Полиэтиленовые трубы и реконструкция сетей водоснабжения и канализации

Существенная часть трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения в Российской Федерации выполнена из традиционных материалов. Нормативный срок службы таких труб давно подошел к концу. К ним можно отнести трубы из: стали, серого чугуна, железобетона, керамики, асбестоцемента. Большинство из них могут быть реконструированы бестраншейными методами с использованием полиэтиленовых труб. В представленной статье обоснована целесообразность и актуальность применения полиэтиленовых труб для реконструкции изношенных трубопроводов сетей водоснабжения и водоотведения.

Авторы: ЗАЙЦЕВА Елена Игоревна, САФРОНОВА Инесса Петровна, АВЕРКЕЕВ Илья Алексеевич

Период с 1965 по 1980 гг. характеризовался не только массовым жилищным строительством, но и развитием сетей водоснабжения и канализации. К 1980 году 965 городов РСФСР имели централизованные сети водоснабжения, а централизованные сети канализации имелись более чем в 95% городов и 53% поселков городского типа

Если посмотреть нормативные документы того периода [1, 2], то мы увидим, что в основном в сетях водоснабжения и канализации применялись железобетонные, бетонные, асбестоцементные, чугунные и стальные трубы, применение пластмассовых труб было ограниченным (таблица 1).

Согласно ГОСТ 18599-2001 срок службы полиэтиленовых труб при температуре 20°С составляет 50 лет [3], в остальных стандартах на изготовление труб данные об их сроке службы отсутствуют.

До настоящего времени действует приказ Минжилкомхоза РСФСР №378 от 9 сентября 1975 года, которым утверждена «Инструкция по технической инвентаризации основных фондов коммунальных водопроводно-канализационных предприятий», устанавливающая нормативные сроки службы сетей водопровода и канализации [4].

Канализационные сети (коллекторы и уличная сеть с колодцами и арматурой):
- керамические - 50 лет;
- железобетонные, бетонные и чугунные - 40 лет;
- асбестоцементные - 30 лет.
Сети водопровода с колодцами, колонками, гидрантами и прочим оборудованием (включая водоводы):
- асбестоцементные - 20 лет;
- стальные - 30 лет;
- чугунные - 70 лет.

С каждым годом растет физическая изношенность сетей водоснабжения и канализации, построенных в 1960-1980 гг. Поэтому неудивительно, что сообщения об авариях, при которых водой заливаются целые улицы, появляются все чаще. Хронический дефицит бюджетных средств не позволяет своевременно провести работы по замене или реконструкции трубопроводов водоснабжения и канализации, у которых закончился нормативный срок службы.

В октябре 2016 года вступил в действие СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами», в котором объединены требования к разным технологиям реконструкции подземных инженерных коммуникаций, а также даны определения следующим понятиям [5]:

«(1.1.1.4) неуправляемый прокол с разрывом (берстлайнинг) или разрезом (сплиттинг) (pipebursting/pipes plitting): непилотируемая неуправляемая бестраншейная технология прокладки подземных коммуникаций, при которой существующий трубопровод разрушается (разрывается или разрезается) вместе с окружающим его грунтом с помощью забиваемого или задавливаемого расширителя или ножа. Новый трубопровод протаскивается вслед за расширителем (ножом). Применяется, когда диаметр нового трубопровода такой же или больше диаметра ранее проложенного (см. 7.3.4).
(1.1.3) реновация без разрушения (pipe bursting less renewal): непилотируемые неуправляемые бестраншейные технологии прокладки (восстановления) подземных коммуникаций без разрушения старого трубопровода.
(1.1.3.1) слиплайнинг (sliplining): реновация трубопровода путем введения новой трубы методом протягивания или заталкивания в существующий трубопровод с заполнением кольцевого зазора между ними тампонажным раствором.
(1.1.3.2) модифицированный слиплайнинг (modified sliplining): слиплайнинг, при котором диаметр вводимой гибкой трубы уменьшается перед протягиванием или заталкиванием в ранее проложенную. Впоследствии диаметр вводимой трубы восстанавливается до первоначального, обеспечивая плотную пригонку к восстанавливаемой трубе без образования зазора. Методы уменьшения диаметра: обжатие (предварительное протягивание трубы через горячие или холодные пресс-формы), придание U-образной формы и вытяжки.
(1.2.1.5) микротоннелирование с удалением ранее проложенной трубы (pipe-eating): микротоннелирование, при котором ранее проложенный трубопровод извлекается одновременно с окружающим грунтом. При этой технологии ранее проложенный трубопровод и его фундамент (основание) должны быть способны разрушаться при микротоннелировании».

