Mașina de ridicare a țevilor explicată: tipuri, cum funcționează și când să utilizați una

Ce este o mașină de ridicare a țevilor și cum funcționează?

A mașină de ridicare țevi este o piesă de echipament de construcție fără șanțuri, utilizată pentru a instala conducte subterane fără a fi nevoie să săpați șanțuri deschise de-a lungul întregului traseu. În loc să distrugă drumuri, trotuare sau peisaje, mașina împinge – sau „cric” – secțiuni de țeavă prin pământ de la o groapă de lansare la o groapă de recepție. Această abordare este utilizată pe scară largă pentru liniile de canalizare, conductele de apă, conductele de gaz și conductele de utilități care circulă pe sub drumuri, căi ferate, râuri și zone urbane dens construite.

Principiul de funcționare de bază implică un cadru hidraulic puternic de ridicare poziționat în interiorul gropii de lansare. Acest cadru aplică o forță de împingere axială controlată pentru a împinge secțiunea principală a țevii - care este de obicei echipată cu un cap de tăiere sau un scut - prin sol. Pe măsură ce materialul excavat este îndepărtat de pe față (fie mecanic, fie prin nămol), se adaugă noi secțiuni de țeavă în spatele ultimei și procesul de ridicare continuă treptat până când șirul de țevi ajunge la groapa de recepție de la celălalt capăt.

Sistemele moderne de ridicare a țevilor sunt complet orientabile, ceea ce înseamnă că operatorul poate face corecții în timp real ale alinierii și nivelului folosind ghidare laser sau sisteme giroscopice. Această precizie le face potrivite pentru proiecte cu toleranțe strânse, cum ar fi instalațiile de canalizare gravitațională care necesită pante exacte.

Principalele tipuri de mașini de ridicare a țevilor

Nu toate echipamentele de ridicare a conductelor sunt la fel. Tipul de mașină ales depinde de diametrul țevii, de condițiile solului, de lungimea transmisiei și de bugetul proiectului. Iată care sunt cele mai frecvent utilizate variante:

Mașini de microtunel (MTBM)

Mașinile de forat de microtunel sunt operate de la distanță și proiectate pentru țevi cu diametru mai mic - de obicei, variind de la 150 mm la 1.500 mm. Operatorul controlează mașina de la suprafață folosind o cabină de control cu ​​un sistem de alimentare CCTV și un sistem de țintire cu laser. Slamul este folosit pentru a transporta butașii înapoi la suprafață printr-o conductă de retur dedicată. MTBM-urile sunt foarte precise și pot gestiona o gamă largă de tipuri de sol, inclusiv argile moi, pietrișuri și chiar roci cu configurația potrivită a capului de tăiere.

Mașini de ridicare a țevilor pentru echilibrarea presiunii la pământ (EPB).

Mașinile EPB folosesc solul excavat în sine - condiționat cu spumă, bentonită sau polimeri - pentru a echilibra presiunea solului pe suprafața de tăiere. Acest lucru previne tasarea solului și le face ideale pentru soluri moi, purtătoare de apă sau mixte. Ele sunt utilizate în mod obișnuit în mediile urbane unde tasarea suprafeței trebuie redusă la minimum. Instalațiile de ridicare a conductelor de tip EPB sunt disponibile atât pentru microtuneluri cu diametru mic, cât și pentru tuneluri mai mari de intrare în om.

Mașini de ridicare a țevilor pentru scut de șlam

Aceste mașini presurizează suprafața de tăiere cu o suspensie de bentonită, care susține solul, transportând, de asemenea, butașii înapoi la suprafață printr-o conductă. Suspensia este apoi procesată într-o instalație de separare la suprafață, curățată și recirculată. Mașinile pentru șlam sunt deosebit de eficiente pe terenuri instabile, nisipuri afânate și sub pânza freatică. Acestea tind să fie mai rapide decât sistemele bazate pe melc pe unități mai lungi.

Masini de alezat cu melc

Alezarea cu melc este o formă mai simplă și rentabilă de ridicare a țevilor, utilizată în soluri uscate și stabile. Un melc rotativ din interiorul țevii de carcasă transportă butașii înapoi în groapa de lansare. Aceste mașini sunt de obicei utilizate pentru transmisii mai scurte și diametre mai mici. Nu sunt orientabile, ceea ce limitează utilizarea lor la proiectele în care precizia de aliniere este mai puțin critică.

