В условиях плотной городской застройки с большим насыщением инженерных коммуникаций ремонт и замена трубопроводов традиционными методами с выполнением земляных работ являются весьма проблематичными, очень дорогостоящими, отрицательно влияющими на городскую экологическую среду, а иногда и просто невозможными.
В таком случае применяют бестраншейные методы ремонта и восстановления трубопроводов.
В мировой практике реконструкции трубопроводных систем известны многие методы и технологии бестраншейного ремонта, наиболее распространенными и эффективными из которых являются следующие.
Облицовка внутренних поверхностей трубопроводов цементно-песчаным покрытием. Сущность метода заключается в нанесении на внутренние поверхности трубопроводов цементно-песчаного раствора.
Осуществляется это центробежным способом с помощью пневматической или электрической метательной головки облицовочного агрегата, протаскиваемого внутри трубопровода посредством троса и лебедки.
Толщина наносимого слоя покрытия зависит от диаметра труб. За один проход можно нанести слой толщиной от 3 до 12 мм, что обеспечивается скоростью продольного движения облицовочного агрегата.
Основными элементами облицовочного агрегата являются метательная головка с центрирующим устройством и заглаживающее устройство, обеспечивающее выравнивание наносимого слоя, а также заглаживание и железнение его поверхности. К металлической головке цементно-песчаный раствор и сжатый воздух подводятся соответствующими рукавами.
Места ввода облицовочного агрегата в трубопровод, а также технология его протаскивания такие же, как и при прочистке труб механическим способом.
Набравший марочную прочность отвердевший цементно-песчаный раствор обладает необходимой прочностью за счет применения высоких марок цемента, а также характеризуется высокой плотностью прилегания к стенкам трубопровода. Достигается это за счет низкого водоцементного отношения (0,32…0,37) и большой скорости центробежного нанесения раствора, обеспечивающей высокую степень уплотнения и прилегания к защищаемой поверхности при ударе о внутренние поверхности трубы.
Уникальное свойство цементно-песчаного покрытия заключается в том, что оно обладает как пассивным, так и активным защитным эффектом от коррозии металла. Пассивный защитный эффект достигается за счет чисто механической изоляции металлической стенки трубы слоем раствора. Активный защитный эффект заключается в том, что при гидратации цемента в порах возникает насыщенный раствор гидроксида кальция, pH которого составляет около 12,6. При этих условиях железо пассивируется за счет образования субмикроскопического покровного слоя из оксидов железа. Этот чрезвычайно тонкий пассивный слой механически изолирован цементным покрытием от протекающей воды, удерживается на месте и предотвращает дальнейшее окисление металла, т.е. коррозию.
Образовавшиеся в процессе схватывания цемента сквозные и несквозные трещины закупориваются выделяющимся из воды карбонатом кальция. Этот активный защитный процесс называют «самолечением» цементного покрытия.
Наряду с антикоррозионным защитным эффектом цементно-песчаное покрытие улучшает также гидравлические характеристики трубопровода. Причиной этого является отсутствие коррозии и отложений в трубе, а также возникновение на поверхности покрытия скользкого гидрофильного (гелевого) слоя, образованного мельчайшими частичками глины и железомарганцевыми соединениями. В практике отмечались случаи, когда стальной трубопровод с внутренним цементно-песчаным покрытием после длительной (несколько десятков лет) эксплуатации имел коэффициент шероховатости значительно ниже, чем новые необлицованные трубы.
К числу достоинств рассматриваемого метода ремонта трубопроводов необходимо также отнести высокую экологическую безопасность и надежность цементно-песчаного защитного слоя, что весьма важно для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Затвердевшее цементно-песчаное покрытие надежно герметизирует небольшие локальные повреждения в теле трубы, а также нарушенные стыковые соединения.
Нанесение цементно-песчаного покрытия на внутренние поверхности новых металлических труб широко практикуется как профилактическая мера против коррозии и обрастания трубопроводов.
Для нанесения цементно-песчаного раствора не являются препятствием боковые подключения (ответвления) трубопроводов, а также задвижки на обрабатываемом участке трубопровода. Наличие таковых не требует никаких дополнительных операций и мероприятий, кроме того, что верхняя часть корпуса задвижки должна быть демонтирована.
Данный метод применяют для бестраншейного ремонта напорных и безнапорных водопроводных и канализационных труб диаметром от 100 мм и выше без ограничений. Наибольшее распространение он получил для восстановления напорных металлических (стальных) трубопроводов.
Из всех известных бестраншейных методов ремонта трубопроводов нанесение цементно-песчаного покрытия является наиболее доступным и экономичным.
Недостатком метода является то, что колена и отводы, а также вертикальные опуски и подъемы трубопроводов малых диаметров остаются практически недоступными для нанесения цементно-песчаного покрытия, хотя они и составляют малую долю длины обрабатываемых труб. Пожарные гидранты, хотя и временно, должны быть демонтированы. Работы могут выполняться только при положительных (более +50С) температурах окружающей среды.
Разработчиками и изготовителями технологического оборудования для нанесения цементно-песчаного покрытия на внутренние поверхности трубопроводов являются многие европейские и американские фирмы. В России, в частности в Москве, на протяжении нескольких последних лет успешно применяют технологии и оборудование немецкой фирмы «Нидунг» и американской «Амерон». В настоящее время Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды (НИИ КВОВ), а также некоторые конверсионные предприятия осуществляют разработку отечественного технологического оборудования для нанесения цементно-песчаного покрытия на внутренние поверхности трубопроводов.