Большинство технологий бестраншейной реконструкции, перечисленные в данном своде правил, позволяют применить полиэтиленовые трубы. Поэтому восстановление герметичности, а также эксплуатационных характеристик трубопроводов, ранее построенных в соответствии с требованиями СНиП IID31-74 или СНиП IID 32-74, будут наиболее эффективны при использовании полиэтиленовых труб, если обратить внимание на соотношение внутренних диаметров старых трубопроводов и наружных диаметров полиэтиленовых труб (таблица 2).

Как видно из таблицы, внутренний диаметр большинства труб из разных материалов совпадает с наружным диаметром стандартных полиэтиленовых труб. Следовательно, можно выработать общие рекомендации по применению конкретных технологий реконструкции для непригодных к дальнейшей эксплуатации трубопроодов из разных материалов.

В число основных положений таких рекомендаций обязательно должны входить требования к выбору типа полиэтиленовых труб, применяемых для реконструкции изношенных трубопроводов. Современный уровень производства полимерных труб позволяет изготавливать полиэтиленовые трубы различных типов, в том числе с защитной оболочкой из термопласта и с соэкструзионными слоями из полиэтилена ПЭ 100-RC, стойкого к образованию и распространению трещин. Поэтому в вопросе выбора полиэтиленовых труб для бестраншейной реконструкции изношенных трубопроводов мы не ограничены традиционными черными трубами с синими маркировочными полосами и можем принять те типы труб, которые являются наиболее подходящими для методов реконструкции, изложенных в СП 249.1325800.2016.

При выборе типа труб для реализации конкретного метода бестраншейной реконструкции необходимо учитывать как особенности самого метода, так и свойства применяемого типа полиэтиленовой трубы. Например, метод неуправляемого прокола с разрывом или разрезом предполагает разрушение старого трубопровода и протягивание с усилием в освободившееся пространство трубопровода равного или большего, чем исходный диаметра. В такой ситуации очевидно возникновение опасности повреждения наружной поверхности трубы, обусловленной трением между грунтом (или частями старого трубопровода) и полиэтиленовым трубопроводом. Ситуация особенно опасна при наличии острых выступов на границе бурового канала - это могут быть как крупные грунтовые включения твердых пород, так и части изношенного трубопровода, например, бетонного или керамического, разрушение которых имеет хрупкий характер с образованием крупных обломков трубы с острыми краями. В таких условиях целесообразно применять полиэтиленовые трубы типа «ПРОТЕКТ» с защитным слоем из специальной минералонаполненной термосветостабилизированной композиции на основе полипропилена. Защитный слой предохраняет рабочую стенку трубы от процарапывания при протягивании, воспринимая на себя все воздействия, обусловленные силами трения, и позволяет предохранить протягиваемый полиэтиленовый трубопровод от повреждений, которые могут привести к нарушению его герметичности при работе под давлением. Также целесообразно применять трубы типа «ПРОТЕКТ» при реализации метода микротоннелирования с удалением ранее проложенной трубы. В таком случае труба также может быть подвержена негативному воздействию крупных твердых включений в грунте при проходе по буровому каналу вслед за щитом.

Необходимо отметить, что нормативные требования к засыпке трубопроводов за это время не изменились, а вот сортамент полимерных труб значительно расширился в сторону увеличения их диаметров, что не было своевременно учтено. В результате п. 7.16 СП 45.13330.2012 [6] не был актуализирован и сохранил требование п. 4.9 СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты», которые предусматривают проведение засыпки траншей с уложенными трубопроводами в две стадии [7]:
«На первой стадии выполняется засыпка нижней зоны немерзлым грунтом, не содержащим твердых включений размером свыше 1/10 диаметра асбестоцементных, пластмассовых, керамических и железобетонных труб на высоту 0,5 м над верхом трубы, а для прочих труб - грунтом без включений размером свыше 1/4 их диаметра на высоту 0,2 м над верхом трубы…
…На второй стадии выполняется засыпка верхней зоны траншеи грунтом, не содержащим твердых включений размером свыше диаметра трубы...».

