.png&w=384&q=75)
Введение
Система водоотведения является критически важным элементом инженерной инфраструктуры любого города. Напорные канализационные коллекторы, обеспечивающие транспортировку сточных вод под давлением от канализационных насосных станций (КНС) до очистных сооружений, в последние десятилетия достигли предельных сроков эксплуатации. Нормативный срок службы асбестоцементных трубопроводов составляет 25–30 лет, тогда как фактическая эксплуатация во многих случаях превышает 40–50 лет. Это привело к массовому износу, характеризующемуся коррозией, трещинами, разгерметизацией стыков и значительным количеством аварийных ситуаций [1, 2].
Для города Грозный проблема надежной эксплуатации напорных коллекторов имеет особое значение. После известных событий конца XX – начала XXI века инженерная инфраструктура восстанавливалась, однако многие объекты, построенные в 1970-х годах, продолжают эксплуатироваться без капитальной реконструкции. Напорный коллектор от КНС №3 до очистных сооружений (асбестоцемент, Ø710 мм, 2750 м, 1976 г. постройки) находится в предаварийном состоянии.
Традиционный метод реконструкции – открытая перекладка с полной заменой трубопровода – сопряжен с рядом трудностей: стесненность городской застройки; глубина заложения 3–5 м; просадочные грунты и высокий уровень грунтовых вод; необходимость непрерывного водоотведения [3, с. 22-27]. В связи с этим возникает объективная потребность во внедрении инновационных бестраншейных технологий.
Цель настоящей работы – обоснование выбора инновационной бестраншейной технологии реконструкции напорного канализационного коллектора и оценка ее технико-экономической эффективности.
Методы исследования
В работе использованы следующие методы: анализ и обобщение научно-технической литературы и нормативно-правовой документации; сравнительный анализ технологий по технико-экономическим показателям; расчетно-аналитические методы (прочностные расчеты, гидравлические расчеты); методы технико-экономического анализа; метод экспертных оценок.
Расчет прочности полимерного вкладыша выполнен по методикам, основанным на положениях СП 399.1325800.2018 и ASTM F1216. Совместная работа системы «существующий трубопровод – полимерный вкладыш» оценивалась для действия внутреннего давления, внешнего давления грунта и транспортной нагрузки, а также сейсмических воздействий (сейсмичность 8–9 баллов по ОСР-2015).
Гидравлический расчет выполнен по формуле Дарси-Вейсбаха. Технико-экономический анализ проведен методом сравнения приведенных затрат за жизненный цикл (50 лет) с дисконтированием (норма дисконта 10%).
Результаты и их обсуждение
Анализ технического состояния объекта
Обследованием установлено: степень физического износа коллектора составляет 60–80%; количество аварий за последние 5 лет – 32; характерные дефекты – коррозия цементного камня, трещины, разгерметизация стыковых соединений. Дальнейшая эксплуатация без реконструкции сопряжена с высоким риском аварийных сбросов неочищенных сточных вод.
Выбор технологии реконструкции
Проведен сравнительный анализ четырех бестраншейных технологий: CIPP (полимеризация рукава), Pipe-in-Pipe, спирально-навивная, Pipe Bursting. Оценка выполнялась по 10 критериям с весовыми коэффициентами (табл. 1). Наибольшее количество баллов набрала технология CIPP (8,65 из 10).
Таблица 1
Результаты многокритериальной оценки технологий
Критерий | Вес, % | CIPP | Pipe-in-Pipe | Спирально-навивная | Pipe Bursting |
Соответствие диаметру 710 мм | 15 | 9 | 8 | 7 | 6 |
Сохранение пропускной способности | 10 | 9 | 6 | 8 | 10 |
Надежность в напорном режиме | 15 | 9 | 8 | 8 | 9 |
Сейсмостойкость | 10 | 8 | 7 | 9 | 7 |
Минимизация земляных работ | 15 | 9 | 9 | 9 | 7 |
Непрерывность водоотведения | 10 | 8 | 7 | 9 | 7 |
Сохранение благоустройства | 5 | 9 | 9 | 9 | 6 |
Капитальные затраты | 10 | 8 | 9 | 6 | 8 |
Эксплуатационные расходы | 5 | 8 | 7 | 8 | 7 |
Энергоэффективность | 5 | 9 | 7 | 8 | 7 |
Итого (взвешенный балл) | 100 | 8,65 | 7,80 | 8,05 | 7,15 |
Конструктивные параметры
Принятая толщина полимерного вкладыша – 6,0 мм (расчет по условиям прочности от внутреннего давления дал 3,73 мм, по условию устойчивости под внешним давлением – 4,5 мм, принято с технологическим запасом 1,5 мм). Материал – винилэфирная смола, обладающая высокой химической стойкостью к сероводороду и органическим кислотам.
