مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حفاری باز (Open-Cut): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای حفاری باز

حفاری باز یک روش سنتی برای نصب یا تعمیر لوله ها و کابل ها با ایجاد یک ترانشه در سطح زمین است. این روش به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• حفاری دستی:

  • استفاده از ابزارهای ساده مانند بیل و کلنگ.

  • مناسب برای مناطق کوچک یا دسترسی محدود به ماشین‌آلات.

• حفاری مکانیزه:

  • استفاده از ماشین‌آلات سنگین مانند بیل مکانیکی (Excavator) یا بکهو لودر.

  • ایده‌آل برای پروژه‌های بزرگ و مسیرهای طولانی.

۲. محاسبات کلیدی

• محاسبۀ حجم خاکبرداری:
  V=L×W×D
  L=طول ترانشه، W=عرض ترانشه، D=عمق ترانشه

• پایداری دیواره‌های ترانشه:

  • زاویۀ شیب ایمن (Slope Angle):
    θ=tan⁡−1(H/B)
    H=عمق، B=عرض پایه

  • استفاده از سیستم‌های مهاربندی (Shoring): در صورت نیاز به دیواره‌های قائم.

• محاسبۀ زمان اجرا:
  T=V/R​
  R=نرخ خاکبرداری (مترمکعب در ساعت)

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• بیل مکانیکی (Excavator):

  • ظرفیت: ۱–۱۰ مترمکعب در هر چرخه.

  • انواع: چرخ‌زنجیری (برای زمین‌های نرم) یا چرخ‌لاستیکی (برای آسفالت).

• لودر (Loader):

  • برای بارگیری خاک روی کامیون.

• سیستم‌های مهاربندی:

  • صفحه و ستون (Sheet Piling): برای دیواره‌های قائم.

  • هیدرولیک شورینگ (Hydraulic Shoring): برای ترانشه‌های عمیق.

• کمپکتور (Compactor):

  • برای متراکم‌کردن خاک پس از نصب لوله.

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه و طراحی:

• مطالعات ژئوتکنیک برای تعیین نوع خاک و سطح آب زیرزمینی.

• طراحی عرض و عمق ترانشه با توجه به قطر لوله و نیازهای پروژه.

۲. آماده‌سازی محل:

• علامت‌گذاری مسیر ترانشه و تعیین محل انبار خاک.

• نصب علائم هشداردهنده و مسیرهای جایگزین برای ترافیک.

۳. خاکبرداری:

• شروع حفاری با بیل مکانیکی یا دستی.

• حمل خاک به خارج از محل با کامیون یا لودر.

۴. نصب لوله یا کابل:

• قراردادن لوله در ترانشه و اتصال قطعات (در صورت نیاز).

• استفاده از بالشتک ماسه‌ای برای پشتیبانی از لوله.

۵. پرکردن ترانشه:

• ریختن خاک بهصورت لایه‌لایه و متراکم‌کردن هر لایه با کمپکتور.

• بازگرداندن سطح زمین به حالت اولیه (در صورت نیاز).

۶. تست و بازرسی:

• تست فشار لوله (برای خطوط آب یا گاز).

• بازرسی بصری برای اطمینان از کیفیت اجرا.

۵. چالشها و راهکارها

• ریزش دیواره‌های ترانشه:

  • راهکار: استفاده از سیستم‌های مهاربندی یا کاهش شیب دیواره.

• تداخل با ترافیک شهری:

  • راهکار: اجرای پروژه در ساعات کم‌ترافیک یا ایجاد مسیرهای جایگزین.

• برخورد با موانع زیرزمینی (لوله‌ها یا کابل‌های قدیمی):

  • راهکار: بررسی دقیق نقشه‌های زیرزمینی قبل از شروع کار.

۶. مزایای حفاری باز

• سادگی اجرا: نیاز به فناوری‌های پیچیده ندارد.

• هزینۀ پایین: برای پروژه‌های کوچک و متوسط مقرون‌به‌صرفه است.

• انعطاف‌پذیری: امکان نصب انواع لوله و کابل با قطرهای مختلف.

۷. معایب حفاری باز

• تخریب سطح زمین: اختلال در ترافیک و محیط زیست.

• زمان اجرای طولانی: نسبت به روش‌های بدون حفاری.

