Metody wykonywania przewiertów – technologie bezwykopowe w praktyce

Technologie bezwykopowe pozwalają wykonywać instalacje pod powierzchnią terenu przy znacznie mniejszej ingerencji w istniejącą infrastrukturę. W zależności od warunków gruntowych, długości i średnicy instalacji, wymaganej dokładności oraz rodzaju przeszkody można zastosować inną metodę wykonania przejścia.

W zależności od technologii może to odbywać się poprzez wiercenie, przeciskanie, wypieranie gruntu, jego mechaniczne urabianie albo wykorzystanie urządzeń pneumatycznych. Poszczególne rozwiązania różnią się również sposobem kontroli trasy i możliwością korygowania jej przebiegu.

Technologie bezwykopowe są szczególnie przydatne w miejscach, gdzie otwarcie wykopu oznaczałoby konieczność rozebrania i późniejszego odtworzenia drogi, torowiska, chodnika czy innej infrastruktury. Ograniczenie robót powierzchniowych może również skrócić czas realizacji i zmniejszyć uciążliwość inwestycji dla mieszkańców oraz użytkowników infrastruktury.

Kiedy stosuje się przewierty i inne technologie bezwykopowe?

O wyborze technologii decydują przede wszystkim warunki techniczne i ekonomiczne. Przewiert może być korzystnym rozwiązaniem, gdy instalację trzeba przeprowadzić:

• pod drogą lub autostradą,
• pod torami kolejowymi,
• pod rzeką, kanałem lub innym ciekiem wodnym,
• pod chodnikiem, placem lub parkingiem,
• pod istniejącymi budynkami i innymi obiektami,
• przez tereny silnie zurbanizowane,
• w pobliżu istniejących sieci wodociągowych, kanalizacyjnych, gazowych i energetycznych,
• przez obszary, na których ograniczenie ingerencji w środowisko ma szczególne znaczenie,
• na terenach, gdzie wykonanie wykopu otwartego byłoby logistycznie bardzo trudne.

Przykładowo wykonanie wykopu w poprzek ruchliwej drogi może wymagać organizacji ruchu, rozbiórki nawierzchni, odwodnienia wykopu, wywozu urobku oraz późniejszego odtworzenia nawierzchni. Wykorzystanie technologii bezwykopowej pozwala w wielu przypadkach ograniczyć te prace.

Nie oznacza to jednak, że przewiert zawsze będzie tańszy od wykopu. Sama technologia wymaga specjalistycznych maszyn, odpowiedniego przygotowania trasy oraz doświadczonej obsługi. Opłacalność należy więc oceniać dla całego przedsięwzięcia, uwzględniając również koszty zajęcia pasa drogowego, odtworzenia nawierzchni, organizacji ruchu i czasu realizacji.

Na czym polega wykonanie przewiertu pod przeszkodą terenową?

Najprościej można powiedzieć, że przewiert polega na wykonaniu podziemnego przejścia pomiędzy punktem początkowym i końcowym, a następnie umieszczeniu w nim projektowanej instalacji.

W przypadku przewiertu sterowanego HDD proces rozpoczyna się od przygotowania trasy. Konieczne jest określenie punktu wejścia i wyjścia, zaplanowanie trajektorii oraz sprawdzenie warunków geologicznych i istniejącego uzbrojenia podziemnego.

Następnie specjalistyczna wiertnica wykonuje otwór pilotażowy. Głowica znajdująca się na końcu żerdzi wiertniczych jest wyposażona w system umożliwiający określanie jej położenia i kierunku. Operator może więc korygować trasę wiercenia i prowadzić ją zgodnie z projektem.

Po osiągnięciu punktu wyjścia otwór może zostać powiększony za pomocą odpowiedniego rozwiertaka. W zależności od średnicy instalacji oraz warunków gruntowych rozwiercanie może odbywać się w kilku etapach. Ostatnim etapem jest wciągnięcie przygotowanego przewodu lub rury do powstałego otworu.

W ten sposób można poprowadzić instalację pod przeszkodą bez konieczności wykonywania wykopu pomiędzy punktami wejścia i wyjścia.

Przecisk a przewiert – czym różnią się te technologie?

Określenia „przewiert” i „przecisk” bywają używane zamiennie, jednak z technicznego punktu widzenia opisują różne sposoby wykonywania podziemnego przejścia.

