Успешное строительство сложного закрытого перехода газопровода с применением установки ГНБ Herrenknecht НК250Т
«МЕСТО ТРАССЫ ИЗМЕНИТЬ НЕЛЬЗЯ!»
Объем жилищного строительства в подмосковном Одинцово за последние 10 лет впечатляет. Как результат — МКАД, отделяющая территорию города-спутника непосредственно от столицы, в последнее время уже не воспринимается как административная граница, а носит весьма условный характер. Подавляющее большинство жителей Москвы и Подмосковья считают Одинцово одним периферийных районов мегаполиса. Появление большого количества новостроек, наряду с наличием уже имеющихся проблем в обеспечении жизнедеятельности Одинцовского района обусловили необходимость безотлагательной реализации выполнения целого ряда масштабных инфраструктурных проектов.
Ноябрь 2013 г. стал своеобразной датой сдачи в эксплуатацию скоростной автотрассы, соединяющей развязку Молодогвардейской улицы с МКАД в районе Молодогвардейской развязки и Минское шоссе в районе 33-го километра. По неоднократным заявлениям представителей генерального подрядчика ОАО «Главная дорога» трасса должна разгрузить Минское и Можайское шоссе на 30-40%. Пропускная способность новой автодороги, получившей название «Северный обход Одинцово», должна составить 40 тыс. автомобилей в сутки с максимальной скоростью движения 120 км/ч. Она станет платным дублером существующей автотрассы М-1 «Беларусь».
 | Обзор объекта |
В качестве другого социально-значимого инфраструктурного проекта можно выделить строительство газопровода для подачи дополнительных объемов «голубого топлива», снятия нагрузок с существующих газопроводных сетей, питания сети города Одинцово и Одинцовского района, от альтернативного источника в случае необходимости, а также с целью удовлетворения спроса, возросшего за счет увеличения количества конечных потребителей.
Может показаться странным, но оба представленных проекта в реальности имели своего рода «точку соприкосновения». Это обстоятельство заключается в необходимости пересечения трассами новой автомагистрали и газопровода р. Чаченки, протекающей в Одинцовском районе. Если в первом случае вопрос уже был решен достаточно давно путем строительства современной эстакады в месте пресечения широкой речной заводи, то над выбором места перехода газопровода пришлось поломать голову. Все упиралось в высокую стоимость земли в данном районе. Если прибегнуть к распространенной процедуре её выкупа для нужд прокладки газопровода, то конечная цена проекта по строительству подводного перехода имела реальные шансы стать по- истине «золотой», что в свою очередь, вряд ли бы обрадовало инвесторов.
 | В. Е. Горовой, генеральный директор ООО «Управление инженерных работ 701» |
А. В. Гусев, начальник управления подземных трубопроводов – «После проведения целого ряда консультаций и согласований было принято окончательное решение, устраивающее все заинтересованные стороны: трасса перехода газопровода должна пройти в поло- се землеотвода новой скоростной автодороги «Северный обход Одинцово. Таким образом, на свет появился проект, получивший официальное название «2-й источник газоснабжения г. Одинцово».
Основными техническими характеристиками перехода могут служить следующие показатели:
- протяженность трассы – 994 м;
- диаметр п/э трубы футляра – 800 мм (SDR-13,6);
- диаметр стальной рабочей трубы – 530 мм (толщина стенки – 10 мм)».
В роли заказчика строительства перехода выступило ГУП «Мособлгаз», подрядчика – ООО «Управление инженерных работ 701».
В ГРАНИЦАХ УЗКОГО КОРИДОРА
Одна из основных особенностей данного проекта, формирующая общую сложность производства работ по прокладке дюкера газопровода, связана напрямую именно с жест- ким условием размещения трассы в зоне землеотвода автодороги. Конфигурация трассы перехода в плане должна в точности повторить геометрические особенности скоростной авто- магистрали, которая на данном участке имела несколько довольно крутых поворотов и сильно напоминала форму латинской буквы «S», используемую для условного обозначения американской валюты.