• محدودیت در مناطق شهری: به‌دلیل تراکم زیرساخت‌ها.

۸. کاربردهای اصلی

• نصب خطوط آب، فاضلاب، گاز، و کابل‌های برق.

• تعمیر یا تعویض لوله‌های فرسوده در مناطق کم‌تراکم.

حفاری باز به‌عنوان یک روش ساده و قابل اعتماد، برای پروژه‌هایی که محدودیت‌های فنی یا مالی دارند، مناسب است. با این حال، در مناطق شهری یا پروژه‌های بزرگ، روش‌های بدون حفاری (مانند HDD یا میکروتونلینگ) ترجیح داده می‌شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

میکروتونلینگ (Microtunneling): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای میکروتونلینگ

میکروتونلینگ یک فناوری بدون حفاری باز برای نصب لوله ها با قطر کوچک تا متوسط (معمولاً ۶۰۰–۳۵۰۰ میلیمتر) است. این روش به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• روش هدایتشونده (Guided Microtunneling):

  • استفاده از سیستمهای هدایت لیزری یا ژیروسکوپی برای کنترل دقیق مسیر.

  • مناسب برای مسیرهای مستقیم یا منحنی با شعاع زیاد.

• روش غیرهدایتشونده (Unmanned Microtunneling):

  • بدون نیاز به اپراتور در داخل دستگاه.

  • ایدهآل برای مسیرهای کوتاه و مستقیم.

۲. محاسبات کلیدی

• طراحی مسیر:

  • شعاع خمش (R):
    R=(L2)/(8×D)+D/2​
    L=طول مسیر، D=عمق حفاریL=طول مسیر،D=عمق حفاری.

  • حداکثر زاویۀ انحراف: ۱-۲ درجه (برای دقت بالا).

• محاسبۀ نیروی رانش (Thrust Force):
  F=μ×W×L+Fسیال+Fخاک

  • μ=ضریب اصطکاک، W=وزن لوله، L=طول مسیر

  • Fسیال=مقاومت ناشی از سیال حفاری

  • Fخاک=مقاومت خاک

• فشار سیال حفاری:
  P=(Q×ρ)/A​
  Q=دبی سیال، ρ=چگالی، A=سطح مقطع چاه

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• دستگاه میکروتونلینگ (MTBM):

  • سر مته (Cutterhead): مجهز به تیغههای فولادی یا الماسه برای خاکهای سخت.

  • سیستم هدایت: لیزر، ژیروسکوپ، یا سیستم های اینرشیال.

  • سیستم رانش: جکهای هیدرولیک با ظرفیت ۱۰۰-۱۰۰۰ تُن.

• لوله های پیشساخته:

  • جنس: بتن مسلح، فولاد، یا GRP (فایبرگلاس).

  • اتصالات: آببند با گسکتهای لاستیکی.

• سیستم سیال حفاری:

  • دوغاب بنتونیت: برای روانکاری، خنک‌سازی، و حمل خاک.

  • پمپ و مخزن: تزریق مداوم سیال.

• سیستم جداسازی خاک:

  • هیدروسیکلون و فیلتر: جداسازی خاک از سیال حفاری.

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه و طراحی:

• مطالعات ژئوتکنیک برای تعیین نوع خاک و سطح آب زیرزمینی.

• طراحی مسیر با نرم‌افزارهای تخصصی (مانند Plaxis یا FLAC).

۲. حفر چاله های ورودی و خروجی:

• چالۀ ورودی (Launch Shaft): برای نصب دستگاه.

• چالۀ خروجی (Receiving Shaft): برای جمع‌آوری دستگاه پس از اتمام کار.

۳. نصب دستگاه میکروتونلینگ:

• مونتاژ دستگاه در چالۀ ورودی و اتصال به سیستم رانش.

• کالیبراسیون سیستم هدایت.

۴. فرآیند حفاری:

• شروع حفاری با سر مته و تزریق سیال حفاری.

• حمل خاک به سطح با سیستم پمپاژ.

• نصب لوله ها بهصورت مرحله ای با جک های هیدرولیک.

۵. هدایت و کنترل مسیر:

• نظارت بر مسیر با سیستم های لیزری یا ژیروسکوپی.

• اصلاح انحرافات با تنظیم جک های هیدرولیک.