Przewiert w ścisłym znaczeniu zakłada wykonanie otworu w gruncie, najczęściej poprzez jego urabianie za pomocą narzędzia wiertniczego. W przypadku HDD istotną cechą jest możliwość sterowania głowicą i zmiany przebiegu trasy w trakcie wykonywania otworu.

Przecisk polega natomiast przede wszystkim na mechanicznym wciskaniu rury, osłony lub elementów konstrukcyjnych w grunt za pomocą siłowników hydraulicznych. W zależności od technologii grunt znajdujący się na trasie jest wypierany, rozdrabniany lub usuwany.

W praktyce stosuje się między innymi przeciski hydrauliczne, przeciski z wykorzystaniem rur osłonowych, przeciski pneumatyczne oraz bardziej zaawansowane systemy sterowane. W przypadku dłuższych i bardziej wymagających przejść mogą być stosowane technologie oparte na kontrolowanym urabianiu gruntu, w tym mikrotunelowanie.

Najważniejsza różnica dotyczy więc nie samego faktu wykonania przejścia pod ziemią, ale sposobu urabiania gruntu, instalowania rury i kontroli przebiegu trasy.

Najważniejsze metody wykonywania przewiertów

Nie istnieje jedna uniwersalna metoda przewiertu. Dobór technologii powinien uwzględniać m.in. długość przejścia, średnicę rury, rodzaj gruntu, głębokość instalacji, poziom wód gruntowych, obecność istniejącego uzbrojenia oraz wymaganą dokładność.

Przewierty sterowane HDD

HDD jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych technologii bezwykopowych. Jej charakterystyczną cechą jest możliwość aktywnego sterowania głowicą podczas wykonywania otworu.

Standardowy proces obejmuje trzy podstawowe etapy:

• wykonanie przewiertu pilotażowego,
• rozwiercenie otworu do wymaganej średnicy,
• wciągnięcie rury lub przewodu.

Podczas wiercenia wykorzystywane są żerdzie wiertnicze, głowica sterująca oraz system lokalizacji. W wielu rozwiązaniach do otworu podawana jest płuczka wiertnicza, często na bazie bentonitu. Jej zadaniem jest m.in. wspomaganie urabiania i transportu urobku oraz stabilizacja otworu.

HDD pozwala prowadzić trasę nie tylko w linii prostej, ale również po zaprojektowanym łuku. Dzięki temu możliwe jest omijanie przeszkód znajdujących się pod powierzchnią terenu.

Przeciski hydrauliczne

Przecisk hydrauliczny jest rozwiązaniem często stosowanym przy wykonywaniu krótszych przejść, szczególnie pod drogami, chodnikami i innymi elementami infrastruktury.

Maszyna wykorzystuje siłę siłowników hydraulicznych do wciskania rury lub rury osłonowej w grunt. W zależności od zastosowanego systemu grunt może być jednocześnie usuwany z wnętrza rury.

Zaletą przecisku jest stosunkowo prosta zasada działania oraz możliwość ograniczenia robót powierzchniowych. Ograniczeniem może być natomiast mniejsza elastyczność trasy w porównaniu z HDD.

Przewierty pneumatyczne

Do wykonywania krótkich przejść wykorzystuje się również tzw. „krety pneumatyczne”. Są to urządzenia, które dzięki pracy mechanizmu udarowego przemieszczają się w gruncie, tworząc kanał.

Rozwiązanie to znajduje zastosowanie m.in. przy wykonywaniu przyłączy pod drogami, chodnikami i terenami zielonymi. Jest szczególnie interesujące w przypadku niewielkich średnic i krótkich odcinków.

W przeciwieństwie do klasycznego HDD możliwości precyzyjnego sterowania trasą są jednak ograniczone, dlatego metoda wymaga odpowiedniej oceny warunków gruntowych i zakresu prac.

Mikrotunelowanie

Mikrotunelowanie jest bardziej zaawansowaną metodą przeznaczoną m.in. do wykonywania podziemnych rurociągów o większych średnicach i wymagających wysokiej dokładności.

W tej technologii głowica drążąca jest sterowana z powierzchni lub z wykorzystaniem systemu prowadzenia, a urobek jest usuwany z przestrzeni roboczej. Za głowicą umieszczane są kolejne odcinki rur, które są wciskane w przygotowany tunel.

Mikrotunelowanie może być szczególnie przydatne w przypadku kanalizacji grawitacyjnej, gdzie istotne jest zachowanie określonego spadku i bardzo dokładnego przebiegu trasy.

