ГЛАВА 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, СОКРАЩАЮЩИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Анализ состояния трубопроводов водоотведения в Украине и за рубежом, а также факторов, влияющих на их долговечность
Состоянию сетей водоотведения в городах Украины посвящен целый ряд научных публикаций [14, 15, 16, 22, 28, 36, 54, 55, 56]. Во многих работах рассматриваются не только причины разрушений трубопроводов и коллекторов, но и меры, направленные на увеличение срока их эксплуатации. В целом из почти 59 тыс.км общей протяженности сети от 40 до 55 % трубопроводов отработали свой нормативный срок и находятся в аварийном или предаварийном состоянии.
Учитывая похожесть ситуаций в различных городах Украины, в качестве объекта исследования состояния сети выбран Харьков, который по протяженности сетей водоотведения уступает только Киеву.
Централизованный отвод сточных вод в Харькове был начат в 1914 году. В настоящее время протяженность канализационной сети Харькова 1415,86 км, в том числе коллекторов глубокого заложения диаметром
1,8-3,2 м, построенных шахтной проходкой, около 60 км, 72,74 км напорных трубопроводов [27]. Износ сети составляет, около 70%, тоннельных коллекторов - 55% (табл. 2.1).
Надежность конструкций канализационных трубопроводов зависит от многих факторов. По значимости это прежде всего факторы, провоцирующие развитие коррозии (качественные показатели сточных вод, скорость движения воды, система вентиляции), а также факторы физико-механического воздействия, геологические условия, глубина заложения, заделка стыков и др.
Таблица 2.1
Износ канализационной сети Харькова
в зависимости от материала трубопровода
Материал трубОбщая протяженность,
кмАмортизациякм%Железобетон
Чугун
Керамика
Асбестоцемент
Сталь
Кирпич
Пластмасса327,34
113,61
880,55
25,97
56,25
9,07
3,07312,87
32,28
518,62
18,99
36,65
9,07
-96
59
59
93
65
100
Визуальные, телевизионные и лабораторные обследования канализационных коллекторов подтверждают, что основная причина аварийных ситуаций на сетях канализации - разрушение сводов железобетонных труб вследствие коррозии, другая причина - расстыковка труб в неблагоприятных гидрогеологических условиях, в том числе в связи с повышением уровня грунтовых вод.
Больше всего аварий происходит на железобетонных трубопроводах, которые построены в 1950-1970-е годы и составляют четвертую часть общей протяженности канализационной сети Харькова. В основном это трубопроводы диаметром 600-1200 мм. Анализ характера повреждений показывает, что коррозии обычно подвергается сводовая часть трубопровода, которая может полностью разрушаться.
Короткий срок эксплуатации железобетонных и бетонных труб (20 лет) во многом обуславливается интенсивным воздействием агрессивной среды. Наименьший процент износа имеют керамические трубы [27], которые не подвержены коррозии вследствие действия агрессивных веществ, устойчивы практически во всех средах, и поэтому область их применения неограниченна.
Причиной возникновения аварийной ситуации очень часто является механическое повреждение трубопровода во время проведения ремонтных работ на других сетях либо закупорка трубопровода инородным телом. Протяженность напорных трубопроводов Харькова - 72,74 км, основной материал труб - сталь и чугун [16].
В течение пяти лет (1999-2003 гг.) на напорных трубопроводах произошло 14 аварий, причинами которых стали:
1) истирание лотка трубопровода присутствующими в сточных водах твердыми веществами (при повышенной скорости течения);
2) разрушение трубопроводов от коррозии вследствие агрессивного действия сточных вод и блуждающих токов;
3) нарушение стыков трубопроводов.
Глубина заложения канализационных сетей в Харькове колеблется от 0,7 до 50 м. Такой диапазон глубины заложения обусловлен особенностями рельефа города (наличие трех рек, большого количества нагорных районов и транспортных развязок) и условиями максимального самотечного канализования объектов (наиболее дешевый способ). Большинство канализационных сетей, особенно коллекторов, прокладывается по "пониженным граням" вдоль рек, оврагов и т.д. на значительной глубине.
Кроме того, в результате развития в городе подземной инфраструктуры (тоннели метрополитена, проходные коммуникационные тоннели, подземные резервуары и пр.) происходит перекрытие потоков грунтовых вод и как следствие - их резкий подъем. В течение последних 10-20 лет канализационные коллекторы Харькова, проложенные в "сухих грунтах", оказались ниже уровня грунтовых вод (районы Журавлевки, Основы, по ул. Довгалевской и пр.). Поэтому особое внимание следует уделять производству аварийно-восстановительных работ на сетях, расположенных в водонасыщенных грунтах.
Проанализируем аварийные ситуации, которые произошли на самотечных сетях водоотведения и были ликвидированы в период с 1995 по 2004 г. За данный период произошло 280 аварий, ликвидация которых потребовала раскопки трубопровода и производства ремонтно-восстановительных работ; среди них были 124 особо сложные аварии, когда пришлось привлекать специальные средства и механизмы [27].
Статистический анализ аварий, произошедших на железобетонных трубопроводах диаметром 300 - 900 мм в течение 2003 - 2005 гг., позволил установить их основные причины (рис. 2.1).
Рис 2.1. Причины разрушений железобетонных трубопроводов диаметром 400-900 мм канализационной сети Харькова:
1 - коррозия (41%); 2 - просадка труб в результате нарушения основания (36%); 3 - разрушение стыковых соединений (18%); 4 -
прорастание корней (2,6%); 5 - продольные и поперечные трещины (2,4%).
Результаты исследования состояния канализационных сетей в Германии показали следующее [34].
В последние годы было проинспектировано примерно 75% канализационных каналов. Расходы на их санацию составили в 2000 г. около 1,64 миллиарда евро. Обновление трубопроводов производилось в 3 раза чаще, чем