Technologie horizontálního směrového vrtání (mezinárodní zkratka HDD) byla vyvinuta a průkopníkem Martin Cherrington v polovině 60. let. Popularitu si však získal až v 70. letech, po vybudování komunikací pod řekou Pajaro v oblasti Monterey Bay v Kalifornii.
Typy bezvýkopových technologií pro pokládku komunikací
Bezvýkopové technologie pro pokládku komunikací jsou ve světě známé jako bezvýkopové technologie nebo NO-DIG (nekopejte). Představují podzemní stavbu potrubí bez otevření zeminy.
Existuje několik metod horizontálního vrtání pro pokládku komunikací:
- horizontální vrtání (HDD);
- propíchnout;
- děrování;
- mikrotunelování;
- relining.
Co je metoda HDD
Jednou z nejúčinnějších a nejoblíbenějších metod je horizontální směrové vrtání. Metoda HDD je způsob, jak vrtat rovné i zakřivené studny o průměru až 1720 mm. Navíc délka takového souvislého tunelu může dosáhnout 2 km. Mezi všemi technologiemi pro bezvýkopové pokládání komunikací je to HDD, který poskytuje maximální délku studny.
Dávejte pozor! Mnoho lidí považuje HDD za synonymum pro bezvýkopovou technologii. Toto je chybné tvrzení. Metoda horizontálního směrového vrtání je běžnější a oblíbenější.
Přesnost uložení potrubí po dané trajektorii zajišťuje vysílač umístěný ve vrtné soupravě. Jeho signály jsou přijímány přijímačem na povrchu, což umožňuje nepřetržité sledování směru, hloubky a dalších parametrů ražby.
Vlastnosti technologie HDD a základní principy
Horizontální směrové vrtání je metoda bezvýkopového kladení potrubí a jiných komunikací v různých hloubkách pod přírodními a umělými překážkami bez narušení jejich normální funkce.
Technologie vrtání HDD je poměrně jednoduchá a efektivní. Vrtná souprava se umístí do požadovaného bodu „A“ (například na jednu stranu silnice nebo řeky). Po dané trajektorii vrtá studnu s výstupem v bodě „B“. V závislosti na průměru studny se práce provádějí v jednom nebo více expanzních stupních. Do výsledné studny je vtažena trubka pomocí speciální vrtné kapaliny, která maže a tvoří kanál.
Vrtací zařízení
Pokládka potrubí metodou HDD je technicky složitý proces, který vyžaduje speciální vybavení. Výběr zařízení pro horizontální vrtání je široký – od levných čínských jednotek až po prémiové americké a německé. Je potěšující, že výroba tohoto typu komunální techniky se etablovala i v Rusku.
Vrtná souprava HDD může být stacionární nebo samohybná, obvykle pásová. Je vybaven:
- motor;
- vrtat;
- vrtací vozík se svěrákem, který nastavuje úhel sklonu tyče při vrtání;
- vozík, který je připevněn k vozíku, pohání tyče a odpovídá za jejich translační pohyb;
- pracoviště operátora s ovládacím panelem;
- hydraulická stanice pro přípravu, dodávku a regeneraci vrtné kapaliny pro výplach studní.
Důležitou součástí moderních horizontálních vrtných souprav je systém umístění. Během práce je vrták v nedohlednu. Pro kontrolu přesnosti průchodu a jeho procesu je na vrtací hlavě instalována speciální sonda. Tento detektor poskytuje obsluze potřebné informace o postupu práce – úhel a směr vrtání, rychlost vrtání, teplota v pracovní oblasti.
Kromě toho vrtací zařízení obsahuje další nástroje: expandéry různých průměrů, tyče, čerpadla a posunovač pro odstraňování vrtného bahna.
V roce 2000 byla v Německu vyvinuta jednotná klasifikace zařízení pro pokládání komunikací metodou HDD. Zařízení jsou klasifikována podle maximální tažné síly do čtyř hlavních skupin:
- mini vrtací soupravy – s tahem do 100 kN;
- midi-vrtání – od 100 do 400 kN;
- maxivrtání – od 400 do 2 500 kN;
- megavrtání – přes 2 500 kN.
Etapy horizontálního směrového vrtání
Práce na pokládce komunikací pomocí bezvýkopových technologií začínají přípravou projektové dokumentace. Zde je třeba vzít v úvahu mnoho nuancí, včetně již položených komunikací, aby nedošlo k jejich poškození.
Poté se vybere metoda HDD a připraví se plocha pro zařízení. Některé instalace vyžadují vybudování jímky nebo jímky na vstupu a výstupu.
Po instalaci zařízení zahájí proces horizontálního vrtání, který se skládá z několika fází:
- pilotní studna;
- předexpanze;
- utahování potrubí.
Pilotní vrtání
Pilotní jamka během HDD je to, co určuje vektor pro celý vývoj. Pro počáteční vrtání je na tyči instalována sonda – vrtací hlava. Zavádí se do skály, pokud se práce provádí ze země pod úhlem 10-20 stupňů, a postupuje se po trajektorii určené projektem.
