Putken nostokone selitetty: tyypit, miten ne toimivat ja milloin sitä käytetään

Mikä on putkennostin ja miten se toimii?

A putken nostokone on kaivamaton rakennuskalusto, jota käytetään maanalaisten putkien asentamiseen ilman tarvetta kaivaa avoimia kaivoja koko reitin varrelta. Sen sijaan, että kone repiisi teitä, jalkakäytäviä tai maisemia, se työntää - tai "nostaa" - putkiosia maan läpi laukaisukuopasta vastaanottokuoppaan. Tätä lähestymistapaa käytetään laajalti viemärilinjoissa, vesijohtoissa, kaasuputkissa ja teiden, rautateiden, jokien ja tiheästi rakennettujen kaupunkialueiden alla kulkevissa putkissa.

Perustoimintaperiaatteena on tehokas hydraulinen nostorunko, joka on sijoitettu laukaisukuoppaan. Tämä runko käyttää hallittua aksiaalista työntövoimaa työntämään johtavan putken osan - joka on tyypillisesti varustettu leikkauspäällä tai -suojalla - maan läpi. Kun pinnasta poistetaan kaivettua materiaalia (joko mekaanisesti tai lietteen avulla), uusia putkiosia lisätään viimeisen taakse ja nostaminen jatkuu asteittain, kunnes putkijono saavuttaa toisessa päässä olevaan vastaanottokuoppaan.

Nykyaikaiset putkennosturijärjestelmät ovat täysin ohjattavia, mikä tarkoittaa, että käyttäjä voi tehdä reaaliaikaisia ​​korjauksia kohdistukseen ja kallistukseen käyttämällä laserohjausta tai gyroskooppisia järjestelmiä. Tämä tarkkuus tekee niistä soveltuvia projekteihin, joissa on tiukat toleranssit, kuten painovoima viemäriasennuksiin, joissa vaaditaan tarkkaa kaltevuutta.

Putkien nostokoneiden päätyypit

Kaikki putken nostolaitteet eivät ole samanlaisia. Valitun koneen tyyppi riippuu putken halkaisijasta, maaperän olosuhteista, käyttöpituudesta ja projektin budjetista. Tässä ovat yleisimmin käytetyt muunnelmat:

Mikrotunnelointikoneet (MTBM)

Mikrotunnelointiporauskoneet ovat etäohjattuja ja suunniteltu halkaisijaltaan pienempiä putkia varten – tyypillisesti 150–1500 mm. Kuljettaja ohjaa konetta pinnalta ohjaamolla, jossa on CCTV-syöttö ja laserkohdistusjärjestelmä. Lietettä käytetään pistokkaiden kuljettamiseen takaisin pintaan erillisen paluuputken kautta. MTBM:t ovat erittäin tarkkoja ja pystyvät käsittelemään monenlaisia ​​maaperätyyppejä, kuten pehmeää savea, soraa ja jopa kiveä oikealla teräpääkonfiguraatiolla.

Maapainetasapainon (EPB) putken nostokoneet

EPB-koneet käyttävät itse kaivettua maaperää – joka on käsitelty vaahdolla, bentoniitilla tai polymeereillä – tasaamaan maanpainetta leikkuupinnassa. Tämä estää maan laskeutumisen ja tekee niistä ihanteellisia pehmeille, vettä kantaville tai sekamaille. Niitä käytetään yleisesti kaupunkiympäristöissä, joissa pinnan vajoaminen on minimoitava. EPB-tyyppisiä putkien nostolaitteita on saatavana sekä halkaisijaltaan pieniin mikrotunneleihin että suurempiin sisääntulotunneleihin.

Slurry Shield -putkien nostokoneet

Nämä koneet paineistavat leikkuupinnan bentoniittilietteellä, joka tukee maata ja kuljettaa pistokkaat takaisin pintaan putkilinjaa pitkin. Sen jälkeen liete käsitellään erotuslaitoksessa pinnalla, puhdistetaan ja kierrätetään. Lietelantakoneet ovat erityisen tehokkaita epävakaassa maassa, löysässä hiekassa ja pohjaveden alapuolella. Ne ovat yleensä nopeampia kuin ruuvipohjaiset järjestelmät pidemmillä ajomatkoilla.

Kairaporauskoneet

Kairaporaus on yksinkertaisempi ja kustannustehokkaampi putkien nostotapa, jota käytetään kuivassa, vakaassa maaperässä. Koteloputken sisällä oleva pyörivä kaira kuljettaa pistokkaat takaisin laukaisukuoppaan. Näitä koneita käytetään tyypillisesti lyhyemmille käytöille ja pienemmille halkaisijoille. Ne eivät ole ohjattavia, mikä rajoittaa niiden käytön projekteihin, joissa kohdistustarkkuus ei ole yhtä tärkeää.