Но и это не все! Отпущенные нам 10 м от края откоса обочины фактически превратились в узкий коридор шириной порядка пяти метров ввиду того, что в месте строительства автотрассы имелась насыпь, где ведение буровых работ было невозможно. При этом условие «нельзя за флажки» (не далее 10 м от края откоса обочины) осталось в силе, и заказчик силами департамента технического надзора контролировал его выполнение самым тщательным образом. Проверка соответствия криволинейности трассы (в плане) минимально допустимым радиусам изгиба рабочей трубы показала, что мы «вписываемся» буквально на пределе. Это, в свою очередь, дополнительно урезало возможность и без того ограниченного маневра – про- ходка трассы в процессе предстоящего выполнения буровых работ должна быть идеально точной, практически без отклонений.
 | Установка ГНБ Herrenknecht HK250T |
Результаты анализа конфигурации трассы в профиле только усугубили инженерную сложность данного проекта. В условиях сильно пересеченной местности при общей протяженности трассы 994 м глубина от точки входа до уровня водного зеркала р. Чаченки составила 59 м. Если пренебречь глубиной мелководной речки, то с учетом заглубления от отметки дна на 15 м общая глубина трассы (максимальная разность высотных отметок) вплотную приближалась к значению 70 м!
Здесь, в качестве положительного момента можно отметить только одно обстоятельств — разность высотных отметок между точками входа и выхода не превышала 10 м. Даже поверхностный анализ пространственного положения трассы перехода, имеющей солидную протяженность и глубину, с учетом диаметра прокладываемого футляра газопровода, дает все основания считать, что проект в Одинцово относится к категории «большое бурение». На подготовительной стадии силами ООО «УИР-701» был выполнен комплекс дополнительных работ по инженерно-геологическим изысканиям по трассе района строительства. Основной целью было уточнение горно-геологических условий вмещающего грунтового массива. По результатам изысканий была получена следующая картина:
- В точке входа поверхностный грунтовый слой представлен в основном плотными суглинками, глинами и супесями.
- Ниже по трассе находится слой абразивного щебенистого грунта с твердыми включениями различной фракции.
- Вышеуказанный грунт подстилал мощный слой прочных известняков. На данном участке длина проектной трассы перехода составляла 70-80 м.
- Ниже выявлен сильнообводненный песчаный грунт – участок трассы на расстоянии примерно 400 м (непосредственно под руслом р. Чаченки) проходит в плывуне.
- В зоне подъема трассы до точки выхода грунты менялись в обратной последовательности.
А. А. Кузьмин, главный инженер — «Три главных вывода, которые мы сделали для себя, изучив особенности горно-геологических условий, заключаются в следующем:
- обеспечивать заданную геометрию и устойчивость скважины будет необходимо на всех этапах бурения (пилотное бурение, промежуточное расширение, протяжка трубопровода);
- для протяженных участков трассы, принципиально отличающихся физико-механическими свойствами грунтового массива (главным образом, известняки и плывуны) для эффективного ведения буровых работ необходимо применять соответствующий буровой инструмент;
- важную роль в обеспечении общего успеха будет играть подбор рациональной рецептуры бурового раствора, наряду с постоянным контролем качества».
ПЕРЕД СТАРТОМ
После того, как силами специализированного подразделения ООО «УИР 701» был разработан проект строительства перехода, утвержденный затем Заказчиком, стоящие перед нашим предприятием задачи приобрели осязаемую форму. Стали отчетливо понятны объемы и специфика выполнения работ. Значимость сложного проекта и ответственность за его безупречное выполнение потребовали полной мобилизации всех структурных подразделений компании, включая работников офиса, ИТР и рабочего персонала, производственной базы. Ресурс был задействован колоссальный!
