Polska 1991 r, gazociąg, przejście pod Wisłą

Transkrypt

1 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

2 Największe realizacje w Polsce: gazociąg DN 1000 Lwówek-Odolanów, tereny baginne w pobliżu Kościan (Wielkopolska, długość 1024 m, najwieksza wiertnica klasy 5000kN, wykonawwca A-Hak Drillcon, listopad 2017; 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; gazociąg DN 700, 1339 m pod Wisłą w okolicy Włocławka, 2013 r., linia kablowa 15 kv w rurze osłonowej DN 355, 1300 m, pod Dziwną w okolicy Kamienia Pomorskiego, 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

3

4

5 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,

6 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

7 (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,

8 Charakterystyczne są trzy podstawowe etapy pracy (wersja klasyczna przewiert ląd -ląd): wiercenie pilotowe; rozwiercanie otworu; wciąganie rury.

9 10-30, mm Wiercenie pilotowe - I etap przewiertu

10 Rozwiercanie otworu - II etap przewiertu

11 Wciąganie rury - III etap przewiertu

12 najczęściej stosowane rozwiązanie głowicy wiertniczej: głowica hydrauliczna Ciśnienie płuczki (10 40 MPa)

13

14 B A A - koronka rozwiercająca; B - wiertło do gruntów zwartych i skalistych (obrotowo - udarowe)

15 Poszerzacz rolkowy

16 Zestaw głowic rozwiercająco płóczkowych typu zamkniętego (poszerzacze baryłkowe)

17 głowica rozwiercająco płóczkowa typu zamkniętego głowica rozwiercająca typu otwartego

18

19 Zjawisko powolnego wzrostu pęknięć SCG Slow Crack Growth

20

21

22 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.

23 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

24 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

25 rozwiązanie przybliżone: (za Zwierzchowska): powierzchnia kolejnego przemarszu pomniejszona o poprzednią (powierzchnia pierścienia o promieniach poprzedni i następny) jest równa powierzchni poprzedniego przemarszu (powierzchnia okręgu o promieniu poprzedni)

26 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.

27 Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering

28 Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L.: Mikrotunelowanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2006

29

30 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

31 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

32 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 m wzdłuż trasy wierceń HDD, w porządku naprzemiennym z zachowaniem 5-10 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

33 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

34 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

35 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

36 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

37 Wybrane uwagi podsumowujące (rozpoznanie gologiczne) 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 średnic instalowanego rurociągu. Decydująca jest budowa geologiczna 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.

38

39 Trajektorie przewiertów sterowanych trajektoria niemożliwa stałe kontrola i sterowanie przewiertem A. Zwierzchowska za Wiśniowski R., Ziaja J., Stryczek S., AGH Kraków

40 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

41 Trajektoria przewiertu składająca się z dwóch odcinków prostoliniowych oddzielonych odcinkiem krzywoliniowym??? A. Zwierzchowska za Wiśniowski R., Ziaja J., Stryczek S., AGH Kraków

42 Dzięki uprzejmości ROE Robert Osikowicz Engineering

43 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

44 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

45 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.

46 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

47

48 overbend, cat back, koci grzbiet

49 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.

50 Właściwości fizyko-mechaniczne (Materiały informacyjne firmy GAMRAT S.A.) :

51 Zależność między dopuszczalnym promieniem krzywizny, średnicą rurociągu i charakterystyką gruntu (wg. Ostrowskiej)

52 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

53 Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L.: Mikrotunelowanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2006

54 Systemy sterowania i kontroli - system radiometryczny, - system magnetyczny, -system elektromagnetyczny, system walk over Przekazywane dane: - kąt pochylenia (inklinacja) i obrotu głowicy, - azymut, - temperatura sondy, - poziom naładowania baterii sondy. głowica pilotowa sonda emitująca sygnał radiowy Materiały informacyjne firmy Tracto-Technik Standardowo 10 (20) m głębokość, 500 m zasięgu

55 prąd stały Składowe elementy elektromagnetycznego systemu pomiarowego System Paratrack, materiały reklamowe firmy INROCK

56 Obliczanie przyrostów głębokości (trajektorii) przewiertu sterowanego - przyjmując stały krok pomiarowy, - dla długości żerdzi wiertniczych

57

58 i analiza ciśnienia płuczki na każdym etapie realizacji

59 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

60 Wspomaganie klasycznego HDD urządzeniem pipe thruster Michael Lubberger: EXTENDING THE ACHIEVEMENT PORTFOLIO OF HDD RIGS, International No-Dig th International Conference and Exhibition, Berlin, 2-5 May 2011