12 minute read
Cover Story - Herrenknecht AG - Depășirea limitelor prin utilizarea metodei Direct Pipe®
Instalarea în siguranță a conductelor în apropierea țărmului și la subtraversarea unui curs de apă
Advertisement
De-a lungul ultimilor 15 ani, metodologia Direct Pipe® s-a impus continuu în lumea conductelor. Inițial, a fost folosită pentru subtraversarea în siguranță a cursurilor de apă. Datorită dezvoltării tehnice ulterioare și popularității în creștere în rândul clienților și antreprenorilor, gama de aplicații pentru Direct Pipe® a fost extinsă constant în ultimii ani. Astăzi, cu un palmares de peste 170 de traversări reușite și 90 de kilometri de conducte instalate, metodologia Direct Pipe® este din ce în ce mai utilizată și pentru abordările de la țărm. Următorul articol oferă o imagine de ansamblu asupra procesului Direct Pipe®, câteva dintre beneficiile sale generale, precum și avantaje mai puțin cunoscute și dezvoltări mai recente, cum ar fi utilizarea metodei Direct Pipe® la instalarea conductelor cu diametru mic.
TEXT: Ing. Valeriu BEZDEDEANU
METODOLOGIA DIRECT PIPE®
Metoda Direct Pipe® dezvoltată de Herrenknecht combină forarea găurii cu lansarea conductei, într-o singură etapă. Asamblarea șirului de țevi pentru realizarea conductei se face pe șantierul de unde se lansează conducta, pe același mal.
În groapa de lansare, șirul de țevi prefabricate este conectat la o mașină specializată pentru execuția de microtuneluri (MTBM – Micro Tunnel Boring Machine) care excavează gaura la diametrul final. Forța de împingere necesară este asigurată de lansatorul de țeavă (Pipe Thruster), care împinge MTBM înainte împreună cu conducta. Gaura de foraj în sine este susținută de o suspensie de bentonită de joasă presiune, în timp ce noroiul excavat este transportat la suprafață prin țevi dedicate de șlam instalate în interiorul conductei. Sistemul de navigație bazat pe giroscop TUnIS Navigation MTGyro asigură ghidarea precisă a MTBM de-a
Prezentare de ansamblu asupra tehnologiei Direct Pipe® , cu instalare pe șantier pe partea de lansare
lungul traseului, respectându-se cu strictețe declivitățile ascendente și descendente maxime, razele precise ale curbelor și aliniamentele prestabilite. Punctele de intrare și de ieșire sunt, în general, în apropiere de țărm sau la suprafață. Dacă punctul de ieșire este în larg, în apropriere de țărm, MTBM este preluat direct de pe fundul mării la sfârșitul forării.
ALTERNATIVĂ LA HDD
În condiții de soluri dificile, foarte permeabile, Direct Pipe® reprezintă o alternativă valoroasă la populara metodă de foraj direcțional orizontal (HDD). Deoarece forarea și instalarea conductei au loc într-o singură etapă, forajul este susținut în mod continuu, aproape fără risc de hidro-fracturare.
Acesta este beneficiul major al tehnologiei Direct Pipe®, ținând cont de faptul că siguranța și protecția mediului reprezintă o preocupare crescândă în industrie. Alte avantaje suplimentare ale acestei metode sunt următoarele: • aliniamente executate la mică adâncime, cu suprasarcină cât mai mică posibilă: flexibilitate mai mare pentru pregătirea adecvată a solului; • economii de timp și costuri: instalarea conductei într-o singură etapă duce la timpi de forare și de instalare reduși; • volume mai reduse de fluid de foraj și excavare în exces redusă (< 10%), înseamnă mai puțin material excavat îndepărtat; • reducerea semnificativă a riscului de revenire accidentală a fluidului de la hidrofracturare din cauza separării suportului de forajului și a îndepărtării noroiului; • logistică eficientă a șantierului și operare dintr-o singură direcție (cu foarte puțin suport maritim pe abordările de la țărm și aproape complet independentă de vreme).
MEDIU ȘI SUSTENABILITATE
În contextul schimbărilor climatice, aspectele sustenabilității intră în centrul atenției planificatorilor, operatorilor și contractorilor. Acest lucru se referă nu numai la industria transportului prin conducte, ci și la companiile de transport a energiei electrice, care se confruntă cu aceleași provocări de-a lungul rutelor rețelelor lor de transport.
