Nawracające nieszczelności złączy rur: Historia napraw

Inżynierowie miejscy i zarządcy sieci kanalizacyjnych regularnie stają przed frustrującym dylematem: złącze rurociągu betonowego lub kamionkowego, uszczelniane iniekcją chemiczną dwa lata wcześniej, podczas sezonowych ulew ponownie zaczyna gwałtownie przepuszczać wody gruntowe. Gdy złącze rury cieknie po raz kolejny, nakładanie kolejnych tymczasowych uszczelnień powierzchniowych jest marnotrawstwem środków publicznych.

Jakie dane techniczne powinien zgromadzić właściciel infrastruktury, gdy wcześniej naprawiane złącze znów ulega awarii? Aby zaprojektować trwałe rozwiązanie bezwykopowe, należy sporządzić inżynierską historię uszkodzeń dokumentującą mechanizmy przemieszczeń złącza, ciśnienie hydrostatyczne wód gruntowych, charakter zniszczenia poprzednich materiałów naprawczych oraz wewnętrzną kołowość rury.

W Wideo Reliance o wewnętrznych uszczelnieniach złączy rur zaprezentowano wewnętrzne mechaniczne uszczelnienia złączy w zakresie średnic od DN150 do DN4000, które gwarantują trwałe odcięcie nieszczelności bez konieczności prowadzenia wykopów. Przeanalizujmy przyczyny powtarzających się nieszczelności oraz zasady doboru naszych wewnętrznych mechanicznych uszczelnień złączy jako trwałej bariery strukturalnej.

Dlaczego powtarzane iniekcje chemiczne lub prowizoryczne naprawy złączy zawodzą

Złącza rurociągów są projektowane jako elastyczne przeguby kompensujące przemieszczenia gruntu, rozszerzalność termiczną i nierównomierne osiadanie podłoża.

Gdy wody gruntowe infiltrują złącze, wykonawcy na budowie najczęściej decydują się na iniekcję żywic chemicznych (poliuretanowych lub akryloamidowych). Choć zaczyn potrafi tymczasowo zablokować mikropory w otaczającym gruncie, z czasem ulega zniszczeniu pod wpływem trzech mechanizmów fizycznych:

1. Rozsuwanie osiowe wskutek rozciągania (wysunięcie bosego końca z kielicha): Sezonowe wahania temperatur lub powolne pełzanie gruntu powodują wyciąganie bosego końca z kielicha. Związana żywica nie posiada wystarczającej elastyczności na rozciąganie i pęka pod wpływem naprężeń osiowych.

2. Kątowe ugięcie ścinające: Różnice w zagęszczeniu gruntu pod sąsiednimi rurami wywołują deformację ścinającą. Fabryczna uszczelka zostaje zmiażdżona w dnie rury (kinecie), podczas gdy w sklepieniu (wierzchołku) powstaje szeroka szczelina.

3. Wymywanie podsypki i erozja hydrostatyczna: Gdy woda przerwie barierę iniekcyjną, napływający strumień wypłukuje piasek i cząstki pylaste do wnętrza przewodu, tworząc pod złączem kawerny przyspieszające ugięcie rurociągu.

Opracowanie harmonogramu awarii: pierwotny defekt, ruchy gruntu i poziom zwierciadła wody

Przed zleceniem trwałej naprawy mechanicznej należy skompletować uporządkowane dossier techniczne:

• Pierwotna dokumentacja powykonawcza: Ustalić wiek rurociągu, długość pojedynczych rur (np. 2,5 m rury betonowe vs 1,0 m kamionkowe) oraz pierwotny typ połączenia kielichowego.

• Rejestr wcześniejszych interwencji: Zebrać daty, rodzaje zastosowanych żywic iniekcyjnych i ciśnienia tłoczenia z poprzednich prób naprawczych.

• Piezometryczny poziom wód gruntowych: Zmierzyć sezonowy maksymalny poziom słupa wody ponad dno rury. Uszczelnienie wewnętrzne musi zostać dobrane pod kątem odporności na zewnętrzne ciśnienie hydrostatyczne (P = ρ · g · h).

• Obciążenia dynamiczne z powierzchni: Zweryfikować, czy rurociąg przebiega pod ruchliwą drogą lub torowiskiem kolejowym generującym ciągłe cykle drgań.

Pomiary szczeliny osiowej, ugięcia kątowego i owalizacji przewodu

Jak podkreślają Najafi & Gokhale (2005), prawidłowy dobór wewnętrznego uszczelnienia mechanicznego wymaga dokładnych pomiarów in situ, a nie opierania się wyłącznie na wymiarach z projektu:

• Szerokość szczeliny złącza: Zmierzyć osiowe rozwarcie między krawędziami rur w czterech punktach (na godzinie 12, 3, 6 i 9). Jeżeli szczelina przekracza 30 mm, konieczne jest zastosowanie poszerzonego profilu mostkującego.

• Ukok radialny / uskok na złączu: W przypadku gdy jedna rura osiadła niżej od sąsiedniej, należy precyzyjnie zmierzyć wysokość progu. Wewnętrzne uszczelnienia mechaniczne kompensują umiarkowane uskoki dzięki elastycznemu profilowi elastomeru.

• Kołowość przekroju: Za pomocą profilometru laserowego lub średnicówki sprawdzić, czy geometria mieści się w dopuszczalnych tolerancjach (zazwyczaj w granicach ±2% średnicy nominalnej).

Dobór wytrzymałych wewnętrznych mechanicznych uszczelnień złączy (od DN150 do DN4000)

W przeciwieństwie do iniekcji chemicznych wypełniających pustki poza rurą, wewnętrzne uszczelnienie złącza Reliance działa bezpośrednio od wnętrza przewodu:

• Szeroki rękaw elastomeryczny EPDM: Specjalnie ukształtowany mankiet gumowy w pełni przykrywa otwartą szczelinę złącza, tworząc ciągłą, elastyczną i nieprzepuszczalną barierę zgodną z normą ASTM C923.

• Hydraulicznie rozprężane opaski ze stali nierdzewnej: Dwa masywne pierścienie rozprężne ze stali nierdzewnej (AISI 304L lub 316L) są rozpierane siłownikiem hydraulicznym, dociskając rękaw gumowy z wysoką siłą do ściany rury po obu stronach nieszczelności.

• Trwała elastyczność dynamiczna: Ponieważ guma nie jest mocowana na sztywny klej, naprawiony rurociąg nadal może kompensować wzdłużne ruchy termiczne i ugięcia kątowe bez utraty szczelności.

• Od małych średnic nieprzełazowych po wielkie przepusty: Pełny zakres od DN150 (montaż za pomocą pakera pneumatycznego) do DN4000 (montaż ręczny w kanałach przełazowych i przepustach skrzynkowych).

Szczegółowe wymiary, parametry dopuszczalnych ciśnień oraz zestawy narzędzi hydraulicznych znajdą Państwo na stronie produktu Wewnętrzne uszczelnienie złącza. Dane techniczne uszkodzonego złącza można także przesłać poprzez nasz portal kontaktu inżynieryjnego.