Иными словами, грунт обратной засыпки трубопроводов, например, диаметром 1000 мм вполне может содержать в своем составе крупные включения размером от 100 до 1000 мм с массой более двух тонн. Такого рода дополнительная нагрузка оказывает негативное влияние на проложенный трубопровод, особенно в условиях, когда вследствие подвижек в грунте (обусловленных, к примеру, динамической нагрузкой) крупное включение может вплотну «прижаться» к трубопроводу и создать очаг высоких напряжений в стенке трубы. Отметим также, что в более раннем СНиП IIID8D76 «Земляные сооружения», на замену которому пришел СНиП 3.02.01-87, аналогичные требования к засыпке траншей с уложенными трубопроводами устанавливают необходимость использовать мягкий грунт без крупных включений для засыпки на первом этапе, однако «мера крупности» в СНиП IIID8-76 не была установлена и воспринималась разными строителями по-разному. Второй же этап засыпки по данному СНиПу предлагается выполнять грунтом с размером крупных включений не более чем 200 мм [8]. Масса такого включения-обломка может доходить до 25 кг, и если его состав не изменился за прошедшие годы эксплуатации трубопровода, то он также может служить источником дополнительных напряжений в изношенной стенке реконструируемого трубопровода, передающим свое воздействие и на стенку новой полиэтиленовой трубы.

В такой ситуации при реализации методов реконструкции с разрушением (или без разрушения) старого трубопровода из традиционных материалов целесообразно применять полиэтиленовые трубы с соэкструзионными слоями из стойкого к растрескиванию полиэтилена ПЭ 100-RC на внутренней и наружной поверхности трубопровода типа «МУЛЬТИПАЙП». Применение таких труб позволит предупредить раннее образование трещин и их последующий рост в стенке протягиваемого полиэтиленового трубопровода. Естественно, идеальным вариантом будет применение труб типа «МУЛЬТИПАЙП» с защитной оболочкой из термопласта, т.к. в данном случае будет обеспечена защита нового трубопровода и от процарапывания при протягивании, и от последствий точечных нагрузок, обусловленных грунтовыми условиями или последствиями от разрушения старого трубопровода.

Методы реконструкции трубопроводов без разрушения, представленные в СП 249.1325800.2016, в основном ориентированы на протягивание в изношенные трубопроводы полимерных труб и оболочек [5]. В отношении применения полиэтиленовых труб могут быть рассмотрены два метода, представленных выше - это «Слиплайнинг» и «Модифицированный слиплайнинг».

Первый метод предполагает протягивание в изношенный трубопровод обычной круглой полиэтиленовой трубы (без предварительного профилирования и обжатия) с последующей забутовкой межтрубного пространства тампонажным раствором. При реализации данного метода возможно применение обычной черной полиэтиленовой трубы с синими маркировочными полосами. При этом стоит обратить внимание на качество предварительной прочистки реконструируемого трубопровода, а также на наличие в нем выступающих частей, образовавшихся из-за его разрушения. При наличии острых выступов, способных нанести повреждение трубе, стоит отдать предпочтение трубам с защитной оболочкой типа «ПРОТЕКТ».

Второй метод - «Модифицированный слиплайнинг» - предполагает протягивание в изношенный трубопровод предварительно спрофилированной (например, с приданием трубе U-образного профиля) или предварительно обжатой трубы с последующим ее разжатием (расправлением) и плотным прилеганием к стенке реконструируемого трубопровода. Такой метод реконструкции является предпочтительным в сравнении с обычным слиплайнингом с точки зрения сохранения (или улучшения) гидравлических характеристик трубопровода, поскольку в таком случае минимально уменьшение его проходного сечения, а степень шероховатости его внутренней поверхности становится значительно меньше. Для реализации метода модифицированного слиплайнинга можно рекомендовать трубы традиционные черные с синими маркировочными полосами, а также трубы типа «МУЛЬТИПАЙП» с соэкструзионными слоями из ПЭ 100-RC. Применение последних видится вполне целесообразным по причине образования в стенке трубы высоких напряжений при осуществлении процедур по профилированию и обжатию. Это может привести к образованию микротрещин в стенке трубы, их последующему росту и разрушению трубопровода. Такое негативное развитие событий, как это отмечалось выше, могут предупредить трубы со слоями ПЭ 100-RC или трубы, изготовленные целиком из ПЭ 100-RC.