Un studiu recent pentru un potențial proiect de instalare a unei conducte, care include o subtraversare terestră și o abordare de la țărm, fiecare de peste 1 000 m lungime, a analizat impactul asupra mediului al metodei Direct Pipe®. Aproape toate aspectele de mediu comparate în cadrul studiului au arătat că utilizarea tehnologiei Direct Pipe® este mai prietenoasă cu mediul decât tehnologia HDD. Gama de aspecte studiate a inclus consumul de combustibil și emisiile de CO2, consumul de apă și bentonită, eliminarea fluidelor de foraj și a noroiului excavat, amprenta la sol pe șantier și eliberarea fluidelor la ieșirea conductei în mediul marin.
AMPRENTA CO2
Cele mai vizibile au fost emisiile de CO2 datorate cerințelor relativ scăzute de putere și, în consecință, consumului redus de combustibil. Calculând puterea instalată a echipamentului de forare, metoda Direct Pipe® a arătat că de obicei necesită doar aproximativ jumătate din puterea furnizată echipamentului HDD. Pe baza unui număr de ipoteze și simplificări aplicate în mod egal, acest lucru s-a tradus într-o reducere a consumului de combustibil cu aproximativ 50% dacă se utilizează metoda Direct Pipe®. Deoarece emisiile de CO2 sunt direct legate de consumul de combustibil (arderea a 1 litru de motorină produce aproximativ 2,65 kilograme de CO2), amprenta de CO2 pentru Direct Pipe® a fost mai puțin de jumătate din cea pentru HDD (instalație cu motor diesel).
EMISII SONORE
În plus, emisiile sonore - SPL (nivelul presiunii sonore) - în cazul utilizării metodei Direct Pipe® au fost cu 40-45% mai mici decât în situația utilizării metodei HDD, în timp ce SWL (nivelul de putere sonoră) a fost cu 70-80% mai scăzut. Din punct de vedere al personalului de pe șantier direct implicat în lucrare, nivelul acustic al zgomotului emis de funcționarea instalației HDD și perceput de oameni, este de aproximativ 1,3 până la 1,5 ori mai ridicat decât dacă se utiliza metoda Direct Pipe®. Mai mult decât atât, emisiile sonore pe partea de ieșire a conductei din sol sunt practic inexistente, deoarece la ieșire aproape nu se mai execută nici o operațiune ce implică metoda Direct Pipe® - cu excepția recuperării echipamentului MTBM.
FLUIDE DE FORAJ
Alte aspecte, cum ar fi eliberarea fluidului de foraj în ocean (la ieșire sau în timpul forajului) pot fi considerate aproape neglijabile în cazul utilizării metodei Direct Pipe®. Pentru abordările de la țărm, eliberarea fluidelor de foraj la ieșire a fost redusă cu 90-97% comparativ cu utilizarea tehnologiei HDD.
ABORDĂRI DE LA ȚĂRM
Fiecare conductă offshore ajunge în cele din urmă pe țărm. În orice caz, în ultimii ani, numărul de abordări de la țărm a crescut din cauza nevoilor tot mai mari de aprovizionare cu energie ale oamenilor. Pe tot globul apar tot mai multe instalații de desalinizare pentru apă și parcuri eoliene offshore. În același timp, crește și gradul de conștientizare față de mediu și sustenabilitate. Tehnicile tradiționale de instalare a conductelor, cum ar fi dragarea, săparea șanțurilor sau forajul direcțional sunt mai puțin atrăgătoare din diverse motive, de altfel binecunoscute. Atenția publicului și presiunea asupra proprietarilor proiectelor de instalare a conductelor forțează părțile interesate să ia în considerare alternative cu impact redus asupra mediului. Tehnologia Direct Pipe® adaugă o variantă inovatoare gamei de tehnologii trenchless disponibile pentru abordările de la țărm.
CABLURI DE EXPORT PENTRU PARCUL EOLIAN OFFSHORE BEATRICE, DIN SCOȚIA
Prima abordare la mal s-a executat în 2017, în Scoția, când parcul eolian offshore Beatrice a fost conectat la o substație continentală de curent electric. Utilizând metoda Direct Pipe®, chiar și în condițiile meteorologice ale Mării Nordului, au fost instalate două conducte pentru cablurile electrice, de 440 m lungime și 48" diametru, sub linia țărmului. Motivul principal pentru alegerea metodei Direct Pipe® a fost reducerea impactului lucrărilor din zona de coastă asupra florei și faunei protejate din punct de vedere ecologic, dar și cerința operatorului parcului eolian de a instala cablurile la cea mai mică adâncime posibilă sub fundul mării, pentru a asigura un transfer eficient de căldură către apa mării.
