Come si esegue la posa di tubi con il metodo della perforazione: regole tecniche e consigli degli specialisti

Se le reti sotterranee attraversano una strada o una linea ferroviaria, la rimozione di tali strutture può essere estremamente difficile, spesso impossibile. La posa di tubi con il metodo della perforazione a spinta può risolvere il problema. Questo metodo è molto più semplice ed economico da realizzare.

A chi desidera sapere come vengono posati i tubi nel terreno senza danneggiare le pavimentazioni, demolire edifici o spostare oggetti mobili, sveleremo i dettagli della tecnologia. Presso di noi scoprirà quali attrezzature vengono utilizzate e come vengono eseguite le perforazioni.

Oltre al metodo principale, abbiamo descritto le alternative per la posa di tubi nel terreno con tecnologia senza scavo, allegando schemi, raccolte fotografiche e video.

In cosa consiste il metodo della perforazione a spinta?

Con il metodo della perforazione a spinta si intende una tecnologia che consente di creare un foro senza scavare né rimuovere il terreno, compattandolo.

Questo metodo è adatto per la posa di strutture in acciaio. Il diametro può variare da 100 a 500 mm, la lunghezza del foro da 30 a 50 m. La perforazione sotto una strada è uno dei metodi di posa senza scavo più richiesti.

In questo modo vengono realizzati i rami sotterranei dell'acquedotto, della fognatura, e si collegano al terreno il gas di rete.

La perforazione a spinta controllata viene utilizzata per la posa di:

• tubazioni in metallo e plastica;
• tubi di protezione (camicie) in cui poi vengono inseriti tubi del gas e dell'acqua;
• camicie per cavi elettrici, telefonici e simili.

La perforazione a spinta viene utilizzata non solo quando è necessario attraversare indolore una strada o una linea ferroviaria.

Il metodo è adatto per creare fori in un pozzo (a condizione che il diametro del pozzo sia di almeno un metro e mezzo), in una cantina, o quando è necessario far passare cavi sotto un oggetto relativamente piccolo, ecc.

Nella maggior parte dei casi, la perforazione direzionale viene eseguita in strati di terreno argilloso sotto varie strade, ad esempio sotto un'autostrada o una ferrovia. A tal fine si utilizza un gruppo di spinta a pompa e martinetto, come ad esempio l'apparecchiatura Ditch Witch P80.

Inoltre, sarà necessario un set di espansori, aste, teste e altri utensili con cui eseguire i lavori di perforazione.

Si utilizza obbligatoriamente una stazione idraulica. La forza necessaria è fornita dal cilindro idraulico, la potenza accettabile del gruppo è di circa 36 tonnellate. Il funzionamento della stazione deve essere garantito da un motore a combustione interna. Per monitorare l'avanzamento dei lavori nello strato di terreno si utilizzano sistemi di localizzazione wireless.

Come esempio si può considerare la procedura operativa del dispositivo di localizzazione Eclipse. Nella testa di perforazione viene collocata una sonda che trasmette informazioni sullo stato di avanzamento dei lavori di perforazione.

La perforazione direzionale – è uno dei metodi meno costosi di posa senza scavo di sottoservizi sotto una strada o altri oggetti simili (+).

Le informazioni arrivano al localizzatore. Qui i dati vengono analizzati, determinando la posizione esatta dell'utensile di perforazione nello strato di terreno, l'angolo di inclinazione della testa di perforazione e la conformità del suo movimento al piano di lavoro precedentemente stabilito. Contemporaneamente viene monitorato lo stato della batteria della sonda da cui provengono le informazioni.

La testa di perforazione è progettata in modo tale che una parte della sua superficie sia inclinata. Ciò migliora le prestazioni, ma influisce sulla qualità dei lavori.

A causa dello smusso, durante l'avanzamento nello strato di terreno, la posizione della testa devierà costantemente dal vettore di spinta. L'operatore deve correggere continuamente la traiettoria del movimento della testa, verificando con i risultati della localizzazione.

Affinché l'utensile si muova rigorosamente in linea retta, è necessario ruotarlo a velocità costante. La prima fase dell'esecuzione della perforazione inizia nello scavo di partenza e termina in quello di ricezione. Qui, al posto della testa di perforazione, sulla macchina viene fissato un allargatore conico.