Během pilotního vrtání je do vrtu přiváděna vrtná kapalina, která snižuje tření na vrtací hlavě a tyči a také chrání vrt před kolapsem. Kromě toho kompozice ničí horninu, čistí studnu od úlomků, vynáší je na povrch a slouží jako chladicí kapalina pro vrtací hlavu.
Směr podél osy vrtání se provádí pomocí lokalizačního systému založeného na počítačovém zpracování informací v reálném čase. Signál o dráze vrtacího nástroje pochází z vysílače umístěného ve vrtací hlavě. Operátor porovná data s vrtným plánem a natočí sondu do požadovaného úhlu. To zajišťuje vysokou přesnost práce.
Průměr pilotní studny pro horizontální směrové vrtání nepřesahuje 10 cm.To obvykle nestačí pro pokládku komunikací. Proto se po dosažení výstupního bodu vrtací hlava odpojí od tyče a nasadí se zpětný expandér.
Předexpanze
Rozšíření vrtu se provádí speciálním nástrojem – výstružníkem. Vrtačka se přepne do režimu zpětného tahu a rotující výstružník (rimmer) je tažen ve směru vrtné soupravy. Zároveň je do vrtu přiváděn roztok bentonitu, který zpevňuje kmen odplavováním odpadní zeminy a kalů.
K expanzi dochází postupně: průměr expanzních trysek se mění v krocích po 10-15 cm, dokud průřez vrtu nedosáhne požadované velikosti. Obvykle se jedná o 1-3 průchody v závislosti na struktuře půdy a výkonu instalace.
Stojí za zmínku,že pro zajištění nerušeného natahování potrubí by měl být průměr vrtu o 25-30% větší než průměr potrubí.
Utažení potrubí
Po vytvoření požadovaného průměru komunikačního tunelu se potrubí utáhne. Potrubí se nachází na opačné straně vrtné soupravy (v místě výstupu z vrtné soupravy). Nasadí se na něj speciální hlava vrtu a připevní se k vrtné tyči.
Otočný čep se otáčí spolu s vrtací kolonou a rimmerem, přičemž potrubí zůstává nehybné. Tímto způsobem je potrubí vtaženo do studny z vývodu na vrtnou soupravu. Pro usnadnění procesu se během utahování dodává vrtná kapalina. Když je trubka zcela uvnitř studny, na její konce se nasadí zátky a poté se připojí k hlavnímu vedení.
Závěrečná fáze práce
Po dokončení vrtacích operací se zařízení složí. Zbylý roztok bentonitu je pomocí speciálních strojů odčerpáván k likvidaci. Místo je rozebráno a jáma nebo studna je zasypána v závislosti na použitém zařízení. Po dokončení je objekt předán zákazníkovi.
Technické vlastnosti zařízení HDD
Hlavní technické vlastnosti instalace HDD jsou tažná síla (tažná síla), krouticí moment a hmotnost zařízení. Právě tyto tři parametry vytvořily základ pro jednotnou klasifikaci postojů. Neméně důležité jsou však:
- maximální možný průměr studny;
- maximální délka průchodu;
- rozměry samotné instalace.
Výhody a nevýhody metody HDD
Pro určení metod pokládky komunikací hraje důležitou roli jejich účinnost. Bezvýkopové technologie, to platí pro všechny metody, mají oproti otevřené metodě řadu výhod:
- snížení nákladů na těsnění v průměru o 30 %;
- efektivita práce, čas se zkrátí 2-3krát;
- zachování okolní krajiny beze změny;
- snižování škodlivého dopadu na životní prostředí, životní podmínky lidí v pracovní oblasti, udržování ekologické rovnováhy;
- možnost položení komunikací přímo pod dopravní cesty, budovy a architektonické památky.
Metoda HDD navíc umožňuje maximální délku komunikačních sítí a pokládku potrubí největšího průměru ve srovnání s jinými bezvýkopovými technologiemi.
Horizontální vrtání má však i své nevýhody. Za prvé, potíže vznikají při práci s tvrdými, skalnatými horninami a půdami. Za druhé, drahé zařízení lze použít pouze k určenému účelu, zatímco při práci s tradiční otevřenou metodou se používá univerzálnější zařízení.
Technologie horizontálního vrtání není použitelná v případech příliš měkkých, drobivých a vlhkých půd. V tomto případě by byl vhodnější HDD využívající metodu punkce. Výhodné bude také v chladném období, kdy je použití tradiční metody směrového vrtání obtížné kvůli zamrzání roztoku bentonitu.
Stojí za zmínku, že metoda punkce není vrtání. Zemina se jednoduše protlačí trubkou nebo expandérem. Poté je na výstupu k nástroji připojen kabel, který táhne polyetylenové trubky na začátek punkce.
Pro horizontální vrtání můžete použít i šnekovou vrtnou soupravu, a to tak, že vrták posunete do vodorovné polohy. Maximální délka studny v tomto případě bude přibližně 100-150 m.
Horizontální směrová punkce je efektivní technologie pro pokládku podzemních inženýrských sítí. V posledních letech je stále populárnější. Použitím punkce HDD pro pokládku kabelových a topných tras můžete výrazně snížit náklady na práci.