۶. پایان کار و تست نهایی:

• خارج‌کردن دستگاه از چالۀ خروجی.

• تست فشار و آببندی لوله ها.

۵. چالش ها و راهکارها

• ریزش خاک:

  • راهکار: افزایش فشار سیال حفاری یا استفاده از افزودنی های پلیمری.

• برخورد با موانع (سنگ یا لوله های قدیمی):

  • راهکار: تغییر مسیر یا استفاده از متههای الماسه.

• انحراف از مسیر:

  • راهکار: کالیبراسیون دقیق سیستم هدایت و نظارت مداوم.

۶. مزایای میکروتونلینگ

• دقت بالا: انحراف کمتر از ۲۵ میلیمتر در مسیرهای طولانی.

• حداقل تخریب سطح: مناسب برای مناطق شهری و محیط‌ های حساس.

• سرعت اجرا: پیشروی ۱۰-۳۰ متر در روز (بسته به شرایط).

• امنیت: عدم نیاز به حضور اپراتور در داخل تونل.

۷. کاربردهای اصلی

• نصب خطوط فاضلاب، آب، و گاز.

• عبور از زیر رودخانه ها، بزرگراه ها، فرودگاه ها، و مناطق تاریخی.

میکروتونلینگ بهعنوان یک روش پیشرفته و دقیق، برای پروژه‌های زیرزمینی با نیاز به دقت بالا و حداقل اختلال در سطح زمین ایده‌آل است. انتخاب تجهیزات و روش اجرا به شرایط خاک، عمق، و طول مسیر بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حفاری افقی هدایت شده (HDD): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای HDD

HDD یک فناوری بدون حفاری باز برای نصب لوله ها و کابل ها در زیر زمین با عبور از موانعی مانند رودخانه ها، جاده ها یا سازه هاست. مراحل اصلی عبارتند از:

• حفاری مرحلۀ اولیه (پایلوت هول):

  • ایجاد یک چاه کوچک (قطر ۱۰۰-۲۰۰ میلیمتر) با استفاده از مته هدایت شونده و سیال حفاری.

  • مسیر با دستگاههای مکان‌یابی الکترونیکی (مانند سیستمهای Walkover یا Wireline) ردیابی میشود.

• گشادسازی (Reaming):

  • افزایش قطر چاه با استفاده از ریمر (Reamer) به اندازۀ ۱.۵ برابر قطر لوله نهایی.

• کشش لوله (Pullback):

  • لوله (مانند HDPE یا فولاد) از انتهای مسیر به داخل چاه کشیده میشود.

۲. محاسبات کلیدی

• طراحی مسیر حفاری:

  • شعاع خمش مجاز (R):
    R=(L2)/(8×D)+D/2​
    L=طول مسیر، D=عمق حفاریL=طول مسیر،D=عمق حفاری.

  • حداکثر زاویۀ خمش: ۸-۱۵ درجه (برای جلوگیری از شکست لوله).

• محاسبۀ نیروی کشش (Pull Force):
  F=μ×W×L+Fسیال​

  • μ=ضریب اصطکاک، W=وزن لوله، L=طول مسیر

  • Fسیال=مقاومت ناشی از سیال حفاری

• فشار سیال حفاری:
  P=(Q×ρ)/A​
  Q=دبی سیال، ρ=چگالی، A=سطح مقطع چاه

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• دستگاه HDD:

  • رانش و گشتاور: قابلیت رانش ۱۰۰-۱۰۰۰ تُن و گشتاور بالا برای خاکهای سخت.

  • سیستم کنترل: مانیتورینگ زاویۀ مته، فشار سیال، و موقعیت در لحظه.

• مته و ریمر:

  • مته پایلوت: مجهز به فرستندۀ موقعیت (Beacon).

  • ریمرهای مخروطی یا بالونی: برای گشادسازی چاه.

• سیستم سیال حفاری (Bentonite Slurry):

  • مخزن و پمپ: تزریق دوغاب بنتونیت برای روانکاری، خنک‌سازی، و جلوگیری از ریزش خاک.

• لوله های HDPE:

  • مقاوم در برابر خوردگی و انعطاف پذیر (با درجۀ DR مناسب).

