Горизонтальное направленное бурение (ГНБ) – прогрессивная технология бестраншейной прокладки подземных инженерных коммуникаций. Трубопровод протягивается в скважине, пробуренной по изогнутой траектории под контролем радиолокационных систем. Еще одно название метода – гидравлическое направленное бурение, так как в процессе работы скважину промывают напорной струей бурового раствора.
Область применения
Методом ГНБ прокладывают самотечные и напорные трубопроводы для подачи воды, канализации или теплоснабжения, защитные футляры для кабельных сетей, газо- и нефтепроводы. Технология может использоваться для очищения, ремонта или замены ранее проложенных водопроводных и канализационных труб.
Горизонтальное бурение применимо при обустройстве технических скважин – водозаборных, геотермальных, предназначенных для очищения загрязненных участков местности или вытаскивания из грунта действующих трубопроводов.
Преимущества и ограничения
Бестраншейные технологии безальтернативны при проведении работ в условиях плотной городской застройки и насыщенной дорожной сети, прокладке сетей глубокого заложения.
ГНБ бурение не требует перекрытия движения транспорта, перекладки действующих коммуникаций или укрепления фундамента зданий. Работы могут вестись круглый год. Технология позволяет снизить стоимость и сократить сроки строительства.
В отличие от прокладки открытым траншейным способом не нужно организовывать водоотливные мероприятия. При строительстве подводных переходов отпадает необходимость углублять дно или укреплять берега.
Площадки для проведения работ компактны, прокладка труб методом ГНБ ведется с минимальным вскрытием земной поверхности. Земляные работы ограничены рытьем приямков для ввода инструмента и подачи трубопровода в скважину, сбора бурового раствора, а также технологических шурфов на концах трубопровода. Если надо обеспечить определенный уровень заглубления скважины, может потребоваться стартовый котлован для размещения буровой установки.
ГНБ бурение снимает проблемы при наличии следующих преград:
- Здания или сооружения
- Пути движения транспорта, аэродромы
- Ранее проложенные инженерные сети
- Реки, водоемы, овраги, лесопарковые зоны
- Архитектурно-исторические памятники
- Территория производственных предприятий
- Охранная зона метрополитена, высоковольтных ЛЭП, магистральных газо- или нефтепроводов
Технология горизонтального бурения эффективна в песчаных или глинистых грунтах при устойчивости стенок скважины. В неустойчивых грунтах или при наличии подземных вод с сильным напором ставят обсадные трубы на участках входа/выхода, укрепляют грунт инъектированием, устраивают разгрузочные скважины или дозиметрические колодцы.
Применение технологии ГНБ затруднено в валунных или гравийно-галечниковых грунтах, техногенных грунтах с металлическими включениями. Бурение скальных или содержащих особо твердые включения грунтов требует использования мощного оборудования и усиленного бурового инструмента.
Подготовительные работы
Перед началом бурения проводятся инженерно-геологические изыскания или геофизическое обследование для определения характеристик грунта в районе строительства. На основании полученных данных подбирают наиболее подходящее буровое оборудование и состав бурового раствора.
Изучаются условия прокладки под естественными преградами и препятствиями искусственного происхождения. Целесообразность применения технологии ГНБ подкрепляют технико-экономическими расчетами путем сравнения альтернативных вариантов, затем приступают к разработке проектной документации и сбору необходимых разрешений.
Прокладка трубопровода
Профиль трассы зависит от вида инженерных коммуникаций, типа и диаметра трубопровода, используемого бурового оборудования. Технология позволяет при необходимости изменить направление скважины, чтобы обогнуть встреченное подземное препятствие. Форма траектории ограничена радиусом изгиба колонны буровых штанг.
Допустимый диаметр трубопровода 25–2000 мм, длина прокладки – от нескольких метров до нескольких километров. Скорость бурения составляет до 100 м за смену. В одной скважине может располагаться сразу несколько трубопроводов.
