Przewodnik po metodach wyboru bezwykopowych technik budowy i wymiany podziemnych instalacji.pdf

oprogramowanie

Przewodnik po metodach wyboru

bezwykopowych technik budowy

i wymiany podziemnych instalacji

cia bezwykopową metodę instalacji lub wymiany

infrastruktury podziemnej, wykonawca projektu

może skorzystać z szeregu rozwiązań. Obecnie istnieje ponad

20 metod bezwykopowej budowy instalacji oraz co najmniej

7 sposobów renowacji wnętrza rury, spośród których wszyst-

kie mają jedyne w swoim rodzaju zalety i ograniczenia. Aby

ułatwić podejmowanie trafnych decyzji, Podkomitet Techno-

logii Bezwykopowych, należący do NUCA (National Utility

Contractors Association – Narodowego Stowarzyszenia Wyko-

nawców Infrastruktury), zdecydował się zlecić Centrum Tech-

nologii Bezwykopowych (CTG) opracowanie systemu wspo-

magającego dobór metody bezwykopowej.

Zadanie CTB polegało na przygotowaniu oprogramowania

umożliwiającego inżynierom szacowanie wykonalności róż-

norodnych projektów otwarto- i bezwykopowych oraz dobór

najlepszej dla danego obiektu metody bezwykopowej budowy

bądź jego renowacji. Program ten, nazwany TAG (Trenchless

Assessment Guide), został zaprojektowany jako kompatybilny

z oprogramowaniem Microsoft Windows XP i Windows 2000.

TAG uwzględnia zbiór danych wykonawczych, dotyczących

29 różnych metod bezwykopowych powszechnie wykorzysty-

wanych w budowie obiektów podziemnych. Podstawowym

założeniem tego projektu było opracowanie i napisanie algo-

rytmu, który będzie umożliwiał:

• przeprowadzenie rzetelnej ewaluacji projektu, pozwalającej

na wczesne wyeliminowanie nie odpowiadających danemu

obiektowi metod budowy;

• ocenę ryzyka związanego z wdrożeniem każdej z dostęp-

nych alternatyw;

• dostęp do rzetelnego źródła wiedzy oraz specjalistycznego do-

radztwa w dziedzinie wykorzystania metod bezwykopowych.

Program TAG posiada wbudowane bazy danych, zawierają-

ce szczegółowe informacje o 29 metodach konstrukcyjnych,

z których 20 to metody bezwykopowe, 7 to techniki renowacji

rękawem, a 2 to metody z wykorzystaniem otwartego wykopu.

W bazie znajduje się, zilustrowany kolorowym zdjęciem, dokład-

ny opis danej metody, spodziewany wpływ na środowisko, jaki

spowoduje jej zastosowanie, oraz zakres koniecznych prac od-

krywkowych. Znajdują się tam także informacje o technicznych

możliwościach danej metody, łącznie z minimalnymi i maksy-

malnymi parametrami dla średnicy rur, długości oraz głębokości

posadowienia instalacji. Zbiór ten uzupełniono o dane dotyczą-

ce 10 rodzajów najczęściej stosowanych rur i 10 najpowszech-

niej występujących typów gruntu oraz opisano ograniczenia

w wykorzystaniu konkretnej metody związane z występowa-

niem wód podziemnych.

D obierając optymalną dla danego przedsięwzię-

Rys. 1.

Rys. 2.

Rys. 3.

Prof. Erez Allouche Ph. D. P.E.

Louisiana Tech University

Inżynieria Bezwykopowa październik - grudzień 2006

oprogramowanie

Zebrane informacje mogą być na bieżąco aktualizowane

i poszerzane. Użytkownik z łatwością może uzupełniać bazę

o dane na temat nowej metody lub materiałów, z jakich mogą

być wykonane np. rury bądź też aktualizować informacje

na temat już istniejących metod (uwzględniając ich rozwój

i innowacyjne usprawnienia). Dzięki takiemu skonstruowa-

niu bazy, można się spodziewać, że dla wielu wykonawców

oprogramowanie TAG stanowić będzie użyteczne i istotne

narzędzie przy podejmowaniu decyzji. Rys. 1 przedstawia

przykładowy wyciąg z bazy danych TAG dla przecisków.