Putkien rampauskoneet

Putken junttauksessa käytetään pneumaattista tai hydraulista vasaraa, joka on kiinnitetty teräsvaippaputken takaosaan. Iskuvoima ajaa putken maan läpi pyörimättä tai leikkaamatta – maaperä yksinkertaisesti siirtyy tai tiivistyy. Tämä menetelmä on nopea ja tehokas, joten se soveltuu penkereiden, teiden ja rautateiden ylittämiseen karkeassa rakeisessa maaperässä. Se ei kuitenkaan tarjoa ohjauskykyä ja sopii parhaiten lyhyisiin, suoriin ajoihin.

Putken nostojärjestelmän tärkeimmät osat

Putken nostojärjestelmä on enemmän kuin pelkkä porakone edessä. Koko järjestelmä sisältää useita integroituja komponentteja, jotka toimivat yhdessä:

• Nostokehys: Päähydraulinen puristin asennettu laukaisukuoppaan. Se kohdistaa työntövoiman putkinauhaan. Nosturirungot luokitellaan niiden työntövoiman mukaan, joka vaihtelee yleensä 50 tonnista yli 2 000 tonniin suuriläpimittaisten vetolaitteiden osalta.
• Leikkuupää/suoja: Johtava elementti putkijonon edessä, joka kaivaa maata. Sen rakenne vaihtelee – pyörivät kiekkoleikkurit kalliolle, avoimet suojukset pehmeälle maaperälle tai lietteen painekammiot epävakaalle maaperälle.
• Putkien nostaminen: Erityisesti suunnitellut betoni-, teräs- tai GRP-putket (lasivahvistettu muovi), jotka on valmistettu kestämään nostovoimat halkeilematta. Niissä on yleensä tarkkuuskoneistetut liitokset kohdistuksen ja vesitiiviyden varmistamiseksi.
• Välitukiasemat (IJS): Pidemmillä ajomatkoilla kitka putkijonossa voi ylittää päänoston rungon kapasiteetin. IJS-yksiköt asennetaan väliajoin putkijonon sisään, jotta ne tarjoavat lisätyöntövoimaa sisältä, mikä pidentää dramaattisesti saavutettavaa käyttöpituutta.
• Voitelujärjestelmä: Bentoniittia tai polymeerilietettä ruiskutetaan putken seinämän aukkojen kautta ihokitkan vähentämiseksi putken ja ympäröivän maaperän välisessä rengasmaisessa ontelossa. Tämä on kriittistä pitkillä ajomatkoilla ja tahmeassa savessa.
• Ohjausjärjestelmä: Laukaisukuoppaasta koneen sisällä olevaan kohteeseen projisoitu lasersäde tarjoaa jatkuvaa kohdistustietoa. Kehittyneemmät projektit voivat käyttää gyroskooppista tai takymetripohjaista ohjausta kaareviin kohdistuksiin.
• Roskanpoistojärjestelmä: Konetyypistä riippuen tämä voi olla lieteputki, kaira, kuljetinhihna tai muck cart -järjestelmä ihmisten sisääntulotunneleissa.

Putken nosto vs. avokaivaminen: suora vertailu

Monissa projekteissa insinöörien on valittava tavanomaisen avokaivutyön ja kaivattoman putken nostamisen välillä. Näin nämä kaksi menetelmää yhdistyvät projektin keskeisten tekijöiden kesken:

Maaperän olosuhteet ja koneen valinta

Yksi kriittisimmistä päätöksistä missä tahansa putken nostoprojektissa on oikean koneen sovittaminen vallitseviin maaolosuhteisiin. Väärän teräpään tai suojuksen käyttäminen voi johtaa kasvojen epävakauteen, koneen jumiutumiseen, liialliseen kulumiseen tai projektin epäonnistumiseen. Perusteellinen geotekninen tutkimus ennen työn aloittamista ei ole valinnainen – se on välttämätöntä.

Pehmeät savet ja lietteet

Nämä maaperät ovat alttiita kohoamaan ja puristumaan, erityisesti kaupunkiteiden alla tai olemassa olevien rakenteiden lähellä. EPB-koneet, joissa on suljetut kasvosuojukset, toimivat tässä hyvin, koska ne ylläpitävät jatkuvaa kasvotukea ja minimoivat maan liikkeen. Ruuvikuljettimessa oleva käsitelty maaperä toimii painepuskurina.

Hiekka ja sora veden alla

Kyllästetyt rakeiset maaperät ovat epävakaita ja vaativat joko lietekoneen tai paineistetun EPB:n. Lietejärjestelmät ovat erityisen tehokkaita tässä, koska bentoniittisuspensio tunkeutuu nopeasti huokostiloihin ja muodostaa vakaan suodatuskakun tunnelin pinnalle. Vedenpoisto tulee aina arvioida vaihtoehtoisena tai täydentävänä toimenpiteenä.

Sekalaiset kasvot

Ajot, jotka kohtaavat sekä kiveä että pehmeää maaperää samalla poikkileikkauksella, ovat haastavimpia. Näissä skenaarioissa käytetään monimuotoisia koneita, jotka pystyvät vaihtamaan EPB:n ja lietetoiminnan välillä, tai tarkoitukseen rakennettuja sekajauhettuja leikkuupäitä, joissa on sekä kiekkoleikkurit että kaavinta.

Rock

Kovan kiven putken nostossa käytetään teräpäitä, jotka on varustettu volframikarbidilevyleikkureilla, jotka ovat samanlaisia kuin kokopintaisten TBM:iden. Kivi on haljennut ja murtunut mieluummin kuin kaavittu. Kulumisasteet ovat korkeat ja teräpään tarkastukset vaaditaan säännöllisin väliajoin, mikä yleensä tarkoittaa ihmisen sisäänkäyntiä tai välikuilua erittäin pitkillä käyttöajoilla.

Aseman pituusrajoitukset ja niiden pidentäminen

Perusrajoitus putken nostossa on suurin saavutettavissa oleva käyttöpituus ennen kuin putkijonoon kohdistuvat kitkavoimat ylittävät sen, minkä nostorunko pystyy voittamaan. Tavallisissa olosuhteissa ja ilman voitelua ajopituudet voivat olla rajoitettuja 80–150 metriin. Nykyaikaisilla tekniikoilla ja laitteilla voidaan kuitenkin ajaa 500 metriä tai enemmän.

Tärkeimmät strategiat aseman pituuden pidentämiseksi ovat:

• Bentoniittivoitelu: Voiteluaineen ruiskuttaminen putken seinämän aukkojen kautta vähentää ihon kitkaa merkittävästi – joskus jopa 50 % tai enemmän riippuen maaperän tyypistä ja levitysmäärästä.
• Keskitason nostoasemat: Hydrauliset IJS-renkaat asennetaan suunnitelluin välein putkijonoon. Ne aktivoidaan peräkkäin työntämään putken osia eteenpäin, mikä vähentää järjestelmän yksittäisen kohdan kuormitusta.
• Ylisuuri leikkuripää: Hieman putken ulkohalkaisijaa suuremman leikkuupään käyttäminen (muodostaa rengasmaisen ontelon) vähentää kosketuskitkaa koko putken ja maaperän rajapinnalla.
• Suuren kapasiteetin nostokehykset: Päivitys suurempaan päänoston runkoon tarjoaa lisää varatyöntövoimaa odottamattomien kitkan kasvujen käsittelemiseksi.

Putkien nostossa käytetyt putkimateriaalit

Nostotoiminnassa käytettävät putket on suunniteltu kestämään sekä asennuksen aikaiset nostovoimat että käyttökuormitukset koko putkilinjan käyttöiän ajan. Yleisimmin käytetyt putkimateriaalit ovat:

• Teräsbetoniputki (RCP): Yleisimmin käytetty materiaali painovoimaviemärien ja hulevesien valmistukseen. Saatavana halkaisijaltaan 300–3 000 mm, teräspäätyrenkailla nostovoiman siirtoa varten. Korkea puristuslujuus, mutta vaatii huolellista käsittelyä halkeilun välttämiseksi.
• Teräsputki: Käytetään paineputkissa, kuten vesijohto- ja kaasulinjoissa. Kestää hyvin nostokuormia ja voidaan hitsata osissa. Usein pinnoitettu sisältä (epoksi) ja ulkopuolelta (polyeteeni tai fuusiopinnoite) korroosiosuojaukseen.
• Lasivahvistettu muovi (GRP/RTRP): Kevyt ja korroosionkestävä. Käytetään kemiallisessa tai aggressiivisessa maaperässä. GRP-putkien on oltava erityisesti suunniteltu nostettaviksi puristusvoiman käsittelemiseksi ilman nurjahdusta.
• Pallorautaputki: Käytetään halkaisijaltaan pienempiin painejohtoihin. Vahva, kestävä ja kestää sisäistä painetta. Liitokset on mukautettava nostoa varten pituussuuntaisen työntövoiman käsittelemiseksi.
• Polymeeribetoniputki (PCP): Komposiittimateriaali, joka tarjoaa erinomaisen kemikaalinkestävyyden ja sileän sisäpinnan. Käytetään aggressiivisissa viemäriympäristöissä, joissa tavallinen betoni syöpyy ajan myötä.

