Горизонтально спрямоване буріння (ГНБ) — як це працює

У чому полягає горизонтально спрямоване буріння

ГНБ — це безтраншейний метод прокладання труб під землею. Бурова установка, розміщена на поверхні, вводить у ґрунт штанги з буровою головкою, якою оператор може керувати — вести її вгору, вниз і в сторони запланованою траєкторією. Коли головка досягає точки виходу, свердловину розширюють, а потім затягують у неї захисні труби, у яких згодом прокладають кабелі.

Увесь процес складається з трьох основних етапів:

1. буріння пілотної свердловини,
2. розширення свердловини до потрібного діаметра,
3. протягування захисних труб.

Перш ніж бурова установка запрацює, перехід треба ретельно підготувати. На основі топографічної карти для проєктування та проєкту визначають точки входу й виходу, глибину під перешкодою та траєкторію. Перевіряють розташування наявних комунікацій — у разі сумнівів виконують ручні шурфи — і тип ґрунту, який впливає на вибір інструменту та складу бурового розчину. З власником перешкоди (дороги, водотоку, залізничної лінії) також погоджують умови робіт, наприклад мінімальне заглиблення чи відстані до споруд.

На поверхні потрібні лише невеликі майданчики для бурової установки та точки виходу, а часто й невеликі стартові та приймальні котловани. Дорога, колії чи водотік залишаються неушкодженими.

Етап 1: пілотна свердловина

Перший етап — буріння порівняно вузької пілотної свердловини. Бурова головка має скошену лобову лопатку. Коли штанги обертаються, головка бурить прямо; коли обертання зупиняють у певному положенні, а штанги проштовхують, скошена лопатка відхиляє головку в обраному напрямку. Так оператор керує траєкторією.

У головці розміщено передавач (зонд), сигнал якого на поверхні приймає локатор. Працівник із локатором іде над трасою буріння й постійно зчитує глибину, нахил і кутове положення головки, передаючи інформацію оператору бурової установки. Це дає змогу витримати запроєктовану глибину під перешкодою і вивести головку точно в запланованій точці виходу.

Траєкторія ГНБ зазвичай має форму пологої дуги: від точки входу головка йде під кутом униз, проходить на потрібній глибині під перешкодою, а потім піднімається до точки виходу. Радіуси дуг мають ураховувати допустимий вигин штанг і труб, що затягуються.

Хід буріння постійно записують — глибину та положення головки в послідовних точках. Ці дані згодом знадобляться для виконавчої зйомки, бо дають змогу відтворити фактичне положення труб під перешкодою, а не лише точок входу та виходу.

Етап 2: розширення свердловини

Пілотна свердловина надто вузька, щоб затягнути в неї захисні труби. Тому після виходу головки на поверхню її відкручують, а на її місце монтують розширювач (ример) — інструмент більшого діаметра, який протягують назад у напрямку бурової установки з одночасним обертанням.

Залежно від потрібного кінцевого діаметра та типу ґрунту розширення виконують за один або кілька проходів, поступово збільшуючи діаметр інструменту. Свердловину зазвичай розширюють до діаметра, дещо більшого за діаметр труби або пучка труб, щоб зменшити тертя та зусилля протягування.

Тип розширювача підбирають до ґрунтових умов — одні інструменти добре працюють у м'яких глинах, інші — в ущільнених пісках чи ґрунтах із домішкою гравію. Під час розширення оператор стежить за параметрами роботи установки, зокрема крутним моментом, тяговим зусиллям і тиском бурового розчину. Різке зростання опору може свідчити про перешкоду або недостатнє очищення свердловини від шламу і потребує коригування швидкості чи параметрів розчину.

Етап 3: протягування захисних труб

На останньому етапі до розширювача через вертлюг (який не передає обертання) кріплять тягову головку із захисними трубами. Бурова установка протягує їх крізь свердловину до точки входу. Для кабельних ліній СН найчастіше протягують поліетиленові (ПЕ) труби — поодинці або пучком, наприклад три труби для трьох одножильних кабелів або додаткову трубу для волоконно-оптичного кабелю.

Перед протягуванням труби зварюють або з'єднують на повну довжину переходу і розкладають на поверхні вздовж траси з боку виходу. Після протягування кінці труб захищають від забруднення, а згодом — коли решта траси готова — затягують у них кабелі.

Під час вибору труб важить не лише внутрішній діаметр, який має забезпечити вільне затягування кабелю, а й товщина стінки та міцність на розтяг. Під час протягування труба зазнає великих зусиль, а потім мусить витримувати тиск ґрунту й можливі навантаження від руху над перешкодою. Тому для ГНБ застосовують труби, призначені для безтраншейних технологій, відповідно до проєкту.

Роль бентонітового розчину

Протягом усього буріння та розширення крізь штанги подається буровий розчин — найчастіше суміш води з бентонітом, а в складніших ґрунтах також із полімерними добавками. Він виходить крізь сопла в головці та розширювачі. Розчин виконує кілька функцій:

• стабілізує стінки свердловини, утворюючи на них тонкий ущільнювальний шар і запобігаючи обсипанню ґрунту;
• виносить шлам, тобто вибурену породу, зі свердловини на поверхню;
• охолоджує та змащує головку, розширювач і штанги;
• зменшує тертя під час протягування труб.