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه و طراحی:

• مطالعات ژئوتکنیک برای تعیین نوع خاک، سطح آب زیرزمینی، و موانع.

• طراحی مسیر با نرم‌افزارهای تخصصی (مانند BoreAid یا DrillPath).

۲. حفاری پایلوت هول:

• شروع حفاری از چالۀ ورودی با زاویۀ ۸-۱۵ درجه.

• ردیابی مسیر با دستگاه Walkover یا Gyro-Based.

۳. گشادسازی چاه:

• جایگزینی مته با ریمر و افزایش تدریجی قطر چاه.

• تزریق مداوم سیال حفاری برای پایداری دیواره.

۴. کشش لوله:

• اتصال لوله به ریمر و کشش آن از چالۀ خروجی به ورودی.

• نظارت بر فشار کشش و همترازی لوله.

۵. تست و بازرسی:

• تست فشار لوله (برای خطوط آب یا گاز).

• پرکردن فضای خالی با دوغاب سیمانی (در صورت نیاز).

۵. چالشها و راهکارها

• ریزش خاک:

  • راهکار: افزایش چگالی سیال حفاری یا استفاده از افزودنیهای پلیمری.

• برخورد با موانع (سنگ یا لولههای قدیمی):

  • راهکار: تغییر مسیر با سیستم هدایت دقیق یا استفاده از متههای الماسه.

• خمش بیش از حد لوله:

  • راهکار: کاهش سرعت کشش و انتخاب لوله با قابلیت انعطاف بالا (مانند HDPE).

۶. مزایای HDD

• حداقل تخریب سطح: مناسب برای مناطق شهری و محیط‌های حساس.

• عبور از عمق زیاد: تا ۵۰ متر عمق و ۲ کیلومتر طول.

• سرعت اجرا: نصب ۵۰۰-۱۰۰۰ متر در روز (بسته به شرایط).

۷. کاربردهای اصلی

• نصب خطوط آب، گاز، فاضلاب، و کابل های فیبر نوری.

• عبور از زیر رودخانه ها، بزرگراه ها، فرودگاه ها، و مناطق تاریخی.

HDD به عنوان یک روش پیشرفته و پایدار، جایگزین مناسبی برای حفاری باز است. موفقیت پروژه به دقت در طراحی مسیر، انتخاب تجهیزات، و مدیریت سیال حفاری وابسته است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اسپیرال وایندینگ (Spiral Winding): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای اسپیرال وایندینگ

اسپیرال وایندینگ یک روش بدون حفاری برای بازسازی لوله های فرسوده با نصب یک لاینر مارپیچی در داخل لوله موجود است. این روش به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• روش مکانیکی:

  • استفاده از دستگاه خودکار برای پیچاندن نوارهای پلیمری (مانند PVC یا HDPE) به صورت مارپیچ.

  • مناسب برای لوله های با قطر ۲۰۰–۳۰۰۰ میلیمتر.

• روش دستی:

  • نصب دستی نوارها در لوله های کوتاه یا با دسترسی محدود.

• انواع لاینر:

  • نوارهای توخالی (Hollow Strip): برای انتقال سیالات با فشار کم.

  • نوارهای توپر (Solid Strip): برای تحمل فشارهای خارجی (مانند خاک و ترافیک).

۲. محاسبات کلیدی

• محاسبه تعداد دورهای مارپیچ (N):
  N=(L)/(W×cos(θ))​
  L=طول لوله، W=عرض نوار، θ=زاویۀ مارپیچ

• مقاومت سازهای لاینر:

  • تحمل فشار خارجی (خاک):
    Pcr​=(2E​/(1−ν2))(t/D​)3
    E=مدول الاستیسیته لاینر، ν=نسبت پواسون، t=ضخامت نوار، D=قطر لوله

  • تحمل بار ترافیکی: با استفاده از معادلۀ آمریکن آسوشیتد استیت هایوی (AASHTO).

• کاهش قطر مؤثر:
  Dnew​=Dold​−2t (در صورت عدم استفاده از فیلر).

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• دستگاه وایندینگ:

  • موتور الکتریکی: برای چرخش نوار با سرعت کنترل شده.

  • سیستم هدایت نوار: غلتکهای فولادی برای جلوگیری از پیچش ناخواسته.

  • حسگرهای فشار و کشش: برای تنظیم نیروی وایندینگ.

• نوارهای پلیمری:

  • جنس: PVC، HDPE، یا کامپوزیتهای فایبرگلاس (GRP).

  • ویژگیها: مقاوم در برابر خوردگی، انعطافپذیر، و دارای اتصال قفل شونده (Interlocking).

• فیلرهای آببندی:

  • رزین اپوکسی یا پلیاورتان برای پرکردن فضای بین مارپیچ و لوله قدیمی.

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه:

• بازرسی لوله با دوربین CCTV برای شناسایی شکستگیها و رسوبات.

• اندازهگیری دقیق قطر و زبری سطح داخلی.

۲. پاکسازی لوله:

• استفاده از جتهای آب پرفشار یا دستگاههای مکانیکی (مثل روتاری رودر) برای حذف رسوبات.

۳. نصب دستگاه وایندینگ:

• قراردادن دستگاه در چالۀ ورودی (Launch Pit) و اتصال نوار پلیمری به سر مارپیچ.

۴. فرآیند وایندینگ:

• چرخش نوار بهصورت مارپیچ در داخل لوله قدیمی با زاویۀ ۳۰–۶۰ درجه.

• قفل شدن خودکار نوارها با سیستم Interlocking.

۵. تزریق فیلر (در صورت نیاز):

• پرکردن فضای خالی بین لوله قدیمی و لاینر با رزین یا دوغاب سیمانی.

۶. اتصال انتهاها:

• برش لاینر اضافی و نصب فلنج یا اتصالات آببند.

۷. تست نهایی:

• بازرسی با CCTV و تست آببندی با هوا یا آب.

۵. چالشها و راهکارها

• ناهمترازی مارپیچ:

  • راهکار: استفاده از غلتکهای هدایتگر و تنظیم زاویۀ وایندینگ.

• کاهش ظرفیت هیدرولیکی:

  • راهکار: انتخاب نوارهای با سطح صیقلی یا افزایش قطر لاینر.

• شکست اتصالات Interlocking:

  • راهکار: استفاده از نوارهای با ضخامت بالاتر و تست کششی نمونه ها.

۶. مزایای اسپیرال وایندینگ

• کاهش هزینه ها: عدم نیاز به حفاری گسترده و تخریب سطح.

• انعطاف پذیری: اجرا در لوله های با مسیرهای منحنی یا قطر متغیر.

• سرعت اجرا: نصب تا ۵۰ متر در ساعت.

• عمر طولانی: تا ۵۰ سال با مواد پلیمری باکیفیت.

۷. کاربردهای اصلی

• بازسازی لوله های فاضلاب، آب باران، و انتقال سیالات غیرفشار.

• عبور از زیر جادهها، ساختمانها، یا مناطق حساس زیست محیطی.

اسپیرال وایندینگ به عنوان یک روش مقرون بهصرفه و پایدار، برای بازسازی لوله های فرسوده بدون اختلال در ترافیک شهری ایده آل است. انتخاب نوارها (توخالی/توپر) و فیلرها به شرایط لوله موجود و نیازهای پروژه بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لاینینگ (Slip Lining): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای لاینینگ

این روش برای بازسازی لوله های فرسوده بدون حفاری گسترده با قراردادن لوله جدید در داخل لوله قدیمی استفاده میشود. انواع اصلی عبارتند از:

• لاینینگ پیوسته (Continuous Slip Lining):

  • استفاده از لوله های پلیاتیلن (HDPE) یا PVC که بهصورت پیوسته جوش داده شده و به داخل لوله قدیمی کشیده میشوند.

  • مناسب برای لوله های با طول زیاد و قطر متوسط (تا ۱۲۰۰ میلیمتر).

• لاینینگ قطعهای (Segmental Slip Lining):

  • استفاده از لوله های کوتاه (مانند GRP یا فولاد) که به صورت قطع های در داخل لوله قدیمی نصب میشوند.

  • مناسب برای لوله های با قطر بزرگ یا مسیرهای پیچیده.

۲. محاسبات کلیدی

• محاسبه قطر لوله جدید:
  Dnew=Dold−2×tliner−فاصلۀ آزاد

  • tliner​=ضخامت لاینر.