Questo dispositivo percorre in senso inverso il foro orizzontale creato, consentendo di allargarlo e compattare le pareti.

Per eseguire la posa interrata di tubi senza scavo con il metodo della perforazione, è necessario realizzare preventivamente due scavi: quello di partenza e quello di arrivo (o di ricezione).

Successivamente, nel foro lungo così ottenuto si inserisce un tubo del diametro richiesto o una guaina per la posa dei servizi. A seconda della situazione, è possibile posare non uno, ma più tubi. Le operazioni successive consistono nel posare questi servizi e collegarli al sistema generale.

Durante i lavori preparatori, è necessario anche pensare al luogo di stoccaggio dei tubi, che devono trovarsi vicino al sito di perforazione.

Solitamente l'area per i tubi è prevista vicino allo scavo di partenza. Le dimensioni dell'area di stoccaggio dipendono dalla lunghezza dei tubi, che può arrivare fino a sei metri. È preferibile che i tubi scelti per la posa siano conservati in posizione orizzontale. Ciò semplificherà l'installazione e ridurrà la probabilità di danni alla struttura.

Inoltre, è necessario garantire le vie di accesso allo scavo di partenza per poter trasportare senza ostacoli i materiali e i macchinari necessari per i lavori.

Il metodo della perforazione controllata consente di installare con successo sia tubi in plastica che in metallo all'interno di una guaina metallica. Per prima cosa si esegue una perforazione pilota, poi si procede con la compattazione in senso inverso, l'introduzione della guaina e infine la posa dei tubi.

Inizialmente si effettua un sopralluogo preliminare dell'area di lavoro. Gli specialisti utilizzano la documentazione di progetto, sulla base della quale, insieme ai risultati dell'analisi dell'oggetto, viene redatto un piano per l'esecuzione della perforazione.

Se è necessario eseguire una perforazione sotto un oggetto soggetto a carichi di traffico significativi (binari del tram, autostrada, ferrovia, metropolitana, ecc.), i tubi vengono installati in apposite guaine.

Se è necessario posare più cavi sotto la strada, si posano prima il tubo o la guaina, il cui diametro consente di ospitare tutti i servizi necessari.

Tale rivestimento deve avere un diametro che superi le dimensioni dei tubi di circa 15-20 cm. Prima si posa il rivestimento, poi si montano i tubi al suo interno, e lo spazio tra queste comunicazioni viene riempito con una malta, per la quale si può utilizzare un economico cemento M-100. I rivestimenti riducono i carichi sulle comunicazioni sotterranee e diminuiscono il rischio di danni.

Perforazione idraulica, vibroperforazione e spinta

Si distinguono l'idroperforazione e la vibroperforazione. Nel primo caso, come strumento per spingere il terreno si utilizza un getto d'acqua che, sotto alta pressione, fuoriesce da un'apposita punta.

Questo metodo è particolarmente efficace su terreni sabbiosi sciolti, facilmente erosi dall'azione del getto. Permette di realizzare un foro di diametro circa 50 cm in un tempo minimo. Ma la lunghezza massima del pozzo nell'idroperforazione è di 30 m.

La vibroperforazione, come si capisce dal nome, viene eseguita con l'ausilio di vibrazioni. Nel dispositivo per eseguire la perforazione vengono utilizzate macchine a impatto-vibrazione-infissione con eccitatori di oscillazioni direzionali longitudinali.

L'infissione statica viene combinata con l'azione di impulsi d'urto del vibromartello sul terreno. Il metodo viene applicato su terreni sabbiosi saturi d'acqua e a bassa umidità, sia per la posa di tubi, sia per il loro recupero. Il diametro del pozzo può raggiungere i 50 cm e la sua lunghezza i 60 m.

Il metodo di spingimento viene eseguito con martinetti, come la perforazione. Ma in questo caso il tubo viene diretto nel terreno con l'estremità aperta. Durante l'avanzamento della struttura, all'interno del tubo si forma un tappo denso di terreno, che viene poi rimosso.

Per eseguire questo tipo di lavori si utilizzano da due a otto potenti martinetti idraulici (da 200 a 400 tonnellate), per il cui funzionamento è necessario montare una parete di contrasto con telaio e testata.

Lo spingimento del terreno – è un metodo di posa di tubi senza scavo, eseguito con l'ausilio di speciali macchine idrauliche ad alta potenza

In un turno, tale dispositivo può avanzare fino a 10 metri di terreno, e la lunghezza totale del pozzo di solito non supera gli 80 metri. Se è necessario posare un tracciato più lungo, lo si suddivide in singoli tratti non superiori a 80 metri.

Questo metodo richiede anche la realizzazione di un pozzo di partenza e uno di arrivo, in cui viene installata l'idraulica necessaria.

L'avanzamento di ogni tratto viene eseguito due volte: in avanti e poi in retromarcia. Il controllo del funzionamento dei meccanismi e della qualità dello spingimento viene effettuato dall'operatore, che si trova nel pozzo.

Tecnicamente, questo metodo è più complesso della normale perforazione, ma può essere applicato praticamente su qualsiasi terreno. Il diametro della struttura può raggiungere i 172 cm. L'estrazione del campione di terreno formatosi all'interno del tubo può essere eseguita manualmente o con mezzi meccanizzati.

Vantaggi del metodo della perforazione a spinta

La richiesta del metodo di perforazione è dovuta ai suoi notevoli vantaggi rispetto ad altre opzioni di esecuzione di lavori di questo tipo. Ad esempio, la perforazione è disponibile in qualsiasi periodo dell'anno, le temperature elevate o basse dell'aria esterna e del terreno non hanno grande importanza.

Uno dei vantaggi del metodo della perforazione controllata è che i lavori possono essere eseguiti anche in aree con un livello elevato di falda freatica

Il funzionamento dell'unità non richiede l'uso di fango bentonitico, l'immissione di acqua o fango di perforazione nel pozzo. Si tratta di un'unità compatta e potente, dotata di un affidabile sistema di sicurezza elettrica. Non è difficile trasportarla e installarla sul sito. Inoltre, le dimensioni compatte non impediscono al dispositivo di lavorare con elevati livelli di potenza.

I metodi senza trincea per la posa di tubi, come la perforazione controllata, possono essere applicati con successo sia in estate che in inverno

I tempi di lavoro sono anche inferiori rispetto ad altri metodi. Anche se nell'area in cui viene eseguita la perforazione si osserva un livello elevato di falda freatica, non è necessario attuare misure per drenare l'acqua dall'area.

Durante il passaggio del cono di espansione viene effettuata anche la compattazione delle pareti della trincea, quindi non sono necessari ulteriori lavori in questo senso.

Esecuzione della perforazione su diversi tipi di opere

La complessità e la velocità di questo tipo di lavori dipendono molto dalle condizioni, cioè dal terreno e dalle caratteristiche del sito sotto il quale viene eseguita la perforazione. Per la perforazione sotto il binario ferroviario, di solito è necessaria una documentazione piuttosto seria. Prima di tutto, è necessario coordinare la perforazione con una serie di servizi ferroviari.

L'uso del metodo della perforazione controllata all'interno della città consente di preservare l'integrità delle strade, per minimizzare i costi e non interrompere il traffico

In Russia è necessario contattare le suddivisioni ECh, ShCh, RTS NODG, PCh e altri servizi di OAO "RZhD". Obbligatoriamente vengono stipulati contratti per la supervisione tecnica, nonché per l'installazione di pacchetti di sicurezza. Tutta la documentazione esecutiva deve essere concordata e presentata agli organi ferroviari.

Alla divisione ferroviaria viene trasmesso un pacchetto di documenti al termine del ciclo di lavori di posa dei tubi. Nelle città, la perforazione sotto la strada è molto richiesta per la posa di nuove infrastrutture, specialmente in luoghi con attrazioni storiche.

Il metodo consente non solo di mantenere il normale traffico sulle strade, ma anche di prevenire la distruzione dell'antica pavimentazione, quando è necessario posare tubi sotto tali tratti.

Restauro di un oggetto simile può essere complesso, a volte impossibile. Nei villaggi di cottage, la posa di condutture con il metodo della perforazione consente di eseguire tutti i lavori con danni minimi alle strutture esistenti: strade, recinzioni, ecc.

Valutazione delle alternative

Oltre al metodo della perforazione controllata, esistono altre opzioni per la realizzazione di infrastrutture nel sottosuolo senza scavare trincee. A volte un'alternativa può essere più accettabile della perforazione, tutto dipende dalla situazione specifica.

Trivellazione orizzontale direzionale, detta anche trivellazione inclinata direzionale, viene utilizzata per la posa di tubazioni in pressione e non. La trivellazione con questo metodo viene eseguita dalla superficie del terreno. Il diametro del foro dovrebbe essere del 30-50% più grande delle dimensioni dei tubi che si intende installare.

Il foro viene allargato non subito, ma in più fasi. Viene utilizzata una soluzione di bentonite che si mescola con il terreno smosso e ne facilita la rimozione dal pozzo. Inoltre, questo fluido di lavoro viene utilizzato per raffreddare l'utensile di perforazione, e successivamente forma sulle pareti del pozzo uno strato che le protegge dalla distruzione.

Per pompare la soluzione di bentonite esausta si utilizza un aspiratore per fanghi. Dopo il pompaggio, la soluzione non necessaria deve essere portata in discarica per lo smaltimento. Se i lavori vengono eseguiti correttamente, si ottiene un pozzo pulito con pareti resistenti.

Le macchine perforatrici per questo tipo di lavori hanno caratteristiche diverse, come coppia e forza di trazione. Da ciò dipende la lunghezza dei tubi che verranno posati nel sottosuolo, che può raggiungere i 1000 metri.

Il diametro ammesso dei tubi – 120 cm. Con la trivellazione orizzontale direzionale si possono posare tubi sia metallici che plastici.

La trivellazione viene eseguita lungo una traiettoria precalcolata, il movimento dell'utensile di perforazione viene controllato tramite un sistema di localizzazione. L'angolo di attacco può variare tra 26 e 34 gradi.

Un altro parametro importante nell'uso della trivellazione orizzontale direzionale – la flessione delle aste, che può essere del 6-12%, dipende dal loro tipo. Un'altra tecnica popolare di posa senza trincea – trivellazione a coclea. Per eseguirla si utilizza una speciale attrezzatura idraulica che funge da martinetto.

Per prima cosa si realizzano gli scavi di partenza e di arrivo. La profondità di ciascuno deve essere di un metro maggiore rispetto al livello di posa della tubatura. Nello scavo di partenza viene calata l'attrezzatura idraulica che fa ruotare la coclea e i tubi di spinta. Di conseguenza, parte del terreno viene rimossa e si ottiene un foro per il tubo.

Quindi all'interno si installano tubi, rivestimenti, ecc. La lunghezza massima di posa è solitamente di soli 100 metri, ma il diametro delle condutture può raggiungere i 172 cm, i valori dipendono in gran parte dal tipo di terreno su cui viene eseguita la trivellazione.

Il metodo di spinta delle camicie d'acciaio viene spesso utilizzato quando è necessario posare, tramite metodi senza scavo, tubi o camicie di grande diametro.

Per il controllo dei lavori durante la trivellazione a coclea si utilizza un laser, che garantisce il corretto angolo di inclinazione della trivella e permette di monitorare la direzione di perforazione con grande precisione. Quando la coclea raggiunge lo scavo di arrivo, viene estratta dal foro ottenuto in ordine inverso.

Microtunnelaggio – è un metodo di alta precisione per la posa di condotte senza scavo, eseguito con uno speciale scudo di avanzamento.

Per spostare il dispositivo viene utilizzata una potente stazione di martinetti. Essa agisce sulla colonna di tubi in cemento armato collegati allo scudo. Con l'aumentare della lunghezza del foro, la colonna viene allungata aggiungendo elementi in cemento armato.

Per la posa di tubi in cemento armato e acciaio si utilizza il metodo del microtunnelaggio. Viene eseguito con uno speciale scudo di avanzamento che smuove il terreno.