В. О. Смоленцев, начальник базы обеспечения — «Мы полностью осознавали значимость успешного выполнения сложного проекта и ответственность за материально-техническое обеспечение как хода подготовительных, так и непосредственно буровых работ. На момент принятия решения о переходе к «большому бурению» необходимый фундамент в виде современной производственной базы на предприятии уже имелся. Здесь следует отметить наличие отлаженных технологических линий и оборудования для выполнения ремонтно-профилактических работ, производства инструмента, а также штата квалифицированного персонала с опытом работы применительно к технологии ГНБ. Нам удалось оперативно перегруппировать материальные и кадровые ресурсы с учетом приоритета объекта в Одинцово. Это дало возможность решать как плановые задачи, так и иметь ресурс на случай непредвиденных обстоятельств.»
 | Устройство упорной стенки из металлического шпунта для обеспечения устойчивого положения буровой установки |
Непосредственно на объекте основной объем подготовительных работ пришелся на организацию стройплощадки в точке входа. Так, узкая доступная для этой цели полоса вдоль насыпи коростной автодороги была выстелена ж/б плитами, а в месте установки буровой машины HERRENKNECHT НК250Т была устроена упорная стенка из металлического шпунта, предназначенная для надежной фиксации установки ГНБ в ходе предстоящего ведения буровых работ. Одновременно с фиксацией машины в заданном месте, поодаль были размещены силовой агрегат и контейнер управления. Также было размещено вспомогательное оборудование, поддерживающее нормальный ход производственного процесса: смесительная установка, мобильная установка для регенерации бурового раствора, лаборатория контроля качества бурового раствора.
Кроме того, был организован временный склад хранения бентонита и компонентов для бурового раствора, временный склад хранения буровых штанг, две емкости, аккумулирующие необходимый запас технической воды общим объемом 150 м 3 . Для обеспечения эффективной циркуляции бурового раствора и его непрерывной очистки, вдоль трассы перехода был проложен технологический трубопровод диаметром 160 мм от точки входа до точки выхода. Другой технологический трубопровод диаметром 100 мм был проложен для обеспечения подачи воды от места водозабора до стройплощадки. В точке выхода был смонтирован футляр для газопровода из п/э труб диаметром 800 мм. На заключительном этапе подготовки было отлажено взаимодействие всех звеньев, вовлеченных в строительство перехода, организована круглосуточная работа, рассчитанная на длительный срок.
БЕЗ ПРАВА НА ОШИБКУ
Описание хода выполнения буровых работ на объекте приходится начинать с упоминания об одной неприятной особенности, не позволившей нам работать в установленном ритме, тем более, говорить о конкретных сроках. Дело в том, что на узкой протяженной стройплощадке было занято большое количество субподрядных организаций. Работать одновременно, не мешая друг другу, было невозможно. Всем приходилось периодически уступать. Мы были не исключением. Также приходилось несколько раз останавливать рабочий процесс ввиду производства работ по строительству автодороги, которую круглые сутки готовили к сдаче в эксплуатацию.
 | Расширитель Fly Cutter, оснащенный шарошечным буровым инструментом |
С учетом сказанного, нашли возможность приступить к работе заранее, чтобы исключить вероятность цейтнота: срок сдачи объекта — конец 2013 г. Но обо всем по порядку. Значение пилотного бурения, как стартовой и во многом определяющей технологической операции сложно переоценить, тем более, если учесть жесткие требования проекта применительно к качеству скважины. В контексте общей инженерной сложности проходки пилотной скважины нами были выделены три участка трассы, являющихся наиболее проблемными и обусловившие необходимость самого тщательного подхода к процессу бурения.
Во-первых, сказанное относится к протяженному участку непосредственно под р. Чаченкой, где грунтовые условия были представлены плывуном. А. И. Врублевский, В. В. Трекало, производители работ — «Самые худшие ожидания от неизбежности вести бурение в плывунном грунте подтвердились: приходилось буквально отвоевывать каждый сантиметр пилотной скважины. Причем, для того, чтобы «провернуть» колонну штанг, иногда требовалось обеспечивать практически максимальное значение крутящего момента машины HERRENKNECHT НК250Т порядка 90 kN.m. Колонну приходилось постоянно «раскачивать». И это притом, что было пройдено чуть более половины трассы».
