Городские коммуникации систем водоснабжения и водоотведения, как правило, скрыты под землей и, в отличие от водозаборов, насосных станций, очистных сооружений, их масштаб сразу не виден обывателю. Однако затраты на сооружение трубопроводных сетей составляют больше половины затрат на систему водоснабжения и водоотведения, а эксплуатация сетей и поддержание их работоспособности является самой трудозатратной и дорогостоящей задачей водоканалов. Этим постом открывается научно-популярная серия, посвященная отдельным вопросам строительства, эксплуатации и реконструкции наружных трубопроводных сетей.
Причина такой важности и «ценности» сетей в структуре систем водоснабжения и водоотведения в первую очередь лежит в их необычайной протяженности – так, например, общая длина водопроводной сети г. Москвы (включая г. Зеленоград и ТиНАО) составляет более 13 тысяч километров, а канализационной сети – более 8 тысяч километров (источник: Постановление Правительства Москвы от 21.09.2016 № 574-ПП «Об утверждении схем водоснабжения и водоотведения города Москвы на период до 2025 года»). Кроме того, трубопроводы под землей подвержены наружной и внутренней коррозии, внешним механическим воздействиям и естественному износу.
Для наружных трубопроводных сетей могут использоваться самые различные материалы: бетон, железобетон, асбестоцемент, керамика, стеклопластик, базальт, чугун, сталь, полимеры – полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и др. Однако наибольшее распространение получили лишь некоторые из них, что определяется их свойствами, достоинствами и недостатками и историческими причинами.
Так, для наружных сетей водоснабжения в СССР широко использовались стальные трубопроводы, отличающиеся относительной простотой производства, монтажа и более низкими капитальными затратами на прокладку сетей. Существенным недостатком была их подверженность коррозии – как внешней, так и внутренней. Это ограничивает срок службы трубопроводов – так нормативный, так и фактический. В конце 20-го века их стали постепенно заменять на трубы из особого сорта чугуна – ВЧШГ (высокопрочный чугун с шаровидным графитом) и на пластиковые трубы. Но огромная протяженность сетей, высокая стоимость перекладки трубопроводов и затянувшийся кризис системы ЖКХ не позволяют делать это необходимыми темпами. Например, даже в Москве, где работам по перекладке сетей уделялось достаточно много внимания, к 2016 году протяженность стальных труб оставалась все еще около 60%, чугунных труб – 36%, полимерных (ПЭ и ПВХ) – 4%. При этом темпы перекладки и реновации существующих трубопроводов в Москве составляли примерно 1,5% в год при минимально необходимых 2%. В большинстве же городов России ситуация обстоит гораздо хуже – темпы обновления трубопроводных систем долгие годы значительно отставали от темпов их старения.
В то же время в странах Запада предпочтение отдавалось чугунным трубам, характеризующимся более высокой стойкостью к коррозии. Так, во Франции, которая лидирует по протяженности наружных сетей в Европе, на первом месте по применению стоят трубы из ПВХ (47%), на втором, с небольшим отрывом – чугунные (41%). В США и Канаде первое место занимают трубы из чугуна (56%), второе – ПВХ (22%), третье – асбестоцемент (13%). Однако трубы из обычного (серого) чугуна (cast iron), несмотря на их повышенную коррозионную стойкость, все равно ей подвержены, а хрупкость и наличие подвижных стыков выводит эти трубы на первое место в Европе по аварийности на наружных сетях.
Все эти недостатки классических металлических труб привели к постепенному внедрению труб из высокопрочного чугуна (ductile iron), полимерных и композитных материалов, а также к интенсивному развитию различных покрытий, наносимых либо при производстве труб, либо при их санации.
Аналогичная ситуация происходит и в канализационных сетях: обветшавшие трубы из керамики, серого чугуна, асбестоцемента и железобетона либо заменяются на более стойкие к коррозии и механическим воздействиям материалы – пластик и стеклопластик, либо покрываются изнутри защитными покрытиями.
Высокая стоимость строительных работ, включающая раскопку траншей, замену трубопроводов, перекладку дорожного покрытия, восстановление элементов дорожной инфраструктуры и благоустройства, а также стесненные городские условия с наличием интенсивного дорожного трафика привели в конце 20-го и в начале 21-го веков к созданию целого арсенала бестраншейных методов ремонта, коррозионной защиты, реновации и прокладки трубопроводов. Во многих случаях это позволило ускорить восстановление и обновление сетей водоснабжения и водоотведения, снизить их аварийность и утечки воды. Например, в Германии, которая является одним из лидеров по разработке и внедрению бестраншейных технологий, удалось достичь беспрецедентных показателей по снижению утечек из наружного водопровода – порядка 6-7% (для сравнения: Нидерланды – 5%, США – 11%, Канада – 13%, Великобритания – 21%, Италия – 32%, Бразилия – 39%, Македония – 57%).
В следующих постах мы сфокусируем наше внимание именно на бестраншейных технологиях, сориентируем в обширном их перечне и раскроем основные их характеристики и области применения.