Pose et restauration sans tranchée de pipelines

Points d’article

• Technologies sans tranchée
• Forage directionnel horizontal
• Forage par vibration
• Panne hydraulique
• À la fin

Dans cet article: quelle est la raison du besoin de technologies sans tranchée; types de technologies sans tranchée; technologie de forage directionnel horizontal; technologie de forage par vibration; technologie de fracture hydraulique.

La pose et la réparation des services publics souterrains, dans l’esprit de beaucoup d’entre nous, sont associées à une quantité de travail importante – creuser des tranchées, y poser des tuyaux, obstruction ultérieure avec le sol, remplissage et compactage d’une plate-forme de gravier, asphaltage ou bétonnage. En été et au printemps, la poussière, la boue et la gadoue font partie intégrante des travaux de pose de tranchées, sans parler de l’impossibilité totale d’utiliser les allées dans la zone du chantier. Cependant, le chaos des tranchées avec tous ses attributs peut être complètement évité en utilisant le forage HDD (directionnel horizontal).

Technologies sans tranchée

L’ère de l’industrialisation a changé les villes de la Terre – leur expansion s’est accompagnée du développement d’un système complexe de communications aériennes et souterraines. Et si les ponts aériens pouvaient être réparés et remplacés avec un minimum de dommages, alors les travaux souterrains de remplacement des tuyaux pourraient être effectués de toute autre manière que par le creusement de tranchées. Il y a 70 ans, le problème de la réparation et de la restauration des tuyaux en métal et en fonte qui fuyaient et servant de viaduc pour l’eau chaude et froide, le gaz naturel, les eaux usées, etc., était moins aigu qu’aujourd’hui..

Comme on pouvait prévoir le problème de l’usure critique massive des services publics souterrains, la National Association of Sewerage Services (NASSCO) a été créée aux États-Unis en 1976, dont le but était de trouver et de développer des solutions techniques dans le domaine de la réparation sans tranchée des services publics souterrains. Au fil du temps, des associations similaires ont été créées dans un certain nombre de pays et, en 1986, ont été réunies au sein de l’International Society for Trenchless Technologies (ISTT), dont le siège est à Londres (Royaume-Uni). Parmi les participants à l’ISST, il y a aussi un bureau de représentation russe – NPO ROBT, créé en 1996 et réformé en 2003.

En règle générale, la pose de communications sans tranchée est effectuée par les méthodes suivantes:

• vibrations (poinçons pneumatiques). Il est utilisé à la fois pour la construction de nouvelles canalisations et pour les travaux de reconstruction (destruction des anciennes canalisations et leur remplacement par de nouvelles). La condition d’utilisation de cet équipement est l’admissibilité des charges vibratoires au sol;
• forage directionnel horizontal. Les équipements de ce type sont utilisés uniquement pour la pose de nouveaux pipelines;
• destruction hydraulique. Le plus souvent, cette technologie est utilisée pour réparer les communications usées.

Examinons ensuite de plus près les méthodes de production et les équipements pour les travaux sans tranchée..

Forage directionnel horizontal

Cette méthode vous permet de créer des canalisations souterraines d’une longueur de plusieurs mètres à plusieurs kilomètres, le diamètre maximal autorisé du tuyau est supérieur à 1200 mm, elles peuvent être en acier et en polyéthylène basse pression (HDPE).

La perceuse directionnelle horizontale se compose d’un châssis et d’une carrosserie métalliques, d’un châssis à roues ou à chenilles. Son corps contient une centrale hydroélectrique, un moteur diesel, un chariot de forage, un système d’alimentation de tige et un panneau de commande de la machine. Les machines HDD diffèrent entre elles par la plus grande force de traction du train de tiges (mesuré en tonnes), la flexion du train de tiges (le rayon est donné) et le débit de la solution de bentonite (mesuré en l / min).

Le forage HDD comprend les étapes suivantes: préparation du forage; forage d’un puits pilote; augmentation du diamètre du puits; tirer le pipeline à travers le puits; travaux finaux.

Préparation au forage. Des études sur la composition et les caractéristiques des sols, un schéma des services souterrains existants sont en cours, les documents nécessaires sont en cours d’élaboration. Afin de sélectionner la trajectoire la plus optimale pour le passage du puits, la zone de travail est sondée à plusieurs endroits, dans le cas de la proximité de canalisations souterraines, des fosses sont posées.

