимать данные с локатора или дисплея оператора.

Работа по протягиванию труб окончена

Для выполнения работ в стартовом котловане малых размеров Tracto-Technik GmbH разработала малые установки Grundohit и Grundopit. Первая может работать как с самоходного гусеничного шасси, так и выгружаться в стартовый котлован. Мощности гидропривода достаточно, чтобы прокладывать трубопровод длиной до 100 м и диаметром до 160 мм. Компактная установка Grundopit работает в стартовом котловане и может прокладывать трубопровод до 50 м длиной и до 110 мм диаметром. Она применяется, в основном, для подключения к домам кабелей, газо- и водопроводов, канализации. Характерной особенностью установок Grundodrill и Grundohit является ударный механизм, работающий с частотой до 1 000 ударов в минуту, который помогает проталкивать буровую колонну в каменистых грунтах. Система управления установки автоматически комбинирует одновременно толкающее, вращательное и ударное усилия для получения максимальной производительности.

Отечественные строительные организации («Трансстрой», «Ростелеком», «Стройтрансгаз» и др.) выказывают заинтересованность в широком освоении технологии НГБ. Представляет она интерес и для трубопроводных войск. Однако повсеместное ее распространение тормозится по следующим основным причинам:

– недостаток нормативно-технической документации федерального уровня;

Расширитель с присоединенной трубой протянут в приемный котлован

– несовершенство существующих способов сравнительной оценки экономической эффективности бестраншейной прокладки коммуникаций и традиционных методов, которые бы учитывали потери при изменении (ограничении) транспортных потоков, аспекты сохранения и восстановления окружающей среды, минимизации негативного влияния на условия проживания в зонах ведения работ;

– высокая стоимость применяемых зарубежных установок при полной зависимости от импортных поставок оборудования и запасных частей;

– отсутствие отечественного конкурентоспособного оборудования.
Возможно, совместные усилия строительных, научно-исследовательских организаций, органов стандартизации и сертификации, с одной стороны, и растущие потребности рынка, с другой, дадут в результате толчок к развитию и распространению этой технологии в России.

Пилотная скважина

Предварительное рсширение

Обратное протягивание