HDD

Podział bezwykopowych metod budowy sieci podziemnych wg. ISTT
(International Society for Trenchless Technology – Międzynarodowe Stowarzyszenie Technologii
Bezwykopowych)
- przeciski pneumatyczne przebijakiem – tzw. kretem (Impact Moling),
- pneumatyczne wbijanie rur stalowych (Impact Ramming),
- przewierty sterowane (Guided Boring),
- wiercenia kierunkowe (Directional Drilling, Horizontal Directional Drilling),
- przeciski hydrauliczne (Pipe Jacking),
- mikrotunelowanie (Microtunnelling).
Przewierty sterowane HDD (Horizontal Directional Drilling)
Pierwszy przewiert w 1971 r
w USA, rura o średnicy 100
mm i długości 182 m pod
rzeką Pajero w Kalifornii,
jednostka badawczo –
rozwojowa AT&T Bell
Laboratories.
Polska – 1991 r,
gazociąg,
przejście pod Wisłą
ponad 2000 m i średnicy do (i więcej) 1500 mm
Największa realizacja w Polsce :
Syfon pod Martwą Wisłą (Gdańsk),
przewód z PEHD o średnicy DN 1200 mm i
długości 504 m.
Rok 2000, firma Beta S.A.,
Rura firmy KWH Pipe
• Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L., Mikrotunelowanie, DWE, Wrocław, 2006,
• Zwierzchowska A., Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociągowych i
kanalizacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2006,
• Ostrowska K., Przewierty HDD rurociągów o dużych średnicach, Inżynieria Bezwykopowa,
nr 4/2013
(materiały reklamowe firmy Herrenknecht)
Plac budowy od strony wiertnicy i od strony przewodu
„plac maszynowy”
„plac montażowy”
Zwierzchowska A., Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2006,
dwa kolektory umieszczone równolegle pod dnem
rzeki Odry, na potrzeby oczyszczalni ścieków
„Pomorzany”
DN 1000 mm, DN 160 mm,
wiertnica 45 tonowa
lipiec 2006 – kwiecień 2007 ,
Najdłuższy odcinek 645 m,
Hydrobudowa 9
plac maszynowy w
warunkach miejskich
J.Zielińska, Studium najciekawszych polskich projektów bezwykopowej budowy rurociągów i kanałów , Praca dyplomowa magisterska, Politechnika Świętokrzyska,
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Charakterystyczne są trzy podstawowe etapy pracy
(wersja klasyczna – przewiert ląd -ląd):

wiercenie pilotowe;

rozwiercanie otworu;

wciąganie rury.
Wiercenie pilotowe - I etap przewiertu
10 - 30, 20 - 200 mm
Rozwiercanie otworu - II etap przewiertu
Wciąganie rury - III etap przewiertu
Etapy realizacji projektu HDD
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Przygotowanie budowy, w tym planowanie technologiczne
Montaż urządzeń i instalacji na budowie
Wiercenie pilotowe
Operacje poszerzania otworu
Kalibracja, marsze czyszczące
Prefabrykacja rurociągu
Instalacja rurociągu
Próby i odbiory techniczne rurociągu
Demontaż i porządkowanie (czyszczenie) placu budowy
Demobilizacja personelu i sprzętu
Rekultywacja terenu zajętego przez projekt
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Podstawowe elementy składowe
- samobieżny napęd gąsienicowy,
- laweta wiertnicza,
- agregat prądotwórczy,
- zespół hydrauliczny,
- pompa płuczkowa,
- podajnik żerdzi;
Zwierzchowska A., Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2006 za Tracto Technik
Wg Osikowicz R. i Ganew D.
Moc urządzenia ! – pozwalająca generować moment obrotowy i siłę
uciągu / pchania
Wg. Petrow-Ganew D., Horyzontalne przewierty sterowane – technologia, Technologie Bezwykopowe, 2/1998.
najczęściej stosowane rozwiązanie głowicy wiertniczej: głowica hydrauliczna
Ciśnienie płuczki (10 – 40 MPa)
B
A - koronka
A
rozwiercająca;
B - wiertło do
gruntów zwartych i
skalistych (obrotowo
- udarowe)
Poszerzacz rolkowy
Zestaw głowic rozwiercająco – płóczkowych typu zamkniętego
(poszerzacze baryłkowe)
głowica rozwiercająco – płóczkowa typu zamkniętego
głowica rozwiercająca typu otwartego
Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L.: Mikrotunelowanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2006
(docelowe)
„overcut”
Liczba etapów poszerzania uzależniona jest od średnicy otworu docelowego,
rodzaju gruntu i dostępnego typoszeregu urządzeń wiertniczych.
