Come viene eseguita la posa di tubi senza scavo: peculiarità del metodo + esempio di lavoro

Nella costruzione di nuove tubazioni, nonché nella riparazione o sostituzione di vecchie linee di comunicazione, viene attivamente utilizzata la posa di tubi senza scavo.

La varietà di metodi consente di scegliere la soluzione ottimale, a seconda della complessità del tratto o della densità edilizia.

In questo articolo descriveremo in dettaglio i metodi di posa senza scavo delle tubazioni e le loro caratteristiche distintive.

Vantaggi e caratteristiche della posa senza scavo

I vantaggi evidenti rispetto ai lavori di scavo per la trincea sono i seguenti aspetti:

• riduzione dei tempi di esecuzione;
• minimizzazione dei costi di ripristino del paesaggio urbano;
• mantenimento del funzionamento normale delle infrastrutture;
• riduzione dell'impatto sulle aree ecologicamente sensibili.

La scelta del metodo di posa senza scavo della tubazione dipende dal diametro del pozzo necessario, dalle caratteristiche del paesaggio e del terreno, dal materiale dei tubi posati, dalla presenza o assenza di condotte esistenti.

I corpi idrici naturali, le infrastrutture di superficie e sotterranee, le aree verdi e gli edifici non vengono interessati se i lavori di costruzione delle tubazioni vengono eseguiti con metodo senza scavo.

Esistono molte varianti di realizzazione, ma tra queste si possono individuare quattro metodi principali: riabilitazione, spinta e perforazione del terreno, perforazione orizzontale direzionale.

Ristrutturazione e sostituzione della tubazione con il metodo della riabilitazione (sanazione)

Il metodo di risanamento viene applicato nei casi in cui, durante il sopralluogo, sia emersa la necessità di sostituire completamente o parzialmente la tubazione esistente.

Con il risanamento si risolvono efficacemente i seguenti problemi:

• intasamento di tratti di tubazione e formazione di crepe;
• danneggiamento locale di diramazioni delle condutture a causa di radici di alberi;
• rischio di rottura dei tubi a causa della corrosione.

A seconda dello stato delle condutture e degli obiettivi, si ricorre alla tecnologia del relining o della ristrutturazione.

Tecnologia del relining o “tubo in tubo”

Il relining è una variante del risanamento, applicata a tubazioni in cui è possibile una riduzione non significativa del diametro. Se la vita reale dei tubi metallici è esaurita e c'è il timore che funzionino fino al prossimo cedimento, vengono preventivamente puliti da depositi di calcio, ruggine e sabbia.

Si prepara un inserto in polietilene a forma di manica, che viene preventivamente riempito internamente con una composizione polimerica, distribuita uniformemente per tutta la lunghezza. Questa calza polimerica viene dispiegata all'interno del tubo mediante pressione di acqua o aria, contemporaneamente rivoltandola in modo che la composizione applicata in precedenza aderisca alle pareti della tubazione.

Dopo che la manica ha riempito l'intero segmento della tubazione usurata, si esegue il processo di polimerizzazione sotto l'effetto della temperatura. Di conseguenza, aumentano sia la resistenza delle condutture che la loro capacità di flusso.

Un'altra tecnologia di relining prevede la posa di nuovi tubi in polipropilene all'interno di quelli vecchi esistenti. In questo modo si sostituiscono tubazioni in acciaio, ceramica, cemento-amianto, ghisa, calcestruzzo e cemento armato con diametro di 200-315 mm.

Il relining – è un modo rapido ed economico per rinnovare la tubatura e aumentarne la capacità di flusso, nonostante la lieve riduzione del diametro interno dei tubi.

Allo stesso tempo, bisogna tenere conto che in corrispondenza dei giunti di tubi in PVC si forma una giunzione di circa 15 mm, e da essa è necessario misurare l'intercapedine tra il diametro interno del vecchio tubo e la superficie esterna del nuovo tubo.

Grazie alla bassa resistenza idraulica dei tubi in plastica, la capacità di flusso non peggiora nemmeno con la riduzione del diametro.

Rinnovamento delle tubazioni con la tecnologia di rinnovazione

Un'altra opzione di risanamento è il rinnovamento. Si differenzia dal relining per un approccio molto meno delicato verso le condotte esistenti, che vengono distrutte e compattate nel terreno, creando un involucro protettivo per la nuova tubatura, che spesso ha un diametro maggiore.

Quando si utilizza la tecnologia di rinnovamento, i segmenti usurati della vecchia tubatura vengono distrutti e spinti nel terreno, creando così un ulteriore involucro protettivo per le nuove condotte.

