Mikrotunelowanie metodą przyszłości w budowie rurociągów podziemnych

Mikrotunelowanie metodą przyszłości w budowie rurociągów podziemnych Andrzej Kolanko *' runkowań ekonomicznych, ekologicznych i społecznych. Chodzi tu m.in. o: duże zagłębienie planowanego kanału, trudne warunki gruntowo-wodne, kolizje trasy ewentualnego wykopu z istniejącymi sieciami uzbrojenia podziemnego, lokalizacje trasy kanału w centrum miasta, gdzie prowadzenie takich robót w wykopach otwartych powodowałoby znaczne utrudnienia w organizacji ruchu, lokalizacje trasy kanału na terenie parku lub rezerwatu, konieczność obniżania wysokiego poziomu wód gruntowych, duże utrudnienia komunikacyjne przy prowadzeniu robót w wykopach otwartych, zwiększona emisja spalin wskutek objazdów. Dawniej stosowane metody bezwykopowe ograniczały się do krótkich przejść pod drogami, ulicami i torami kolejowymi. Sięgano wówczas do stosunkowo prostych technologii. W ostatnich latach można zaobserwować wyraźnie rosnący udział coraz bardziej nowoczesnych metod bezwykopowych przy rozbudowie sieci uzbrojenia Rys. 1. Klasyfikacja bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych podziemnego. Wiąże się to z szybkim postępem technicznym w tej dziedzinie w krajach wysokorozwiniętych oraz z transferem nowoczesnych technologii do innych krajów, w tym do Polski. Istotny wpływ na rosnący udział metod bezwykopowych ma także aktywność firm krajowych i powstawanie nowych firm kooperujących z zagranicznymi, wnoszącymi know how". Rynek na bezwykopowe technologie budowy nowych sieci uzbrojenia podziemnego jest w Polsce bardzo duży z uwagi na wieloletnie zaniedbania w tej dziedzinie. W artykule omówiono wybrane problemy dotyczące jednej z najbardziej rozpowszechnionych technologii bezwykopowych, jaką jest mikrotunelowanie. 2. Klasyfikacja bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych 2.1. Podstawowe kryteria klasyfikacji W literaturze technicznej można spotkać różne propozycje klasyfikacji bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych - m.in. w pracach [l, 6]. Klasyfikację metod bezwykopowych budowy rurociągów podziemnych można przeprowadzić wg [6] w oparciu o następujące kryteria: * Metody bez wybierania gruntu Stosowane są one najczęściej dla przewodów o średnicach nie przekraczających 250 mm. Ograniczenie to wiąże się z przemieszczeniami w otaczającym ośrodku gruntowym. Zasięg tych przemieszczeń jest proporcjonalny do wielkości przekroju poprzecznego przewodu wprowadzanego w grunt. Nadmierne przemieszczenia ośrodka gruntowego mogłyby doprowadzić do uszkodzenia innych, istniejących już elementów infrastruktury podziemnej miasta oraz do zniszczenia nawierzchni ulic, pod którymi są one prowadzone. Ograniczany jest również zasięg przejścia przewodu pod powierzchnią terenu. Zasięg ten jest różny dla poszczególnych metod i waha się od 20 do 200 m. * Metody z wybieraniem gruntu W tym przypadku teoretycznie nie ma ograniczeń co wielkości przekroju poprzecznego wprowadzanego przewodu. Ograniczany jest jednak zasięg przejścia przewodu pod powierzchnią terenu. Zasięg ten jest różny dla poszczególnych metod i waha się od kilkudziesięciu metrów do kilku kilometrów. Ograniczenie to nie dotyczy opisanej dalej metody tarczowej. * Metody z możliwością sterowania i kontroli przebiegu trasy Sterowanie takie umożliwia korektę przebiegu trasy wprowadzanego przewodu GAZ, WODA l TECHNIKA SANITARNA 4/2005 15