K provádění technologických operací je zapotřebí inženýrská příprava, speciální vybavení, materiály a zařízení, o kterých bude řeč.
Rozsah použití HDD
Úroveň komfortu v moderních městech se po mnoho let vyvíjela. Vodovod, elektrické sítě a telefonní vedení jsou vedeny pod zemí a jsou tak chráněny před případným poškozením.
Současně se sítě opotřebovávají a vyžadují opravu nebo výměnu. V určité fázi technického vývoje musely speciální služby vykopat výkop a položit do něj nové trubky nebo kabely výměnou za ty, které dosloužily. Bezvýkopové pokládání komunikací dnes umožňuje provádět tyto práce bez narušení povrchové vrstvy země.
Dlouhodobá praxe ukazuje, že podzemní prostor velkých měst a dokonce i středně velkých sídel je maximálně zaplněn různými trasami. Významná část těchto komunikací byla mnohokrát převedena z rozvahy jedné společnosti do vlastnictví jiné. Velká část technické dokumentace byla ztracena. Výkop každého nového výkopu s sebou nese riziko poškození stávajícího komunikačního vedení nebo vodovodu.
V takových situacích se bezvýkopová pokládka potrubí metodou punkce stává jediným dostupným způsobem dokončení úkolu.
Položení komunikací do nově zastavěných území nebo doplňkových komunikačních linek v oblastech staré zástavby vyžaduje překonání vážných překážek. Mezi nimi jsou silnice a železnice, nádrže, třídy s hustým provozem.
Jediným řešením je v takových případech vodorovný průraz pod vozovku. Práce probíhají bez sebemenšího poškození okolní přírody či blízkých staveb.
Pracovní technologie
Horizontální vrtání pod silnicí nebo jakýmkoli jiným objektem se provádí podle specifického vzoru. Proces pokládky trasy začíná vypracováním projektu. Dokumentaci skutečného provedení zpracovává organizace, která provádí vrtné práce.
Podkladem pro zahájení projekčních prací je úkon zaměření území, kde budou práce prováděny. Tento dokument je vypracován a schválen:
- vlastník území;
- zástupce okresní správy;
- odpovědný specialista organizace, která projekt vypracuje.
Je třeba zdůraznit, že pracovní výkresy jsou schváleny příslušnými dozorovými a regulačními orgány.
Cenu vodorovných vrtů pod vozovkou kalkuluje majitel kabelové trasy. Po vyřešení všech problémů začnou umělci plnit úkol.
Technologie propichování HDD se redukuje na vrtání hřídele z dutých ocelových tyčí do země. Vrtání se provádí podél vypočítané trajektorie tak, že hrot opustí zem v určitém bodě.
Před zahájením vrtání jsou vykopány dvě jámy:
- První je ve výchozím bodě.
- Druhý je v místě, kde je potřeba vyvrtat vodorovnou studnu.
Propichování metodou horizontálního vrtání se provádí působením síly na půdu a jejím zhutněním tlačnou trubkou nebo expandérem. Při zpětném pohybu je k tyčím připevněn kabel, pomocí kterého se budou polyetylenové trubky táhnout.
A již jsou kabely vtaženy do potrubí, které jsou spolehlivou ochranou před vnějšími vlivy. Proražení vodorovným směrovým vrtáním se používá při křížení komunikací.
- při pokládání optického kabelu na zemědělskou školu bylo nutné vykopat příkop přímo přes zelené plochy;
- po vyčíslení ceny vpichu metodou HDD a nákladů na restaurátorské práce tradičním postupem se správa rozhodla pro horizontální vrtání;
- tímto způsobem ušetřili trávník a ušetřili náklady na kabeláž.
Na závěr příběhu o technologii horizontálního vrtání je třeba poznamenat, že punkce metodou HDD se provádí metodou “suché”. Bez použití bentonitu.
V tomto případě se studna nevrtá, ale v přeneseném slova smyslu je proražena. Proráží se zemí pomocí mohutné síly, kterou vytvářejí hydraulické zvedáky.
Rozdíl mezi děrováním a vrtáním je v tom, že vrtání se provádí z povrchu země a pro děrování je nutné instalovat malé příkopy, které byly popsány výše. Tato metoda však není vhodná pro pokládání komunikací na velké vzdálenosti, v takových případech se používá HDD.
Obecné informace o technologii horizontálního směrového vrtání naleznete zde. Výhody metody HDD naleznete v tomto článku.
Procesní ekonomika
Každý adekvátní specialista se snaží zajistit, aby jakýkoli výrobní proces, jakákoli technologická operace byla provedena s minimálními náklady.
Dlouholetá praxe prokázala, že cena punkce HDD je nižší než u všech ostatních způsobů provádění tohoto typu práce. To je zvláště patrné, když se vrtání provádí v hustě obydlených oblastech. A proražení HDD pod vozovkou je jen názorným příkladem výhod této technologie oproti všem ostatním, které se v tomto odvětví používají.