Putkien nostolaitteiden yleiset sovellukset

Putkennosturikoneita käytetään useilla infrastruktuurisektoreilla. Niiden kyky työskennellä olemassa olevien rakenteiden ja pintojen alla ilman suuria häiriöitä tekee niistä välttämättömiä nykyaikaisessa maa- ja vesirakentamisessa:

• Tie- ja moottoritieristeykset: Rummun, viemäriputkien ja vesijohtojen asentaminen pääteiden ja moottoriteiden alle ilman liikennehäiriöitä.
• Rautatien alikulkuväylät: Muodostetaan jalankulkijoiden alikulkuväyliä tai risteyksiä jännitteisten raidelinjojen alle, kun pintalouhinta olisi epäkäytännöllistä tai vaarallista.
• Jokien ja vesistöjen risteykset: Putkien asentaminen jokien tai vuorovesisuistojen alle, missä kiintolevy tai avoin leikkaus ei ole mahdollista ympäristö- tai syvyysrajoitusten vuoksi.
• Kaupunkien viemärijärjestelmät: Painovoimaviemärien asentaminen tarkalla tasonsäädöllä tiheässä kaupunkiympäristössä, jossa pinnan häiriöitä ei voida hyväksyä.
• Lentokentän infrastruktuuri: Viemäröinti- ja vesijohtojen asentaminen kiitoteiden ja rullausteiden alle lentotoimintaan vaikuttamatta.
• Teollisuuspaikat: Putkilinjojen reitittäminen olemassa olevien laitosten ja laitosten läpi, joissa ylärajat tai prosessin jatkuvuus estävät pintalouhinnan.

Terveys-, turvallisuus- ja ympäristönäkökohdat

Vaikka putken nostaminen on luonnostaan turvallisempaa kuin avoin kaivaminen monessa suhteessa – vähemmän paljaita kaivoja, vähemmän liikennettä, pienempi romahtamisriski – se sisältää omat turvallisuusnäkökohdat, joita on hallittava huolellisesti.

Laukaisu- ja vastaanottokuopat ovat suljettuja tiloja, ja niitä on hoidettava suljetun tilan määräysten mukaisesti. Kaivoille tulevilla työntekijöillä on oltava kaasunilmaisinlaitteet, asianmukaiset henkilönsuojaimet ja hätähakujärjestelmät. Nosturin runko ja hydraulijärjestelmät toimivat erittäin suurilla voimilla, mikä vaatii päteviä käyttäjiä ja säännöllisiä laitteiden tarkastuksia.

Lietepohjaisissa järjestelmissä bentoniitin erotuslaitos tuottaa jätelietettä, joka on hävitettävä paikallisten ympäristömääräysten mukaisesti. Bentoniitilla saastuneen veden upottaminen huleviemäreihin tai vesistöihin on laitonta useimmilla lainkäyttöalueilla. Asianmukaiset selvityssäiliöt, kierrätysjärjestelmät ja luvan saaneet hävitysreitit ovat pakollisia vaatimustenmukaisissa paikoissa.

Nostamisen aiheuttamaa melua ja tärinää – erityisesti putkien tärinää – on tarkkailtava herkkien reseptorien, kuten koulujen, sairaaloiden ja asuinkiinteistöjen, lähellä. Tärinävalvonta ja työaikarajoitukset asetetaan yleisesti lupaehtoina kaupunkialueilla.

Kuinka valita oikea putken nostourakoitsija

Oikean urakoitsijan valitseminen putken nostoprojektiin on yhtä tärkeää kuin oikean koneen valinta. Keskeisiä arvioitavia asioita tarjouskilpailussa tai erikoisurakoitsijan nimittämisessä ovat:

• Todistettu kokemus erityisistä maaperäolosuhteista ja putkien halkaisijaalueista, jotka liittyvät projektiisi.
• Käytettävien putkennostinlaitteiden omistus- ja huoltokirjat – kolmansilta osapuolilta vuokratut koneet voivat aiheuttaa epävarmuutta huollettavuuden suhteen.
• Selkeä menetelmälausunto, joka kattaa kaivon suunnittelun, maatuen, kasvojen hallinnan, voitelusuunnitelman, ohjausjärjestelmän ja odottamattomat olosuhteet.
• Asutuksen seurantaehdotukset kaupunkiajoille olemassa olevien rakenteiden läheisyydessä, määritellyillä käynnistystasoilla ja reagointitoimilla.
• Referenssit vertailukelpoisista hankkeista, jotka on saatu päätökseen viimeisen kolmen tai viiden vuoden aikana, mieluiten yhteystiedot varmennusta varten.
• Terveys- ja turvallisuustiedot — pyydä heidän RIDDOR-raportoitavien tapausten määrää ja tarkista viimeaikaiset täytäntöönpanoilmoitukset.

Halvin tarjous on harvoin paras valinta putken nostossa. Urakoitsija, jolla ei ole oikeaa kokemusta tai laitteita sinun olosuhteisiisi, voi maksaa huomattavasti enemmän viivästyksistä, korjaamisesta ja korvausvaatimuksista kuin alkuperäinen säästö sopimushinnassa.