Прогнозирование состояний конструкций коллекторов с целью предотвращения экологической аварии

К сожалению, при эксплуатации канализационных сетей города происходят аварии канализационных коллекторов, что приводит к сбросам сточных вод в водоемы. Рассмотрев описания аварийных ситуаций канализационной системы в Москве, встречающиеся в открытой печати, можно предложить систематизацию видов аварий и причин возникновения аварийных ситуаций. При этом под аварией будет пониматься нарушение технологического процесса эксплуатации коллекторного канализационного тоннеля, вызываемое потерей герметичности выработки, для ликвидации такого нарушения потребуется проведение специальных работ. В данном обзоре не будут рассматриваться аварийные ситуации на насосных и перекачных станциях. Основное число аварий происходит вследствие нарушения требований техники и технологии ведения строительных и эксплуатационных работ предусмотренных в технических и технологических проектах. Источником аварийных ситуаций в таком случае является беспечность и пассивность исполнителей, несовершенство организации работ, отклонения в технологическом регламенте строительства.

Наиболее часто аварии происходят с элементами обделки коллектора.

Многочисленными исследованиями и на практике установлено, что разрушение обделки коллектора связано с несколькими причинами: разрушение бетона вследствие агрессивного воздействия SO2 или других элементов; разрушение бетонной крепи вследствие изменения характера и направления нагрузки; разрушение трещин в бетоне напорными водами извне; несовершенство стыковых соединений сегментов обделки; неравномерный режим работы безнапорных канализационных коллекторов вследствие применения гидродинамических способов прочистки последних.

Разрушение стальных и чугунных труб вызваны, в основном, усталостью материала, возникающей при частом изменении нагрузки и направления ее действия, от вибраций и колебаний труб, усугубляющейся конструктивной неоднородностью материала труб, несоблюдением режима эксплуатации и неблагоприятными геологическими условиями. Усталостные изломы возникают скрыто и наступают в более напряженно работающих частях труб. Много аварий происходит в местах резьбовых соединений. Разрушения труб в муфтовых соединениях происходят, как правило, от напряжений, превышающих допустимые. От значительных тангенциальных напряжений возникают трещины по телу муфты. При этом поперечные сломы происходят посередине муфты, а продольные – по образующей. Иногда элементы муфтовых соединений разрушаются от неправильной термообработки – это заметно по характеру сломанных деталей, если на торцах последних в поперечном направлении заметны мелкозернистые включения.

Также имеют место аварии в местах сварных соединений. Причиной которых чаще всего являются низкая ударная вязкость сварного шва по сравнению с ударной вязкостью металла трубы; посторонние включения в металле швов, расслоения; наличие окисных пленок в зоне шва; отсутствие соосности в приваренных соединениях, что приводит к резкому уменьшению рабочей площади поперечного сечения и создает условия для быстрого образования предельных усталостных напряжений.

Железобетонные конструкции канализационных коллекторов могут разрушаться вследствие коррозии и износа арматуры и разрушения бетонов.

Утечки из трубопроводов приносят стране огромный экономический и экологический ущерб. Особенно большое количество аварий происходит в городах в результате утечек воды из изношенных коммуникаций – канализационных, тепловых и водопроводных сетей. Из разрушенных трубопроводов вода просачивается в грунт, повышается уровень грунтовых вод, возникают провалы и просадки грунта, что ведет к затоплению фундаментов, и в конечном счете грозит обрушением зданий. Зарубежный опыт показывает, что эту проблему можно решить, если вместо стальных трубопроводов применять трубы из пластмассы, а прокладку новых и ремонт изношенных осуществлять не открытым, а бестраншейным способом. Преимущества ремонта трубопроводов бестраншейным методом очевидны: затраты на ремонт снижаются в 6-8 раз, а производительность работ возрастает в десятки раз.

Анализ сведений о произошедших авариях на канализационных сетях г.Москвы позволил описать наиболее встречающиеся сценарии аварийных ситуаций.

Сгруппируем аварии по некоторым наиболее встречающимся видам:

• 1)    аварии, причинами которых являются засорения сетей и последующие работы по очистке труб.

• 2)    аварии, причинами которых является изношенность и плохое качество труб

• 3)    аварии, причинами которых являются сдвижения и деформации вмещающего массива пород.

Аварии,при засорении канализационных сетей .

Последствия засорения канализационных сетей крупногабаритным мусором, последующее отложение жира и ила может привести к потере проходимости коллектора.

Аварии, возникающие из-за ошибок при проектировании, в частности, при применении обычных строительных бетонов с В/Ц>0,4.

При применении неагрессивностойких материалов обделки тоннеля вследствие газовой агрессии СО 2 возможно разрушение бетонной обделки появления трещин и свищей.

Аварии, происходящие вследствие глубинных оползневых сдвигов склонов рек . (Одна из характерных аварий такого типа произошла в 1978 г на трасе Правобережного Чертановского канала, на склоне правого берега реки Москва в районе Каширского шоссе).

Аварии , происходящие под железнодорожным полотном, под полотном трамвайных путей и т.д. вследствие динамического воздействия вибрационных нагрузок.

От постоянных вибраций происходит изменение угла внутреннего трения пород, что вызывает их текучесть. Массив окружающих пород в целом теряет устойчивость. Возникает раскрытие швов между сегментами обделки. В коллектор через раскрытые швы начинает поступать вода, следом начинает просачиваться песок и глинистые частицы. Вокруг фильтрующего шва начинает образовываться провал пород.

На всем протяжении эксплуатации коллекторов происходят различные обследования, диагностики и, по необходимости, визуальный осмотр.

Рис. 1. Кадр, сделанный роботом в коллекторе

Наиболее эффективным и экономичным методом профилактики аварий на канализационных и водосточных сетях является телевизионное обследование коллекторов с последующим локальным ремонтом выявленных проблемных участков. Оборудование для такого обследования представляет собой цветную видеокамеру с устройством наведения и мощной подсветкой, установленную на самоходном колесном роботе или плавающем модуле. В комплект оборудования входят также пост управления с монитором и пультом управления и кабельный барабан. Имеются, и более простые, и дешевые проталкиваемые системы.

Такими системами являются:

• ■    плавающие модули;

• ■    системы на базе самоходных колесных роботов;

• ■    проталкиваемые системы телеинспекции.

Телевизионная диагностика технического состояния инженерных сооружений и подземных коммуникаций служит для следующих целей:

• ■    определения степени внутреннего состояния трубопроводов при выборе последующих оптимальных методов и способов ремонта;

• ■    определения качества ремонта;

• ■    определения качества прочистки;

• ■    определения степени воздействия газовой коррозии на конструкции и сооружения каналов и коллекторов;

• ■    определения расположения засыпанных и заасфальтированных колодцев;

• ■    осмотра на стадии приемки;

• ■    ведения статистического учета и анализа видов неисправностей и деструктивных признаков в трубопроводах для прогнозирования их развития (кадастр);

• ■    ведения кадастра подземных коммуникаций и актуализации базы данных (в составе геоинформационных систем) в части пополнения и обновления информационного блока видеоизображений внутренней поверхности труб и объектов.

Кроме того, существует оборудование для определения прочности бетонных и железобетонных конструкций, неразрушающим способом, с целью проверки отклонения прочности бетона от проектного значения -таковым является электронный молоток Шмидта. Выпускается в различных моделях. Он обеспечивает автоматическое преобразование значений отскока в показатель прочности на сжатие.

Так же в диагностике применяется система для поиска арматуры – Profometer 5+ – работающий по принципу импульсной индукции; прибор для обнаружения и оценки степени коррозии арматуры – CANIN+; ультразвуковой прибор TICO – дающий информацию об однородности бетона, наличии пустот, трещин и дефектов, модуле упругости и других показателях.

Таким образом, проблема разрушения коллекторов является большой задачей для экологии. Необходимо производить диагностику строительных конструкций коллекторов, и если нужно делать ремонт чтобы предотвратить экологические аварии.