Mașini de batut țevi

Lovirea țevilor folosește un ciocan pneumatic sau hidraulic atașat la spatele unei țevi de carcasă de oțel. Forța de impact conduce țeava prin pământ fără să se rotească sau să se taie - solul este pur și simplu deplasat sau compactat. Această metodă este rapidă și puternică, ceea ce o face potrivită pentru traversarea pe sub terasamente, drumuri și căi ferate în soluri granulare grosiere. Cu toate acestea, nu oferă nicio capacitate de direcție și este cel mai bun pentru curse scurte, drepte.

Componentele cheie ale unui sistem de ridicare a conductelor

O configurație de ridicare a țevilor este mai mult decât o mașină de alezat din față. Sistemul complet include mai multe componente integrate care lucrează împreună:

• Cadru de cric: Presa hidraulică principală instalată în groapa de lansare. Acesta aplică forța de împingere șirului de țevi. Cadrele de cric sunt evaluate în funcție de capacitatea lor de tracțiune, de obicei variind de la 50 de tone la peste 2.000 de tone pentru antrenările cu diametru mare.
• Cap de tăiere / scut: Elementul de conducere din partea din față a șirului de țevi care excava pământul. Designul său variază - tăietoare cu discuri rotative pentru rocă, scuturi deschise pentru teren moale sau camere presurizate cu șlam pentru soluri instabile.
• Conducte de cric: Conducte special concepute din beton, oțel sau GRP (plastic armat cu sticlă), construite pentru a rezista forțelor de ridicare fără crăpare. De obicei, au îmbinări prelucrate cu precizie pentru a asigura alinierea și etanșeitatea la apă.
• Stații intermediare de ridicare (IJS): La transmisiile mai lungi, frecarea de-a lungul șirului de țevi poate depăși capacitatea cadrului principal de cric. Unitățile IJS sunt instalate la intervale în interiorul șirului de țevi pentru a oferi forță suplimentară de împingere din interior, extinzând dramatic lungimea de antrenare realizabilă.
• Sistem de lubrifiere: Pasta de bentonită sau polimer este injectată prin orificiile din peretele conductei pentru a reduce frecarea pielii de-a lungul golului inelar dintre conductă și solul înconjurător. Acest lucru este esențial pentru călătoriile lungi și în argile lipicioase.
• Sistem de ghidare: Un fascicul laser proiectat de la groapa de lansare către o țintă din interiorul mașinii oferă date de aliniere continuă. Proiectele mai sofisticate pot folosi ghidaj giroscopic sau bazat pe stația totală pentru aliniamente curbe.
• Sistem de îndepărtare a resturilor: În funcție de tipul de mașină, aceasta ar putea fi o conductă de șlam, un melc, o bandă transportoare sau un sistem de cărucioare de gunoi pentru tunelurile de intrare a omului.

Creșterea țevilor vs. șanțurile deschise: o comparație directă

Pentru multe proiecte, inginerii trebuie să decidă între excavarea convențională deschisă și ridicarea țevilor fără șanțuri. Iată cum se împart cele două metode între factorii cheie ai proiectului:

Condițiile solului și selecția mașinii

Una dintre cele mai critice decizii în orice proiect de ridicare a conductelor este adaptarea mașinii potrivite la condițiile predominante ale solului. Utilizarea unui cap de tăiere sau a unui tip de scut greșit poate duce la instabilitate a feței, blocarea mașinii, uzură excesivă sau eșecul proiectului. O investigație geotehnică amănunțită înainte de începerea lucrărilor nu este opțională - este esențială.

Argile moi și nămoluri

Aceste soluri sunt predispuse la ridicări și strângere, în special sub drumurile urbane sau în apropierea structurilor existente. Mașinile EPB cu ecrane închise funcționează bine aici, deoarece mențin suportul continuu al feței și minimizează mișcarea solului. Solul condiționat din transportorul cu șnec acționează ca un tampon de presiune.

Nisipuri și pietrișuri sub nivelul apei

Solurile granulare saturate sunt instabile și necesită fie o mașină de șlam, fie un EPB presurizat. Sistemele de șlam sunt deosebit de eficiente aici, deoarece suspensia de bentonită se infiltrează rapid în spațiile porilor pentru a crea o turtă de filtrare stabilă pe fața tunelului. Deshidratarea trebuie întotdeauna evaluată ca o măsură alternativă sau suplimentară.