Ю. Ю. Еременко, начальник участка — «Во многом успешное решение данной проблемы обусловлено обеспечением требуемых свойств бурового раствора, главным образом, за счет использования соответствующих добавок. Без насыщения вмещающего грунтового массива до консистенции, когда речь можно вести об устойчивости пилотной скважины, дальнейшее продвижение вперед не представлялось возможным. Надо заметить, что вязкость бурового раствора на этом участке трассы достигала 100-120 секунд (по воронке Марша)». Во-вторых, особое внимание пришлось уделить проходке участка перехода плывуна в прочные известняки в начале подъема трассы, чтобы не допустить «скольжения» буровой головки по основанию пласта скальных пород при бурении «на подъем» под пологим углом. Задачу удалось решить во многом за счет правильного выбора конструкции буровых штанг диаметром 6.5/8 дюйма и длиной 9,6 м.
 | Установка ГНБ HERRENKNECHT HK250T ведет бурение на объекте |
Именно буровые штанги позволили обеспечить устойчивость колонны в заданном положении при проходке переходного участка. В-третьих, на участке подъема было необходимо пройти в непосредственной близости (но ни в коем случае не «задеть») от действующего коллектора ливневой канализации, выполненной в лучших традициях строительства фортификационных сооружений. Траншея, в ходе строительства открытым способом, была закреплена металлическим шпунтом, на основание уложены ж/б трубы, залитые на завершающей стадии монолитным бетоном. В этой связи, пришлось незначительно изменить направление трассы, оставшись в рамках допустимого коридора.
На протяжении проходки всех участков пилотной скважины работа велась с применением системы локации F5. В качестве бурового инструмента для бурения в известняках и плотных щебенистых грунтах использовалась буровая головка шарошечного типа, в мягких и несвязных грунтах — буровая лопатка. Расширение скважины до проектного значения диаметра выполнялось в пять этапов: до 400, 600, 800, 1000 и 1250 мм. Общим принципиальным технологическим решением стало использования расширителей Fly Cutter в начале каждого этапа (диаметры представлены выше) с последующей очисткой и уплотнением стенок ствола скважины расширителем Barrell меньшего диаметра.
На начальной стадии формирования ствола скважины (расширения до 800 мм), для сохранения направления трассы и обеспечения устойчивости, было принято решение о производстве работ с помощью двух установок ГНБ. Кроме того, одновременное использование двух машин позволяло повысить производительность, следовательно, сократить сроки расширения скважины. При работе в тандеме машина HERRENKNECHT НК250Т вела расширение в направлении «на себя» при использовании римеров Fly Cutter соответственно диаметром 400, 600 и 800 мм. В обратном направлении машина меньшей мощности тянула к точке выхода римеры Barrell диаметром 300, 500 и 600 мм в ходе очистки строящейся скважины. При этом, роль «большой машины» сводилась к своего рода подталкиванию колонны и подаче бурового раствора на буровой инструмент.
 | Управление процессом бурения из кабины оператора |
Два последних этапа расширения до 1000 и 1250 мм выполнялись установкой ГНБ HERRENKNECHT НК250Т самостоятельно. С учетом принципиальной разницы физико-механических свойств проходимых грунтов, по аналогии с пилотным бурением на отдельных участках трассы применялся адекватный буровой инструмент. Так, в случае расширения скважины в щебенистых грунтах и известняке на юбку римера Fly Cutter соответствующего диаметра монтировались шарошки по заранее рассчитанной нашими специалистами схеме. Но даже при таком подходе расширители приходилось часто менять ввиду быстрого износа. После того, как была выполнена заключительная очистка скважины и проведена калибровка, все было готово к выполнению заключительной операции — протяжке футляра. Задачей при реализации заключительной технологической операции было не просто протащить трубу, а сделать это максимально аккуратно в полном соответствии с геометрией подготовленной скважины. В противном случае, даже в случае успеха, выход футляра за пределы землеотвода автотрассы, по сути, означал фиаско. Результат нашего труда в этом случае становился никому не нужным.
