15.4. Строительство подводных переходов методом наклонного бурения

15.4.1. Сущность метода

Метод наклонного бурения называют по-разному: наклонно-направленное бурение, горизонтальное бурение, горизонтально-направленное бурение, направленно-управляемое горизонтальное бурение, метод «крота и др. Однако сущность метода состоит в следующем: по створу перехода под руслом реки, примерно, повторяя очертание её поперечного профиля, пробуривается скважина, по которой с одного берега на другой протягивается трубо­провод.

Бурение скважины производится в два или три этапа (рис. 15.4). На первом этапе пробуривается пилотная скважина, диаметр которой меньше диаметра прокладываемого трубопровода. Далее (обычно с противоположного берега) производится расширение (бурением) пилотной скважины до диаметра укладываемой трубы и через готовую скважину протаскивается трубопровод.

Рис. 15.4. Сооружение подводных переходов методом наклонно-направленного бурения

Этап 1 - бурение пилотной скважины; этап 2 - расширение пилотной буровой скважины; этап 3 - протаскивание трубопровода перехода в расширенную скважину; этап 4 - протаскивание трубопровода перехода в обсадные трубы расширенной скважины

1 - буровая установка; 2 - бурильные трубы; 3 - буровая головка; 4 -профиль прокладки подводного перехода; 5 - обсадные трубы базовой скважины; 6 - буровая головка для расширения скважины; 7 - обсадные трубы расширенной скважины; 8 - обсадные трубы или стенки скважины; 9 - оголовок для протаскивания; 10 - вертлюг; 11 - трубопровод перехода; 12 - роликовые опоры; 13 - расширитель; 14 - стенки скважины; 15 -

Метод наклонного бурения возник как новый способ прокладки труб под препятствиями, наносящий наименьший экологический ущерб окружающей среде, человеку и самому препятствию и экономически более выгодный по сравнению с традиционными методами.

К основным преимуществам метода наклонного бурения в сравнении с траншейным относятся:

• меньшая суммарная стоимость, в основном, за счет уменьшения эксплуатационных затрат;

• меньшее время выполнения строительных работ;

• большая надежность и меньший риск аварий;

• •большая экологическая безопасность;

• меньшее воздействие на водный объект, на смежные сооружения;

• меньший объем мониторинга после строительства.

Интересны возможности метода ННБ при прокладке подводной трассы по кривой не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Например, при бурении скважины диаметром 304 мм и длиной 2300 м под дном р. Элизабет при максимальном заглубление 27,4 м у мыса Таннерз (штат Виргиния США) трасса имела в плане 3 кривых участка (см. рис. 15.5). Следует отметить, что работы осуществлялись фирмой UTEC Construction методом горизонтального наклонного бурения с разных берегов реки двумя самостоятельными скважинами со стыковкой под дном реки. При их проходки и соединении использовались системы наведения Paratrack II. При сближении двух буровых инструментов и их точного наведения один из них (с короткой стороны) стал вытягиваться назад, а головная часть другого была направлена в след удаляемому до выхода на противоположный берег. Основные проходческие работы без учета подготовительного этапа, были осуществлёны за 19 суток и прошли весьма успешно.

Рис. 15.5. Схема прокладки трубопровода у мыса Таннерз возле порта Виргиния (США), осуществлённая двумя буровыми агрегатами со стыковкой в русле реки на глубине 25 м.

1 – место стыковки головок буровых инструментов; 2 – кривая 20⁰, радиус 560 м; 3 - кривая 20⁰, радиус 560 м; 4 - кривая 47⁰, радиус 330 м.

Однако, наряду с преимуществами, метод наклонного бурения имеет ряд недостатков. К главным недостаткам можно отнести:

• отсутствие запасной (резервной) нитки ПП, т.е. безальтернативность при возможной аварии;

• необходимость глубокого (10 ÷ 40 м от дна) геотехнического бурения и детальных гидрогеологических изысканий;

• отсутствие надежных решений при проходе наклонным бурением галечниковых, валунных, илистых и карстовых грунтов;

• повышенные требования к устойчивости береговых откосов;

• возможность загрязнения водотока буровым раствором.

Поэтому очень важно, чтобы при проектировании ПП методом наклонного бурения правильно осознавались все положительные и отрицательные стороны применения нового метода и использовались в оптимальных условиях с экономической эффективностью при обеспечении минимального воздействия на окружающую среду.

В процессе проектирования и строительстве ПП методом наклонного бурения через судоходные реки необходимо выполнять весь комплекс исследований, присущий траншейному методу. Анализ материалов должен быть даже более основательным, чтобы не было сбоев в производстве работ по бурению. Следует учесть, что поскольку общепринятый срок эксплуатации бестраншейного ПП составляет 50 лет, то анализ и прогноз деформаций русла должен охватывать период по 50 лет и в ретроспективе и в перспективе. Особое внимание нужно уделять прогнозу горизонтальных смещений русла в створе перехода, а также деформации поверхности поймы.

При проектировании ПП методом наклонного бурения особую задачу также представляют геотехнические исследования литологического строения грунтов под дном реки и в этой связи - исследование формирования древнего русла реки и её поймы. После основных проектных работ и инженерных расчетов выполняются специальные расчеты, связанные с наклонным бурением, как то, величины минимального изгиба, радиусов, допустимых напряжений при протаскивании, плавучести и т.д.