Ocena techniczna danego projektu zaczyna się od zde-

finiowania typu problemu, z jakim użytkownik ma do czy-

nienia. Przyjęło się uważać, że wszelkie problemy związane

z obiektami podziemnymi można opisać na dwa sposoby:

jako problemy strukturalne lub wydajnościowe. Projektanci

TAG, chcąc usprawnić i przyspieszyć proces doboru opty-

malnej metody, wbudowali w program zestaw interaktyw-

nych pytań, który pozwala na stopniowe wyeliminowanie

poszczególnych metod konstrukcyjnych. Kolejnym krokiem

wyceny technicznej jest wprowadzenie do programu atry-

butów technicznych projektu i spodziewanych warunków

na miejscu budowy. Wymaga to wprowadzenia informacji

o (Rys. 2):

1. Długości planowanego przewiertu (należy uwzględnić także

pożądany poziom dokładności wiercenia w linii i w profilu);

2. Średnicy rury (użytkownik wybiera jeden lub więcej mate-

riałów z listy najpowszechniej używanych);

3. Głębokości instalacji /pokrycia/ (użytkownik identyfiku-

je trzy typy gruntu, które przeważają na terenie plano-

wanego projektu i określa procentowo ich występowa-

nie w całości gruntu in-situ wzdłuż trasy planowanego

przewiertu. Na tym etapie wprowadza się dane o stopniu

opadania lub przemieszczania istniejącego rurociągu,

pożądanej wielkości powiększenia średnicy i materiale,

z jakiego jest wykonana);

4. Poziomie wody gruntowej (użytkownik definiuje skalę, na

jaką może być prowadzony wykop, co umożliwia wyeli-

minowanie metod wykopowych już na samym początku

procesu).

Następnym krokiem po ewaluacji technicznej jest ocena ry-

zyka związanego z stosowaniem metod, które zostały uznane

za najbardziej odpowiednie dla projektu. W tym celu roz-

waża się cztery różne kategorie pośrednich i bezpośrednich

czynników ryzyka. W programie TAG stopień ryzyka przed-

stawiany jest za pomocą wskaźnika prawdopodobieństwa

niepożądanych komplikacji, powstałych w wyniku czynni-

ków ryzyka uwzględnionych w modelu.

Pierwsza kategoria to parametry instalacji: długość od-

cinka, średnica rury i grubość pokrywy. Na tym etapie

konkretne wartości zdefiniowane dla danego projektu

porównywane są do ograniczeń, jakie niesie każda z po-

zostałych metod. Wynik, przedstawiony w procentach,

określa się jako poziom ryzyka. Druga kategoria obli-

czania ryzyka to ocena kompatybilności wybranej me-

tody budowy z panującymi warunkami geologicznymi.

Dzieli się je na 10 kategorii, zależnie od typu gruntu,

określanego ze względu na ilość cykli sondy standardo-

wej potrzebnych do zagłębienia jej w gruncie na jednost-

kę długości (według ASTM 1452). TAG dzieli warunki

geologiczne na następujące typy: miękkie grunty spo-

iste (N<5), zbite grunty spoiste (5<N<15), sztywno-twar-

de grunty spoiste (N>15), luźne grunty lessowe (N<10),

średnie spoiste grunty lessowe ( 10<N<30), gęste grunty

lessowe (N>30), żwir, otoczaki i/lub głazy, piaskowiec

i skała. Spójność każdej z metod konstrukcyjnych z typa-

mi gruntu jest w bazie danych określany odpowiednimi

oznaczeniami:

• w pełni kompatybilne (Y);

• możliwie kompatybilne (P);

• niekompatybilne (N).

Jeśli warunki geologiczne zostaną określone jako połącze-

nie (Y) i (P) z wybraną metodą konstrukcji, wtedy metodę tę

określa się jako „dopuszczalną” i w zależności od długości trasy

uwzględnia się ryzyko na poziomie od bardzo niskiego do bar-

dzo wysokiego. Trzecia kategoria określania ryzyka oparta na

Indeksie SET (Specifications, Experience, Track Record) polega

na uwzględnieniu dostępności szczegółowej dokumentacji, do-

świadczeniu przy wykorzystaniu danej metody oraz zapisu jej

przebiegu. Klasyfikacja ryzyka za pomocą Indeksu SET opiera

się na sumie punktacji dla każdego z trzech parametrów, które

oblicza się na podstawie wartości wybranej przez użytkowni-

ka i przedstawia na skali od minimalnej wartości 3 do maksy-

malnej – 9. Ostatnia kategoria ryzyka uwzględnia dostępność

miejsca prowadzenia projektu oraz jego wpływ na środowi-

sko. Każda z metod ma przyznaną wartość ryzyka związaną

z potencjalnym wpływem na środowisko, opartą na tenden-

cji do osiadania i podnoszenia się (uszkodzenie nawierzchni,

chodników, sąsiadujących obiektów i fundamentów), korozji,

konieczności wycinania drzew i roślinności, stworzenia tym-

czasowego zagrożenia dla zdrowia i życia (otwarty wykop)

oraz przenikania płynów wiertniczych na powierzchnię.

