Проектирование перехода ГНБ: изыскания, расчёт траектории и согласование

Горизонтально направленное бурение позволяет прокладывать инженерные коммуникации под дорогами, железнодорожными путями, водоёмами и благоустроенными территориями без разработки открытой траншеи по всей длине трассы. Однако каждый закрытый переход должен быть рассчитан с учётом геологии, расположения существующих сетей, характеристик трубы и возможностей буровой установки.

Проектирование перехода ГНБ включает инженерные изыскания, построение профиля, проверку прочности трубопровода, подбор оборудования и согласование принятых решений. Проект должен подтвердить не только возможность выполнить бурение, но и безопасность протягивания трубы и последующей эксплуатации коммуникации.

Основные требования к проектированию, строительству и контролю закрытых переходов установлены СП 341.1325800.2017. Конкретный состав документации зависит от назначения сети, категории пересекаемого объекта и технических условий его владельца.

Содержание статьи:

• Зачем нужен проект перехода ГНБ
• Исходные данные и инженерные изыскания
• Расчёт траектории и профиля перехода
• Основные инженерные расчёты
• Состав проекта перехода ГНБ
• Согласование проекта ГНБ
• От проекта к безопасному строительству
• Вопросы и ответы

Зачем нужен проект перехода ГНБ

Со стороны технология ГНБ может показаться простой: установка выполняет пилотное бурение, скважину расширяют, а затем в неё протягивают трубу. В действительности положение канала и параметры каждого технологического этапа должны быть заранее рассчитаны.

Проект перехода должен подтвердить, что:

• буровая головка сможет пройти по заданной траектории;
• скважина не затронет существующие подземные коммуникации;
• будут выдержаны необходимые расстояния до дорог, сооружений и природных объектов;
• труба перенесёт растяжение, изгиб и внешнее давление;
• оборудование обеспечит требуемое тяговое усилие и крутящий момент;
• рабочие площадки поместятся в доступных границах;
• буровой раствор не создаст угрозу соседним объектам;
• построенную сеть можно будет испытать и принять в эксплуатацию.

Ошибки в проектировании часто обнаруживаются уже во время производства работ. Недостаточный радиус приводит к перегрузке трубы, неверно выбранная глубина — к конфликту с действующей сетью, а слишком маленький диаметр канала — к росту тяги и риску заклинивания плети.

Исправление подобных ошибок непосредственно на площадке может потребовать изменения траектории, повторного бурения или разработки нового перехода. Поэтому проектирование рассматривается не как формальность, а как один из основных способов управления техническими рисками.

Исходные данные и инженерные изыскания для ГНБ

Расчёт перехода начинается со сбора исходных данных. Проектировщику необходимо знать назначение сети, параметры трубы, условия участка и требования владельцев пересекаемых объектов.

Общие требования к организации изысканий устанавливает действующий СП 47.13330.2016. Состав работ определяют программой с учётом сложности территории и стадии проектирования.

Техническое задание и технические условия

В техническом задании указывают:

• назначение инженерной сети;
• материал и диаметр трубопровода;
• рабочее давление и транспортируемую среду;
• ориентировочную длину перехода;
• положение точек подключения;
• характеристики пересекаемого объекта;
• границы доступной территории;
• особые требования заказчика.

Технические условия могут устанавливать глубину, допустимый коридор размещения, требования к защитному футляру, контролю работ и составу документации. Они задают обязательные ограничения, но не заменяют расчёт траектории и прочности трубы.

Инженерно-геодезические изыскания

Геодезические изыскания дают проектировщику пространственную основу. На топографическом плане отображают рельеф, дороги, здания, ограждения, колодцы, наземные и подземные сети, границы участков и другие объекты, влияющие на положение перехода.

Для ГНБ важны как плановые координаты, так и высотные отметки. Даже небольшая ошибка в глубине существующего кабеля или трубопровода может привести к опасному сближению.

По результатам съёмки также оценивают возможность размещения оборудования. Возле точки входа требуются площадки для буровой установки, штанг, смесительного узла, ёмкостей и вспомогательной техники. Со стороны выхода необходимо место для приёма инструмента и подготовки трубной плети.

Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания

Геология влияет на управляемость буровой головки, устойчивость стенок скважины, выбор инструмента, параметры раствора и усилие протягивания.

В ходе изысканий определяют:

• состав и последовательность слоёв;
• плотность и влажность грунта;
• прочность и абразивность пород;
• наличие гравия, гальки и валунов;
• присутствие насыпных и техногенных включений;
• положение уровня грунтовых вод;
• водопроницаемость отдельных слоёв;
• склонность грунта к обрушению, набуханию или размыву.

Однородная глина, рыхлый песок, плывун и валунный грунт требуют разных решений. Если использовать сведения с соседнего участка без проверки, фактический разрез может не совпасть с принятым в проекте.

Подробнее о влиянии геологии рассказано в статье «Какие грунты подходят для ГНБ».

Поиск существующих коммуникаций

Топографический план сопоставляют с исполнительными материалами владельцев сетей и фактическими данными площадки. Особое внимание уделяют коммуникациям, которые пересекают проектный коридор или находятся рядом с точками входа и выхода.

Для уточнения положения сетей могут применяться:

• трассопоисковое оборудование;
• георадар;
• обследование колодцев и камер;
• геодезические измерения;
• контрольные шурфы;
• исполнительная документация эксплуатирующих организаций.

Каждая обнаруженная коммуникация должна быть привязана в плане и по высоте. Знать только примерное направление недостаточно: для безопасного бурения требуются фактическая глубина и допустимое расстояние до объекта.

Как рассчитывают траекторию и профиль перехода ГНБ

Траекторию разрабатывают одновременно в плане и на продольном профиле. План показывает положение скважины на местности, а профиль — её глубину, уклоны, прямые и криволинейные участки.

Расчёт должен учитывать ограничения буровых штанг, протягиваемой трубы, оборудования и окружающей инфраструктуры.

Выбор точек входа и выхода

Точку входа назначают с учётом положения установки и начального угла бурения. Площадка должна обеспечивать устойчивое размещение машины и безопасную работу персонала.

Точка выхода должна позволять:

• принять буровую головку;
• подключить расширитель и вертлюг;
• подготовить трубу к затягиванию;
• разместить плеть без резких перегибов;
• выполнить монтажные и контрольные операции.

Если площадка ограничена зданиями, дорогами или границами участка, это учитывают до построения профиля. Нельзя сначала рассчитать переход, а затем выяснить, что трубу негде сварить и разложить.

Определение глубины и безопасных расстояний

Глубина зависит от типа пересекаемого объекта, геологического разреза, диаметра скважины и положения существующих сетей. Траектория должна проходить с нормативным или установленным техническими условиями запасом.

При выборе глубины оценивают:

• расстояние до дорожного покрытия или дна водоёма;
• отметки существующих кабелей и трубопроводов;
• границы охранных зон;
• устойчивость грунта над скважиной;
• риск выхода бурового раствора;
• возможность контроля положения инструмента.

Чрезмерное заглубление не всегда делает переход безопаснее. Оно увеличивает длину трассы, объём бурения, нагрузки на трубу и требования к установке.

Углы входа и выхода

Угол входа влияет на скорость набора глубины и положение первого криволинейного участка. Угол выхода определяет условия вывода инструмента и подачи трубной плети.

Слишком большой угол увеличивает изгиб трубы и буровых штанг. Слишком малый требует длинной площадки и увеличивает общую протяжённость перехода. Поэтому углы выбирают по условиям конкретного объекта, а не по универсальной схеме.

Радиус кривизны и длина трассы

Проектный профиль формируют из прямолинейных и криволинейных участков с плавными сопряжениями. Минимальный радиус проверяют для каждого элемента системы:

• буровой колонны;
• полиэтиленовой или стальной трубы;
• сварных и механических соединений;
• защитной оболочки;
• теплоизоляционной конструкции;
• кабеля, размещаемого внутри футляра.

Определяющим становится наиболее строгое ограничение. Способность буровых штанг пройти поворот ещё не означает, что по той же траектории безопасно пройдёт трубопровод.

На продольном профиле показывают отметки характерных точек, проектную глубину, существующие коммуникации и пересекаемые объекты. При необходимости дополнительно задают допустимый коридор отклонений.

Основные инженерные расчёты перехода

Профиль показывает положение будущей скважины, но сам по себе не подтверждает возможность строительства. Принятые решения необходимо проверить расчётами.

Расчёт трубы на период протягивания

Во время обратного протягивания трубопровод испытывает сочетание нескольких воздействий:

• осевое растяжение от тягового усилия;
• изгиб на криволинейных участках;
• трение о стенки канала;
• внешнее давление бурового раствора и грунтовых вод;
• сопротивление перемещению в буровой жидкости;
• локальные нагрузки от неровностей и твёрдых включений.

Для полиэтиленовой трубы учитывают материал, SDR, температуру, продолжительность нагрузки и качество сварных стыков. Для стального трубопровода проверяют основной металл, монтажные швы, радиус изгиба и сохранность антикоррозионного покрытия.

Расчётное усилие сравнивают с допустимой нагрузкой на трубу. Между значениями должен оставаться необходимый запас. Если требуемая тяга приближается к пределу, корректируют профиль, технологию расширения, конструкцию трубы или класс установки.

Максимальная тяга буровой машины не является допустимым усилием для трубопровода. Мощная установка способна повредить слабую плеть раньше, чем достигнет предельного режима.

Расчёт диаметра бурового канала

Буровой канал делают больше наружного диаметра трубы или пакета труб. Зазор необходим для циркуляции раствора, удаления разрушенного грунта и свободного перемещения плети.

Размер скважины зависит от:

• наружного диаметра протягиваемой конструкции;
• материала и жёсткости трубы;
• длины перехода;
• состава грунта;
• кривизны профиля;
• наличия защитной оболочки;
• количества этапов расширения;
• свойств бурового раствора.

Недостаточный диаметр приводит к резкому росту тягового сопротивления и риску заклинивания. Чрезмерное расширение увеличивает расход раствора и способно ухудшить устойчивость стенок скважины.

На сложных переходах канал расширяют в несколько этапов. Последовательность проходов и размеры расширителей устанавливают в технологической части проекта.

Подбор буровой установки и расширителей

Буровой комплекс выбирают не только по диаметру трубы. Проектировщик проверяет:

• тяговое усилие;
• крутящий момент;
• характеристики буровых штанг;
• производительность насоса;
• возможности очистки и регенерации раствора;
• совместимость с необходимым инструментом;
• размеры и массу оборудования;
• возможность размещения на площадке.

Паспортная тяга установки должна превышать расчётную нагрузку с необходимым резервом. Одновременно проверяют крутящий момент, поскольку расширение скважины может оказаться более требовательным этапом, чем протягивание трубы.

Конструкцию расширителя выбирают по грунту. Инструмент, эффективный в пластичной глине, может оказаться непригодным для гравийного или скального массива.

Выбор бурового раствора

Буровой раствор стабилизирует стенки скважины, охлаждает инструмент, уменьшает трение и выносит разрушенный грунт. Его состав и расход назначают с учётом геологии, диаметра канала, длины перехода и производительности насосов.

В проекте оценивают давление раствора и вероятность его выхода через трещины, рыхлые слои, колодцы или поверхность земли. Также предусматривают приготовление, циркуляцию, сбор, очистку и утилизацию буровых отходов.

Для городской территории, такой как Москва, организация обращения с раствором особенно важна из-за плотной застройки, ограниченных площадок и большого количества действующих коммуникаций.

Что входит в проект перехода ГНБ

Состав документации зависит от стадии проектирования и статуса объекта. Полноценный проект включает не только чертёж профиля, но и обоснование всех принятых решений.

Текстовая часть

В пояснительной записке приводят:

• основание для проектирования;
• характеристику существующих условий;
• результаты инженерных изысканий;
• сведения о проектируемой коммуникации;
• параметры трубопровода;
• обоснование выбранной траектории;
• расчёты прочности и тягового усилия;
• параметры бурового канала;
• требования к оборудованию;
• решения по буровому раствору;
• мероприятия по защите существующих объектов;
• требования к контролю качества.

Расчёты должны быть связаны между собой. Геология влияет на инструмент и раствор, радиус траектории — на напряжения в трубе, а диаметр канала — на усилие протягивания.

Графическая часть

В комплект чертежей обычно включают:

• ситуационный план;
• план перехода;
• продольный профиль;
• точки входа и выхода;
• границы рабочих площадок;
• существующие и проектируемые сети;
• охранные зоны;
• характерные размеры и отметки;
• схемы размещения оборудования;
• узлы подключения и конструкции футляров.

Масштаб выбирают так, чтобы положение перехода можно было однозначно определить относительно дорог, зданий, земельных участков и других коммуникаций.

Организация и технология строительства

Технологическая часть устанавливает последовательность производства работ:

1. Подготовка строительных площадок.
2. Геодезическая разбивка оси перехода.
3. Установка и закрепление бурового комплекса.
4. Бурение пилотной скважины.
5. Контроль положения инструмента.
6. Расширение бурового канала.
7. Подготовка и проверка трубной плети.
8. Обратное протягивание трубопровода.
9. Испытание построенной сети.
10. Исполнительная съёмка и восстановление территории.

Также определяют контролируемые параметры, допустимое тяговое усилие, порядок обращения с раствором и действия при отклонении буровой головки от проектного профиля.

Проектная документация, рабочая документация и ППР

Эти документы связаны между собой, но решают разные задачи.

ППР не заменяет инженерный проект перехода. Он разрабатывается на основании принятых технических решений и описывает их реализацию на конкретной площадке.

Как согласовывают проект ГНБ

Единого списка согласующих организаций для всех переходов не существует. Он зависит от назначения сети, расположения участка, вида пересекаемого объекта и принадлежности территории.

С кем согласовывают переход

В зависимости от условий документацию могут рассматривать:

• собственник или пользователь земельного участка;
• владелец автомобильной дороги;
• инфраструктурная организация железной дороги;
• собственники и операторы подземных сетей;
• ресурсоснабжающие организации;
• владелец водного объекта или уполномоченный орган;
• балансодержатель пересекаемого сооружения;
• муниципальные и региональные службы;
• технический заказчик.

Если работы выполняются в охранной зоне, порядок производства дополнительно согласовывают с владельцем соответствующего объекта. Для Москвы и Московской области перечень участников определяется местом строительства и принадлежностью существующих сетей.

Какие документы могут потребоваться

В комплект для рассмотрения обычно входят:

• заявление или сопроводительное письмо;
• техническое задание;
• технические условия;
• топографический план;
• план и профиль перехода;
• пояснительная записка;
• инженерные расчёты;
• схема организации площадки;
• сведения о трубах и оборудовании;
• мероприятия по защите существующих объектов;
• документы на использование территории;
• лист согласований.

Точный состав необходимо получать у конкретной организации. Требования владельца дороги, оператора газопровода и собственника кабельной линии могут существенно различаться.

Почему проект возвращают на доработку

Распространённые причины замечаний:

• отсутствуют актуальные изыскания;
• положение существующих сетей не подтверждено;
• не выдержано необходимое расстояние до коммуникации;
• профиль не соответствует техническим условиям;
• радиус меньше допустимого для трубы;
• не рассчитано усилие протягивания;
• не обоснован диаметр скважины;
• рабочие площадки выходят за доступные границы;
• не предусмотрен сбор бурового раствора;
• текстовая и графическая части противоречат друг другу.

Согласование представляет собой техническую проверку решений всеми заинтересованными сторонами, а не только формальное получение подписей.

Если во время строительства необходимо изменить профиль, точку выхода или способ выполнения работ, отклонение должен оценить проектировщик. Существенные изменения отражают в документации и повторно согласовывают в предусмотренном порядке.

От проекта к безопасному строительству

Качественный проект должен подтвердить не только возможность пробурить скважину, но и возможность безопасно протянуть трубу, сохранить окружающие объекты и принять построенный переход в эксплуатацию.

До выхода техники на площадку необходимо:

• изучить геологическое строение участка;
• уточнить положение существующих коммуникаций;
• построить план и продольный профиль;
• проверить радиусы траектории;
• рассчитать нагрузку на трубопровод;
• обосновать диаметр бурового канала;
• подобрать установку и расширители;
• разработать решения по буровому раствору;
• согласовать документацию с заинтересованными организациями.

Такой подход снижает вероятность аварий, незапланированных остановок и повторного бурения. Кроме того, проект позволяет заранее определить необходимое оборудование, объём материалов, размеры площадок и порядок контроля работ.

Компания ЕКХ77 выполняет проектирование инженерных сетей и работы методом горизонтально направленного бурения в Москве и Московской области.

Вопросы и ответы

Обязательно ли разрабатывать отдельный проект перехода ГНБ?

Техническое решение по закрытому переходу должно быть обосновано в составе документации на инженерную сеть. Объём и стадийность разработки зависят от статуса объекта. Одного схематичного профиля недостаточно: требуется проверить траекторию, прочность трубы и возможность выполнения работ выбранным оборудованием.

Какие инженерные изыскания нужны перед ГНБ?

Основными являются инженерно-геодезические и инженерно-геологические изыскания. В зависимости от объекта также могут потребоваться гидрометеорологические, экологические и геотехнические исследования. Состав устанавливают программой изысканий.

От чего зависит глубина перехода?

Глубину определяют с учётом вида препятствия, геологии, диаметра бурового канала, положения существующих сетей и требований их владельцев. Чрезмерное заглубление увеличивает длину траектории и монтажные нагрузки, поэтому глубина должна быть обоснована.

Чем проект ГНБ отличается от ППР?

Проект определяет конструктивные и технические параметры перехода: положение трассы, глубину, радиусы, характеристики трубы и расчётные нагрузки. ППР описывает организацию и последовательность выполнения уже запроектированных работ.

С кем необходимо согласовывать переход ГНБ?

Перечень зависит от расположения объекта. Обычно в согласовании участвуют собственники земли, владельцы дорог и других пересекаемых сооружений, операторы действующих коммуникаций и технический заказчик. Окончательный состав определяют по техническим условиям и местным требованиям.