Przewierty i przeciski specjalistyczne

Oprócz podstawowych metod istnieją rozwiązania przeznaczone do konkretnych zastosowań. W robotach związanych z modernizacją istniejących sieci wykorzystuje się m.in. technologie wymiany lub renowacji rurociągów, takie jak kraking statyczny, relining czy metody wykorzystujące istniejący kanał jako trasę dla nowej instalacji.

Dobór rozwiązania zależy więc od tego, czy celem jest wybudowanie nowego rurociągu, wykonanie przejścia pod przeszkodą, czy modernizacja istniejącej infrastruktury.

Jakie maszyny wykorzystuje się do wykonywania przewiertów?

Park maszynowy zależy od wybranej technologii. W przypadku HDD podstawowym urządzeniem jest wiertnica horyzontalna. Jej wielkość i parametry dobiera się do długości przewiertu, średnicy instalacji i warunków gruntowych.

Typowe wyposażenie może obejmować:

• wiertnicę HDD,
• żerdzie wiertnicze,
• głowice pilotowe,
• rozwiertaki,
• system lokalizacji i nawigacji,
• mieszalnik i pompę płuczki wiertniczej,
• zbiorniki na płuczkę,
• urządzenia do oczyszczania płuczki,
• agregaty hydrauliczne,
• urządzenia do przygotowania i wciągania rur,
• koparki i sprzęt pomocniczy.

W przypadku przecisków hydraulicznych podstawę stanowi urządzenie wyposażone w siłowniki, które generują siłę potrzebną do wprowadzania rur w grunt. Przy mikrotunelowaniu stosuje się natomiast specjalistyczne głowice drążące, systemy sterowania, urządzenia do transportu urobku oraz stacje siłowników.

Sama maszyna nie przesądza jednak o powodzeniu inwestycji. Równie ważne są odpowiednio zaprojektowana trasa, znajomość warunków gruntowych, prawidłowy dobór narzędzi oraz doświadczenie operatora.

Geologia ma kluczowe znaczenie

Jednym z najważniejszych czynników wpływających na wykonanie przewiertu są warunki gruntowe. Inaczej zachowuje się grunt piaszczysty, inaczej glina, namuł czy żwir, a jeszcze innych parametrów wymaga wiercenie w gruncie zawierającym większe frakcje lub skały.

Przed rozpoczęciem prac należy więc możliwie dokładnie rozpoznać podłoże. Istotne są również:

• poziom wód gruntowych,
• warstwowanie gruntu,
• nośność i stabilność podłoża,
• występowanie głazów lub przeszkód naturalnych,
• możliwość utrzymania stabilności otworu,
• ryzyko niekontrolowanego wypływu płuczki.

Właściwe rozpoznanie geologiczne może ograniczyć ryzyko problemów podczas wiercenia i pozwala lepiej dobrać parametry maszyny, głowicę, rozwiertaki oraz płuczkę.

Co znajduje się pod ziemią? Znaczenie istniejącego uzbrojenia

Jednym z największych wyzwań przy realizacji przewiertów w miastach jest obecność istniejących instalacji. Pod powierzchnią mogą znajdować się wodociągi, kanalizacja, gazociągi, kable energetyczne, sieci telekomunikacyjne i inne przewody.

Dlatego przed rozpoczęciem wiercenia konieczne jest ustalenie ich przebiegu oraz weryfikacja danych zawartych w dokumentacji. W zależności od sytuacji wykorzystuje się również metody lokalizacji istniejącego uzbrojenia.

Projektowanie trasy przewiertu powinno uwzględniać zarówno istniejące sieci, jak i wymagane odległości oraz możliwość bezpiecznego prowadzenia głowicy. Dokładna analiza dokumentacji i warunków terenowych jest jednym z podstawowych etapów przygotowania przewiertu.

Płuczka wiertnicza – ważny element technologii HDD

W przewiertach HDD istotną rolę odgrywa płuczka wiertnicza. Najczęściej wykorzystuje się mieszaniny na bazie bentonitu i wody, których parametry są dobierane do warunków gruntowych i wymagań technologicznych.

Płuczka może pełnić kilka funkcji jednocześnie. Pomaga w urabianiu gruntu, transportuje urobek na powierzchnię, chłodzi narzędzia oraz wspomaga stabilizację ścian wykonywanego otworu.

Jej stosowanie wymaga jednak odpowiedniej kontroli. Szczególne znaczenie ma ryzyko tzw. frac-out, czyli niekontrolowanego wypływu płuczki na powierzchnię. Jest to jeden z aspektów, który należy uwzględnić w planowaniu i prowadzeniu robót, szczególnie w pobliżu cieków wodnych i obszarów wrażliwych środowiskowo.

Zalety technologii bezwykopowych

Najważniejsze korzyści wynikające z zastosowania przewiertów i innych metod bezwykopowych to:

• mniejsza ingerencja w powierzchnię terenu - nie ma potrzeby wykonywania ciągłego wykopu na całej długości instalacji
• możliwość pokonywania przeszkód - rurociąg może zostać poprowadzony pod drogą, torami, rzeką lub innym obiektem
• ograniczenie utrudnień dla użytkowników - w wielu przypadkach zmniejsza się zakres koniecznych zamknięć dróg i innych powierzchni
• skrócenie robót powierzchniowych - znaczna część prac odbywa się pod ziemią
• ograniczenie kosztów odtworzeniowych - przy właściwie dobranej technologii nie trzeba rozbierać i odtwarzać całej nawierzchni na trasie instalacji
• możliwość prowadzenia prac w terenie zurbanizowanym - jest to jedna z przyczyn popularności HDD w miastach i na terenach o dużym zagęszczeniu infrastruktury.

Ograniczenia i ryzyko

Technologie bezwykopowe nie są jednak pozbawione wad. Przewiert wymaga odpowiedniego przygotowania i nie zawsze będzie najlepszym rozwiązaniem.

Ryzyko może zwiększać m.in. niepełne rozpoznanie geologiczne, niezinwentaryzowane uzbrojenie terenu, niekorzystne warunki gruntowe, niewłaściwie dobrane parametry maszyny lub błędy w projektowaniu trajektorii.

W przypadku HDD szczególne znaczenie ma także właściwe zarządzanie płuczką oraz kontrolowanie parametrów wiercenia. Problemy mogą prowadzić do utraty stabilności otworu, trudności z przeprowadzeniem rury czy konieczności powtórzenia części prac.

Z tego powodu technologia bezwykopowa nie powinna być wybierana wyłącznie na podstawie deklarowanej ceny za metr przewiertu. Ważne są doświadczenie wykonawcy, zaplecze techniczne, projekt technologiczny oraz sposób przygotowania inwestycji.

Bezpieczeństwo podczas wykonywania przewiertów

Choć większość prac odbywa się pod ziemią, wykonanie przewiertu nie oznacza braku zagrożeń. Na placu budowy pracują ciężkie maszyny, występują wysokie ciśnienia hydrauliczne, a w przypadku HDD dodatkowo wykorzystywana jest płuczka wiertnicza.

Szczególnej uwagi wymagają również istniejące sieci podziemne. Uszkodzenie gazociągu, kabla energetycznego czy wodociągu może prowadzić do poważnych konsekwencji technicznych i zagrożenia dla pracowników oraz otoczenia.

Bezpieczna realizacja wymaga więc właściwego przygotowania stanowiska, przestrzegania procedur, kontroli parametrów pracy urządzeń oraz odpowiedniego przeszkolenia personelu.

Jak dobrać odpowiednią metodę?

Wybór technologii można w uproszczeniu przedstawić następująco:

Tabela jest oczywiście uproszczeniem. Ostateczny wybór powinien wynikać z analizy konkretnej inwestycji.

Przyszłość przewiertów – automatyzacja i precyzja

Rozwój technologii bezwykopowych zmierza w kierunku coraz większej automatyzacji, dokładniejszej nawigacji oraz lepszego monitorowania parametrów pracy. Systemy pomiarowe pozwalają operatorom kontrolować położenie głowicy, a zaawansowane rozwiązania umożliwiają coraz dokładniejsze prowadzenie instalacji.

Znaczenie mają również rozwiązania związane z ograniczaniem wpływu prac na środowisko, recyklingiem płuczki oraz efektywniejszym wykorzystaniem energii i materiałów.

Wraz z rozwojem infrastruktury podziemnej rośnie również znaczenie metod pozwalających modernizować sieci bez konieczności wielkoskalowego rozkopywania ulic i terenów zurbanizowanych.

Fot. unitel-hurt.pl