Этапы прокладки:
- Бурение пилотной скважины. Бур с насадками, соединенный гибкой колонной штанг с буровой установкой, движется по заложенной в проект траектории. Оператор осуществляет постоянный контроль за положением бурового инструмента с помощью локационной системы. Бурение завершается в точке выхода бура на поверхность земли.
- Расширение скважины. Бур заменяют на расширитель и протягивают через скважину в обратном направлении. Скважину проходят однократно или многократно до образования бурового канала, позволяющего протянуть трубопровод расчетного диаметра. Обычно диаметр канала превышает наружный диаметр трубопровода на 20–50%. При необходимости канал калибруют.
- Протяжка трубопровода. Перед последним расширением к колонне штанг с расширителем подсоединяют заранее сформированную плеть трубопровода. Если трубопроводов несколько, подсоединяют все сразу. Конец плети оснащают оголовком с шарнирным вертлюгом, который предотвращает скручивание при протяжке. Трубопровод протягивают от точки выхода бура на поверхность земли к буровой установке.
На всех этапах в скважину подается буровой раствор для разрушения грунта, удаления измельченной породы, укрепления и смазки стенок скважины. При среднесуточной температуре ниже +5 °C или бурении в вечной мерзлоте принимают меры по предохранению раствора от замерзания. При температуре воздуха ниже −20 °C работы не ведутся.
Трубопровод собирают из стальных, полимерных или чугунных (ВЧШГ) труб. Возможность применения каждого вида труб и требования к характеристикам зависят от типа прокладываемых коммуникаций. Отдельные секции соединяют муфтами или сваркой.
После завершения прокладки отработанный буровой раствор и выбуренную породу утилизируют. Котлованы засыпают, восстанавливают дороги и территорию в зоне строительства. На концах трубопровода устраивают колодцы, дренажные системы, ставят запорные устройства.
Состав бурового оборудования
Существует четыре класса установок для ГНБ бурения, каждому из которых соответствует определенная сила тяги. При выборе класса учитывают инженерно-геологические условия, тип, длину и диаметр трубопровода. Самоходные установки ставятся на гусеничное или колесное шасси, модульная конструкция монтируется на опорной раме.
В состав оборудования входят агрегаты и приспособления для приготовления, подачи и регенерации бурового раствора. Сборная колонна из штанг служит для передачи вращающих или тяговых усилий от установки и подачи раствора. При сложной геологии грунта либо большой длине и диаметре трубопровода на установке ставится усилитель тяги, а в точке выхода размещается доталкиватель.
Пилотную скважину бурят долотами или твердосплавным буром либо применяют универсальный бур со сменными насадками. Расширяют скважину римерами с режущими кромками высокой прочности и породоразрушающими насадками. Инструмент подбирают с учетом свойств грунта. Для повышения производительности при разрушении скальных пород используют забойный двигатель.
Локационная система для наблюдения за положением бурового инструмента включает излучающий зонд, локатор для приема сигнала и дисплей для вывода информации. При наличии сильных помех сигнал от зонда на дисплей поступает по кабелю.
Отличие от других бестраншейных технологий
Горизонтальное направленное бурение имеет сходство с щитовой проходкой, управляемым проколом, раскаткой грунта и другими бестраншейными способами прокладки труб. Основное отличие технологии ГНБ заключается в промывке скважины буровым раствором. Состав раствора определяется свойствами грунта, от верного подбора зависит успешность бурения.
По возможной протяженности трубопровода горизонтальное направленное бурение в разы превосходит прокол или микротонеллирование. В отличие от прокола ГНБ способно справиться со всеми категориями грунта. Технология лидирует по значению минимально допустимого диаметра труб (25 мм).
Цена прокладки с учетом земляных работ ниже по сравнению с альтернативными методами. С увеличением диаметра трубопровода экономическая эффективность снижается из-за повышенного расхода раствора.