Condiții mixte

Unitățile care întâlnesc atât roci, cât și sol moale în aceeași secțiune transversală sunt printre cele mai provocatoare. În aceste scenarii sunt utilizate mașini multimodale capabile să comute între operarea EPB și nămol, sau capete de tăiat cu sol mixt construite special, atât cu freze cu disc, cât și cu raclete.

stâncă

Cricul pentru țevi de rocă tare utilizează capete de tăiere echipate cu freze cu discuri din carbură de tungsten similare cu cele de pe tunelurile cu fața completă. Roca este ciobită și fracturată mai degrabă decât scoasă. Ratele de uzură sunt ridicate și inspecții periodice ale capului de tăiere sunt necesare, ceea ce înseamnă de obicei acces la intrarea omului sau arbori de acces intermediari pe transmisii foarte lungi.

Limitele de lungime a conducerii și cum să le extinzi

O constrângere fundamentală în ridicarea țevilor este lungimea maximă de antrenare realizabilă înainte ca forțele de frecare asupra șirului țevii să depășească ceea ce poate depăși cadrul de cric. În condiții obișnuite și fără lubrifiere, lungimile de antrenare pot fi limitate la 80-150 de metri. Cu toate acestea, cu tehnici și echipamente moderne, sunt realizabile deplasări de 500 de metri sau mai mult.

Principalele strategii de extindere a lungimii de rulare includ:

• Lubrifiere cu bentonită: Injectarea lubrifiantului prin orificiile din peretele conductei reduce semnificativ frecarea pielii - uneori cu 50% sau mai mult, în funcție de tipul de sol și volumul de aplicare.
• Stații de ridicare intermediare: Inelele hidraulice IJS sunt instalate la intervale planificate în cadrul șirului de țevi. Acestea sunt activate secvenţial pentru a împinge secţiuni ale conductei înainte, reducând sarcina în orice punct unic al sistemului.
• Cap de tăiere supradimensionat: Utilizarea unui cap de tăiere puțin mai mare decât diametrul exterior al țevii (creând un gol inelar) reduce frecarea de contact de-a lungul întregii interfețe țeavă-sol.
• Cadre de cric de mare capacitate: Trecerea la un cadru principal de cric mai mare oferă o capacitate suplimentară de tracțiune de rezervă pentru a face față creșterilor neașteptate de frecare.

Materiale pentru țevi utilizate în cricurile țevilor

Conductele utilizate în operațiunile de ridicare sunt concepute special pentru a rezista atât forțelor de ridicare în timpul instalării, cât și sarcinilor de serviciu pe toată durata de viață a conductei. Cele mai utilizate materiale pentru conducte sunt:

• Conducta din beton armat (RCP): Cel mai utilizat material pentru canalizarea gravitațională și apele pluviale. Disponibil în diametre de la 300 mm la 3.000 mm, cu inele de capăt din oțel pentru transferul forței de ridicare. Rezistență mare la compresiune, dar necesită o manipulare atentă pentru a evita fisurarea.
• Teava de otel: Folosit pentru conducte sub presiune, cum ar fi conductele de apă și conductele de gaz. Foarte rezistent la sarcinile cu cric și poate fi sudat în secțiuni. Adesea acoperit intern (epoxidic) și extern (polietilenă sau acoperire prin fuziune) pentru protecție împotriva coroziunii.
• Plastic armat cu sticla (GRP/RTRP): Ușoare și rezistente la coroziune. Folosit în medii de sol chimice sau agresive. Țevile GRP trebuie să fie proiectate special pentru cric pentru a gestiona forța de compresiune fără flambaj.
• Conducta din fonta ductila: Folosit pentru rețele de presiune cu diametru mai mic. Puternic, durabil și rezistent la presiunea internă. Îmbinările trebuie să fie adaptate pentru cric pentru a gestiona forța longitudinală.
• Teava din beton polimeric (PCP): Un material compozit care oferă o rezistență chimică excelentă și o suprafață interioară netedă. Folosit pentru medii de canalizare agresive în care betonul standard se corodează în timp.