Questo metodo richiede anche la preparazione preliminare di due scavi; la distanza tra essi può variare da 50 a 500 metri. L'impianto di martinetti deve essere calato nello scavo di partenza a una profondità corrispondente al livello di posa delle condotte. Se la lunghezza del foro supera i 200 metri, di solito si utilizza una stazione di martinetti intermedia.

Lo scudo di avanzamento smuove il terreno, che viene asportato da acqua o da una soluzione di bentonite proveniente dalle linee di alimentazione. Il fluido esausto, mescolato con particelle di terreno, viene trasferito in un sedimentatore attraverso le linee di scarico. Quando lo scudo di avanzamento raggiunge lo scavo di arrivo, i lavori possono considerarsi conclusi.

I metodi di posa di condotte senza scavo vengono eseguiti utilizzando attrezzature speciali di elevata potenza. L'osservanza precisa della tecnologia garantirà un foro affidabile.

L'attrezzatura viene smontata e rimossa. Con il metodo del microtunnelaggio è possibile installare non solo tubi in cemento armato, ma anche tubi in acciaio. Per controllare la corretta esecuzione dei lavori viene utilizzato un sistema di navigazione composto da un laser, un bersaglio e una ruota di misura.

Per tratti lunghi (oltre 200 m) è considerata efficace una sistema laser elettronico dotato di livello idrostatico, che fornisce informazioni precise sulla profondità di posa dei tubi indipendentemente dalla temperatura dell'aria all'interno della struttura.

Dettagli sulla scelta del metodo appropriato

Il metodo di posa delle condutture mediante perforazione orizzontale viene scelto già in fase di progettazione del processo specifico. Se la posa senza scavo dei tubi viene effettuata nell'ambito della costruzione di un oggetto, ad esempio un edificio residenziale, i lavori possono diventare parte del progetto di costruzione generale.

Nella progettazione vengono considerate le seguenti informazioni:

• lunghezza delle condutture da posare senza scavo;
• diametro del rivestimento o del tubo;
• materiale di cui sono fatte le condutture;
• profondità a cui devono essere posati i tubi;
• tipo di tubazione (in pressione o non in pressione);
• possibilità di realizzare i pozzi di partenza e di arrivo con profondità adeguata;
• vie di accesso al luogo dei lavori;
• disponibilità di un'area sufficientemente spaziosa per lo stoccaggio di materiali, attrezzature, ecc.;
• livello delle falde acquifere;
• altre caratteristiche geologiche del sito;
• pianta della disposizione delle condutture già presenti sul sito.

Durante la costruzione talvolta è necessario modificare il progetto già redatto. Ciò può essere dovuto al desiderio di ridurre i costi, utilizzando ad esempio tubi in plastica invece di quelli in acciaio. Inoltre, la planimetria delle infrastrutture sotterranee nel cantiere non è sempre sufficientemente precisa.

Il diametro del tubo è uno degli indicatori che vengono considerati nella scelta dei metodi di posa senza scavo delle condutture. Il foro deve essere leggermente più grande

Durante i lavori possono essere scoperte tubazioni o cavi non contabilizzati. Tutti questi aspetti possono richiedere modifiche al progetto, e ciò può influire anche sulla decisione riguardo al metodo di perforazione.

Se la profondità di posa delle condutture è ridotta, sussiste il rischio di cedimento dello strato superficiale del terreno, soprattutto se durante la perforazione è stata utilizzata una sospensione bentonitica. In tali casi è meglio dare la preferenza alla perforazione orizzontale a coclea.

Molto spesso il metodo di perforazione è determinato dal tipo di attrezzatura a disposizione dell'organizzazione che esegue l'ordine.

Ad esempio, se i costruttori dispongono di martinetti o di una macchina per la perforazione orizzontale direzionata, verrà data la preferenza a questo metodo rispetto alla perforazione semplice. Molto spesso tali modifiche sono dettate da considerazioni di vantaggio economico.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il processo di funzionamento della macchina per eseguire la perforazione controllata è mostrato chiaramente nel video:

La perforazione controllata è un metodo altamente preciso e relativamente economico per installare condutture sotto una strada o un altro oggetto. Inoltre, è importante progettare correttamente tutti i lavori e rispettare rigorosamente la tecnologia.

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