  • کاهش قطر لوله باید بهگونهای باشد که حداقل ۸۵٪ ظرفیت هیدرولیکی لوله قدیمی حفظ شود.

• محاسبه افت فشار پس از نصب:

  • استفاده از معادلۀ منینگ یا هیزن-ویلیامز با در نظر گرفتن قطر کاهشیافته و زبری لاینر.

  • مثال:
    Q=n1​×A×R2/3×S1/2
    n=ضریب زبری منینگ، A=سطح مقطع، R=شعاع هیدرولیک

• نیروی کششی مورد نیاز:
  Fpull​=μ×W×L+Fbending​

  • μ=ضریب اصطکاک، W=وزن لوله جدید، L=طول مسیر

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• سیستم کششی:

  • وینچ هیدرولیک با ظرفیت ۲۰-۱۰۰ تُن (بسته به قطر و جنس لوله).

  • غلتک های هدایتگر برای جلوگیری از آسیب به لوله جدید در هنگام کشش.

• لوله جدید:

  • HDPE: مقاوم در برابر خوردگی و انعطافپذیر (برای مسیرهای منحنی).

  • GRP (فایبرگلاس): سبک و مقاوم در برابر فشارهای خارجی.

• دستگاه جوش HDPE:

  • برای اتصال لوله های پلیاتیلن با روش الکتروفیوژن یا بات فیوژن.

• پمپ تزریق دوغاب:

  • برای پرکردن فضای حلقوی بین لوله قدیمی و جدید با دوغاب سیمانی یا رزین.

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه:

• بازرسی لوله قدیمی با دوربین CCTV برای شناسایی شکستگیها، رسوبات، یا انحرافات.

• اندازه گیری دقیق قطر و زبری سطح داخلی.

۲. پاکسازی لوله قدیمی:

• استفاده از دستگاه رودور (Rodder) یا جتهای آب پرفشار برای حذف رسوبات و زباله ها.

۳. آماده سازی لوله جدید:

• جوشکاری لوله های HDPE بهصورت پیوسته در محل پروژه.

• نصب سر هدایتگر (Leading Edge) برای کاهش اصطکاک در حین کشش.

۴. کشش لوله جدید:

• لوله جدید از طریق چالۀ ورودی (Launch Pit) به داخل لوله قدیمی کشیده میشود.

• نیروی کششی توسط وینچ هیدرولیک اعمال شده و همترازی لوله با سنسورهای نوری کنترل میشود.

۵. تزریق دوغاب:

• فضای خالی بین لوله قدیمی و جدید با دوغاب سیمانی یا رزین اپوکسی پر میشود تا از حرکت جانبی لاینر جلوگیری شود.

۶. تست نهایی:

• تست فشار آب یا هوا برای اطمینان از آببندی.

• بازرسی نهایی با CCTV.

۵. چالشها و راهکارها

• کاهش قطر لوله:

  • راهکار: استفاده از لاینرهای با سطح داخلی صیقلی (مانند HDPE) برای جبران افت فشار.

• انسداد در مسیر کشش:

  • راهکار: پیشپاکسازی دقیق لوله قدیمی و استفاده از سر هدایتگر با قابلیت عبور از موانع.

• ترک خوردگی لوله جدید در حین کشش:

  • راهکار: محدودکردن نیروی کششی و استفاده از لوله های با مقاومت کششی بالا (مثلاً HDPE با گرید PE100).

۶. مزایای لاینینگ

• کاهش هزینه ها: نیاز به حفاری محدود و عدم تخریب سطح معابر.

• سرعت اجرا: نصب تا ۱۰۰ متر در روز (بسته به شرایط).

• افزایش عمر لوله: تا ۵۰ سال با استفاده از مواد مقاوم.

۷. کاربردهای اصلی

• بازسازی لوله های آب، فاضلاب، و گاز با قطر ۱۰۰-۱۲۰۰ میلیمتر.

• عبور از زیر جاده ها، رودخانه ها، یا مناطق تاریخی بدون آسیب به محیط.

