Metoda renowacji wykładziną z rur ciągłych jest uniwersalna. Zaczęto ją stosować w latach sześćdziesiątych XX w. w Kanadzie. Znalazła zastosowanie nie tylko przy rehabilitacji technicznej przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych, ale także gazowych.
Renowacja przewodów kanalizacyjnych
Renowacja przewodu kanalizacyjnego obejmuje co najmniej jeden cały odcinek pomiędzy studzienkami rewizyjnymi. Celem renowacji może być tylko uszczelnienie przewodu lub zarówno uszczelnienie, jak i wzmocnienie jego konstrukcji – można wówczas mówić o rekonstrukcji.
Renowacja z użyciem wykładziny z rur ciągłych
Metoda renowacji wykładziną z rur ciągłych jest uniwersalna. Zaczęto ją stosować w latach sześćdziesiątych XX w. w Kanadzie. Znalazła zastosowanie nie tylko przy rehabilitacji technicznej przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych, ale także gazowych. Metoda ta, znana także pod nazwami sliplining, relining klasyczny, relining długi, relining ciągły, a także jako „rura w rurę”, polega na wciągnięciu do odnawianego odcinka przewodu ciągłej rury z PEHD lub PP o średnicy zewnętrznej mniejszej niż średnica wewnętrzna tego przewodu. Taką ciągłą rurę o długości sięgającej nawet kilkuset metrów uzyskuje się przez łączenie ze sobą na powierzchni terenu kolejnych odcinków metodą zgrzewania doczołowego. Jakość połączeń, jeżeli są wykonane zgodnie z instrukcją, jest zwykle bardzo dobra. Powstała przestrzeń pierścieniowa pomiędzy naprawianym kanałem a wciąganą rurą jest zwykle wypełniana lekką zaprawą na bazie cementu i popiołów w celu stabilizacji położenia nowej rury, zapobieżenia przyszłemu osiadaniu gruntu po załamaniu konstrukcji starego kanału oraz w celu zapobieżenia niekontrolowanej migracji gazów, np. ze znajdującego się w pobliżu rozszczelnionego gazociągu. Ze względu na coraz większe zapotrzebowanie na takie prace powstają firmy specjalizujące się w iniektowaniu pustych przestrzeni pierścieniowych.
Zakres średnic przy renowacji wykładziną z rur ciągłych jest praktycznie nieograniczony, z tym że dobór rury z oferowanego typoszeregu należy przeprowadzić na podstawie obliczeń statyczno-wytrzymałościowych. W obliczeniach należy uwzględnić wszystkie stany obciążeń, w tym stan podczas wypełniania przestrzeni pierścieniowej lekkim iniektem (konieczność uwzględnienia siły wyporu oraz stateczności na wyboczenie). Minimalizowanie zmiany profilu podłużnego kanału poddawanego renowacji można zapewnić przez utrzymanie możliwie niskiego położenia wciągniętej rury podczas wypełniania iniektem szczeliny pierścieniowej. Uzyskuje się to przez jej wypełnienie wodą oraz zastosowanie iniektu o możliwie niskiej gęstości (najlepiej o gęstości niższej niż gęstość wody) bądź wykonuje się iniekcję w dwóch lub trzech etapach, czekając aż iniekt po każdym kolejnym etapie stwardnieje. Schemat renowacji z użyciem rury ciągłej przedstawiono na rys. 1 [14].