Aplicații comune ale echipamentelor de ridicare a conductelor

Mașinile de ridicare a țevilor sunt utilizate într-o gamă largă de sectoare de infrastructură. Capacitatea lor de a lucra sub structurile și suprafețele existente fără întreruperi majore le face indispensabile în inginerie civilă modernă:

• Încrucișări de drum și autostrăzi: Instalarea canalelor, conductelor de drenaj și conductelor de utilități sub drumurile și autostrăzile majore, fără întreruperi ale traficului.
• Pasajele subterane ale căii ferate: Formarea de pasaje subterane pentru pietoni sau treceri de utilități sub liniile feroviare sub tensiune, unde excavarea de suprafață ar fi nepractică sau periculoasă.
• Traversări de râuri și cursuri de apă: Instalarea țevilor sub râuri sau estuare de maree unde HDD sau tăierea deschisă nu este fezabilă din cauza restricțiilor de mediu sau de adâncime.
• Sisteme urbane de canalizare: Așezarea canalizării gravitaționale cu control precis al nivelului în medii urbane dense, unde perturbarea suprafeței ar fi inacceptabilă.
• Infrastructura aeroportului: Instalarea conductelor de drenaj și utilități sub piste și căi de rulare fără a afecta operațiunile de zbor.
• Locuri industriale: Dirijarea conductelor prin instalațiile și instalațiile existente unde constrângerile aeriene sau continuitatea procesului împiedică excavarea suprafeței.

Considerații de sănătate, siguranță și mediu

În timp ce ridicarea conductelor este în mod inerent mai sigură decât excavarea deschisă în multe privințe - mai puține șanțuri expuse, mai puțină interacțiune cu traficul, risc redus de prăbușire - aceasta introduce propriul set de considerente de siguranță care trebuie gestionate cu atenție.

Gropile de lansare și recepție sunt spații închise și trebuie gestionate conform reglementărilor privind spațiul restrâns. Lucrătorii care intră în gropi trebuie să fie echipați cu echipamente de detectare a gazelor, EIP adecvate și sisteme de recuperare în caz de urgență. Cadrul de cric și sistemele hidraulice funcționează la forțe extrem de mari, necesitând operatori competenți și inspecții regulate ale echipamentelor.

Pentru sistemele pe bază de nămol, instalația de separare a bentonitei generează nămol rezidual care trebuie eliminat în conformitate cu reglementările locale de mediu. Deversarea apei contaminate cu bentonită în canalele pluviale sau în cursurile de apă este ilegală în majoritatea jurisdicțiilor. Rezervoarele de decantare adecvate, sistemele de reciclare și căile de eliminare autorizate sunt obligatorii pe locurile conforme.

Zgomotul și vibrațiile de la operațiunea de ridicare - în special lovirea țevilor - trebuie monitorizate în apropierea receptorilor sensibili, cum ar fi școli, spitale și proprietăți rezidențiale. Monitorizarea vibrațiilor și restricțiile orelor de lucru sunt de obicei impuse ca condiții de autorizare în zonele urbane.

Cum să alegeți antreprenorul potrivit de cric pentru țevi

Selectarea antreprenorului potrivit pentru un proiect de ridicare a conductelor este la fel de importantă ca și selectarea mașinii potrivite. Lucrurile cheie de evaluat la licitație sau la numirea unui contractor specializat includ:

• Experiență dovedită în condițiile specifice de sol și intervalul de diametre ale conductei relevante pentru proiectul dumneavoastră.
• Înregistrările de proprietate și întreținere pentru echipamentul de ridicare a țevilor care urmează să fie utilizat — mașinile închiriate de la terți pot introduce incertitudine cu privire la funcționalitatea.
• O declarație metodologică clară care acoperă proiectarea gropii, sprijinul la sol, managementul feței, planul de lubrifiere, sistemul de ghidare și situația neprevăzută pentru condiții neașteptate.
• Propuneri de monitorizare a așezărilor pentru traseele urbane din apropierea structurilor existente, cu niveluri de declanșare definite și acțiuni de răspuns.
• Referințe de la proiecte comparabile finalizate în ultimii trei până la cinci ani, în mod ideal cu datele de contact pentru verificare.
• Dosarul de sănătate și siguranță – solicitați rata incidentelor raportabile RIDDOR și auditați toate notificările recente de aplicare.

Cea mai ieftină ofertă este rareori cea mai bună alegere în ridicarea țevilor. Un antreprenor fără experiența sau echipamentul potrivit pentru condițiile dumneavoastră specifice poate costa mult mai mult în întârzieri, remedieri și reclamații decât economiile inițiale la prețul contractului.