با استفاده از لاینینگ، شبکه های فرسوده با کمترین اختلال در زیرساختهای شهری بازسازی میشوند. انتخاب بین لاینینگ پیوسته و قطعی به عواملی مانند قطر لوله، انعطاف پذیری ماده، و بودجه پروژه بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لوله کشی جایگزین (Pipe Bursting): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روش های Pipe Bursting

این روش برای جایگزینی لوله های فرسوده بدون حفاری گسترده استفاده میشود و به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• روش استاتیک (Static Bursting):

  • استفاده از یک سر شکستن (Bursting Head) متصل به کابل یا میله های فولادی.

  • نیروی کششی توسط وینچ یا سیستم هیدرولیک اعمال میشود.

  • مناسب برای لوله های چدنی، بتن مسلح، یا سفالی.

• روش پنوماتیک (Pneumatic Bursting):

  • استفاده از ابزار ضربهای (Hammer Tool) که با فشار هوا یا هیدرولیک لوله قدیمی را خرد میکند.

  • مناسب برای خاک های سست یا لوله های پلیمری.

۲. محاسبات کلیدی

• محاسبه نیروی کششی (Pulling Force):
  Ftotal​=Fsoil​+Fpipe​+Ffriction​

  • Fsoil​=γ×D2×L×K
    γ=وزن مخصوص خاک، D=قطر لوله، L=طول مسیر، K=ضریب مقاومت خاک

  • Fpipe​=σ×A
    σ=مقاومت کششی لوله قدیمی، A=سطح مقطع

  • Ffriction=μ×NFfriction​=μ×N
    μ=ضریب اصطکاک، N=نیروی عمودی

• محاسبه حجم جابه جایی خاک:
  V=π×(Rnew2​−Rold2​)×L

  • برای جلوگیری از بالازدگی خاک (Heaving)، حجم خاک جابهجا شده باید کمتر از ظرفیت تحمل زمین باشد.

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• سر شکستن (Bursting Head):

  • جنس فولاد سخت کاری شده با لبه های تیز یا کاربید تنگستن.

  • قطر سر باید ۲۰-۳۰٪ بزرگتر از لوله جدید باشد.

• سیستم کششی:

  • وینچ هیدرولیک با ظرفیت نیروی ۱۰۰-۵۰۰ تُن.

  • میله های فولادی توخالی (Rods) یا کابل های فولادی.

• لوله جدید:

  • معمولاً از جنس HDPE یا PVC با درجه بندی فشار (DR) مناسب.

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه:

• بازرسی لوله قدیمی با دوربین CCTV برای شناسایی شکستگی ها یا انسداد.

• تعیین عمق، جنس لوله، و شرایط خاک.

۲. حفر چاله های ورودی و خروجی:

• چاله ورودی (Launch Pit): برای نصب دستگاه.

• چاله خروجی (Receiving Pit): برای جمع آوری لوله شکسته شده.

۳. نصب دستگاه:

• سر شکستن به لوله جدید متصل میشود.

• سیستم کششی (وینچ یا پنوماتیک) در چاله ورودی نصب میشود.

۴. فرآیند شکستن و جایگزینی:

• سر شکستن به داخل لوله قدیمی هدایت شده و با اعمال نیرو، لوله را خرد میکند.

• همزمان، لوله جدید به جای لوله شکسته شده کشیده میشود.

۵. کنترل و نظارت:

• نظارت بر نیروی کششی و همترازی لوله جدید با حسگرها.

• تست فشار و آببندی پس از نصب.

۵. چالش ها و راهکارها

• خطر بالازدگی خاک (Heaving):

  • راهکار: کاهش سرعت اجرا یا تزریق دوغاب به فضای خالی.

• برخورد با موانع ناشناخته (مانند سنگها):

  • راهکار: استفاده از سرهای شکستن با قابلیت خردکنندگی بالا.

• شکست لوله جدید در خاکهای سخت:

  • راهکار: انتخاب لوله با مقاومت کششی بالا (مانند HDPE با DR11).

۶. مزایای Pipe Bursting

• کاهش هزینه های حفاری و اختلال در ترافیک.

• افزایش قطر لوله تا ۵۰٪ نسبت به لوله قدیمی.

• امکان اجرا در عمق های زیاد (تا ۱۰ متر).

با استفاده از این روش، شبکه های آب فرسوده با حداقل تخریب سطح زمین بازسازی میشوند. انتخاب روش مناسب (استاتیک یا پنوماتیک) به جنس لوله قدیمی، شرایط خاک، و بودجه پروژه بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب