GRUNDODRILL irányított fúrástechnika

GRUNDODRILL irányított fúrástechnika

A nyílt árkos vezetékfektetés helyenként túl költséges, illetve nehezen kivitelezhető és napjaink társadalma sem tolerálja a sokszor hosszú üzemszünet, amit a hagyományos vezetékfektetési módszerrel járhat. A feltárás nélküli technológiáknak köszönhetően a kábel- és csővezeték rendszerek zavarás nélkül keresztezik a föld feletti infrastruktúrát, épületeket vagy a természetet. A vízszintes irányított fúrás egy olyan módszer, amely lehetővé teszi az akadályok felszín alatti zökkenőmentes keresztezését, és számos más speciális feladat elvégzését is -Vízszintes irányított fúrás : A fúrás munkagödör kiásás nélkül, a földfelszínről indul. Teljesen számítógéppel vezérelt folyamat. Első lépésben egy ún. pilótafuratot fúrnak a kezdőponttól az érkezési pontig a fúrófej után egymás mögé csatlakoztatott fúrószárakkal megfelelő nyomóerővel és forgatással. Ezt követően egy vagy több lépésben felbővítik a pilótafuratot, majd ebbe behúzzák a vezetéket. Akár 1200mm átmérőig és 1600m hosszúságig alkalmazható.

Erőtani szempontok:

A fúrás előkészítésének fontos lépése a tervezett húzóerő számítása. Ez függ a behúzandó vezeték önsúlyától, a geometriától, a túlhajlás mértékétől, a vezeték görgőkkel megtámasztott szakaszának hosszától, a görgők típusától, és számos egyéb paramétertől. A fúró berendezést a húzóerőnek megfelelően kell megválasztani oly módon, hogy a tervezett húzóerőt 2 – 5-szörös biztonsági tényezővel vesszük figyelembe legyen. A vezeték kiválasztása a vezetékre ható végleges és építés közbeni terheinek függvényében történik. A vezetékek horpadását, vetemedését és a fúrófolyadék nyomásának hatását kivédendő – különösen PE anyagú csöveknél – ajánlott a cső belsejét behúzáskor vízzel feltölteni, vagy nyitott csővéggel végezni a behúzást, hogy a fúrási folyadék szabadon beáramolhasson. A HDD-technológia sokkal kevésbé káros a környezetre, mint a nyíltárkos vezeték-fektetés, ennek ellenére a tervezés során itt is figyelmet kell fordítani a környezet-védelemre. A pilótafúrás során a fúrófej a meghatározott irányba mozog a talajban oly módon, hogy a fúráshoz szükséges nyomóerőt és forgatónyomatékot a fúrószárak közvetítik a felszíni HDD-berendezéstől. A fúráshoz a talajtípustól függően egy speciális fúrófejet választanak. A pilótafúrás folyamán a fúrófej mögötti részen folyamatosan szerelik össze és nagynyomású bentonittal töltik meg a nem mágnesezhető fúrószárakat. És az így összeállított szerelvényt megfelelő nyomóerővel és forgatónyomatékkal a talajba fúrják. Kis átmérőjű, talajvízszint alatti, keményebb talajokban való fúrásoknál gyakran alkalmaznak egy különleges fúrófej rendszert. Itt a fúrófejet hidraulikus elven, az át-áramló fúrófolyadék (bentonit) hajtja meg. Külföldi irodalomban ezeket a rendszereket a „mud-motor” névvel illetik. Minden egyes talajba fúrt fúrószár elemet egy másik elem követ, amíg átérnek a célzott kimeneti pontig. A fúráshoz egy speciális bentonit szuszpenziót alkalmaznak. A nagy nyomású bentonit a fúrószárakon át a fúrófejhez jut, ahol a fej mechanikus fúróhatását segíti azzal, hogy fellazítja a talajt. A bentonit megtámasztja a furatot, és a folyamatos áramlás lévén az oldott talajszemcsék nagy részét a felszíni nyíláshoz szállítja.

A felszínen kilépő talajjal kevert bentonitot ülepítik és megtisztítják a talajszemcséktől. Ezáltal újra felhasználhatóvá válik, és visszavezetik a fúrószárakba. Mindez természetesen jelentős veszteséggel jár. A fúrás irányát a megfelelő nyomóerővel és kismértékű célzott forgatásokkal lehet módosítani. Ez egy számítógéppel vezérelt, automatizált mechanizmus, melynek lényege, hogy a fúrófej az eredő erő irányába mozdul el. A pilótafúrás folyamán a fúrófej helyzetét folyamatosan bemérik, és a tervezett útvonaltól való eltérés esetén korrigálják az irányt. A fúrófej helyzetének meghatározásához a talajviszonyoknak megfelelően és a fúrás mélységét figyelembe véve kell megválasztani a megfelelő módszert. 10 méter mélységig ajánlott az ún. Walk-Over-System használata. Ennek lényege, hogy a fej mögött, ahhoz a lehető legközelebb elhelyeznek egy elemmel működő elektromágneses jeladót, ennek a helye a felszínről egy erre a célra kifejlesztett antenna segítségével. A rendszer érzékeli a kibocsátott jel erősségét és ezáltal határozza meg az adó egység helyzetét. Ehhez általában a felszínről követik a jeladót.

A Walk-Over-System előnye, hogy nem szükséges kábeles kapcsolatra a jeladóval megsérül-het, az adó alaprajzi és mélységi helyzete is meghatározható, és aktuális információt ad. Hátránya, hogy a mélységgel arányosan jelentősen csökken a mérési pontosság, hajlamos a mágneses hatások keltette interferenciára, nagyobb fúrásoknál az elem véges kapacitása határt szab az alkalmazásnak.

Hosszabb és mélyebb fúrásoknál és főleg nagyobb fúrószár átmérők esetében alkalmazható a kábeles helymeghatározó módszer (Wire-Line-System). A jeladó itt is egy a fúrófejhez közel beépített elem, ami a fúrószárak belsejében elvezetett kábelen keresztül küld adatokat a felszínre. A helymeghatározás itt a Föld gravitációs mezője (inklináció) és mágneses mezője (azimut) érzékelése által történik, és a geodéta információt kap az aktuális haladási irányról is. Előnye, hogy nincs mélységbeli határa az alkalmazásnak, az információ a kábeles kapcsolat révén folyamatosan rendelkezésre áll, kevésbé hajlamos interferencia zavarokra. Hátránya, hogy a rendszer igen érzékeny a mágneses terek keltette zavarásra, mint pl. vasútvonal, elektromos kábelek…

Ahol erős mágneses mezők közelében kell a fúrást végezni ott jön szóba a giroszkópos helymeghatározó rendszer. A berendezés pontossága nem függ a mágneses hatásoktól, azonban egy drága műszer, ami rezgésekre és ütésekre igen érzékeny.

Miután a pilótafúrás kiért a felszínre a célzott helyen, a fúrófejet és a helyzet meghatározó berendezést leszerelik és egy bővítőt (reamer) szerelnek fel. A cél, hogy a bővítő a kezdeti furatot a végleges átmérőre bővítse. Ez nemritkán több lépésben történik. A fúrófejekhez hasonlóan talajtípustól függően különböző kialakítású bővítőket használnak. Lágy talajokban kúposan kialakított hordós bővítőket, keményebb talajnál pedig az ún. „fly-cutter” –t. A fúrószárak által behúzott és megforgatott bővítés során a start pontnál egyenként leszerelik a fúrószárakat, és ezzel egyidőben a cél nyílásnál fúrószárakat csatlakoztatnak. Így biztosítják, hogy a furatban folyamatosan jelen legyen a behúzó szár a további bővítéseket előkészítve.

A bővítés során a bentonit zagynak, mint megtámasztó folyadéknak fontos szerep jut.

Általában visszahúzásos bővítést alkalmaznak, amikor a bővítés a csővezeték felől a fúró berendezés felé húzzák, de gyakori az előre bővítés is és ilyenkor a cső felőli cél oldalon a húzásra rásegítenek egy bulldózerrel. (Ilyenkor a gép és a vezeték közé egy forgócsuklót illesztenek.)

A vízszintes irányított fúrás kivitelezésének utolsó állomása az összeforrasztott / hegesztett csővezeték behúzása. A behúzás a teljes méretére kibővített furatba történik. A vezeték előtti részen egy fúrószárak által forgatott bővítőt húznak a fúróberendezés felé. A bővítő és a csővezeték közé egy olyan forgócsuklót építenek, ami a húzást átadja a vezetéknek, de a forgató nyomatékot nem. Így a vezeték követi a bővítőt a furatban egészen a bemeneti üregig, anélkül, hogy forogna. A behúzási művelet megkönnyítése érdekében egy kicsivel kisebb bővítőt szerelnek a csővezeték elé, mint amit az utolsó bővítési szakasznál használtak.

Különösen nagyobb átmérőjű és könnyebb csöveknél kell figyelmet fordítani arra a jelenségre, hogy a bentonittal töltött furatban a levegővel töltött vezetékre ható felhajtóerő a vezetéket a furat oldalához szorítja. Az ebből fakadó súrlódás nagyobb húzóerő alkalmazását igényli.

Ennek kivédésére a behúzás során a csővezetéket ballasztálni szokták, ami jelenthet vízzel való feltöltést, vagy külön csatlakoztatott ballasztáló vezetéket. Célszerű ezt a leterhelést úgy tervezni, hogy a ballaszt anyag csak a vezeték felszín alatti részében legyen jelen, ezzel elkerülve azt, hogy a még nem behúzott vezetékszakasz alatti görgős alátámasztó szerkezetet túl kelljen méretezni. (Az alátámasztás bizonyos esetekben vízfelülettel is történhet.) A behúzandó csővezetéket védeni kell a külső és a belső korróziótól egyaránt. Ehhez a vezetéket legtöbbször gyárilag előkészített külső és belső védőréteggel látják el.

Összehasonlítás a nyíltárkos vezetékfektetéssel:

Egy 1,40m mély 1000m hosszú irányított fúrással történő vízvezeték fektetés gépszük-ségletét, szállítási igényét és a szükséges dúcolások mennyiségét összehasonlítva 0,5m széles nyíltárkos vezetékfektetéssel: Az összehasonlításból kide-rül, hogy a két módszer közti különbség a földkiemelést és elszállítást tekintve mintegy 50:1 arányú. Hasonlóan összehasonlítható a szükséges építési idő, az igénybevett felszíni terület (forgalom lezárása), zaj- és porszennyezés mértéke. Az említett különbségek mellett az említett példa esetén (1,4m mély ivóvíz vezeték) kimutatható az is, hogy az irányított fúrás egy költséghatékonyabb építési mód. Bár a közvetlen építési költségekben nem jelentős az eltérés, de a közvetett költségek, amit például a forgalomkorlátozás és üzemkiesés okoz a kitakarás nélküli eljárás javára billentik a mérleget. Ezen felül megfontolandó, hogy a nyitott építési móddal történő építés esetén az építést követő 10 éven belül jelentős felújítási költségekkel kel számolni, a később bekö-vetkező süllyedések, az útburkolat megrepedése és az ebből fakadó fokozott fagykárok miatt.

HDD-vel megoldható feladatok:

A vízszintes irányított fúrás egy olyan technológia, melynek legelterjedtebb alkalmazási területe a feltárás nélküli vezetékfektetés, de ezen kívül számos speciális mérnöki feladat megoldására is alkalmazható. Érdemes a módszert a leendő- és gyakorló mérnökökkel megismertetni, hogy egy-egy különleges probléma megoldásakor esetleges alternatívaként ezt a lehetőséget is figyelembe vehessék.

 Műszaki adatok GRUNDODRILL

Vezetékfektetés:

- Gerincvezetékek, hosszú-vezetékfektetés: A HDD-rendszerek alkalmazásának egyik alapvető területe a hosszú-vezetékfektetés, ami alatt a települések közötti vezetékszakaszok fektetését érjük. Ezt általában 200-400m hosszú egyben fúrt szakaszokkal oldják meg. A rendszert eredetileg kisátmérőjű elektromos- és földgázvezetékek fektetésére tervezték, de hamar felmerült az igény, hogy ezzel a módszerrel fektessenek nagyobb átmérőjű vezetékeket is. Ez vezetett a nagyobb teljesítményű fúróberendezések kialakulásához és elterjedéséhez. A HDD-technológia alkalmas folyamatossá tehető, kellő rugalmasságú (pl: PE, acél) vezetékek fektetésére, de nem használható pl.: beton és merevebb PVC csővezetékek kiépítéséhez.

Használják víz, szennyvíz, gáz, telekommunikációs és elektromos vezetékek építésénél.

- Nyomott vízelvezetés: Ritkán lakott területeken, egymástól távoli dombvidéki falvak esetén, hosszú egyutcás településeken, és változatos lejtésviszonyoknál a nyomott szennyvíz elvezető rendszerek alkalmazása gyakran előtérbe kerül. A HDD-technológiával gyorsan, költséghatékonyan, a környezetet kevésbé zavarva kialakítható egy alacsonyabb üzemeltetési költségű rendszer (pl: dombok alatt azonos lejtéssel kialakítva). Ezért is kerül előtérbe a vízsz. ir. fúrás a hagyományos nyíltárkos építési móddal szemben.

- Adat- és kommunikációs hálózatok: Napjainkban egyre többször merül fel az igény magáncélú kommunikációs kábelek fektetésére. Sok esetben a hagyományos kivitelezést akadályozza, hogy üzemi területeken, ipari parkokban, kikötői blokkok között, bevásárló területek alatt vagy irodai központban kell összeköttetést létesíteni. Ilyenkor a fúrásos vezetékfektetés költségei messze alulmaradnak, mint amit a kitakarással járó kábelfektetés jelentene.

- Forgalomirányítási és határátkelőhelyek adatkábelei:A régi határátkelők korszerűsítésénél és forgalomirányítási rendszerek építésénél elvárás, hogy az adat-, elektromos és egyéb kábeleket a forgalom legkisebb mértékű akadályozásával kivitelezzék.

- Keresztezések: Autópályák, vasutak, leszállópályák vezetékkel való keresztezését, kisebb átereszeket, folyó, tavak alatti vezetékfektetést praktikus irányított fúrással kivitelezni.