Per tale posa in opera senza scavo di tubi è necessaria un'attrezzatura specializzata: si utilizza una macchina a percussione pneumatica con un cono espanditore dotato di bordi taglienti. Nel video sotto l'articolo viene mostrato chiaramente come il cono affronti un tubo in acciaio da 6 millimetri.

Il meccanismo di lavoro viene fissato al cavo di traino, dopodiché vengono progressivamente collegati i moduli di tubi in PVC, la cui lunghezza può variare da 600 a 1000 mm, a seconda della larghezza del pozzetto. Il tubo pneumatico viene collegato al compressore e poi, insieme al cavo di sicurezza, viene fatto passare attraverso i moduli collegati.

L'ingresso nella tubatura da sostituire viene allargato e vi viene introdotta la macchina a percussione pneumatica. Spostandosi lungo le condotte, le rompe, trascinando contemporaneamente il materiale di rivestimento.

Metodi di spinta del terreno

La spinta del terreno viene eseguita anche in un numero considerevole di varianti: la tecnologia del microtunnelling, l'uso di martelli pneumatici, la trivellazione a coclea direzionata e la perforazione controllata e non controllata.

Ciascuno di questi metodi di posa senza scavo è richiesto e rilevante a seconda della posizione delle condotte.

Custodia per tubi o metodo di perforazione non guidata

In questo metodo, il tubo di rivestimento viene spinto nel terreno, contemporaneamente si procede alla rimozione del terreno. Più spesso per la rimozione si utilizzano coclee, più raramente aria compressa e lavaggio con acqua.

La perforazione non controllata viene applicata a qualsiasi tipo di terreno, anche se possono sorgere difficoltà in caso di terreni non coesivi e in presenza di grossi sassi, quando il tubo di rivestimento viene compresso dal terreno o ne viene bloccato l'avanzamento.

Nella fase di preparazione dei lavori, il tubo di rivestimento viene posizionato nello scavo esattamente lungo l'asse della perforazione. A causa di possibili ostacoli, la traiettoria del movimento può essere corretta utilizzando due tubi, uno dei quali viene scelto con un diametro maggiore del necessario, e al suo interno viene posata la corda di tubi del diametro richiesto.

Il tubo esterno funge da una sorta di rivestimento e protegge la tubazione operativa, il che è rilevante nei casi in cui la posa avviene sotto linee ferroviarie o tranviarie, nonché sotto autostrade con carichi pesanti.

Una delle macchine più comuni per la posa senza scavo di corde di tubi di piccolo diametro. I vantaggi dell'impianto – compattezza e facilità di trasporto.

La differenza di diametro è solitamente di 150-250 mm e lo spazio intertubo viene riempito con malta cementizia. In questo modo si riduce la pressione del terreno sul tubo operativo, si riduce il carico dovuto al traffico e si garantisce la protezione dall'influenza di altri servizi situati nelle vicinanze.

La lunghezza dei segmenti di tubo di rivestimento varia da 3 a 12 metri; durante la posa vengono saldati in sequenza.

Differenze della perforazione guidata

Questo metodo si differenzia dalla perforazione non controllata per l'utilizzo aggiuntivo di deviatori — piastre di acciaio fissate nella parte anteriore del tubo di rivestimento. Vengono sollevate mediante cilindri idraulici, correggendo così la direzione della perforazione.

La macchina per la perforazione controllata del terreno UPGK-40U può essere utilizzata in pozzi di diametro fino a un metro con coperchio del pozzetto fino a 600 mm.

In entrambi i casi, per ridurre l'attrito si utilizza una soluzione di bentonite, che dopo la posa della tubazione viene pompata e, dopo filtrazione, può essere riutilizzata.

Maggiori dettagli sulla tecnologia di posa dei tubi mediante il metodo della perforazione si possono leggere in questo articolo.

Utilizzo di martelli pneumatici in terreni compatti

L'utilizzo di martelli pneumatici per la perforazione del terreno è il metodo più economico, rapido ed efficace, grazie alla precisione relativamente elevata della penetrazione senza scavo.

Questo metodo non richiede la realizzazione di ulteriori fermi per martinetti idraulici; utilizza attrezzature piccole e facili da trasportare, e impone requisiti minimi per la preparazione del cantiere.

Un martello pneumatico di tale potenza viene utilizzato per perforare fori di diametro da 155 mm senza espansore fino a 245 mm con l'uso dell'espansore.

Grazie all'aria compressa si sviluppa una sufficiente energia d'impatto, sotto la cui azione un tubo d'acciaio aperto di lunghezza fino a 80 metri viene infisso in terreni ad alta resistenza. La velocità media di posa è di 15 metri all'ora. Dopo la posa, i tubi vengono puliti dal terreno con acqua e aria compressa. I tubi di grande diametro vengono puliti manualmente.