В практике нередки случаи, когда итоговое положение протянутого трубопровода отличается от намеченного. Причем, чем больше протяженность трассы и рабочее усилие машины, и, соответственно, меньше радиус изгиба скважины, тем это отличие становится существеннее. Дело в том, что под нагрузкой колонна штанг стремится «вытянуться» в струну и «выпрямить» скважину, подрабатывая таким образом участки изгибов трассы. В этом случае нам было чего опасаться: криволинейная в плане и профиле трасса, высокое значение гидростатического давления бурового раствора ввиду большой глубины, большая масса плети п/э трубопровода длиной 1 км. Все эти факторы создавали предпосылки для формирования значительного тягового усилия машины, а о криволинейном характере трассы уже много раз говорилось. В дополнение к сказанному, наличие протяженного участка трассы в плывуне не давали стопроцентной гарантии успеха.
Выход был найден путем последовательного расположения двух расширителей Barrell в колонне непосредственно перед вертлюгом (диаметр, соответственно 800 и 1000 мм). Такая конструкция позволяла обеспечить за счет обтекаемой формы римеров и общей увеличенной базы инструмента, минимально возможное воздействие на стенки скважины и практически полностью исключить их деформацию даже в случае пиковых нагрузок. Протяжка трубы-футляра была намечена на утро 21 декабря. Правда, перед стартом судьба подкинула нам ещё одно необязательное испытание. Утренняя смена, придя на работу, не обнаружила плети трубопровода, подготовленной накануне к протяжке. Нет, речь не идет о чудесном самопроизвольном протаскивании в скважину без нашего участия или банальной пропаже. Просто ночью снегоуборочная техника, сметая снег с автотрассы, полностью засыпала нашу трубу. Пришлось бросить все силы на расчистку!
 | Процесс протяжки футляра для перехода газопровода выполнялся с применением балластировки водой |
Справились быстро. Процесс протяжки в целом прошел в штат- ном режиме, хотя моменты, когда приходилось принимать решения, имели место. Но здесь главное положительный результат, а его удалось добиться нашей команде! 23 декабря оголовок трубы вышел в приямок в точке входа! Далее наступило время эмоций, анализа работы «по горячим следам», первых выводов.
О РЕЗУЛЬТАТАХ НА ЭМОЦИЯХ
Наша компания ООО «Управление Инженерных Работ 701» использует в своей практике технологию горизонтального направленного бурения — один из самых эффективных методов закрытой прокладки подземных коммуникаций с 1998 г. За это время нами были успешно выполнены сотни проектов различного уровня сложности с применением буровых установок малой и средней мощности. Как уже отмечалось, проект по прокладке дюкера под р. Чаченкой в г. Одинцово для нас стал первым опытом, своего рода «пробой пера» в «большом бурении», выполненный машиной класса «mega» — HERRENKNECHT HK250T.
Весь ход производственного процесса, начиная от подготовки к выполнению буровых работ и заканчивая достижением поставленной конечной цели, оставил у меня, как у руководителя организации, неизгладимые впечатления, которые сложно передать на словах. Я до сих пор не могу подобрать точного определения, в полной мере описывающего мое состояние, особенно в ходе выполнения заключительной операции – протяжки трубопровода в готовую скважину. Разве что, попытаться сравнить собственные ощущения с состоянием заядлого игрока в рулетку? Хотя я никогда не играл, и делать этого не собираюсь. Но сравнение как-то напрашивается само собой.