Rys. 1 Schemat renowacji z użyciem rury ciągłej
Renowacja z użyciem wykładziny z rur segmentowych
Metoda renowacji z użyciem rur segmentowych jest bardzo uniwersalna, ale praktyczne zastosowanie ma tylko przy rehabilitacji technicznej przewodów kanalizacyjnych (o przekrojach przełazowych i nieprzełazowych). Znana jest także pod nazwą relining krótki lub relining modułowy. Idea metody renowacji z użyciem rur segmentowych jest podobna do renowacji z użyciem rur ciągłych. Zasadnicza różnica polega na tym, że ciągłą rurę wprowadzaną do uszkodzonego przewodu kanalizacyjnego tworzymy z krótkich segmentów rurowych nie na powierzchni terenu, lecz na dnie studzienki rewizyjnej dla małych średnic (do DN 600) lub w odpowiednio zaprojektowanym wykopie montażowym (w przypadku większych średnic). Powstała przestrzeń pierścieniowa jest zwykle wypełniania lekką zaprawą na bazie cementu i popiołów w celu stabilizacji położenia nowej rury, zapobieżenia przyszłemu osiadaniu gruntu po załamaniu konstrukcji starego kanału oraz w celu zapobieżenia niekontrolowanej migracji gazów, np. ze znajdującego się w pobliżu rozszczelnionego gazociągu. Schemat renowacji z użyciem wykładziny z rur segmentowych pokazano na rys. 2 [5].
Rys. 2 Schemat renowacji z użyciem wykładziny z rur segmentowych:
A – kołowa płyta dociskowa ze stali, B – kolejny wciągany moduł, C – głowica prowadząca
Renowacja z użyciem wykładziny z rur ściśle pasowanych
Metoda z użyciem rur ściśle pasowanych znajduje zastosowanie przy rehabilitacji technicznej nie tylko przewodów kanalizacyjnych, ale także wodociągowych i gazowych. Znana jest także pod nazwą relining typu close fit lub renowacja wykładziną z rur ciasno pasowanych. Na naszym rynku jest dostępnych kilka różnych technologii z grupy close fit, m.in. U-Liners, Compact Pipe, Omega-Liner, Swagelining, Subline, Roll down. Renowacja wykładziną z rur ściśle pasowanych polega na wciągnięciu do odnawianego odcinka przewodu ciągłej rury z PEHD lub PVC o średnicy zewnętrznej równej średnicy wewnętrznej tego przewodu. Przekrój poprzeczny wciąganej rury jest czasowo zmniejszony, a po zakończeniu wciągania przekrój jest powiększany w procesie mechaniczno-termicznym, dzięki czemu wciągnięta rura ściśle przylega do przewodu poddanego renowacji (nie powstaje przestrzeń pierścieniowa wymagająca wypełnienia iniektem).
W zależności od rodzaju i średnicy przewodu poddawanego renowacji wykładzina z rur ściśle pasowanych może być wprowadzana przez studzienki kanalizacyjne lub z wykopu montażowego (konieczna wycinka fragmentu przewodu). Długość odcinka wykładziny w przypadku małych średnic może dochodzić do kilkuset metrów. Otwieranie zamkniętych wykładziną przyłączy odbywa się z wykorzystaniem specjalistycznych robotów. Idea metody przedstawiona jest na rys. 3 [11].
Rys. 3 Idea metody renowacji wykładziną z rur ściśle pasowanych prefabrykowanych
Renowacja z użyciem rur utwardzanych na miejscu (wykładziny CIPP)
Metoda CIPP (ang. Cured In Place Pipe), znajdująca zastosowanie przy rehabilitacji technicznej przewodów kanalizacyjnych, znana jest także pod nazwą renowacji z zastosowaniem wykładzin CIPP lub też potocznie jako renowacja tzw. rękawem. W PN-EN 13689 wykładziny CIPP są określane jako „wykładziny z rur utwardzanych na miejscu”, co jest dosłownym tłumaczeniem angielskiego skrótu CIPP. W Polsce stosowanych jest kilkanaście rodzajów wykładzin CIPP. Wykładziny wykonane są z materiału kompozytowego składającego się ze specjalnej włókniny syntetycznej lub tkaniny z włókien szklanych o grubości od kilku do kilkudziesięciu milimetrów (grubość wynika z obliczeń statyczno-wytrzymałościowych), nasyconej żywicą poliestrową, epoksydową lub winyloestrową. Wykładzina od strony zewnętrznej powleczona jest najczęściej folią z poliuretanu (PU) lub z polietylenu (PE). Nasycanie wykładziny żywicą może odbywać się u producenta lub na placu budowy, przy czym lepszą jakość tego kluczowego procesu (eliminacja pęcherzyków powietrza ze struktury ścianki) daje zwykle impregnacja u producenta i dostarczenie rękawa w chłodni. Nieutwardzona wykładzina jest wiotka i dopasowuje się do dowolnego przekroju poprzecznego. Tak więc wykładziny CIPP mogą być również stosowane do renowacji przewodów kanalizacyjnych o przekrojach niekołowych. Należy podkreślić, że wykładzina CIPP jedynie przylega od przewodu, a nie jest do niego przyklejona. Zakres średnic stosowanych wykładzin CIPP wynosi od DN 200 do DN 3000. Ich długość może dochodzić do kilkuset metrów (dla małych średnic). W przypadku dużych średnic renowacji poddaje się zwykle odcinki kanału między kolejnymi studzienkami.