- Természetvédelmi területeken való vezetékfektetés:Természetvédelmi területek, parkok, sportpályák, árvízvédelmi töltések alatti vezetékfektetéshez is kiváló.

- Védett talajzónán való átvezetés: Előfordul, hogy olyan területen kell vezetéket építeni, ahol a talajban régészeti értékek találhatóak, vagy műemléki védelem alatt áll a terület, vagy egyéb okból veszélyeztetett. Ilyenkor a minimálisan zavarást keltő módszerrel dolgozunk. A HDD-technológia egy erre alkalmas rendszer.

- Elektromos korrózióvédelem: Fémanyagú vezetékek aktív korrózióvédelme céljából a kóboráram-anódát szoktak elhelyezni. Lakott területen a HDD technikával 30-40m mélyre fektetik, ezzel teret hagynak a későbbi zavartalan közműfektetésnek, és az interferencia kockázatát is csökkentik más elektromos rendszerekkel.

- Utólagos leszállópálya kivilágítás: Az elmúlt években sok repülőtér került katonai kézből magánkézbe és így a civil légi közlekedés szolgálatába. Ehhez azonban a légiutas kiszolgálás szabályait kell betartani, ami szigorúbb kivilágítást ír elő a leszállópályákon. Ehhez ezres nagyságrendben kell új lámpákat a pálya felszínénél elhelyezni, lehetőleg a légi forgalom akadályozása nélkül. A frankfurti és kölni repülőtérnél is alkalmazott megoldás a következő volt. Az éjszakai órákban kiépítették a besüllyesztett lámpadobozokat, és ezek elektromos ellátását vízszintes irányított fúrással oldották meg. Több kilométernyi elektromos vezetéket telepítettek a pálya alatt, a repülőtér forgalmának leállítása nélkül.

- Házi bekötések kivitelezése:A HDD rendszerrel lehetőség van házi bekötések telepítésére (víz, gáz, elektromos) a kert felásása nélkül, akár az alapozási sík alatt bevezetve. Nem jelent problémát ha távolabbi utcáról más telkén keresztül kell a vezetéket keresztülvinni, hegyoldalban, megcsúszás vagy súvadás veszélyes területen kell kiépíteni.

Speciális feldatok: Vízszintes ivóvízkutak:vízszintes irányított fúrással kiépíthetőek vízszintes szűrőkutak. (A csápos kutakhoz hasonló műk.)

- Vízszintes kutak talajvízszint süllyesztéshez: Talajvízszint alatti építkezések kivitelezésének egyik módja a talajvízszint süllyesztés. Ezt a HDD-vel épített vízszintes kutakkal is megoldhatjuk.

- Talajvízszint szabályozás: Ahol a magas talajvíz értékeket veszélyeztet, például régi pincék, védett temetők, ott válhat szükségessé a talajvízszint szabályozás.

- Hidraulikus semlegesítés: Régi gyártelepek alatti talajban a talajvízszint alatt fekvő káros anyagok semlegesítését megoldhatjuk vízszintes ir. fúrással olymódon, hogy egy befúrt perforált csövön keresztül nagy nyomáson, vízben oldódó semlegesítő anyagot juttatunk a kívánt helyekre.

- Elektroozmózis elvű talajszilárdítás: Egy talajszilárdítási módszer talajvízszint alatti talajréteghez. A talajba adott távolságban elektródákat fúrnak be, melyeket nátrium-szilikáttal (vízüveg) töltenek fel. A vízüveg a földbe áramlik, a negatív pólus felé vándorol és a talajt megszilárdítja.

- Drénezés: A régi eltömődött dréncsövek helyett/mellett új dréncsöveket telepíthetünk a HDD eljárással.

- Öntöző rendszerek :Sportpályák, parkok, déli kertek, ültetvények öntözésére telepített locsolórendszerek lehetséges felszíni zavarás nélküli kivitelezési módja.

- Talajfelderítés: Geológiai vizsgálatok is végezhetők a HDD-vel. (Példa erre az Új Mont Blanc vasúti alagút építése.) Információt kaphatunk a talaj nedvességtartalmáról, adott irányú szilárdságáról, és különféle geofizikai vizsgáló berendezéseket vezethetünk át így a talajon.

- Kihorgonyzások: A hagyományos horgonykészítésekkel szemben az az előnye, hogy pontos irányba lehet vele horgonyt készíteni, akár kanyargós útvonallal is. Hosszú és komplexebb lehorgonyzások esetén célszerű használni.

- Alagútjavítás: Az öregebb alagutakat akár a szikla felől megerősíthetjük speciális injektáló anyagokat a furaton át odajuttatva. Az irányított fúrással lehetőség van alagutak utólagos tűzvédelmének kiépítésére, (az olt