Склад і кількість розчину підбирають до типу ґрунту. Відпрацьований розчин зі шламом збирають у котлованах або ємностях біля точок входу та виходу, а потім вивозять і утилізують згідно з нормами. Важливо також контролювати тиск розчину, щоб не допустити його неконтрольованого виходу на поверхню, наприклад у дні водотоку.

Коли застосовують ГНБ

Під час будівництва електричних і телекомунікаційних мереж ГНБ виконують насамперед:

• під дорогами — особливо там, де власник не погоджується на розкопування або воно вимагало б перекриття руху;
• під залізничними та трамвайними коліями;
• під річками, каналами та меліоративними канавами;
• під з'їздами, тротуарами та майданчиками з твердим покриттям, коли відновлення було б дорогим;
• на залісених ділянках і поблизу цінних дерев, щоб не пошкодити кореневі системи;
• у місцях щільного розташування комунікацій, де відкрита траншея була б ризикованою для наявних мереж.

Оскільки покриття залишається неушкодженим, ГНБ зазвичай дає змогу уникнути тривалого перекриття смуги руху та дорогого відновлення дорожнього одягу. Для власника дороги це менший ризик подальшого просідання в місці колишнього розкопу, а для мешканців — коротші незручності.

Дедалі частіше методом ГНБ виконують і довші ділянки траси вздовж доріг, бо це дає змогу обмежити обсяг відновлення та незручностей для мешканців.

ГНБ чи прокол — у чому різниця

У документації та рекомендаційних листах часто трапляється формулювання «ГНБ/проколи». Це два різні безтраншейні методи:

Ознака	Горизонтально спрямоване буріння (ГНБ)	Прокол (продавлювання)
Керування траєкторією	так, під час буріння	ні — напрямок задають на старті
Типова довжина	від кільканадцяти до кількох сотень метрів, залежно від установки та ґрунту	зазвичай короткі ділянки, наприклад під проїжджою частиною
Форма траси	дуга, можливе обходження перешкод	пряма лінія
Потрібні котловани	часто невеликі, установка може входити з поверхні	стартовий і приймальний котлован
Буровий розчин	так, бентонітовий	залежно від технології, часто без розчину

Прокол — виконуваний, наприклад, пневмопробійником або гідравлічною установкою — добре підходить для коротких прямих переходів, наприклад під дорогою місцевого значення. ГНБ універсальніше і дає змогу долати довші та глибше розташовані перешкоди.

Обмеження та ризики

ГНБ — не рішення для будь-якої ситуації. Перш ніж обрати цей метод, ураховують:

• Тип ґрунту — найкраще підходять зв'язні ґрунти та піски. Гравій із валунами, каміння, будівельне сміття та скельні породи значно ускладнюють буріння, а іноді унеможливлюють його або вимагають спеціального інструменту.
• Наявні комунікації — перед бурінням необхідно точно визначити мережі, що перетинаються з трасою, за картою і, за потреби, шурфами. Головка має пройти на безпечній відстані від інших кабелів і трубопроводів.
• Довжину та діаметр — максимальна довжина переходу та діаметр труб залежать від тягового зусилля установки, типу ґрунту та геометрії траси.
• Місце на поверхні — потрібен простір для бурової установки, обладнання для розчину та розкладання труб на всю довжину переходу з боку виходу.
• Глибину та відведення тепла — кабель у трубі глибоко під перешкодою має гірші умови охолодження, ніж у траншеї. Проєктувальник ураховує це під час вибору перерізу та діаметра труб.

Тому ГНБ проєктують і виконують на основі актуальної карти, погоджень із власниками перешкод і обстеження ґрунту, а фактичну траєкторію фіксують у виконавчій зйомці.

ГНБ у нашій практиці

ГНБ ми виконуємо власною буровою установкою GRUNDODRILL 15 XPT компанії Tracto Technik. У роботах, підтверджених рекомендаційними листами, ми виконали загалом близько 1,5 км ГНБ і проколів: бл. 600 м під час кабелювання лінії СН-15 кВ у Торуні, бл. 550 м (зокрема проколи SRS fi 160) під час реконструкції мереж СН і НН у 8 населених пунктах та бл. 350 м під час будівництва живлення RS Maliniec у Коніні.

Бурова установка, міні-екскаватор для стартових і приймальних котлованів та автомобіль із краном-маніпулятором (HDS) для перевезення труб і техніки утворюють комплект, який дає нам змогу виконувати ГНБ без залучення сторонніх компаній — це спрощує планування та координацію з іншими роботами на трасі.

Ми виконуємо ГНБ як частину власних робіт із будівництва кабельних ліній, так і як послугу для інших підрядників — електричних мереж і кабельної каналізації для оптоволокна. Деталі — на сторінці Горизонтально спрямоване буріння (ГНБ).