Wyjściowo zakłada się jednakowe zużycie mocy na każe kolejne poszerzanie
Liczba etapów poszerzania
– istnieją przewierty sterowane wykonywane
na sucho – wiercenie udarowe
- jako płuczka w skrajnym przypadku może
być wykorzystywana woda
Przygotowanie płuczki bentonitowej
Zestaw do separacji płuczki
Różne wydajności - różne gabaryty i rozwiązania urządzeń (wielokontenerowe)
Zwierzchowska A., Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2006.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L.: Mikrotunelowanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2006
Zjawisko powolnego wzrostu pęknięć
SCG „Slow Crack Growth”
Geologia i grunty rodzime
• Wzdłuż trasy przewiertu powinny być wykonane i
przeanalizowane odpowiednie badania geologiczne
• Ma to na celu przeprowadzenia studium wykonalności i
uniknięcie możliwych ryzyk geologicznych.
• Badania powinien zlecić inwestor lub reprezentujący go
inżynier kontraktu, względnie biuro projektowe.
• Biuro geologiczne powinno posiadać doświadczenie w
podobnych projektach i stosowną wiedzę na temat metod
pracy i specyfiki technologii HDD.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Co tak naprawdę powinno wynikać z raportu
geotechnicznego?
• Ocena stanu faktycznego podłoża w kontekście specyfiki
technik bezwykopowych, w tym zwłaszcza HDD.
• Ocena przydatności poszczególnych warstw dla celów
wiertniczych (wytworzenie w niej stabilnego otworu)
• Ocena ryzyka kolizji z dużymi obiektami, skupiskami kamieni,
rumoszu i żwiru.
• Ocena prawdopodobieństwa napotkania warstw aktywnych
(Iłów, glin zailonych, iłowców itp.)
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Geologia – otwory wiercone
• Badania historyczne – dostępne z wcześniej przeprowadzonych inwestycji
(np. budowy mostów, tuneli i innych konstrukcji.
• Otwory geotechniczne – dla określenia typu i przebiegu warstw
geologicznych oraz właściwości tych warstw. Wiercenie rdzeniowe są
przeprowadzane dla uzyskania ciągłych próbek w odstępach 50-150m
wzdłuż trasy wierceń HDD, w porządku naprzemiennym z zachowaniem 510 m odległości od planowanej trajektorii .
•
W większości przypadków ważne jest by zastosować odpowiednio dużą
średnicę otworu badawczego by być pewnym że grube frakcje (otoczaki,
kamienie itp.) są zidentyfikowane.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Geologia – otwory wiercone
• Głębokość otworów badawczych powinna sięgać 5-10 m poniżej
poziomu planowanego profilu przewiertu stosownie do specyfiki
warunków gruntowych.
• Zmiany warstw powinny być konsekwentnie wprowadzone do
trajektorii przewiertu i opisane w przypadku trudności podczas procesu
wiercenia.
•
Otwory powinny być prawidłowo wypełnione i zlikwidowane, by nie
dopuścić do strat cyrkulacji lub powierzchniowych wybić płuczki.
•
Pobrane rdzenie powinny być przechowywane do zakończenia
inwestycji.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Geologia – testy penetracyjne
• Test CPT - stożek jest wciskany do gruntu na końcu żerdzi, w stałym
tempie. Wykonywane są pomiary sumarycznego oporu, tarcia i oporu
na pobocznicy stożka.
• Test SPT - sonda jest wprowadzana do gruntu ze stałą energią
udarową. Wymagana liczba uderzeń na jednostkę długości penetracji
jest za każdym razem rejestrowana. Większa liczba udarów na
jednostkę zagłębienia świadczy o większym stopniu zagęszczenia i
spoistości. W metodzie SPT można stosować lekkie, średnie i ciężkie
sondy.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Geologia – testy penetracyjne
•
Dla określenia ważnych parametrów geologicznych, np. spoistości
gruntów luźnych i konsystencji gruntów o wysokiej spoistości, lub aby
zidentyfikować granice warstw, mogą być wykonane dwa testy
penetracyjne.
•
Testy penetracyjne są zaplanowane w pobliżu otworów i jeżeli to
konieczne na odcinkach pomiędzy nimi. Głębokość penetracji stożka
powinna być taka sama jak dla otworów w celu porównania (korelacji)
parametrów w różnych warstwach. Otwory po testach powinny zostać
wypełnione przez glinę (ił) o właściwościach pęczniejących, w celu
uniknięcia penetracji do nich płuczki wiertniczej.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Geologia - badania geofizyczne
•
•
•
Badanie EMR (Georadar)
Tomografia elektrooporowa
Pomiary sejsmiczne
Stefaniuk M. i inni: Zastosowanie metody tomografii elektrooporowej ERT. Projektowanie
trajektorii wiercenia w technologii HDD, Inżynieria Bezwykopowa, 3/2015
Wybrane uwagi
Istotne jest aby podczas prac przewiertowych (wiercenie pilotażowe, poszerzanie
otworu, przemarsz kontrolny) uniknąć wybicia płuczki wiertniczej (przebicie otworu,
szczelinowanie).