Vantaggi della tecnologia del microtunnelling

Il processo di microtunnelling è completamente automatizzato. I tubi di rivestimento e di lavoro sono realizzati non solo in acciaio, ma anche in ceramica, fibra di vetro, ghisa e cemento armato. La distanza media di perforazione senza riposizionamento della stazione di sollevamento è compresa tra 100 e 250 metri.

I complessi di microtunnelling consentono di posare rivestimenti in acciaio e cemento armato con diametro fino a 1700 mm in terreni contenenti massi e inclusioni rocciose.

La distanza di perforazione varia in base al tipo di terreno, alla potenza del telaio di spinta di cui è dotato il complesso di microtunnelling, nonché al materiale dei tubi utilizzati, a seconda dello sforzo di compressione che il tubo è in grado di sopportare.

Utilizzo di impianti per trivellazione direzionale a coclea

L'impiego di impianti a coclea rappresenta un'alternativa economica al microtunnelling. Questi impianti consentono di posare tubi di rivestimento con elevata precisione e nel rispetto della pendenza di progetto, aspetto importante per le condotte a gravità.

I limiti all'applicazione possono essere le sabbie mobili e le grandi inclusioni solide nel terreno. La distanza di perforazione di solito non supera gli 80 metri.

La lunghezza massima del foro prima del riposizionamento dell'attrezzatura a coclea – circa 80 metri. La portata dipende anche dalla resistenza del tubo di rivestimento.

L'utilizzo di coclee con albero cavo consente di effettuare la perforazione senza realizzare un pozzo di ricezione.

Metodo di perforazione orizzontale direzionale

Probabilmente, questo è il metodo più costoso tra tutti quelli esistenti nella posa senza scavo di tubi, ma anche il più tecnologicamente avanzato.

Si ricorre all'HDD non solo quando è necessario perforare su lunghe distanze e posare tubi di grande diametro, ma anche nei casi in cui è necessario posare un breve tratto di tubazione di piccolo diametro in prossimità di proprietà private o beni di valore culturale.

Nel processo viene utilizzato un fluido di perforazione che garantisce la riduzione dell'attrito durante il tiro della stringa di tubi, il mantenimento del terreno scavato in sospensione per evitare il collasso del materiale posato, il raffreddamento e la lubrificazione dell'attrezzatura, nonché il trasporto del terreno scavato in superficie.

Il fango di perforazione viene preparato diluendo con acqua la bentonite, un minerale naturale con un complesso di additivi speciali. La sospensione ottenuta impedisce il crollo dei canali, elimina la necessità di parziale o totale pompaggio delle acque sotterranee, poiché è in grado di svolgere le sue funzioni anche in terreni permeabili.

La perforazione orizzontale direzionale in terreni saturi d'acqua richiede un controllo preciso della pressione e della portata del fango di perforazione, nonché l'uso di additivi speciali nella sua preparazione.

Poiché l'acqua per la preparazione del fango viene prelevata da corpi idrici situati nelle immediate vicinanze, è necessario tenere conto della presenza di sali minerali e del pH delle acque sotterranee, poiché questi parametri possono influenzare la stabilità della sospensione. Questo approccio consente di evitare un'erosione incontrollata.

I lavori di perforazione orizzontale direzionale (POD) possono essere suddivisi in diverse fasi:

• pianificazione della traiettoria di perforazione;
• preparazione del sito di lavoro;
• esecuzione del pozzo pilota;
• fase di ampliamento del pozzo;
• tiraggio inverso;
• ripristino del territorio.

Esaminiamo ciascun punto del piano.

Fase di pianificazione e calcolo della traiettoria del pozzo

Prima di iniziare la perforazione, è necessario calcolare e pianificare la traiettoria del pozzo.

Considerare non solo la lunghezza e la profondità del percorso, ma anche i probabili ostacoli, come:

• compattabilità del terreno, sua porosità e adesività;
• contenuto di umidità e livello delle acque sotterranee;
• presenza di grossi sassi e rocce;
• strutture sotterranee adiacenti alla zona di perforazione.

Vengono identificati i possibili rischi e vengono inviate notifiche ai servizi di emergenza e alla Direzione GIBDD.

Anche quando si posano le utilities su brevi distanze, è necessario calcolare con precisione la traiettoria del pozzo e tenere conto dei possibili rischi.

Viene redatto un disegno della traiettoria di perforazione o viene effettuata una marcatura direttamente sulla superficie del terreno. Con un serio approccio ingegneristico, si tengono conto degli angoli di entrata e uscita della sonda, nonché dei raggi di curvatura minimi ammissibili della batteria di aste.