Прочностной расчет совместной работы показал: напряжения в полимерном вкладыше от внутреннего давления составляют 0,73 МПа (допустимые – 50 МПа); напряжения в асбестоцементной трубе – 6,08 МПа (допустимые 10–15 МПа); коэффициент запаса устойчивости под внешним давлением – 5,66 > 2,0. Сейсмостойкость системы подтверждена для интенсивности до 9 баллов.
Таблица 2
Параметры полимерного вкладыша
Параметр | Значение |
Материал | Винилэфирная смола + полиэфирный фетр |
Толщина стенки, мм | 6,0 |
Внутренний диаметр после реконструкции, мм | 698 |
Модуль упругости E, МПа | 3000 |
Предел прочности при растяжении, МПа | 70–90 |
Прогнозируемый срок службы, лет | 50 |
Гидравлический расчет показал снижение потерь напора с 5,45 м до 3,80 м благодаря уменьшению коэффициента шероховатости с 0,012 до 0,008. Ожидаемая экономия электроэнергии – 71,9 тыс. кВт·ч/год (467 тыс. руб./год).
Технология производства работ
Разработана схема байпасирования с прокладкой временного трубопровода из ПНД диаметром 710 мм для обеспечения непрерывного водоотведения. Технологический процесс CIPP включает: очистку существующего коллектора (механическая + гидродинамическая); внедрение пропитанного рукава методом инверсии; полимеризацию горячей водой (температура 80°C, продолжительность 3 часа); формирование концевых узлов; контроль качества (видеоинспекция, гидравлические испытания давлением 0,525 МПа). Продолжительность реконструкции – 39 дней.
Технико-экономическая эффективность
Сравнение с методом открытой перекладки (табл. 3) показало: экономия капитальных затрат – 60 535 тыс. руб. (52,4%); сокращение продолжительности строительства – 96 дней (71%); интегральный экономический эффект за 50-летний период (приведенные затраты) – 58 226 тыс. руб.
Таблица 3
Технико-экономическое сравнение вариантов
Показатель | CIPP | Открытая перекладка | Эффект |
Капитальные затраты, тыс. руб. | 54 956 | 115 491 | -60 535 (-52,4%) |
Продолжительность строительства, дни | 39 | 135 | -96 (-71%) |
Ограничение движения транспорта, дни | 7 | 135 | -128 (-95%) |
Затраты на электроэнергию, тыс. руб./год | 467 | 0 | +467 |
Затраты на ремонт, тыс. руб./год | 41 | 275 | +234 |
Срок службы, лет | 50 | 30 | +20 (+67%) |
Интегральный экономический эффект, тыс. руб. | – | – | 58 226 |
Экологические преимущества: сохранение почвенного покрова на площади 8 250 м²; исключение вывоза 18 500 м³ грунта; отсутствие сноса зеленых насаждений; предотвращение аварийных сбросов сточных вод.
Заключение:
- Обоснована оптимальность технологии CIPP для реконструкции напорного канализационного коллектора в условиях г. Грозный (стесненная застройка, глубина 3–5 м, просадочные грунты, сейсмичность 8–9 баллов, необходимость непрерывного водоотведения).
- Разработаны конструктивные решения полимерного вкладыша (винилэфирная смола, толщина 6,0 мм) и подтверждена надежность системы «асбестоцементная труба – вкладыш» прочностными расчетами и оценкой сейсмостойкости.
- Предложена технологическая схема производства работ с байпасированием, обеспечивающая непрерывное водоотведение и сокращение сроков строительства в 3,5 раза.
- Доказана технико-экономическая эффективность: экономия капитальных затрат 52,4%, интегральный эффект 58,2 млн руб. Экологические преимущества очевидны.
- Результаты могут быть использованы при проектировании реконструкции аналогичных объектов в сейсмически опасных регионах России.
.png&w=640&q=75)