Z tego względu zalecane minimalne zagłębienie pod przeszkodą terenową wynosi 10
– 15 średnic instalowanego rurociągu.
Decydująca jest budowa geologiczne w obszarze prac.
Rozpoznanie warunków geologicznych należy przeprowadzić na całej długości
przewiertu, do głębokości min. 10 m poniżej planowanej osi rurociągu
Odwierty nie powinny pokrywać się z osią przewiertu – min 10 m od niej (ucieczka
płuczki).
Oprócz tradycyjnych pomiarów wskazane jest prowadzenie badań geofizycznych dla
określenia szczegółowego przebiegu warstw geologicznych. Istotne jest szczególnie
zlokalizowanie głazów narzutowych, ławic żwirowych, nagromadzenia otoczaków i
stwierdzenie występowania iłów.
Trajektorie przewiertów sterowanych
trajektoria „niemożliwa”
A. Zwierzchowska za Wiśniowski R., Ziaja J., Stryczek S., AGH Kraków
stałe kontrola i sterowanie przewiertem
Trajektoria przewiertu składająca się z dwóch odcinków krzywoliniowych oddzielonych
odcinkiem prostoliniowym
Trajektoria przewiertu składająca się z odcinków na przemian prostoliniowych i
krzywoliniowych
A. Zwierzchowska za Wiśniowski R., Ziaja J., Stryczek S., AGH Kraków
ciągła kontrola i sterowanie przewiertem na odcinkach krzywoliniowych,
możliwość łatwiejszego stosowania udaru na odcinkach prostoliniowych
Trajektoria przewiertu składająca się z dwóch odcinków prostoliniowych oddzielonych
odcinkiem krzywoliniowym
???
A. Zwierzchowska za Wiśniowski R., Ziaja J., Stryczek S., AGH Kraków
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Profil – przekrój podłużny
Widok sekcji podłużnej dla przewiertów HDD powinien zawierać przynajmniej
poniższe elementy:
•
punkt wejścia i wyjścia otworu powinien być naniesiony na istniejący system
współrzędnych i dane wysokościowe
•
profil rzeźby terenu i rzędne wzdłuż przekroczenia z naniesionymi rozmiarami
istotnych punktów referencyjnych, w odniesieniu do dogodnego systemu
współrzędnych i danych wysokościowych.
•
punkty odniesienia równoległe do zaproponowanej trasy przewiertu
•
poziom wód i profil dna rzeki wliczając zasięg pływów ze szczegółowymi
oznaczeniami wysokości wód podczas przypływu i odpływu
•
kąt wejścia i wyjścia
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Profil – przekrój podłużny
•
profil przewiertu zawierający systematyczne odległości, m.in. linie dystansowe np.
co 10m jak też punkt zakończenia przewiertu HDD
•
promienie krzywizny w płaszczyźnie pionowej dla każdej sekcji otworu
•
promień kombinowany (wynikający z łuków w płaszczyźnie pionowej i poziomej)
dla każdej sekcji
•
długość przewiertu w planie i całkowitą długość przewiertu
•
głębokość (przykrycie) w punktach krytycznych, m.in. pod drogami, torami,
rzekami, istniejącą infrastrukturą
•
obraz pozycji i głębokości wiercenia otworów geologicznych i wykonywanych
sondowań.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Przekrój przewiertu horyzontalnego powinien zawierać
przynajmniej następujące elementy:
1.
średnicę docelową otworu,
2.
grubość ścian rury, typ izolacji rury, wszelkie zabezpieczenia i jeżeli
zastosowane szczegóły odcinków wzmocnionych (pokrytych) i parametry
materiału rury,
3.
klasyfikację gruntów wokół przewiertu.
Kąt wejścia generujący potrzebę podniesienia początkowej części przewodu
Zwierzchowska A., Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2006 za Tracto Technik
„overbend”, „cat back”, „koci grzbiet”
Profil – promień krzywizny
Promień przewiertu powinien w każdym przypadku być większy niż:
•
minimalny promień krzywizny dedykowanego rurociągu (materiał)
•
minimalny promień krzywizny charakteryzujący elementy przewodu
wiertniczego.
Właściwości fizyko-mechaniczne (Materiały informacyjne firmy GAMRAT S.A.) :
Zależność między dopuszczalnym promieniem krzywizny, średnicą rurociągu i
charakterystyką gruntu (wg. Ostrowskiej)
Profil – promień kombinowany
•
Jeżeli nie ma odchyleń w płaszczyźnie poziomej minimalny promień jest
równy minimalnemu promieniowi w płaszczyźnie pionowej. Jeżeli jednak
istnieją odchylenia poziome (lewo – prawo) promień kombinowany będzie
mniejszy zarówno od promienia poziomego jak i pionowego.