Tych sześć wymienionych wyżej czynników ryzyka wykorzy-

stuje się następnie do obliczenia wskaźnika IRAIN (Initial Risk

Analysis Index Number). Jest to możliwe dzięki przyznaniu

przez użytkownika każdemu z czynników wartości od 0 do

100. Zebrane wielkości pozwalają wyliczyć wskaźnik IRAIN.

Inżynieria Bezwykopowa październik - grudzień 2006

oprogramowanie

Ostateczny krok polega na dostosowaniu wartości IRAIN do po-

ziomu dostępności terenu projektu. Użytkownik musi wybrać

opis najbliżej odpowiadający jego projektowi. Dostępność te-

renu rozpatruje się razem z ryzykiem, ponieważ pozwala ona

określić sposób odzyskiwania sprzętu straconego w trakcie wy-

konania projektu w razie niepowodzenia wykonawczego. Jeśli

nie ma możliwości odzyskania sprzętu, ogólna wartość ryzyka

przypisywana całemu projektowi automatycznie wzrasta. Wskaź-

nik IRAIN stanowi ostateczną ocenę ryzyka przedstawianą przez

program dla każdej z technicznie wykonalnych metod. Finalne

wyniki ewaluacji technicznej, procesu klasyfikacji i analizy ryzy-

ka, prezentowane są w formie przedstawionej na rys. 3.

Oczywiście, dane dotyczące ryzyka są względne i zależą od po-

dejścia użytkownika do zagadnienia oraz szczegółowych parame-

trów projektu. Dzięki temu może on w pełni świadomie podjąć

decyzję o doborze najlepszej metody dla konkretnego projektu.

Uprawomocnienie tego typu modelu to ważny aspekt opra-

cowania narzędzia decyzyjnego. Legalizacja TAG została prze-

prowadzona poprzez porównanie wyników jego ewaluacji do

metod wybranych przez grupę doświadczonych inżynierów,

zastosowanych według dostępnych danych technicznych w re-

lacji do rzeczywistych projektów komunalnych. Analiza objęła

nie tylko te realizacje, przy wykonaniu których wykorzystano

optymalne metody konstrukcyjne, ale także projekty, w któ-

rych błędnie dobrano metody, czym spowodowano trudności

w procesie wykonawczym i w późniejszej eksploatacji. Analiza

przypadku w tab. 1 przedstawia tło projektu i informacje tech-

niczne konieczne dla zastosowania modelu i umożliwiające

porównanie wskazówek uzyskanych w programie z wnioska-

mi z metody rzeczywiście użytej w projekcie. Projekt opisany

w tabeli to Southside Sewer Relief Program – przedsięwzięcie

polegające na modernizacji systemu kanalizacji w Edmonton

w Kanadzie we wczesnych latach 90-tych.

Instalacja, której szczegóły przedstawiono w tabeli, wykona-

na została w październiku 1992 r. w dzielnicy West Millwood

w południowo-zachodniej mieszkaniowej części miasta. Istniejący

rurociąg kamionkowy o średnicy 2000 mm przestał odpowiadać

wymaganiom technicznym rejonu, co prowadziło do częstych

cofnięć i zalewania budynków. Inspekcja TV wykazała ponadto,

że rura miała wiele pęknięć i uszkodzeń, co powodowało infil-

trację ścieków do gleby. Należało wybrać metodę, która najle-

piej sprawdziłaby się przy modernizacji rurociągu. Inwestor miał

możliwość instalacji drugiej, równoległej rury dla zwiększenia

przepustowości kanalizacji (metodą wykopu otwartego lub jedną

z metod bezwykopowych). Alternatywną opcją była renowacja

rury rękawem przy jednoczesnym jej zwiększeniu dla popra-

wienia przepływu. Obydwie możliwości mogą być rozpatrzone

za pomocą programu TAG. Najodpowiedniejsze metody zostają

określone dzięki obliczeniu ryzyka związanego z projektem. Do-

kładne dane dotyczące projektu pokazano w tab. 1.