Метод модифицированного слиплайнинга может иметь различные коммерческие названия, например, Swagelining, Rolldown, Subline, «ПОЛИЛАЙНЕР» и т. д. Однако суть его остается неизменна и установлена нормативным документом СП249.1325800.2016 - это предварительное временное уменьшение диаметра полиэтиленовой трубы с последующей ее протяжкой и восстановлением диаметра с плотным прилеганием к стенкам реконструируемого трубопровода. При этом протягиваться могут как полиэтиленовые трубы, способные самостоятельно воспринимать внешние нагрузки и воздействия (как правило, это трубы с SDR 17, 13,6, 11 и т.д.), так и тонкостенные трубы (как правило, это трубы с SDR 26, 33, 41 или оболочки с большим значением SDR). В зависимости от способа уменьшения диаметра полиэтиленовой трубы накладываются определенные ограничения на минимально допустимую величину SDR. Эти ограничения традиционно объясняются теми максимальными усилиями, которые могут развивать профилирующие (или обжимающие) машины, исключая при этом возможность повреждения полиэтиленовой трубы. Необходимо также всегда учитывать, что тонкостенные полиэтиленовые трубы (и оболочки), не обладающие необходимыми прочностными свойствами, должны быть рассчитаны на совместную работу с исходным трубопроводом и применяются, как правило, для герметизации существующих трубопроводов, которые еще способны сохранять свои прочностные свойства длительное время.

Подытоживая, скажем, что на сегодняшний день существует огромный фонд физически изношенных трубопроводов систем водоснабжения и канализации из традиционных материалов, построенных в 1960-1980 гг., которые требуют срочной реконструкции. Методы бестраншейного ремонта таких трубопроводов установлены в недавно вступившем в действие СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами». Существенная часть методов реконструкции, изложенных в этом СП, позволяет применять современные типы полиэтиленовых труб (что зачастую является единственно возможным вариантом), в том числе с защитным покрытием из термопласта на наружной поверхности трубы и с соэкструзионными слоями из ПЭ 100-RC. Вследствие особенности классификации полиэтиленовых труб по наружному диаметру в большинстве случаев наблюдается полное соответствие внутренних диаметров труб из традиционных материалов наружным диаметрам полиэтиленовых труб, как это продемонстрировано в таблице 2, что является дополнительным стимулом при выборе именно полиэтиленовых труб для реконструкции изношенных трубопроводов водоснабжения и водоотведения.

Литература:

1. СНиП II-31-74 Нормы проектирования. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения // М.: 1976. 162c.
2. СНиП II-32-74 Нормы проектирования. Канализация. Наружные сети и сооружения // М.: 1975. 95 c.
3. ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия // М.: 2003. 45 c.
4. Приказ Минжилкомхоза РСФСР от 9 сентября 1975 г. № 378 «Инструкция по технической инвентаризации основных фондов коммунальных водопроводно-канализационных предприятий».
5. СП 249.1325800.2016 Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами // М.: 2016. 98 c.
6. СП 45.13330.2012Земляные сооружения, основания и фундаменты // М.: 2012. 145 c.
7. СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты // М.: 1988. 127 c.
8. СНиП III-8-76 Земляные сооружения // М.: 1977. 106 c.
9. Сосина А. И., Смирнов К. Ю. Развитие систем водоснабжения в России // Сборник материалов IХ Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 385-летию со дня основания г. Красноярска - Красноярск: Сиб. федер. ун-т., 2013.

Polyethylene pipes and reconstruction of water supply and wastewater networks

A significant part of the pipelines of the water supply and wastewater systems in Russian Federation is made from traditional materials. The normative lifetime of such pipes has long ended. They include pipes from: steel, gray cast iron, reinforced concrete, ceramics, asbestos. Most of them can be reconstructed by trenchless methods using poly1 ethylene pipes. In the presented article, the expediency and relevance of the use of polyethylene pipes for the recon1 struction of worn1out pipelines of water supply and wastewater networks.

Keywords: plastics pipes, polymers, plastics, life time, lifetime, service life, water supply, sewerage, POLYLINER, Rolldown, Subline, State Standard, trenchless technologies/methods.

E.I. Zaytseva, Ph.D., Head of Service and Technical Support Division;

I.P. Safronova, Head of Department of license and normative documentation;

I.A. Averkeev, Ph.D., Chief specialist of Department of license and normative documentation.
Polyplastic Group, Ochakovskoeshosse, 18, 119530, Moscow, Russia

По материалам информационного сайта Вода Magazine (опубликовано в журнале «Вода Magazine», №7 (119), 2017 г.)