Ograniczenie wynika z dużego ciężaru. Na polskim rynku stosowane są zasadniczo dwa rodzaje wykładzin CIPP przeznaczonych do renowacji przewodów kanalizacyjnych:
– starsza odmiana wykładzin w postaci mat z włókien poliestrowych o strukturze filcowej nasyconych żywicami poliestrowymi (NF) utwardzanymi termicznie (gorącą wodą lub parą);
– nowsze rozwiązanie materiałowe w postaci tkaniny z włókien szklanych nasyconych żywicami poliestrowymi (GRP UV) utwardzanymi promieniami UV.
Wprowadzanie wykładziny CIPP może się odbywać przez studzienkę kanalizacyjną lub wykop montażowy (konieczność wykonania wycinki odcinka przewodu) przez inwersję lub wciąganie. Przy renowacji z zastosowaniem wykładziny CIPP typu NF można wyróżnić następujące zasadnicze etapy:
– I etap to wprowadzanie wykładziny do uszkodzonego przewodu kanalizacyjnego po jego dokładnym oczyszczeniu (rys. 4) [15];
– II etap to utwardzanie rękawa, na rys. 5 [15] pokazano utwardzanie termiczne poprzez podgrzewanie wody wypełniającej wprowadzoną wykładzinę;
– III etap to otwieranie przyłączy zamkniętych utwardzoną wykładziną. W przypadku przekrojów nieprzełazowych robi się to z wykorzystaniem specjalistycznych robotów.
Rys. 4 Wprowadzanie wykładziny CIPP do przewodu kanalizacyjnego metodą inwersyjną z wykorzystaniem ciśnienia hydrostatycznego słupa wody
Bezwykopowa wymiana przewodów
Bezwykopowa wymiana stosowana jest zarówno w przypadku przewodów kanalizacyjnych, jak i wodociągowych, przy czym dla poszczególnych technologii istnieją wyraźne uwarunkowania materiałowe. W ramach tej metody można wyróżnić dwie grupy technologii. Pierwsza grupa to technologie, w których specjalne głowice niszczą konstrukcję starego kanału, a jej rozdrobnione elementy pozostają w otaczającym ośrodku gruntowym. Do tej grupy można zaliczyć berstlining. Bezpośrednio za specjalną głowicą niszczącą wciągana jest nowa ciągła rura (najczęściej z PEHD) o średnicy równej lub większej od starej rury. Ponieważ wciągana rura może zostać porysowana przez ostre krawędzie fragmentów starego kanału, celowe jest stosowanie rur warstwowych, wyposażonych w zewnętrzną warstwę ochronną. Drugą grupę stanowią technologie, które zakładają usunięcie starej konstrukcji z gruntu, np. technologia pipe eating.
Rys. 5 Termiczne utwardzanie wykładziny CIPP przez podgrzewanie wypełniającej ją wody
Berstlining
Metoda berstliningu najlepiej sprawdza się w przypadku kanałów z materiałów kruchych – betonu niezbrojnego, kamionki lub żeliwa szarego o średnicach w przedziale DN 100–DN 600.
W pierwszym etapie robót należy odciąć istniejące przyłącza do kanału przeznaczonego do wymiany. Za głowicą wciągana jest ciągła rura z PEHD lub kolejne krótkie moduły rurowe z tworzyw sztucznych łączone zatrzaskowo. Rozdrobnione fragmenty starego kanału po jego zniszczeniu pozostają w gruncie. Istotne jest, że średnica zewnętrzna nowej rury może być większa od starej. Prowadzenie robót metodą berstliningu odbywa się najczęściej ze studzienek rewizyjnych. Przy występowaniu wody gruntowej jej poziom należy obniżyć tak, aby znalazł się poniżej przewodu. W berstliningu dynamicznym do głowicy zamocowana jest stalowa lina, która po przeciągnięciu przez odcinek wymienianego kanału jest połączona z wyciągarką ustawioną nad kolejną studzienką. W trakcie pracy głowicy lina jest naciągnięta, co zapewnia zgodność trasy przejścia głowicy i osi podłużnej kanału. Głowica ma napęd pneumatyczny i działa pulsacyjnie na zasadzie tzw. kreta, co szczegółowo opisano w pracy [8]. Schemat wymiany odcinka przewodu kanalizacyjnego metodą berstliningu pokazano na rys. 6 [13].
Rys. 6 Schemat bezwykopowej wymiany przewodu metodą berstliningu
Pipe eating
Metoda pipe eating, znana także pod nazwami pipe replacement lub Crush-Lining, jest odmianą metody mikrotunelowania przeznaczoną do bezwykopowej wymiany rurociągów podziemnych wykonanych z materiałów kruchych, takich jak np. beton niezbrojony, kamionka i żeliwo o średnicach powyżej DN 300. Metoda polega na usunięciu konstrukcji starego rurociągu i wprowadzeniu na jego miejsce nowego przewodu o średnicy zewnętrznej równej lub większej od dotychczasowej. W metodzie tej nie ma ograniczeń, jeżeli chodzi o skalę powiększenia średnicy rurociągu. Urabianie gruntu i jednoczesne niszczenie starego przewodu odbywa się za pomocą zdalnie sterowanej maszyny do mikrotunelowania. Usuwanie urobku może odbywać się transportem mechanicznym (transporter ślimakowy i taśmowy) lub transportem hydraulicznym – z zastosowaniem płuczki. Zasady metody pipe eating przedstawia rys. 7 [8].
Rys. 7 Schemat wymiany przewodów kanalizacyjnych metodą pipe eating
Wybór metody odnowy – kryteria
Przy wyborze metody rehabilitacji technicznej przewodów kanalizacyjnych należy uwzględnić zagadnienia formalnoprawne oraz inne kryteria. Zestaw tych kryteriów może się zmieniać i być rozszerzany w zależności od specyfiki planowanego zadania. Jako podstawowe można przyjąć kryteria: techniczne, ekonomiczne, ekologiczne, społeczne oraz prognozy.
Bardziej szczegółową analizę zagadnienia można znaleźć m.in. w pracach [5, 6].
Prawidłowe podejście do planowanego zadania
Aby planowane zadanie obejmujące rehabilitację techniczną określonego odcinka przewodu kanalizacyjnego zakończyło się sukcesem, należy prawidłowo zrealizować jego kolejne etapy. Pominięcie lub błędy popełnione na którymkolwiek z etapów mogą spowodować, że poniesione nakłady nie dadzą oczekiwanych rezultatów. Poniżej wymieniono poszczególne etapy odnowy przewodu:
– prawidłowa ocena stanu technicznego przewodu,
– opracowanie koncepcji rehabilitacji technicznej i jej weryfikacja w niezależnej jednostce (analiza i dobór metod dostępnych i przydatnych technicznie dla rozpatrywanego przypadku z uwzględnieniem różnych kryteriów),
– opracowanie wstępnego projektu konstrukcyjnego oraz jego weryfikacja,
– opracowanie specyfikacji przetargowej na projekt i realizację z określeniem kryteriów odbioru (weryfikacja projektu w niezależnej jednostce),
– przetarg,
– realizacja projektu,
– odbiór techniczny.
Wnioski
Mimo że bezwykopowe metody rehabilitacji technicznej są od wielu lat stosowane w Polsce, popełniane są błędy. Często wynikają one z braku wiedzy na temat metod obliczeniowych oraz ograniczeń dla poszczególnych technologii. Powodem błędów jest także z fakt, że podstawowym kryterium wyboru ofert jest wciąż najniższa cena. W rezultacie firma, która wygrała przetarg, próbuje zmieścić się z zdeklarowanych kosztach. Czasem nie jest to możliwe i wtedy zaczynają się poszukiwania możliwości zmniejszenia tych kosztów, co może prowadzić do obniżenia jakości. Warto, aby zleceniodawca, mając swój kosztorys inwestorski, eliminował oferty wyraźnie odbiegające zarówno w dół, jak i w górę. Bardzo często program badań w ramach odbiorów technicznych jest bardzo ograniczony w stosunku do zakresu, który przewidują stosowne normy. Dotyczyto szczególnie rehabilitacji rękawami CIPP utwardzanymi na miejscu. Najbardziej narażone na błędy obliczeniowe są przypadki renowacji wykładzinami CIPP przewodów kanalizacyjnych o przekrojach niekołowych. Ta technologia jest też najbardziej wrażliwa na popełniane błędy. Skutki tych błędów przedstawiono w pracy [4].
dr Andrzej Kolonko
Politechnika Wrocławska
Literatura
1. Ch. Berger, Ch. Falk, Zustand der Kanalisation in Deutschland; Ergebnisse der DWA-Umfrage 2009, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. 2009.
2. A. Biedrzycka, Za mało pieniędzy na inwestycje, rozmowa z Antonim Tokarczukiem, dyrektorem Izby Gospodarczej „Wodociągi Polskie”, „Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne” nr 2/2008.
3. GUS, Infrastruktura komunalna w 2010 roku.
4. A. Kolonko, Badania i odbiory techniczne rękawów CIPP a ich trwałość, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 5/2008.
5. A. Kolonko i in., Standard Izby Gospodarczej „Wodociągi Polskie” Podstawy bezwykopowej rehabilitacji technicznej przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych na terenach zurbanizowanych, Bydgoszcz 2010.
6. E. Kuliczkowska, Kryteria planowania bezwykopowej odnowy nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych, Monografie Studia Rozprawy M3, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2008.
7. A. Kuliczkowski i in., Technologie bezwykopowe w inżynierii środowiska, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2010.
8. C. Madryas, A. Kolonko, A. Szot, L. Wysocki, Mikrotunelowanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2006.
9. Materiały informacyjne firmy INFRA SA.
10. Materiały informacyjne firmy PFEIFER GmbH.
11. Materiały informacyjne firmy Ramber Slovakia s.r.o.
12. Materiały informacyjne firmy STRABAG.
13. Materiały informacyjne firmy Tracto Technik GmbH & Co. KG.
14. Materiały informacyjne firmy WAVIN Metalplast-Buk Sp. z o.o.
15. Materiały informacyjne firmy ZISBD Wrocław.
16. R. Pecher, Kanalsanierung zwischen Qualitaetsanspruch und Wertverfall, niepublikowany referat wygłoszony w IKT, Gelsenkirchen 2006.
17. PN-EN 13689:2004 Zalecenia dotyczące klasyfikacji i projektowania systemów przewodów rurowych z tworzyw sztucznych stosowanych do renowacji.
18. U. Winkler, „Abwasserkanaele der vergrabene Schatz“, 10. Deutscher Schlauchliner – Tag. Hannover 2010.