Forer un puits pilote. La tête de forage, équipée d’un outil de coupe, est installée sur la machine HDD. La sonde du système de localisation, située à l’intérieur de la tête, permet de suivre sa position et le biseau de l’outil de coupe – pour effectuer un perçage contrôlé. Pendant le travail, les signaux du capteur de sonde sont reçus par l’unité de localisation et affichés sur le moniteur de l’opérateur contrôlant la perceuse directionnelle horizontale – les données sur la profondeur et la pente de la tête de forage sont affichées en référence au temps. De plus, la position de la tête de forage est surveillée par un opérateur avec un dispositif de localisation portatif, suivant le forage à travers la zone. Si le foret s’écarte de la trajectoire calculée, l’opérateur de la foreuse arrête la rotation des tiges et corrige l’angle de biseau de la tête de forage..

Une tige d’amortisseur flexible, des cordes de tige avec une tête de forage, effectue deux tâches – réduit la charge sur les tiges et aide à contrôler le train de forage. Les buses, dont la tête de forage est équipée, sont conçues pour fournir une solution de bentonite d’une composition spéciale – pendant le forage, elle est introduite dans le puits par des tiges creuses sous pression. Les principales tâches de la solution de bentonite sont: l’enlèvement de la roche du puits de forage; refroidissement et lubrification du train de tiges et de la tête; mettre et maintenir la roche en suspension; stabilisation du sol autour du train de tiges; érosion du sol (hydrosurveillance).

Le forage du puits pilote se termine avec la tête de forage sortant au point de conception.

Augmentation du diamètre du forage. Au point de sortie, la tête de forage est déconnectée, à sa place est fixée une tête d’alésage de plus grand diamètre, également équipée de buses pour la sortie de la solution de bentonite, qui est fournie en continu pendant l’expansion du puits. Par rotation et force de traction, l’alésoir est tiré le long du trou de forage dans la direction opposée, tout en augmentant son diamètre jusqu’au diamètre requis – le diamètre final du puits de forage doit être 30% plus grand que le diamètre du pipeline qui y sera inséré. Les étapes de forage et de traction de l’alésoir sont répétées plusieurs fois, à chaque nouvelle étape le diamètre des têtes augmente.

Tirer le pipeline. Les tuyaux destinés à la canalisation sont préalablement soudés ensemble. Après le passage de finition de la tête de forage (le trou de forage est élargi au diamètre requis), à la place de celui-ci, une tête d’expansion, un émerillon (un dispositif qui évite le transfert de rotation de la corde au tuyau), une manille (relie le pivot à une pince) et une pince au tuyau sont installés séquentiellement sur le train de tiges. Une fois prêt, l’unité HDD est démarrée et entre dans le pipeline dans le puits de forage préparé.

Au stade final, l’entrepreneur prépare et transfère au client la documentation contenant le schéma-plan de la position du pipeline dans plusieurs plans en référence aux points de repère sur le chantier.

Avantages du forage directionnel horizontal:

• pose et réparation de canalisations sur tout terrain, sur tout type de sol (y compris flotteurs et roches), dans diverses zones de sécurité, dans des conditions urbaines difficiles;
• une réduction significative du nombre de permis et des conditions d’obtention, car il n’est pas nécessaire d’arrêter la circulation sur les autoroutes pendant la durée des travaux;
• l’utilisation d’installations de forage modernes permet de réduire les délais de travail;
• ne nécessite pas l’intervention d’équipement lourd et d’un grand nombre de travailleurs nécessaires pour le creusement de tranchées;
• l’autonomie des machines HDD, c’est-à-dire ils n’ont pas besoin de sources d’énergie externes;
• le niveau des eaux souterraines n’affecte pas le temps d’achèvement;
• impact minimal sur l’équilibre écologique et le paysage du chantier.

Inconvénients du travail sur disque dur:

• si la distance du pipeline est inférieure à 2 m, l’utilisation de cette méthode de forage sera coûteuse;
• le contrôle de la machine HDD et du processus de forage ne peut être effectué que par des professionnels – toute erreur augmente considérablement le coût du travail;
• le processus de travail sans tranchée utilisant la technologie HDD ne peut pas être accéléré – le travail ne peut être effectué qu’à l’heure estimée.

Forage par vibration

Pour effectuer le forage par vibration, un outil spécial est utilisé – un poinçon pneumatique, qui permet de poinçonner des puits horizontaux et inclinés d’un diamètre donné dans le sol. Le forage par vibration est utilisé lors de la pose de puits à des distances allant jusqu’à 15 m et un diamètre de forage ne dépassant pas 203 mm – par exemple, ils sont utilisés pour créer des crevaisons sous les routes, sans ouvrir la chaussée et sans arrêter la circulation..

Le poinçon pneumatique se compose d’un corps métallique en forme de cône, à l’intérieur de celui-ci se trouvent des mécanismes d’impact, d’inversion et de distribution d’air. L’air comprimé est fourni au poinçon pneumatique à partir du compresseur via un tuyau d’air flexible d’un diamètre de 25 mm. La longueur du tuyau correspond à la distance à laquelle le puits de forage est percé, et le diamètre du corps de poinçon correspond au diamètre du puits. Les poinçons pneumatiques sont produits avec un diamètre de capsule de 44 à 203 mm.

Étapes de travail pendant le forage vibratoire: préparation des fosses; forage de puits; placement des communications dans un puits fini; Achèvement des travaux.

Préparation des fosses de fondation. Avant de commencer à percer un trou avec un poinçon pneumatique, vous devez creuser la fosse de départ et de réception – dans le premier, la capsule du poinçon pneumatique sera installée, dans le second, elle sortira après avoir percé le trou. Si la longueur requise du puits dépasse 15 m, il sera alors nécessaire d’ouvrir des fosses intermédiaires tous les 15 m – la plupart des modèles de poinçons pneumatiques fonctionnent à cette distance. La profondeur des fosses doit être dix fois supérieure au diamètre du trou à percer, c’est-à-dire avec un diamètre requis de 44 mm, la profondeur de chaque fosse doit être de 440 mm ou plus.

Forage d’un puits (ponction incontrôlable). Un guide est posé au fond de la fosse de départ vers la fosse de réception (intermédiaire), un poinçon pneumatique est installé dessus, des tuyaux d’air sont reliés à son corps, reliant la capsule au compresseur. Après avoir réglé la direction, le compresseur démarre et le poinçon pneumatique, sous la pression de l’air comprimé, commence un mouvement d’impulsion vers la fosse de réception à une vitesse d’environ 300 mm / min, se déplaçant parallèlement à la surface du sol. La capsule perforatrice ne peut dévier dans aucune direction de la trajectoire définie – sa conception l’empêche. Après avoir passé le puits, le poinçon pneumatique sort dans la fosse de réception, après quoi le compresseur s’arrête, l’air comprimé est libéré et les tuyaux sont déconnectés de la capsule, amortis et tirés à travers le puits en direction de la fosse de départ.

Les lignes de communication sont introduites dans le puits préparé, pour lequel il était destiné – câbles ou tuyaux dont le diamètre doit être 25 à 30% inférieur au diamètre du puits.

Au stade final un puits avec des communications est tracé sur le plan, en référence aux points de repère dans cette zone.

Les avantages du forage par vibration:

• permet la création d’un puits horizontal souterrain (perforation) sans endommager les revêtements de surface et les voies de communication;
• le coût des travaux est bien inférieur à celui de la méthode des tranchées;
• des coûts de main-d’œuvre nettement inférieurs et l’absence totale de nécessité d’attirer de l’équipement lourd;
• aucun mur de support n’est requis pour le fonctionnement de l’équipement;
• la petite taille de l’équipement lui permet d’être utilisé dans les sous-sols des bâtiments;
• l’utilisation dans les sols mous et les flotteurs est autorisée.
• pendant le fonctionnement du poinçon pneumatique, la direction de son mouvement ne peut pas être modifiée;
• longueur de forage limitée (pas plus de 15 m) et son diamètre de forage (203 mm);
• le besoin de fosses de départ, intermédiaires et de réception.

En plus de créer de nouveaux puits, des poinçons pneumatiques sont utilisés pour remplacer les tuyaux dans les communications urbaines existantes. La capsule du poinçon pneumatique est installée dans le puits de départ, le dispositif d’ancrage est installé dans le puits de réception, un câble en acier en est tiré à travers le tuyau de communication et fixé sur le nez de la capsule du poinçon pneumatique. Sous l’action de l’air comprimé et de la tension du câble, la capsule se déplace le long du tuyau usé, le détruisant et dilatant le puits, tout en serrant simultanément de nouveaux tuyaux en polyéthylène, qui sont construits les uns aux autres par une connexion filetée dans le puits de départ. À l’aide d’un poinçon pneumatique, vous pouvez démarrer un nouveau tuyau en polyéthylène à l’intérieur d’un tuyau usé – bien sûr, le diamètre du nouveau tuyau doit être inférieur au diamètre de l’existant.

Panne hydraulique

Avec l’utilisation de dispositifs hydrauliques, deux types de travail sont effectués: forcer les caisses en acier et détruire les tuyaux avec remplacement par des neufs. Le premier type de travail consiste à poinçonner cycliquement des tuyaux à l’aide d’un système de vérins hydrauliques. Le bandeau du premier tuyau est équipé d’un couteau conique qui coupe le sol, dont l’excavation se fait à travers le fût creux formé par les tiges de tuyau. Cette méthode vous permet de percer dans le sol pour des tuyaux d’un diamètre de 1 à 1,4 m et d’une longueur allant jusqu’à 50 m, quels que soient les obstacles situés au-dessus du site de forage.