Il carico maggiore sull'impianto si verifica durante l'ampliamento simultaneo del pozzo pilota e la posa della condotta, pertanto i calcoli vengono eseguiti tenendo conto della potenza dell'attrezzatura.

Organizzazione del sito per la perforazione orizzontale direzionale

Il complesso di POD viene consegnato al sito, scaricato e posizionato nel luogo di lavoro. È necessario verificare l'angolo di inclinazione del telaio di perforazione e procedere al fissaggio tramite ancoraggio dell'impianto.

Senza tale fissaggio, la sonda stessa, il suo azionamento e il telaio di perforazione si usurano più rapidamente, quindi non bisogna trascurare il fissaggio. Successivamente, si deve effettuare un avvio di prova del miscelatore per la sospensione e dei motori dell'impianto, assicurandosi della stabilità dei collegamenti dei tubi flessibili del sistema idraulico.

Esecuzione del pozzo pilota

La perforazione pilota consiste nel percorrere l'intera lunghezza della traiettoria del pozzo con un diametro ridotto, sufficiente per il trascinamento della serie di aste. Il primo segmento viene caricato nell'asta di guida, il giunto filettato viene abbondantemente lubrificato e collegato alla testa di perforazione — un dispositivo composto dal trasmettitore del sistema di localizzazione, dalla stessa paletta di perforazione e dal filtro di alimentazione della sospensione.

Successivamente, viene effettuata l'alimentazione della soluzione di bentonite e la regolazione della pressione — questo è necessario per assicurarsi che la sospensione passi attraverso i tubi nell'asta di perforazione, entri nel pozzo, nel filtro e negli ugelli della testa di perforazione, per poi uscire con la giusta pressione.

L'operatore dell'impianto esegue l'apertura di ingresso perpendicolarmente alla superficie del terreno rispetto all'asse longitudinale della testa di perforazione, dopodiché effettua la perforazione, aggiungendo progressivamente la serie di aste.

Una piccola squadra di operatori, minima interferenza con il paesaggio esistente, alta velocità di costruzione delle condotte – validi argomenti a favore della perforazione orizzontale direzionale (HDD)

L'operatore del sistema di localizzazione segna le posizioni, la profondità e l'angolo di perforazione, verifica la traiettoria pianificata e registra sul piano la traiettoria effettiva, se necessario un riorientamento. Dopo che la testa di perforazione appare nel punto di uscita, la perforazione pilota è completata.

Fasi di allargamento del pozzo e posa della galleria

Nel processo di perforazione pilota si forma un pozzo di larghezza 75-100 mm, che è spesso sufficiente per la posa di condotte di piccolo diametro. Se il diametro del pozzo è inferiore a quanto richiesto, si trascina nella direzione opposta un rimmer allargatore.

Spesso questa fase viene combinata con la posa dei mezzi di comunicazione; in tal caso, dietro l'allargatore rotante viene installato un giunto girevole (swivel) per evitare che il materiale posato si attorcigli.

In alcuni casi, tenendo conto delle forze richieste per il trascinamento, l'allargamento del pozzo viene eseguito separatamente in modo che le dimensioni del tunnel consentano la posa del materiale del diametro desiderato.

Il trascinamento inverso viene effettuato anche con l'alimentazione di fluido di perforazione per ridurre l'attrito del materiale contro le pareti del pozzo. Man mano che la serie di aste viene tirata per la lunghezza di un'asta, l'operatore HDD interrompe l'alimentazione della sospensione, ferma la rotazione e scollega l'asta, per poi riprendere il funzionamento dell'impianto.

La procedura viene ripetuta finché l'allargatore non appare dall'apertura di ingresso del pozzo.

Completamento dei lavori e ripristino delle aree verdi

Dopo che la posa senza scavo della condotta è completata, il motore dell'impianto viene spento, la serie di condotte posata viene scollegata, vengono rimossi i connettori, il giunto girevole e il filtro.

Tutti gli attrezzi vengono puliti dalla terra, trattati con lubrificante impermeabile. I residui di sospensione vengono pompati, la fossa viene riempita e, se possibile, viene ripristinato il paesaggio naturale o vicino al naturale.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Perforazione di un pozzo con mezzi di fortuna su un terreno privato:

Video sull'applicazione del metodo di relining:

Principio di rinnovamento – demolizione del tubo d'acciaio:

Guida passo passo all'utilizzo della compatta unità di perforazione orizzontale direzionale:

L'applicazione del metodo di posa senza scavo delle condotte comporta l'uso di attrezzature speciali e determinati dispositivi. Tuttavia, per brevi distanze, è possibile perforare un pozzo del diametro di 50-100 mm avendo a disposizione normali apparecchi elettrici. L'importante è eseguire correttamente i calcoli.

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