După finalizarea fiecărui tronson, echipamentul de forare MTBM a fost recuperat întreg, într-o etapă, de pe fundul mării. Separarea de conductă a fost făcută cu ajutorul unui modul telecomandat de recuperare și deconectare. Echipamentul MTBM a fost etanșat în siguranță împotriva pătrunderii apei, în timp ce conducta pentru cablurile electrice a fost inundată în condiții controlate.
Recuperarea echipamentului MTBM în largul coastei scoțiene
RECORDURI DE DISTANȚĂ LA INSTALAREA CONDUCTELOR ÎN NOUA ZEELANDĂ
Recordul de distanță la instalarea conductelor utilizând metoda Direct Pipe® a fost doborât în 2018, cu o lungime de 1 930 m, în apropiere de Auckland, în Noua Zeelandă. Stația de epurare a apelor uzate din golful Army Bay a necesitat instalarea unei conducte de schimb cu diametrul de 48" ce trebuia să subtraverseze peninsula pe care ea se afla. Cu toate acestea, recordul actual de distanță pentru Direct Pipe® a fost stabilit în 2020 la instalarea unei conducte de 48", pentru stația de tratare a apelor uzate Warkworth & Snells Algies. Cea mai mare parte a distanței de 2 021 m a fost pe uscat, cu doar un sfert din aceasta sub Oceanul Pacific de Sud. Cel mai impresionant în această lucrare a fost că s-a fost folosit un singur lansator de conducte (Pipe Thruster). Condițiile geologice ale solului au variat de la lut și argilit până la gresie și au necesitat doar o singură schimbare a sculelor de tăiere.
SUBTRAVERSARE ÎN SIGURANȚĂ PE SUB DIGURI
Totuși, mai important era faptul că ambele subtraversări au trecut pe dedesubtul unei serii de diguri monitorizate de Corpul Inginerilor Armatei SUA (USACE). Presiunile scăzute exercitate asupra solului în timpul forajului Direct Pipe® realizat cu mașina TBM au atras atenția autorităților, care au solicitat monitorizarea completă a procesului. Finalizarea cu succes a subtraversărilor și rezultatele monitorizării forajelor au satisfăcut așteptările tuturor. Câțiva ani mai târziu, Consiliul Național pentru Energie (NEB) din Canada a recunoscut și acest mare avantaj al utilizării metodei Direct Pipe®, atunci când a fost executată o subtraversare dificilă a unei autostrăzii din provincia Alberta, cu o conductă cu diametrul de 48".
Interconectorul gazoductului de 48" ce leagă Bulgaria și Ungaria a trebuit să subtraverseze Dunărea în Serbia, pe o lungime de 1 409 m.
Deoarece părea prea riscant să folosești tehnologia clasică HDD în solul sedimentar foarte permeabil, format din nisip, aleurit și pietriș, subtraversarea a fost inițial planificată pentru utilizarea tehnologiei de execuție a micro-tunelurilor cu TBM, combinată cu tehnologia de împingere a țevilor (pipe jacking) în tunelul săpat în sol. Datorită impunerii unui termen de execuție strâns, metoda Direct Pipe® a fost în cele din urmă aleasă ca metodă de instalare preferată, mai eficientă pentru că instalarea conductei era executată într-o singură etapă.
Echipamentul Direct Pipe TBM în puțul de lansare din Noua Zeelandă, gata pentru forajul de 2 km Șantier Direct Pipe® pe malul Dunării, stabilind recordul european de distanță
SUBTRAVERSĂRI DE RÂURI
În mod tradițional, metoda Direct Pipe® este utilizată pentru a subtraversa în siguranță râurile și alte obstacole. Două subtraversări notabile ale unor conducte de 48" au fost realizate în Texas, SUA, în 2015. Cea mai scurtă, care a fost și prima care a depășit lungimea de 1 000 m în Statele Unite, a inclus totodată și un aliniament tridimensional, ea fiind depășită câteva săptămâni mai târziu de o a doua subtraversare care se întindea pe 1 230 m.