•
Dla planowania i wiercenia oznacza to, że kalkulowany minimalny promień
odpowiada minimalnemu dopuszczalnemu promieniowi kombinowanemu.
Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering
Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L.: Mikrotunelowanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2006
Systemy sterowania i kontroli
- system radiometryczny,
- system magnetyczny,
-system elektromagnetyczny,
system „walk over”
głowica
pilotowa
Materiały informacyjne firmy Tracto-Technik
Przekazywane dane:
- kąt pochylenia (inklinacja) i obrotu głowicy,
- azymut,
- temperatura sondy,
- poziom naładowania baterii sondy.
sonda emitująca sygnał radiowy
Standardowo 10 (20) m głębokość, 500 m zasięgu
prąd stały
Składowe elementy elektromagnetycznego systemu pomiarowego
System Paratrack, materiały reklamowe firmy INROCK
Obliczanie przyrostów głębokości (trajektorii) przewiertu sterowanego
- przyjmując stały krok pomiarowy,
- dla długości żerdzi wiertniczych
i analiza ciśnienia płuczki na każdym etapie realizacji
Podstawowe ograniczenia w HDD:
- zbyt duża średnica przewodu;
- za mała moc urządzenia;
- niekorzystne warunki geologiczne.
wspomaganie wydajności urządzenia:
- druga wiertnica po przeciwnej stronie,
- młot pneumatyczny (przebijak)
- „pipe thruster”
rozwiązania dla przypadków awaryjnych – zakleszczenie wciąganego przewodu
- druga wiertnica,
- ciągnik, łyżka koparki,
- wspomaganie młotem pneumatycznym,
-„pipe thruster”
Wspomaganie klasycznego HDD urządzeniem „pipe thruster”
Michael Lubberger: EXTENDING THE ACHIEVEMENT PORTFOLIO OF HDD RIGS, International No-Dig 2011 29th International Conference and Exhibition, Berlin, 2-5 May 2011
Michael Lubberger: EXTENDING THE ACHIEVEMENT PORTFOLIO OF HDD RIGS, International No-Dig 2011 29th International Conference and Exhibition, Berlin, 2-5 May 2011
Michael Lubberger: EXTENDING THE ACHIEVEMENT PORTFOLIO OF HDD RIGS, International No-Dig 2011 29th International Conference and Exhibition, Berlin, 2-5 May 2011
Wspomaganie klasycznego HDD urządzeniem „pipe thruster”
Korzystniejszy rozkład naprężeń we wciąganej rurze – w klasycznym przewiercie zawsze największe naprężenia
rozciągające powstają w początkowym fragmencie wciąganego przewodu,
Osiągana prędkość do 5 m/min, kąt wciskania między 0 a 15 stopni.
914 mm
1524 mm
Inżynieria Bezwykopowa, nr 4/2013
Metoda „Direct pipe” alternatywa pomiędzy mikrotunelowaniem
a HDD przy wykorzystaniu urządzenia „pipe thruster”
Materiały informacyjne firmy Herrenknecht A.G.
Michael Lubberger: EXTENDING THE ACHIEVEMENT PORTFOLIO OF HDD RIGS, International No-Dig 2011 29th International Conference and Exhibition, Berlin, 2-5 May 2011
Michael Lubberger: EXTENDING THE ACHIEVEMENT PORTFOLIO OF HDD RIGS, International No-Dig 2011 29th International Conference and Exhibition, Berlin, 2-5 May 2011
- Tradycyjny transport płuczkowy urobionego materiału (AVN – tarcza typu slurry), tradycyjne
podparcie płuczką tarczy;
- Przewody płuczkowe, kable zasilania i transportu danych, lubrykatu są zasadniczo montowane w
zespawanym przewodzie dla całej długości przejścia (z możliwością podziały na etapy;
- Długość tarczy jest podyktowana koniecznością zapewnienia lepszej sterowności (dwa aktywne
przeguby);
- Narzędzie skrawające dostosowywane do warunków gruntowych (jak w tradycyjnym
mikrotunelowaniu) - możliwość rozkruszenia pojedynczych głazów;
- Możliwość przejścia przez strefy gruntów niestabilnych zawierających domieszkę kamienną lub
żwirową – trudną do ustabilizowania przy wykorzystaniu płuczki wypełniającej rozwiercaną
przestrzeń w tradycyjnym HDD;
- System sterowania żyrokompasowy z poziomicą wodną, wskazuje się na zdecydowaną poprawę
precyzji przewiertów w porównaniu z HDD;
pierwsza realizacja w Polsce – gazociągu Czeszów – Wierzchowice, lato 2016, Gaz-System