Le deuxième type de travaux – la destruction hydraulique – sera examiné plus en détail. Contrairement aux capsules de poinçons pneumatiques utilisés dans le forage par vibration, le poinçon destructeur (« taupe ») est équipé de couteaux spéciaux et est entraîné à partir d’une station de pompage hydraulique. Le plus grand diamètre du poinçon est de 1200 mm, la longueur maximale du passage est de 50 m.

Étapes des travaux: préparation des puits de fondation; installation d’équipement; destruction d’un tuyau usé existant; installation d’un nouveau tuyau en polyéthylène basse pression.

Préparation des fosses de fondation. Les puits de départ et de réception sont arrachés à la profondeur des communications qui doivent être remplacées. Les dimensions hors tout de la fosse de réception doivent être suffisantes pour assurer le libre mouvement du tuyau installé, les dimensions de la fosse de départ – pour assurer la libre installation du brise-roche hydraulique et l’entrée des tiges. Les parois et le fond de la fosse de départ doivent être soigneusement alignés – le centrage du poinçon par rapport au tuyau à détruire doit être le plus précis possible. Une plate-forme de gravier est versée sur le fond de la fosse de départ ou une promenade est posée – une mesure pour éviter l’évasion de la tête destructrice en cas d’inondation de la fosse.

Installation d’équipement. Le poinçon de démolition, installé sur une ossature métallique, est mis dans la fosse et centré à l’intérieur à l’aide d’une grue. Pour que le cadre du poinçon ne se déplace pas vers le tuyau détruit, une butée verticale constituée d’une plaque d’acier de 1200 mm sur 2500 mm, d’au moins 15 mm d’épaisseur, est nécessaire – la force de poussée arrière de l’appareil est supérieure à 50 t et en l’absence d’une butée solide, il se tirera inévitablement dans le sol … La plaque de base est montée sur un côté avec une coupe étroite devant le tuyau à détruire et à remplacer. Une fois l’installation terminée, les flexibles sont connectés au poinçon depuis la station hydraulique située à l’extérieur de la fosse.

Destruction d’un vieux tuyau. À ce stade, la tête de coupe n’est pas installée, seules des tiges sont insérées dans le canal de l’ancien tuyau, qui se prolongent avec de nouvelles sections jusqu’à ce que leur extrémité apparaisse dans la fosse de réception. La flexibilité des tiges permet un angle de flexion de 20 ° du canal du pipeline, mais pas plus.

Installer un nouveau tuyau. Après la sortie des tiges dans la fosse de réception, une tête de coupe est fixée à leur extrémité, dont le diamètre correspond au diamètre extérieur du nouveau tuyau; à l’aide d’une pince à pince, un tuyau remplaçant l’ancien est fixé à la tête. Le mode de fonctionnement du poinçon est commuté sur le mode opposé, une butée en acier est installée. En cours de mouvement, la tête détruit l’ancien tuyau, pressant ses fragments dans les parois du canal. Le processus de remplacement des tuyaux se poursuit jusqu’à ce que l’extrémité du nouveau tuyau sorte dans la fosse de départ, après quoi le panneau d’arrêt est retiré, les tiges sont démontées et les tuyaux du système hydraulique sont déconnectés, puis le poinçon est retiré de la fosse. Il ne reste plus qu’à connecter le nouveau tuyau au réseau de communication et l’intégrité du pipeline sera restaurée.

Avantages des outils hydrauliques sans tranchée:

• produit sans endommager la chaussée;
• la pose d’un nouveau tuyau est effectuée dans l’ancien canal;
• remplacement ponctuel de tuyaux de diamètre significatif (jusqu’à 1200 mm) sur une section de plus de 50 m;
• permet une augmentation du diamètre de la canalisation par rapport au diamètre de l’ancien chenal;
• par rapport aux travaux de creusement de tranchées qui nécessitent l’implication d’un grand nombre d’équipements et d’une main-d’œuvre importante, les travaux utilisant la technologie de destruction hydraulique sont réalisés avec moins d’effort et dans un temps beaucoup plus court;
• – ne nécessite pas de rinçage préalable de l’ancien canal de tuyau;
• – il n’y a pas de vibration pendant le travail;
• – les travaux ne sont accompagnés d’aucun dommage environnemental.
• – la préparation des fosses est nécessaire;
• – coût de travail plus élevé par rapport au creusement de tranchées.

À la fin

Compte tenu de près de 90% de la détérioration des services publics existants en Russie et dans les pays de la CEI, les technologies sans tranchée sont le seul moyen de sortir de cette situation. Le rapiéçage sans fin des canalisations qui fuient avec la méthode de creusement de tranchées couramment pratiquée par les services publics a longtemps survécu à son utilité..

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