zarówno w płaszczyźnie pionowej jak i poziomej. Obecnie stosowane są różne systemy sterowania i lokalizacji położenia. Systemy te znajdują zastosowanie w metodach z wybieraniem i bez wybierania gruntu. * Metody bez możliwości sterowania i kontroli przebiegu trasy Ta grupa metod obejmuje metody najstarsze, a także najprostsze technologicznie. W niektórych przypadkach - np. przy krótkich przejściach pod ulicami, gdy jednocześnie nie ma zbyt wysokich oczekiwań co do dokładności ułożenia (np. rurociągi ciśnieniowe) metody tej grupy są wystarczająco skuteczne, a przy tym tanie. 2.2. Podstawowe metody bezwykopowe 2.2.1. Metody dla małych średnic (bez wybierania gruntu) 2.2.1.1. Metody bez możliwości sterowania a) Metoda wprowadzania rury za głowicą dynamiczną b) Metoda wbijania zamkniętej od czoła rury c) Metoda 2-etapowa przeciskanie/wciąganie 2.2.1.2. Metody z możliwością sterowania a) Sterowane przewierty hydrauliczne (hydroprzewierty) b) Przewierty sterowane c) Przeciski dwufazowe 2.2.2. Metody dla dużych średnic (z wybieraniem gruntu) 2.2.2.1. Metody bez możliwości sterowania a) Metoda wbijania otwartej od czoła rury b) Metoda przeciskowa c) Przewierty mechaniczne 2.2.2.2. Metody z możliwościąsterowania a) Przewierty sterowane b) Metoda tarczowa c) Przeciski z zastosowaniem tarczy d) Mikrotunelowanie e) Metody górnicze Schemat graficzny klasyfikacji bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych przedstawiono na rys. l. Poszczególne metody zostały szczegółowo przedstawione w pracach [6, 13]. 3. Mikrotunelowanie 3.1. Wprowadzenie Technologia mikrotunelowania została opracowana na początku lat 70. ubiegłego wieku przez firmę American Thrustboring Corporation dla bezwykopowej, zdalnie sterowanej budowy rurociągów. Natomiast pierwszy zestaw urządzeń do mikrotunelowania zaprojektowała i skonstruowała japońska firma Iseki Poly-Tech w roku 1976 [10]. Zestaw ten umożliwiał budowę przewodów także w niestabilnych gruntach. Po pewnych modyfikacjach firma Iseki wprowadziła na rynek profesjonalną maszynę do mikrotunelowania o nazwie Telemole, która w roku 1981 została wyposażona w głowicę pozwalającą na kruszenie dużych kamieni znajdujących się na trasie przewodu (do 20% jego średnicy). W tym okresie powstały także inne firmy produkujące zestawy urządzeń do mikrotunelowania. Początkowo w oparciu o technologię mikrotunelowania wykonywano prostoliniowe tunele nieprzełazowe o średnicach nie przekraczających 900-1000 mm. Obecnie postęp techniczny zastosowany w nowych generacjach urządzeń do mikrotunelowania pozwala na realizację tuneli w zakresie średnic 300-3000 mm nie tylko prostoliniowych, ale także prowadzonych w łukach. Dotychczasowe doświadczenia pokazują, że minimalne zagłębienie trasy przewodu wykonywanego metodą mikrotunelowania powinno być większe od jego dwukrotnej średnicy, a odchyłki ułożenia od zaplanowanej trasy w płaszczyźnie pionowej i poziomej wynoszą zaledwie kilka centymetrów [15]. Metodą mikrotunelowania można wykonywać przewody kanalizacyjne i wodociągowe, gazociągi, naftociągi oraz rury osłonowe dla różnych sieci zaopatrzenia miast. Metoda ta, z uwagi na swoje zalety, jest coraz częściej stosowana w praktyce. Przykładowo mikrotunelowanie w Berlinie stosuje się od roku 1984. Pierwsze 100 km przewodów zbudowano tam po 8 latach, drugie po 3 latach, a trzecie po zaledwie dwóch latach. W sumie do roku 1997 w stolicy Niemiec zbudowano przeszło 300 km przewodów wodociągowo-kanalizacyjnych [5]. 3.2. Idea metody Rys. 2. Schemat mikrotunelowania Obecnie znane są różne odmiany mikrotunelowania. Zasadniczo można wyróżnić dwie podstawowe odmiany tej technologii - z wierceniem otworu pilotowego oraz wiercenie pełnego przekroju. Pierwsza z nich przeznaczona do wykonywania przewodów o małych średnicach polega na wykonaniu w I etapie otworu pilotażowego z łączonych ze sobą l-metrowych rur stalowych o średnicy DN 100 przez ich kolejne wciskanie (bez wybierania gruntu) siłownikiem hydraulicznym z komory startowej do komory końcowej. Następnie w II etapie do ostatniego segmentu rury pilotowej poprzez stożkowy adapter dołączana jest odcinkami stalowa rura o średnicy projektowanego przewodu. Rura przepychana jest w kierunku komory końcowej, a grunt transporterem ślimakowym przemieszczany jest do komory początkowej. W III etapie za ostatnią rurą stalową dołączane są kolejne rury z projektowanego materiału, a ich wciskanie siłownikiem hydraulicznym powoduje wypychanie rur stalowych do wykopu końcowego. W przypadku dobrych warunków gruntowo-wodnych można pominąć etap II. Taka odmiana mikrotunelowania sprawdziła się przy wykonywaniu przyłączy domowych o średnicach do DN 250 i długościach do kilkudziesięciu metrów (Metoda Berlińska). Największe realizacje (także w Polsce) dotyczą wiercenia pełnego przekroju z zastosowaniem maszyn do mikrotunelowania. Idea tej metody polega na wykonywaniu specjalną głowicą obrotową, sterowaną z powierzchni terenu, otworu pomiędzy dwiema komorami (odległymi nawet o kilkaset metrów) z jednoczesnym wprowadzaniem kolejnych rur z komory początkowej przy pomocy siłowników hydraulicznych. Podczas prowadzenia robót grunt usuwany jest na powierzchnię terenu systemem mechanicznym (przenośnik ślimakowy) lub systemem hydraulicznym (płuczkowym). Przy czym to drugie rozwiązanie jest najczęściej stosowane w praktyce. Schemat mikrotunelowania przedstawiono na rys. 2 [15]. UssacIftfcRie wsjkk 16 GAZ, WODA l TECHNIKA SANITARNA 4/2005

: W całym rozbudowanym zestawie urządzeń do mikrotunelowania można wyróżnić następujące systemy: a) system urabiania gruntu, b) system siłowników, c) system usuwania urobku, d) system separacji płuczki, e) system smarowania, f) system równoważenia parcia gruntu i wody gruntowej na głowicę, g) system sterowania, h) system stacji pośrednich. Ad a) Podstawowym urządzeniem przy mikrotunelowaniu jest zmechanizowana tarcza skrawająca, wyposażona w obrotową głowicę dostosowaną do rodzaju gruntu. Odspojony grunt jest rozdrabniany, mieszany w specjalnej komorze z płuczką i w postaci upłynnionej transportowany na powierzchnię terenu, gdzie trafia do systemu separacji. Tam właśnie odzyskiwana jest płuczka (zawiesina bentonitowa modyfikowana polimerami). Ad b) System siłowników składa się z co najmniej dwóch ramion, które wciskają w grunt kolejne rury za pośrednictwem pierścienia zapewniającego równomierny docisk. Siłowniki pozwalają na uzyskiwanie bardzo dużych sił, które przekazywane są na grunt za pośrednictwem żelbetowych ścian oporowych, zapobiegających powstawaniu koncentracji obciążeń. Ad c) System usuwania urobku tworzą dwa ciągi stalowych rur, przedłużane w miarę prowadzenia robót oraz układ zaworów. Jednym z nich doprowadzana jest płuczka, a drugim odprowadzany jest grunt zmieszany z płuczką. Ad d) System separacji płuczki może być prosty w przypadku gruntów niespoistych (szeregowy układ osadników), bądź skomplikowany w przypadku gruntów bardzo spoistych (wirówki odśrodkowe). Ad e) System smarowania ma na celu zmniejszenie tarcia pomiędzy gruntem a wciskanymi rurami. Składa się on z układu cienkich rurek, którymi pod ciśnieniem doprowadzana jest zawiesina bentonitowa aż do tzw. portów (kilku otworów rozmieszczonych na obwodzie rury). W takie porty wyposażona jest średnio co 3^-5 rura tak, że na długości są one zwykle w rozstawie kilkunastu metrów. Wypływająca z portów zawiesina tworzy warstwę poślizgową pomiędzy powierzchnią zewnętrzną rury a gruntem. Po zakończeniu robót przewody są demontowane, a porty zamykane. Ad f) System równoważenia parcia gruntu i wody gruntowej na głowicę polega ma utrzymaniu odpowiedniego ciśnienia płuczki za głowicą skrawającą, co zapobiega dostaniu się wody do zmechanizowanej tarczy oraz minimalizuje osiadanie gruntu. Ad g) System sterowania składa się z lasera dającego plamkę świetlną na tarczy celowniczej, którą dzięki kamerze może obserwować operator na monitorze w kabinie sterowniczej na powierzchni terenu. Operator może zmieniać trasę drążonego otworu w poziomie i w pionie siłownikami rozmieszczonymi na obwodzie maszyny wiertniczej w połowie jej długości. Maszyna składa się z dwóch części mogących się względem siebie obracać podobnie jak dwa pręty połączone przegubem. Ad h) System stacji pośrednich tworzą stalowe pierścienie wyposażone w rozmieszczone na obwodzie siłowniki. Pierścienie te wstawiane są co około 100 metrów pomiędzy wciskane rury (rozstaw zależy od rodzaju gruntu i chropowatości powierzchni zewnętrznych rur). Pozwala to na etapowe wciskanie kolejnych ciągów rur, a tym samym na zwiększenie rozstawu pomiędzy komorą startową a końcową. Po dotarciu do komory końcowej siłowniki są demontowane od wewnątrz, a ciągi rur kolejno dociskane. Stalowe pierścienie pozostają w gruncie. Możliwość stosowania stacji pośrednich dotyczy przekrojów przełazowych. W trakcie prowadzenia robót przygotowawczych, poprzedzających budowę rurociągu metodą mikrotunelowania, można wyróżnić następujące etapy: Etap I - przeprowadzenie dokładnych badań geotechnicznych, pozwalających na optymalny wybór trasy oraz dobór odpowiedniej głowicy wiercącej, Etap II - wykonanie szczelnej komory startowej i końcowej, Etap III - wykonanie betonowej płyty dennej w wykopie komory startowej wraz z prowadnicą zapewniającą prowadzenie robót zgodnie z projektowaną niweletą, Etap IV - wykonanie żelbetowej ściany oporowej dla zespołu siłowników, Etap V wykonanie tzw. okna. Po ustawieniu maszyny wiertniczej na prowadnicy i podłączeniu systemu zasilania i systemu płuczkowego, siłowniki wprowadzają ją w grunt. Następnie po przemontowaniu systemów dołączana jest pierwsza rura i siłowniki wprowadzają teraz w grunt maszynę wraz z tą rurą. Cykl ten jest powtarzany, aż do osiągnięcia przez maszynę komory końcowej. W Polsce technologia mikrotunelowania jest już znana i stosowana. Łączna długość zbudowanych w oparciu o nią przewodów nie jest wprawdzie duża w porównaniu do krajów wysokorozwiniętych, jednakże niektóre realizacje są osiągnięciami w skali światowej - np. budowa kolektora z rur DN 2400 pod Aleją Prymasa Tysiąclecia w Warszawie. Poniżej w tab. l zestawiono przykładowe realizacje grawitacyjnych kolektorów przełazowych w Polsce [8,10,14]. Tabela 1 Przykładowe realizacje grawitacyjnych kolektorów przełazowych w Polsce Obiekt Kanalizacja kc. we Wrocławiu - etap I Kanalizacja kolektor ogólnospławny w Warszawie pod al. Prymasa Tysiąclecia Kanalizacja dwuprzewodowa - (kolektor Górczyński) w Poznaniu 7/:..:.:;J:.-. : - :: '.:,..:.:, ^;;~-:s;-v ~... Tjjr-rr^--;; ' ą.js! Podstawowe charaktery styki tec^icz^e»łl (HOBAS) DN 2400, L = 182C rury GRP (HOBAj ale-:: = 7: 4 DN 1600. L = ( ' ' '-': ':',': '/' ': 1 ' ' ": '-.'' '.' ' ' v ' ' ":- "';; DN 1100, DN =1840. L = 2 * 290 m. rury GPR (HOBAS) Rok budowy 28)1 1999 2001 2CP2/2C33 Firma wykonawcza - *fi BETA S.A. Warszawa Hydrobudowa 9 Poznań budow* P'iii Hydrobudowa 9 Poznań GAZ, WODA l TECHNIKA SANITARNA 4/2005 17

3.3. Dodatkowe możliwości zastosowania mikrotunelowania 3.3.1. Pipę Eating Mikrotunelowanie może służyć nie tylko do budowy nowych rurociągów, ale także do ich wymiany. Niektóre istniejące przewody kanalizacyjne są w tak złym stanie technicznym, że ich renowacja żadną z dostępnych metod [7, 9] nie jest celowa. Jeżeli przewody te zbudowane są z rur betonowych lub kamionkowych, wówczas można wykonać mikrotunelowanie po trasie starego kanału. Stara konstrukcja zostanie rozdrobniona i wraz z gruntem usunięta na powierzchnie terenu, a na jej miejsce powstanie nowy przewód o przekroju równym lub większym od dotychczasowego. Odmiana mikrotunelowania zaprojektowana w takim właśnie celu znana jest pod nazwą Pipę Eating". Technologię tę można także stosować w przypadku, gdy przepustowość istniejącego kanału zbudowanego z rur betonowych lub kamionkowych jest niewystarczająca. Zwykle w przedstawionych wyżej przypadkach stosowana jest budowa zastępczego kanału na nowej trasie. W krajach wysokorozwiniętych metoda Pipę Eating" znajduje coraz szersze zastosowanie [12, 13]. 3.3.2. Pipę Roofing Interesującym rozwiązaniem technicznym jest zastosowanie mikrotunelowania do budowy wielkoprzekrojowych tuneli komunikacyjnych [11]. W I etapie za pomocą mikrotunelowania wykonuje się tymczasową obudowę tunelu z rur stalowych o średnicy do 1000 mm. Dotyczy to tuneli o dowolnych przekrojach poprzecznych, także prostokątnych. Obudowę stanowią styczne do siebie rury stalowe, rozmieszczone na obwodzie przyszłej budowli. Rury te są wypełniane betonem i pozostają w gruncie. W II etapie, w trakcie wybierania gruntu, stateczność obudowy zapewnia się poprzez montowane na miejscu sztywne ramy stalowe. W III etapie wykonuje się zasadniczą konstrukcję tunelu w postaci żelbetowej ramy. 4. Metody obliczeniowe i projektowanie Wobec braku polskiej normy dotyczącej obliczeń statyczno-wytrzymałościowych rur przeciskanych w gruncie, projektanci posługują się najczęściej niemieckimi wytycznymi ATV A161 [2] lub analizują konkretne zadanie metodą elementów skończonych, posługując się specjalistycznymi programami komputerowymi, takimi jak KOSMOS czy ABAKUS. d " Iii! ł b = do i ilil Rys. 3. Obciążenie rury na poziomie sklepienia od ciężaru własnego gruntu Rys. 4. Rozkład obciążeń gruntem działających na rurę przeciskową Rys. 5. Rozkład obciążeń rury przecinkowej wywołanych obciążeniami komunikacyjnymi Rys. 6. Rozkład naprężeń dociskowych w złączu pomiędzy kolejnymi rurami podczas realizacji przecisku Obliczenia wg niemieckich wytycznych [2] przeprowadza się dla dwóch faz pracy konstrukcji: dla fazy I-realizacji przewodu oraz dla fazy II-eksploatacji przewodu. W fazie realizacji należy uwzględnić następujące obciążenia poprzeczne i podłużne przewodu: * obciążenie ciężarem własnym gruntu, * parcie boczne gruntu, * obciążenie naziomu, * obciążenia komunikacyjne, * obciążenia skupione na powierzchni terenu, * ciężar własny rury, * parcie hydrostatyczne wody gruntowej, * ciśnienie wtłaczanego środka poślizgowego, * ciśnienie sprężonego powietrza, * oddziaływania wywołane przeciskaniem, * siły wypora, * siła wciskająca rury w grunt, * dodatkowe oddziaływania, powstałe np. wskutek zmiany kierunku przecisku. W fazie eksploatacji należy uwzględnić następujące obciążenia poprzeczne przewodu: obciążenie ciężarem własnym gruntu, parcie boczne gruntu, obciążenie naziomu, obciążenia komunikacyjne, obciążenia skupione na powierzchni ter nu, ciężar własny rury, parcie cieczy wypełniającej przewód, parcie hydrostatyczne wody gruntowej, * siły wyporu. Schematy obliczeniowe dla rur przeciskanych wg ATV A161 [2] przedstawiono na rys. 3^6 [9]. Należy sobie zdawać sprawę ze specyfiki obciążeń działających na przewody zbudowane z rur przeciskanych. Z jednej strony obciążenia te są bardzo korzystne, gdyż są zbliżone do kołowo symetrycznych i nie są zależne od zagęszczania gruntu wokół rury, co jest zawsze problemem w przypadku przewodów układanych w wykopach otwartych. Dzięki temu wartości momentów zginających są stosunkowo małe - podobnie jak ugięcia przekroju poprzecznego. Z drugiej strony nie można wykluczyć, że w którymś przekroju przewód będzie obciążony punktowo przez znajdujący się w gruncie głaz położony stycznie do konstrukcji. 5. Rozwiązania materiałowe rur przeciskowych Początkowo do przecisków stosowano rury stalowe, z których budowano przewody osłonowe. Powodem była łatwość 18 GAZ, WODA l TECHNIKA SANITARNA 4/2005

Tabela 2 Struktura kosztów budowy przewodów kanalizacyjnych w wykopach otwartych Rodzaj robót bjdow? «..ć J ączy Obniżanie poziomu wód gruntowych Tabela 3 Udział kosztowy robót Struktura kosztów budowy przewodów kanalizacyjnych metodami bezwykopowymi Rodzaj robót Robot} zietitftó (obuć r a grunta it >,) Usuwanie i odtwarzanie nawierzchni drogowej 12 Udział kosztowy robót [%i Instalacja rur i przyłączy 63 Tabela 4 '-$:l ułożenia kanału h gr mikrotunelowania w przypadku terenu nieutwardzonego i ułożeniu powyżej poziomu wody gruntowej [mm] ułożenia kanału h [m] / /p 6,00 zapewnienia całkowitej szczelności spawanych połączeń oraz bardzo duża wytrzymałość stali jako materiału konstrukcyjnego. Następnie na rynku pojawiły się rury przeciskowe z żelbetu, które początkowo sprawiały pewne problemy z zachowaniem szczelności. Obecnie rury przeciskowe produkowane są z różnych materiałów konstrukcyjnych. Oprócz wspomnianej stali i żelbetu, rury takie są produkowane również z takich materiałów, jak: * żywice poliestrowe wzmacniane włóknem szklanym, * polimerobeton, * kamionka, * żeliwo. Od niedawna na rynku dostępne są także rury dwuwarstwowe, kamionkowo-żelbetowe, łączące zalety obu materiałów konstrukcyjnych [4, 12]. Z uwagi na wysoką cenę, rury takie nie były dotychczas stosowane na polskim rynku. Więcej informacji o rurach przeciskowych, wyprodukowanych z różnych materiałów konstrukcyjnych, można znaleźć m.in. w pracy [10]. 6. Koszty 6.1. Struktura kosztów dla technologii wykopowych i bezwykopowych Z analiz kosztów bezpośrednich przeprowadzonych dla warunków niemieckich (Berlin), zamieszczonych w pracy [12] wynika, że przy budowie przewodów kanalizacyjnych największy udział stanowią szeroko rozumiane roboty ziemne (39%). Pełną strukturę kosztów przedstawiono w tab. 2. Zupełnie inaczej struktura kosztów przedstawia się w przypadku budowy przewodu metodami bezwykopowymi. Obrazuje to zamieszczona poniżej tab. 3 [12]. Zastosowanie w przypadku mikrotunelowania Metody Berlińskiej, polegającej na podłączaniu przyłączy jedynie do studni, pełniących wcześniej rolę komór startowych i końcowych, pozwoliło na wyeliminowanie kosztów studzienek rewizyjnych. Zasadniczej redukcji uległy też koszty usuwania i odtwarzania nawierzchni drogowej. 6.2. Porównanie kosztów dla technologii wykopowych i bezwykopowych W pracy [12] przeprowadzono studium opłacalności stosowania mikrotunelowania zamiast tradycyjnej budowy przewodów kanalizacyjnych w wykopach otwartych. Analizując rzeczywiste koszty bezpośrednie wyznaczono graniczną głębokość dla różnych średnic przewodów w zależności i od rodzaju nawierzchni drogowej, pod którą przebiegała trasa kanału. Wyniki tych l analiz dla rur kamionkowych zestawiono poniżej w formie tabelarycznej na podstawie danych zawartych w pracy [12]. Analiza objęła jedynie koszty bezpośrednie. Uwzględniając koszty społeczne Tabela 5 ułożenia kanału h gr mikrotunelowania w przypadku nawierzchni brukowej i ułożeniu powyżej poziomu wody gruntowej [mm] i i H DN 250 :>;v 3cc DN 400 n m ułożenia kanału h gr [m] Bil H tlfi 2,55 ji Ul 5,45 r,:: 4.96 i;:?:;*."' -4- Tabela 6 ułożenia kanału h gr mikrotunelowania w przypadku nawierzchni betonowej i ułożeniu powyżej poziomu wody gruntowej [mm] 1 j j DN 400 r-:;: fei sc: ułożenia kanału h qr [m] III H I 4,30 m fńśjy " %$$' '?'; :' ' ' '' Tabela 7 ułożenia kanału h gr mikrotunelowania w przypadku nawierzchni bitumicznej i ułożeniu powyżej poziomu wody gruntowej DN 400 4,00 3,40 ułożenia kanału h ar 4,15 3,80 i ekologiczne, zakres opłacalności stosowania mikrotunelowania z pewnością uległby rozszerzeniu - graniczne głębokości ułożenia kanału, powyżej których opłacalne jest zastosowanie mikrotunelowania, uległyby zmniejszeniu. : GAZ, WODA l TECHNIKA SANITARNA 4/2005 19

7. Wnioski Przystępując do projektowania rurociągu podziemnego, którego trasa przebiega pod nawierzchniami utwardzonymi, należy zawsze rozpatrzyć wariant zastosowania metody bezwykopowej przy jego budowie. W wielu przypadkach okazuje się być konkurencyjny w stosunku do tradycyjnych metod realizacji takiego projektu. Niekiedy inwestor ze względów ekologicznych bądź społecznych z góry dopuszcza jedynie bezwykopowe metody wykonawcze. Sytuacje takie w przyszłości będą się zdarzały coraz częściej, a metoda mikrotunelowania z uwagi na swoje zalety stanie się powszechna, podobnie jak ma to obecnie miejsce w krajach wysokorozwiniętych. PIŚMIENNICTWO [I] ATV A125 Rohrvortrieb. [2] ATV A161 Statische Berechnung von Yortriebsrohren. [3] Bielecki R.: Perspektywy rozwoju technologii bezwykopowych, Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe Nr 2-3/2001. [4] Deisenroth W.: Steinzeug - Stahlbeton, ein Yortriebsyerbundrohr der Zukunft, Tiefbau Ingenieurbau Strassenbau Nr 12/1992. [5] Herrenknecht M., Fuchs M.: Zukunft Mikrotunnelnau, 5. Internationales Symposium Mikrotunnelbau, bauma - Munchen 2001. [6] Kolonko A.: Klasyfikacja i przegląd bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych, część I oraz część II, NTTB, 1-3/2000. [7] Kolonko A.: Klasyfikacja bezodkrywkowych metod przywracania sprawności technicznej rurociągów podziemnych. GWiTS Nr 10/96. [8] Kropiwnicki R., Jassak M.: Największa inwestycja mikrotunelowa w Polsce - kolektor DN 2400, Inżynieria Bezwykopowa, sierpień 2003. [9] Kuliczkowski A.: Problemy bezodkrywkowej odnowy przewodów kanalizacyjnych, seria: Monografia, Studia, Rozprawy nr 13, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce, 1998. [10] Madryas C., Kolonko A., Wysocki L.: Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2002. [II] Madryas C., Ryż K.: Współczesne technologie podziemnego budownictwa komunikacyjnego, Inżynieria Bezwykopowa, luty 2003. [12] Moehring K.: Wirtschaftliche und umweltgerechte Herstellung von Abwasserkanalen und -leitungen durch Mikrotunnelbau, STEINZEUG GmbH. [13] Stein D. M., Mollers K., Bielecki R.: Microtunelling. Ernst & Sohn Yerlag, Berlin 1989. [14] Szczygielski A.: Mikrotunelowanie pod Spodkiem, Inżynieria Bezwykopowa, sierpień 2003. [15] Materiały informacyjne firmy Herrenknecht. Straty ciśnienia na zaworach prostych stosowanych w instalacjach sanitarnych Edmund Nowakowski* } 1. Wstęp W dotychczasowej praktyce projektowej straty ciśnienia na zaworach prostych (zaporowych, przelotowych) określano za pomocą współczynnika oporu miejscowego, podawanego w literaturze, zwłaszcza z dziedziny ogrzewnictwa, odnosząc je do średnic nominalnych rurociągów. Nie wnikano w szczegóły, w jakich warunkach pomiarowych wartości współczynników oporów miejscowych były określane. A przecież współczynniki oporów miejscowych można było określić tylko na podstawie prędkości przepływu wody w rurach przyłączonych do zaworu, obliczonej dla wyznaczonego badaniami strumienia objętości przepływu wody, gdyż: V = v 0,785-^2. Należało je więc odnosić do średnic wewnętrznych rurociągów. Wobec coraz częstszego stosowania do obliczeń strat ciśnienia na zaworach prostych współczynników przepływu K tts, również określanych za pomocą badań, przeanalizujmy poniżej, jakie są relacje między stratami ciśnienia określanymi dotychczas za pomocą współczynników oporów miejscowych C, a obecnie zalecanymi metodami: za pomocą współczynników przepływu K vs lub przepustowości zaworu V A. 2. Dotychczas stosowane wzory na miejscowe straty ciśnienia Straty ciśnienia na zaworach (prostych, kątowych, skośnych) określa się z zależności: AP m = 0,5(C-v 2 -p) (1) Współczynniki oporów miejscowych dla zaworów odnoszono do średnic nominalnych rurociągów. Nie zwracano uwagi, że do zaworu o tej samej średnicy nominalnej mogą być podłączane rury o różnych średnicach wewnętrznych. *' Dr inż. Edmund Nowakowski - Politechnika Wrocławska, Katedra Klimatyzacji i Ciepłownictwa, 50-373 Wrocław, ui. Norwida 3/6, te}. (071) 320-34-11 Przy masowym stosowaniu w instalacjach sanitarnych rur stalowych (czarnych lub ocynkowanych), średnice zewnętrzne rur miały wartość stałą, a średnice wewnętrzne w zakresie ciśnień stosowanych w instalacjach były również niewiele zróżnicowane. Odnoszenie wartości współczynników oporów miejscowych C do średnic nominalnych rurociągów nie było więc kwestionowane. Przy masowym stosowaniu w instalacjach sanitarnych różnych metali i tworzyw sztucznych, z których produkowane rury mają inne zasady wymiarowania średnic, do obliczeń strat ciśnienia na zaworze, należy stosować wzór: -v 2 -p) (2) Wartości współczynników oporów miejscowych C odniesione do średnic nominalnych zaworów, zalecane w literaturze technicznej, podano w tab. 1. Wartości współczynników oporów miejscowych dw dla zaworów prostych wyznaczone badaniami, podano w tab. 4. Nie ma zgodności między wartościami współczynników oporów miejscowych (, podanymi w literaturze (wyznaczonymi badaniami przed 1930 r.) a wartościami uzyskanymi w późniejszych badaniach. Wynika to głównie ze zmian, jakie zachodziły w technologii i w materiałach używanych do produkcji zaworów oraz ze zmian średnic wewnętrznych rur stalowych. Na czynniki te literatura techniczna nie zwracała większej uwagi. Jeżeli badania przeprowadza się na stanowisku pomiarowym, to wartość współczynnika oporu miejscowego zaworu określa się z zależności: -v- 2 -p- 1 ) (3) Ponieważ prędkość przepływu wody w rurze podłączonej do zaworu określamy z zależności: v = 1,274- V s -d~ 2 (4) podstawiając zależność (4) do wzoru (3), otrzymamy:.<.y; 2.p^1 (5) 20 GAZ, WODA l TECHNIKA SANITARNA 4/2005