În Polonia, primul sistem Direct Pipe® cu diametru redus, care folosește tehnologia pompei cu jet, a fost utilizat recent pentru a realiza două subtraversări ale râurilor. O mașină polivalentă AVNS600, pentru execuția umedă a micro-tunelurilor, a finalizat două secțiuni pentru țevi de 28”, pentru interconectorul de gaz Polonia – Lituania. Prima subtraversare, pe o lungime de 340 m, a fost finalizată prin instalarea unei singure conducte din țevi prefabricate, în timp ce a a doua subtraversare, cu o lungime de 884 m, a fost împărțită în două tronsoane de conductă. Condițiile anticipate ale solului pe ambele treceri au fost nisip, aleurit, argilă, ceva turbă și puțin pietriș. Cu toate acestea, condițiile de sol întâlnite la prima subtraversare au fost semnificativ diferite, ele schimbându-se la scurt timp după lansarea mașinii, în balast și din când în când bolovani pentru aproape restul traseului de forat.
Instalare conductă de gaz 28", în Polonia, utilizând metoda Direct Pipe® cu diametru redus. Șantier puț de lansare AVNS600 pentru subtraversarea râului.
MTBM Direct Pipe® cu diametru redus (AVNS600)
1 - Cap de tăiere 2 - Unitate hidraulică periferică de antrenare 3 - Sistem de navigație 4 - Rezervor hidraulic 5 - Pompă hidraulică 6 - Pompă de refulare cu injecție
În orice caz, acest prototip a demonstrat ceea până atunci a fost considerat imposibil: instalarea conductelor cu diametru mic cu o mașină AVN Slurry MTBM, pentru execuția umedă a micro-tunelurilor, este fezabilă chiar și pentru distanțe extinse. În mod tradițional, execuția micro-tunelurilor de diametre mici era limitată de pompele centrifuge care erau prea mari pentru a se potrivi la diametrul interior al țevilor prefabricate. Noul concept de pompă de refulare cu injecție – ce aplică principiul lui Venturi, cu dimensiuni mai mici și putând fi instalată în carcase cu diametre interioare de până la 20”, a dat naștere la gama de mașini de foraj AVNS. Execuția de subtraversări pe distanțe de până la 1 500 de metri (în funcție de condițiile solului și de adâncime) sunt acum posibile cu o singură pompă de refulare. Pentru tehnologia Direct Pipe®, noul concept de pompă de refulare cu injecție, subdimensionată, extinde gama disponibilă de mașini AVNS pentru instalarea conductelor cu diametre de 24 – 60".
DIRECT PIPE® CU DIAMETRU REDUS PENTRU ROCI DURE
Alături de seria AVNS cu diametru redus, Herrenknecht a dezvoltat și o serie AVNS pentru roci dure pentru execuția de microtuneluri tradiționale și a încorporat-o în conceptul AVNS pentru Direct Pipe®, ea fiind compatibilă cu condiții de presiune până la 150 - 200 Mpa. Această nouă serie AVNS pentru roci dure definește o linie MTBM special concepută, cu caracteristici superioare, precum rulmenți principali mai puternici, care permit un mai bun foraj, performanțe și turație ridicate. Discurile de tăiat sunt echipate cu Biți Tricone TCI sau roți de tăiat cu dinți laminați. Gradul ridicat de rezistență la uzură permite acum, mai mult decât oricând, execuția de foraje cu un diametru mai mic, pe distanțe mai mari. Aceste mașini și-au dovedit deja capacitatea de a lucra în condiții în care principalele formațiuni subterane sunt pietriș sau roci dure.
PERSPECTIVE
Noul concept AVNS cu diametru redus, ce încorporează pompa de refulare cu injecție, alături de seria AVNS pentru roci dure, reprezintă o piatră de hotar pentru lucrările de execuție a micro-tunelurilor și pentru tehnologia Direct Pipe®, împingând limitele spre fezabilitate pentru foraje pe distanțe mai lungi și cu diametre mici. Totodată, progresele viitoare în tehnologia de ghidare ale partenerului VMT (Grupul Herrenknecht) vor face aceste sisteme de foraj mai fiabile, mai simple și polivalente.
În timp ce Direct Pipe® și-a stabilit deja locul pentru subtraversările terestre și abordările de la țărm, oferind o serie de avantaje și beneficii față de alte tehnologii trenchless, marile sale beneficii în ceea ce privește sustenabilitatea și impactul asupra mediului devin din ce în ce mai importante. Consumul de combustibil, amprenta CO2 și alte aspecte sunt de așteptat să fie factori cheie de decizie în viitor.