Dane zawarte w tabeli zostały wprowadzone do programu TAG

i zestawione z pięcioma metodami, które uznano za technicznie od-

powiadające warunkom projektu. Do instalacji nowej linii rurociągu

wybrano dwie metody, zaś do renowacji wykładziną – trzy. Każdą

z nich, razem ze związanym z nimi ryzykiem, zestawiono w tab. 2.

TAG, ze względu na długość odcinka, określa wykop otwarty

jako metodę o niższym przewidywalnym ryzyku przy instalacji

dodatkowego równoległego rurociągu, niż gdyby ten sam pro-

jekt prowadzono za pomocą wiercenia sterowanego. Wierce-

nie sterowane można prowadzić jedynie na długości maksimum

90 m, czyli wielkości bliskiej omawianemu przypadkowi. Z dru-

giej strony, metoda otwartego wykopu może być trudniejsza, jeśli

weźmiemy pod uwagę podnoszenie się wód gruntowych i ko-

Długość

85 m

Głębokośc

6,5 m

Głębokość GWT

4,26 m

Średnica rury zewnętrznej

2000 mm

Materiał rury zewnętrznej

kamionka

Średnica nowej rury

3000 mm

Materiał nowej rury

PVC i HDPE

Dokładność trasy przewiertu

5 – bardzo wysoka

Dokładność proﬁlu

4 - wysoka

Typ gleby 1

Zbita glina (50%)

Typ gleby 2

Średni piasek (30%)

Typ gleby 3

Żwir (20%)

Nadmierne osiadanie nie

Zwiększanie rury > 2.5 rozmiaru nie

Dopuszczalny stopień drążenia Ciągłe drążenie

Dostępność terenu

Średnia dostępność (teren

mieszkalny)

Tab. 1.

Nowe metody instalacji

Wartość ryzyka

Otwarty wykop

2.24

Pilot Tubing

2.78

Metody wymiany rękawem

Wartość ryzyka

Pneumatyczne

1.85

Hudrauliczne

1.85

Statyczne

2.24

Tab. 2.

nieczność odbudowania naruszonej powierzchni po zakończeniu

projektu. Również głębokość, na jakiej osadzony jest rurociąg,

znacznie utrudnia technicznie przeprowadzenie otwartego wyko-

pu. Tym samym, jeśli pod uwagę weźmiemy stopień zagrożenia

dla środowiska i czynnik głębokości, a dane te potraktujemy jako

główne wskaźniki ryzyka, wyniki wyniosą odpowiednio: 2,65 dla

wiercenia sterowanego i 3,26 dla wykopu otwartego. Oznacza to,

że w omawianym przypadku metoda bezwykopowa będzie prefe-

rowanym rozwiązaniem. Do wykonania renowacji rękawem roz-

patrzono trzy metody. Berstliningowi hydraulicznemu i pneuma-

tycznemu przyznano podobną wartość ryzyka. Z danych zawartych

w tab. 2 wynika, że zastosowanie inlinera zostało ocenione jako mniej

ryzykowne niż budowa drugiej linii. Do podobnych wniosków do-

szli także kanadyjscy inżynierowie, którzy do renowacji w praktyce

z powodzeniem wykorzystali pneumatyczne wciskanie rury.

TAG jest w pełni skomputeryzowanym oprogramowaniem do

oceniania różnych metod konstrukcji i instalacji oraz naprawy lub

wymiany infrastruktury i obiektów podziemnych. Dzięki wykorzy-

staniu obszernej wbudowanej bazy danych, w sposób praktyczny

i przyjazny użytkownikowi ogranicza ilość informacji koniecz-

nych do wprowadzenia do programu. Interaktywny zestaw pytań,

z przykładowymi odpowiedziami do wyboru, ułatwia pracę z pro-

gramem osobom o niewielkiej wiedzy i doświadczeniu z metoda-

mi bezwykopowymi. Analiza przypadków udowadnia, że TAG jest

wiarygodnym i użytecznym narzędziem, stanowiącym dla inżynie-

ra pomoc w wyborze optymalnej metody konstrukcji. 

Inżynieria Bezwykopowa październik - grudzień 2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: