Технология горизонтально-направленного бурения (ГНБ) — бестраншейный метод прокладки трубопроводов под препятствиями (дороги, реки, железнодорожные пути, здания) без вскрытия поверхности. Для прокладки коллекторов ливневой канализации ГНБ особенно актуальна в условиях плотной городской застройки, где открытый способ (траншея) парализует движение транспорта и требует перекладки десятков пересекаемых коммуникаций. Согласно СП 42.13330.2016, при пересечении магистральных улиц и дорог ливневыми коллекторами диаметром до 500 мм предпочтительным методом является ГНБ. В статье рассмотрена технология ГНБ применительно к водоотводным системам: от геологических изысканий до приёмки готового трубопровода.
1. Этапы строительства коллектора методом ГНБ
Этап 1. Геологические изыскания и проектирование трассы
До начала ГНБ требуется детальное знание геологического разреза по трассе бурения. Минимальный объём изысканий — 3 скважины (стартовая, финишная, контрольная в середине) глубиной на 5 м ниже проектной оси трубопровода. Ключевые параметры грунта: гранулометрический состав (валуны >100 мм — препятствие для ГНБ), коэффициент фильтрации (для расчёта давления бурового раствора), абразивность (кварцевые пески изнашивают буровой инструмент в 3-5 раз быстрее глин). По результатам изысканий выбирается тип буровой установки (тяговое усилие 10-400 т) и бурового инструмента (шарошечное долото для скальных пород, лопастное для глин, алмазное для гранитов).
Этап 2. Пилотное бурение
Пилотная скважина бурится с поверхности под углом 8-20° к горизонту. Буровая головка оснащена излучателем (зондом), сигнал которого принимается локатором на поверхности. Оператор локатора в реальном времени отслеживает положение головки в плане и по глубине и корректирует траекторию, изменяя угол поворота скошенной лопасти буровой головки. Точность проводки: ±0,5% по глубине (т.е. ±5 см на 10 м), ±1-2% в плане. Длина пилотного бурения — до 1 500 м (рекордные установки — до 2 500 м).
Этап 3. Расширение скважины (калибровка)
После выхода пилотной головки в финишном котловане буровая колонна отсоединяется от головки, и на неё устанавливается расширитель (риммер) — конический или ступенчатый инструмент с твёрдосплавными зубьями. Расширитель протягивается в ОБРАТНОМ направлении (от финиша к старту), увеличивая диаметр скважины. Для трубы d=400 мм требуется расширитель на 30-40% больше диаметра трубы: Dрасш = 1,35×400 = 540 мм (принимается 550 мм). Количество проходов расширителя: для глины — 1 проход; для песка — 2 прохода (черновой + чистовой); для гравия и валунов — 3-4 прохода.
Этап 4. Протаскивание трубопровода
К расширителю через вертлюг (шарнир, предотвращающий вращение трубы) крепится трубопровод, собранный на поверхности в полную длину. Трубопровод затягивается в скважину тяговым усилием буровой установки. Расчёт тягового усилия F (кН): F = μ × L × (qтр + qбр) + Fлоб, где μ — коэффициент трения трубы о грунт (0,2-0,3 для песка с буровым раствором, 0,5-0,8 для глины); L — длина протаскивания, м; qтр — вес трубы в воздухе, кН/м; qбр — выталкивающая сила бурового раствора (Архимед), кН/м (для заполненной раствором скважины qбр ≈ Vтр×ρбр×g — для ПНД трубы в растворе плотностью 1 200 кг/м³ выталкивающая сила ≈ равна весу трубы → эффективный вес ≈ 0); Fлоб — лобовое сопротивление расширителя (5-15 кН). Пример для ПНД d=400 мм, L=300 м: F ≈ 0,3×300×(0,08+0) + 10 = 17,2 кН. Запас тягового усилия установки — не менее 2× (т.е. установка ≥35 кН ≈ 3,5 т). Фактически применяются установки с тягой 10-40 т — с огромным запасом.
2. Требования к трубопроводу при ГНБ
| Параметр | Требование | Обоснование |
|---|---|---|
| Материал труб | ПНД (полиэтилен низкого давления) или ПВХ с раструбным соединением. Сталь — допустима (сварка), но коррозия в грунте — требуется изоляция | Гибкость (радиус изгиба — 40-50×d для ПНД). Пластик выдерживает упругий изгиб без разрушения. Бетон/чугун — не применяются (хрупкость) |
| Кольцевая жёсткость (SN) | ≥SN8 для глубин до 3 м; ≥SN12 для 3-5 м; ≥SN16 для >5 м | Сопротивление смятию при неравномерном давлении грунта. При ГНБ временное смятие возможно в процессе протаскивания — после релаксации напряжений труба восстанавливает форму (для ПНД) |
| Допустимый радиус изгиба | Rmin ≥ 40×d для ПНД (SDR 17); ≥ 50×d для ПНД (SDR 11) | Определяется максимальными напряжениями при изгибе. При R |
| Соединение труб | Сварка встык нагретым элементом (для ПНД) или муфтовое с закладным нагревателем (для ПЭ). Раструбное — не допускается (срыв раструба при протаскивании) | Сварной стык должен быть равнопрочен телу трубы (коэффициент прочности сварного шва ≥0,9). Контроль — ультразвуковая дефектоскопия 100% стыков перед протаскиванием |
3. Экономическое сравнение: ГНБ vs открытый способ
Сравнение для прокладки коллектора d=400 мм, L=200 м под городской улицей с интенсивным движением (4 полосы):
| Статья затрат | ГНБ | Открытый способ |
|---|---|---|
| Земляные работы | 2 котлована (стартовый 3×2×2 м + финишный 2×2×2 м) = 12 000 ₽ | Траншея 200×1,5×3 м = 900 м³ × 2 500 = 2 250 000 ₽ |
| Трубы (ПНД d=400 мм, SN12) | 200×3 800 = 760 000 ₽ | 200×3 800 = 760 000 ₽ |
| Бурение и протаскивание (подрядчик ГНБ) | 200×4 500 = 900 000 ₽ | - |
| Восстановление дорожного покрытия | Не требуется | 200×1,5×6 000 = 1 800 000 ₽ (асфальтобетон с основанием) |
| Перекладка пересекаемых коммуникаций | Не требуется (бурение ниже) | 5-7 пересечений × 150 000 = 750 000-1 050 000 ₽ |
| Ограничение движения (пробки, объезды) | 2-3 дня (только подготовка котлованов, бурение — без перекрытия) | 30-45 дней (перекрытие 2 полос из 4) |
| ИТОГО прямые затраты | 1 672 000 ₽ (8 360 ₽/п.м.) | 5 560 000-5 860 000 ₽ (28 000-29 300 ₽/п.м.) |
ГНБ экономичнее в 3,3-3,5 раза! С учётом косвенных потерь от пробок (3-5 млн ₽ на 1 км городской магистрали в день) разница возрастает до 5-7 раз. Вывод: ГНБ — безальтернативный метод для городских условий, окупающийся на порядок.
Нормативная база
- СП 42.13330.2016 «Градостроительство»
- СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети»
- СП 273.1325800.2016 «Водоснабжение и водоотведение. Бестраншейные технологии»
- СТО Газпром 2-3.5-051-2006 «Нормы технологического проектирования на ГНБ»