Когда возникают нештатные ситуации, будь это увеличение рабочего крутящего момента или тягового усилия машины в ходе протяжки трубопровода, душевное состояние любого человека резко меняется. Например, в период протяжки футляра я постоянно находился на объекте на протяжении трех суток. Все это время приходилось провести на ногах. Спать совершенно не хотелось. И даже, когда плеть была успешно проложена в скважину, уже на четвертые сутки заснуть не представлялось возможным — не удавалось совладать с эмоциями. Словами это не передать!
Последнее время я часто пытаюсь понять те чувства, которые испытывают наши ведущие организации-корифеи в плане реализации сложных проектов по методу ГНБ, выполняя сложное бурение буквально раз за разом. Я уверен, что со временем, эти полученные эмоции нисколько не притупляются, а каждый очередной раз также буквально зашкаливают. Сегодня, когда все перипетии выполнения сложного перехода остались позади, можно попытаться ответить на своего рода риторический вопрос относительно правильности принятия решения «взяться» за большое бурение. С одной стороны — это огромные риски, с другой — отличное испытание на «профпригод ность» всего коллектива компании. Такой своеобразный стресс-тест необходим для того, чтобы правильно оценить итоги целого этапа поступательного развития организации, правильно наметить новые и уточнить имеющиеся направления дальнейшей работы и, при необходимости, скорректировать перспективы. Думаю, что принятое решение взяться за выполнение сложного проекта было правильным.
Говоря о собственных впечатлениях, хочу отметить еще одно немаловажное обстоятельство: они менялись в зависимости от того, насколько удавалось продвинуться в плане приближения к заданной цели. Так, например, когда труба прошла в скважине порядка 250-300 м, стрессового состояния еще не наступает: имеется возможность при необходимости дать «задний ход» — вытащить её назад в исходное положение.
Следующий промежуточный этап — труба протянута на расстоянии 700 м, при этом оголовок пока находится в плывуне, а предстоит еще 300 м участка на глубине 15 м под рекой. В голове присутствует одна мысль — а вдруг, фиаско? Труба уже прошла «точку невозврата» и извлечь её в обратном направлении невозможно! Откапать? Добраться до оголовка в принципе возможно! Но лучше не думать о том, во что это выльется в плане незапланированных финансовых затрат и драгоценного времени.
Наконец, ситуация, когда процесс движется к завершению. В этом случае, начинаешь считать оставшиеся до полного выхода трубы штанги и понимаешь, что до «выхода» остается, например, порядка 70 м. Уже приходит осознание того, что положительный результат, в принципе достигнут, и никакая авария не может повлиять на общий положительный итог. В случае необходимости можно «посадить шахту» и завершить работу без особых претензий со стороны заказчика. Это успокаивает.
И самое главное — наступает момент, когда расширители и оголовок трубы появляются в точке выхода. Это настоящий праздник. Все обнимаются, поздравляют друг друга. С одной стороны понимаешь, что настал пусть маленький, но «День Победы», а с другой стороны не проходит рабочее напряжение и сразу невозможно выйти из состояния, когда приходится контролировать ситуацию, принимать определенные решения, наконец, подбадривать коллектив для поддержки необходимой рабочей атмосферы. Уже ради всех этих представленных эмоций стоит пробовать свои силы в большом бурении!
Но всегда надо помнить о том, что «хорошо то, что хорошо заканчивается!»
СЛОЖНЫЙ ПРОЕКТ: СЛАГАЕМЫЕ УСПЕХА
Сегодня, когда все сложности, связанные со строительством перехода газопровода преодолены, можно сказать, что специалисты нашей компании приобрели бесценный опыт, который, однозначно будет использован в будущем. Анализ, как хода выполнения отдельных составляющих технологических операций, так и общего итога реализации данного проекта позволяет сделать ряд выводов, которые можно с большой долей уверенности оценить как «слагаемые успеха». По моему глубокому убеждению, в этот перечень следует включить ряд технических, организационных и (это может показаться не совсем обычным) психологических факторов, оказавших решающее влияние на ход произошедших в ходе строительства событий: