Дюкеры — назначение, условия прокладки, технология работ

Дюкер представляет собой специализированное инженерное сооружение, используемое для прокладки трубопроводов под различными препятствиями, такими как реки, овраги или транспортные магистрали. В статье мастер сантехник расскажет о условиях его прокладки и технологии работ.

Что такое дюкер и зачем он нужен

Дюкер — это напорный участок трубопровода, который прокладывается под руслом реки, канала, по склонам или дну глубокой долины, а также под дорогами в выемке.

Слово "дукер" происходит от голландского "duiker", что означает "ныряльщик", подчеркивая его функцию "погружения" под препятствие.

Основное назначение дюкера — обеспечение бесперебойного прохождения рабочей среды (воды, сточных вод, нефти, газа или других жидкостей) под препятствиями с сохранением напора, создаваемого насосами, или за счет самотека благодаря разнице в отметках заложения трубопровода.

Без дюкеров строительство трубопроводов через такие барьеры было бы невозможно или крайне неэффективно. Например, в системах водоснабжения дюкеры позволяют транспортировать воду через реки без нарушения судоходства или экосистемы.

Дюкеры классифицируются по нескольким критериям.

По типу преодолеваемого препятствия: 

• Речные. переходят через реки.
• Морские. прокладываются через морские акватории.
• Болотные. используются при пересечении болот.
• Овражные. прокладываются на дне оврагов.
• Поддорожные. проходят под автомобильными или железными дорогами. 

По назначению (типу транспортируемого продукта): 

• Водопроводные. для транспортировки воды. 
• Нефтепроводные. для транспортировки нефти. 
• Газопроводные. для транспортировки газа. 
• Канализационные. используются в системах канализации. 

По конструкции: 

• Одноочковые (однотрубные). состоят из одной трубы. 
• Многоочковые (многотрубные). состоят из нескольких параллельных труб. 

По материалу и сечению: 

• Материал. дюкеры могут быть изготовлены из различных материалов. 
• Сечение. чаще всего дюкеры имеют круглую форму сечения.

Они особенно важны в регионах с развитой речной сетью или сложным рельефом, где традиционная наземная или подземная прокладка невозможна.

Преимущества и недостатки

Плюсы:

• Экономия на земляных работах. Для прокладки дюкера требуется значительно меньше земляных работ, что снижает затраты и время на их проведение по сравнению с мостами или туннелями. 
• Преодоление препятствий. Дюкеры позволяют прокладывать трубопроводы через реки, овраги, водоемы, дороги и другие естественные и искусственные преграды, где другие способы прокладки затруднительны или невозможны. 
• Сокращение времени строительства. При использовании современных технологий, например, горизонтально-направленного бурения (ГНБ), прокладка дюкера может быть значительно быстрее. 

Минусы:

• Высокая стоимость. Строительство дюкера может быть дорогостоящим, особенно если приходится использовать сложные технологии для прокладки труб под водой или другими преградами.
• Сложность обслуживания и ремонта. Эксплуатация дюкера требует регулярного обслуживания и ремонта, которые могут быть сложными, трудоемкими и дорогостоящими, так как доступ к участку под землей или водой ограничен.
• Риск аварий. Прорыв или повреждение дюкера может привести к серьезным последствиям, например, загрязнению окружающей среды, и требует срочных и сложных ремонтных работ.

Как устроен дюкер

Устройство дюкера представляет собой сложную систему, включающую несколько ключевых компонентов, обеспечивающих надежность и функциональность. Профиль дюкера обычно U-образный, с нисходящими и восходящими отрезками, называемыми "гусями", которые позволяют трубопроводу "нырнуть" под препятствие и выйти на поверхность. Горизонтальная часть лежит на дне водного потока или ниже дна, и может быть полностью или частично заполненной в зависимости от условий (реки, овраги или другие трубопроводы). 

Основные узлы дюкера (в зависимости от назначения):

• Напорный участок. Основная труба, по которой транспортируется среда под давлением.
• Входная и выходная камеры. Обеспечивают переход от наземного трубопровода к подводному и обратно.
• Камеры с ревизиями. Для инспекции и обслуживания.
• Осадочные колодцы (грязеловки). С решетками и приспособлениями для промывки, предназначены для сбора осадков и предотвращения закупорки. Минимальное поперечное сечение обеспечивает достаточную скорость потока.
• Выпуски для аварий или промывки. Позволяют сбрасывать среду в случае необходимости.
• Запорная арматура. Задвижки для переключения и контроля потока. С двух сторон дюкера предусматриваются камеры переключения с задвижками.

Материалы для дюкеров эволюционировали со временем. Ранее использовались сталь, высокопрочный чугун, монолитный железобетон и даже дерево. Современные дюкеры чаще выполняются из полимерных труб (например, полиэтиленовых или полипропиленовых), которые обеспечивают повышенную прочность, коррозионную стойкость и долговечность.

Для защиты от коррозии на стальные трубы наносят битумную изоляцию. В случае пересечения транспортных магистралей применяется принцип "труба в трубе" (защитный кожух или футляр), особенно для газопроводов, или бетонирование.

Диаметр труб не менее 150 мм, а число ниток (параллельных труб) — минимум две под водными препятствиями для резервирования, под оврагами допустима одна.

Расстояние между нитками: для водопроводов — не менее 1,5 м, для канализации — 0,7–1,5 м в зависимости от напора. Максимальный наклон восходящего отрезка — 20 градусов к горизонту.

Дюкеры обозначаются створными столбами или специальными знаками для идентификации. В целом, устройство обеспечивает гидравлическую эффективность, безопасность и возможность обслуживания.

Каковы условия прокладки дюкера

Условия прокладки дюкера строго регламентированы для обеспечения безопасности, долговечности и минимального воздействия на окружающую среду. Трасса должна быть перпендикулярна препятствию, чтобы минимизировать длину и глубину заложения труб. При пересечении реки выбирается участок с минимальной шириной, где дно и берега не подвержены размывам, с наиболее благоприятными грунтовыми условиями и неразмываемыми берегами. На судоходных водоемах створ прокладки согласовывается с органом, регулирующим судоходство.

Глубина заложения, подводная часть укладывается на глубине не менее 3 м от дна реки (до верха трубы), с учетом возможного переноса русла или размыва дна. Подводная часть должна учитывать минимальный и максимальный уровни воды, продолжительность их стояния и ширину зеркала воды, с контрольными промерами глубин. При пересечении водных объектов, используемых для водоснабжения, разведения рыбы или судоходства, требуется согласование с контролирующими органами, иначе возможен штраф.

Переходы через овраги, дороги (автомобильные, железные, метрополитен, трамвайные пути) и городские проезды выполняются по специальному проекту с постоянным маркшейдерско-геодезическим контролем. Под дорогами трубопровод размещается в футлярах для защиты от повреждений и обеспечения безопасности транспорта. При пересечении электрифицированных железных дорог предусматривается защита от блуждающих токов. Проект перехода согласовывается с местными органами Министерства путей сообщения и министерств автомобильных дорог.

Грунтовые условия, метод прокладки зависит от типа грунта — ГНБ подходит для различных типов, кроме плывунов, карстовых или искусственных грунтов, где может быть затруднен. При гидравлическом расчете определяются диаметр труб, число ниток и потери напора, с учетом финансовой целесообразности, каждая нитка испытывается на пропуск 100% расчетного объема. В местах переходов устанавливаются соответствующие знаки.

Технология прокладки дюкера

Технология прокладки дюкера включает два основных подхода: открытый способ и бестраншейные методы, такие как горизонтальное направленное бурение (ГНБ). Выбор зависит от условий местности, ширины препятствия и экологических требований.

Открытый способ:

• Разработка траншеи. На дне реки траншея роется после перекрытия потока земляной или шпунтовой перемычкой, если возможно. При невозможности используются канатно-скреперные установки, гидромониторы, земснаряды или дноуглубительные снаряды (землесосы, землечерпалки). Дно траншеи проверяется нивелиром для прямолинейности или изломов с радиусом кривизны не менее 400 м.
• Монтаж трубопровода. Трубы собирают на берегу на стапелях (бревнах) с уклоном для спуска. Стыки стальных труб соединяют электросваркой и усиливают муфтами. 
• Гидравлические испытания. Проводятся дважды (после сварки и усиления), иногда третий раз после укладки, до засыпки. 
• Защита от коррозии. Нанесение битумной изоляции. 
• Укладка. Методы включают протаскивание по дну (с рельсовым путем и вагонетками, тросом и лебедкой), свободное погружение, погружение с плавучих опор (понтонов для широких водоемов), последовательное наращивание или погружение со льда. Для предотвращения всплытия применяют балласт — полукольца из железобетона или седлообразные грузы. Траншея засыпается грунтом, намытым гидромониторами или привезенным на барже.

Бестраншейный метод (ГНБ):

• Пилотное бурение. С гибкой приводной штангой, контроль траектории через локационную систему с возможностью корректировки.
• Расширение скважины. Специальным расширителем до нужного диаметра.
• Протяжка трубопровода. Готовые плети прикрепляются к расширителю и затягиваются в канал буровой машиной.

Проектирование включает инженерные изыскания, рекогносцировку, разработку проекта организации строительства и проекта производства работ, с использованием программного обеспечения вроде nanoCAD.

Заключение

Дюкеры играют важную роль в современной инфраструктуре, обеспечивая надежное преодоление препятствий для трубопроводов. С учетом строгих условий и передовых технологий их прокладка гарантирует долговечность и безопасность систем, способствуя развитию экономики и сохранению окружающей среды.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Современные методы бестраншейного ремонта трубопроводов