Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Обоснование условий эксплуатационной надежности сетей водоотведения

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Обоснование условий эксплуатационной надежности сетей водоотведения"

На правах рукописи

Педро Домингуш Тейшейра ОД

' 1! л:;!] -р

Обоснование условий эксплуатационной надежности сетей водоотведения

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена на кафедре проектирование и строительства промышленных и гражданских сооружений инженерного факультета Российского университета дружбы народов

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Свинцов А.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Соловьев B.C. кандидат технических наук, профессор, академик МАНЭБ, Тагасов В.И.

Ведущая организация МГП «Мосводоканал»

Защита диссертации состоится « » ¿Х^^Г^- 2000г. в_часов

на заседании диссертационного совета К 053.22.26 в Российском Университете дружбы народов по адресу: 117302, г. Москва, ул. Орджоникидзе, 3. ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского Университета дружбы народов по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Автореферат разослан " 2 и " ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

НЧЫ.201 -082 . 051-Ч /о

В Д. Долгушин

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Территория /V и голы расположена в жарко-влажном климате, которому характерны два сезона года: сухой сезон и сезон дождей, в промежутках между которыми имеются переходные периоды. В этих условиях одной из важнейших проблем поддержания надлежащего санитарного состояния территорий населенных пунктов (особенно городов) и обеспечения экологической безопасности населения является создание условий для качественной эксплуатации нар\ жных сетей водоотведения. Наиболее напряженная ситуация в этом аспекте складывается в столице Анголы г. Луанда.

Столица Анголы г. Луанда расположена на 8 градусе южной широты и является одним из наиболее развитых городов страны. Численность населения составляет около 600 тыс. человек. Однако с 1980 по 1996 гг. в столицу переехали более 3 млн. беженцев из различных районов страны из-за гражданской войны и остались для постоянного проживания. Это привело к увеличению населения и самостоятельному обустройству людей. Увеличение количества жителей привело к повышению общего потребления воды на хозяйственно-питьевые нужды и, соответственно, общего водоотведения, на которое канализационные сети рассчитаны не были.

Канализационные сети г. Луанда были построены еще в колониальный период по проектам, инженерно-техническом и материальном сопровождении Португалии. По климатическим условиям глубина заложения трубопроводов составляет 0,3-0,7 м от поверхности земли, иногда достигая 1,5 м в зависимости от рельефа. В период проектирования и строительства наружных сетей механические нагрузки на поверхность грунта были незначительны: от ручных тележек, гужевого транспорта, небольшого количества легковых автомобилей и грузовиков низкой грузоподъемности. С развитием города увеличивались и транспортные нагрузки, которые приводили к местному разрушению трубопроводов, проходящих под дорогами и проездами. В период гражданской войны транспортные нагрузки на поверхность фунта многократно увеличились не только от грузовиков повышенной грузоподъемности, но и от движения военной техники. Это привело к значительным разрушениям трубопроводов в различных районах города. Кроме того, самостоятельное жилищное обустройство беженцев путем стихийной застройки, иногда прямо на трассе, с неизбежностью обусловило появление автодорог вблизи новых жилищ, что привело к повышенным механическим нагрузкам на канализационные трубопроводы, вследствие чего в них образовались трещины и изломы. В результате действия комплекса факторов произошли зарастания и засорения больших участков трубопроводов наружной канализационной сети г. Луанда, что обусловило выход из строя почти всей системы.

В настоящее время значительная часть городских сточных вод отводится по открытым каналам с земляным полотном вдоль улиц и дорог. В дневное время суток испарения с поверхности сточной жидкости загрязняют воздушное пространство в городе, способствуя формированию весьма напряженной экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки в городе. Кроме того, трубопроводная сеть водоотведения г. Луанда до крайности обветшала, имеет множество повреждений, из-за чего засоряемость трубопроводов чрезвычайно высока.

Цель работы. Научное обоснование условий эксплуатационной надежности систем водоотведения с целью охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов (на примере г. Луанда)

Основные задачи:

• исследование условий эксплуатации систем водоотведения г. Луанды (на примере одного из районов);

• исследование условий эксплуатации систем водоотведения г. Москвы (на примере одного из районов);

• исследование показателей надежности сети канализации района Ран-жель (г. Луанда) и определение возможности обобщения результатов на другие районы столицы Анголы;

• . исследование процессов образования корней в полостях трубопроводов сетей водоотведения;

• разработка методики количественной оценки технического состояния трубопроводов водоотведения;

• разработка соединительного устройства для устранения аварий на трубопроводах.

Методы исследований. Поставленные задачи решены теоретическим и экспериментальным методами в лаборатории и в эксплуатационных условиях.

На основе теоретических методов разработана методика количественной оценки технического состояния трубопроводов сети водоотведения.

. На основе экспериментальных исследований определены основные показатели надежности системы водоотведения г. Луанды, позволяющие разработать научно обоснованные условия эксплуатационной надежности сетей наружной канализации. ;

Научная новизна заключается в следующем:

1) впервые Дано научное обоснование условий эксплуатации систем водоотведения г. Луанды;

2) впервые получены данные о процессе формирования корней растений в полостях трубопроводов сетей водоотведения;

3) уточнена методика количественной оценки технического состояния систем водоотведения, основывающаяся на выполненных экспериментальных

исследованиях системы водоотведения г. Луанды, с учетом климатических условий.

Практическая иен носи, работы: ' !

1) методика количественной оценки технического состояния сетей водоотведения позволяет разрабатывать наиболее оптимальные рекомендации по обеспечению надлежащего уровня эксплуатации и требуемого уровня надежности сетей канализации. '

2) разработанное техническое решение соединительного устройства трубопроводов позволя'-т существенно снизить трудоемкость работ и сократить сроки устранения аварий на сетях водоотведения;

указанное техническое решение может быть также использовано для устранения повреждений на других видах трубопроводов;

3) разработанное техническое решение модели канализационного коллектора позволяет проводить исследование формирования процессов образования корней в полостях трубопроводов канализации и их влияния на изменение параметров потока сточной жидкости;

указанное техническое решение внедрено в учебный процесс инженерного факультета Российского университета дружбы народов и используется в лаборатории инженерного оборудования при изучении курса «Водоснабжение и водоотведение»;

Апробация работы. Основные положения работы доложены в 19972000 гг. на научных конференциях Российского университета дружбы народов и на 54-ой научно-технической конференции молодых ученых при Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете в Санкт-Петербурге в 2000 г., на международных конференциях в г. Пензе в 1998 и 2000 гг.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 статьях: 2 статьи в журнале «Монтажные и специальные работы в строительстве», 1999 и 2000 гг., 1 статья в Вестнике Российского университета дружбы народов, серия "Строительство", 1999-2000 гг., 1 статья в сборнике трудов "Актуальные проблемы теории и практики инженерных исследованний", 1999г., 2 статьи в сборниках материалов международных конференций в г.Пензе в 1998 и 2000 гг., получено 2 Свидетельства на полезную модель в 2000 г.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 107 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка, 16 таблиц и приложений; список литературы включает ¡35 наименований.

Содержание работы.

В первой главе проанализировано современное состояние и изученность проблемы эксплуатации сетей водоотведения и влияния повреждений

трубопроводов системы канализации на окружающую, среду. Анализ проектной и технической документации по проблеме реконструкции и восстановления наружных сетей водоотведения г. Луанда показывает, что специальных исследований, посвященных разработке и обоснованию условий эксплуатации системы канализации в Анголе не проводилось. Проектные изыскания, выполненные специалистами Анголы и европейских стран, ориентированы в основном на техническую, технологическую и экономическую стороны проблемы.

Теоретические исследования литературных источников информации позволяют утверждать, что влияние условий эксплуатации наружных сетей водоотведения теснейшим образом связано с обеспечением требуемого уровня надежности участков сети и системы в целом.

Изучению проблем влияния надежности систем водоотведения на состояние окружающей среды посвящены работы И.А. Абрамовича, М.И. Алексеева, Ю.А. Ермолина, В.А. Загорского, Ю.А. Ильина, B.C. Игнатчик, С.Ю. Игнатчик, М.А. Мордясова, Э.М. Наврузбаева, М.М. Султанова, В.Т. Шаповалова и др. Учеными и специалистами советских и российских научно-исследовательских организаций и ВУЗов установлено, что повреждения и аварии на трубопроводах сетей водоотведения представляют собой поток случайных событий по отношению к системе канализации, оказывающих ключевое влияние на показатели эксплуатационной надежности и состояние окружающей среды и рациональное использование таких природных ресурсов, как территории населенных мест и их воздушные бассейны.

Вопросам планирования экспериментов при исследовании условий эксплуатации наружных сетей водоотведения посвящены работы Ю.А. Ильина, B.C. Игнатчик, С.Ю. Игнатчик, Э.М. Наврузбаева, М.М. Султанова, в которых уделяется большое внимание обеспечению точности и достоверности показателей надежности, получаемых в результате натурных исследований и экспериментов.

Разработке алгоритма локализации повреждений и методики оценки технического состояния канализационных коллекторов посвящены работы Н.В. Папьгунова, В.Т. Шаповалова, E.H. Тархова, и др. Для объективной оценки технического состояния трубопроводов системы водоотведения целесообразно использовать бальную систему характеристики повреждений, что позволит снизить влияние субъективного мнения каждого специалиста при описании причин аварии или повреждения.

Вопросы теледиагностики трубопроводов систем водоотведения рассмотрены в работах В.А. Загорского, М.А. Мордясова, В.Н. Шведова, В.В. Шведова, и др. в которых показано, что обслуживание канализационной сети требует постоянного внимания. Наиболее достоверную информацию о техническом состоянии труб дает телевизионные осмотр внутренней поверхности трубопровода с последующим анализом результатов съемки по методу

экспертных оценок. Методы теледиагностики находят все- большее распространение в практике эксплуатации трубопроводов водоотведения.

В настоящее время в передовых в техническом отношении странах значительная часть требующих восстановления трубопроводов ремонтируется непосредственно под землей. Вопросам бестраншейных методов ремонта тр>бопроводов канализационных сетей посвящены работы C.B. Храменкова, В.А. Загорского, В.И. Дрейцера и др. Следует отметить, что наряду с бестраншейными методами еще широко используются традиционные способы ремонта в открытых котлованах.

Основываясь на изложенных выше положениях сделаны следующие выводы:

1. Система водоотведения г. Луанда находится в неудовлетворительном техническом.состоянии, что обусловлено следующими основными причинами: низкая культура работ по эксплуатации сети; низкая культура использования сети населением; отсутствие системы и научно обоснованных условий эксплуатации. Это оказывает негативное влияние на окружающую среду и сдерживает решение задач по рациональному использованию таких природных ресурсов, как территории населенных мест, воздушный бассейн и водоемы. ' - *

2. Трубопроводы системы водоотведения г. Луанда имеют значительные механические повреждения, сквозь которые в их полости проникли корни, деревьев и кустарников. Разросшиеся корни растений являются концентрато- i рами образования засорных пробок, что приводит к переполнению сети и ne-, реливам сточных вод с последующим их отведением по канавам вдоль дорог.

3. Особенности тропического климата оказывают существенное влияние , на образование корней растений, проникающих в полости трубопроводов систем водоотведения через трещины и неплотности. В настоящее время процесс формирования и развития корней в трубах канализационных сетей является не исследованным, что сдерживает планирование ремонтно- :, профилактических работ по их удалению.

4. Современные методы бестраншейного ремонта трубопроводов в на- , стоящее время еще не могут быть применены в условиях Анголы, что обусловлено напряженностью экономической обстановки в стране. В Анголе для устранения аварий и повреждений широко применяется способ.проведения ремонтных работ в открытом котловане. При этом продолжительность уст-... ранения аварий может быть сокращена за счет внедрения современных технических решений соединительных узлов трубопроводов. , -

5. Методика количественной оценки технического состояния систем во- , доотведения требует уточнения, основываясь на выполненных экспериментальных исследованиях системы водоотведения г. Луанды, с учетом климатических условий. , , .

На основании проведенного анализа поставлены следующие задачи:

1. Для решения задачи улучшения охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов за счет повышения надежности трубопроводов системы водоотведения г. Луанда необходимо разработать научное обоснование условий их эксплуатации, базирующееся на:

а) обследовании технического состояния трубопроводов сети водоотведения г. Луанда (на примере одного из районов);

б) обобщении результатов обследования и данных журналов регистрации аварий и повреждений на трубопроводах сети водоотведения ряда районов г. Луанда;

в) обследовании технического состояния трубопроводов сети водоотведения г. Москва (на примере одного из районов) с использованием современным методов теледиагностики;

г) исследование процессов образования и развития корней растений в полостях канализационных трубопроводов.

2. Исследование процесса образования и развития корней растений в канализационных трубопроводах целесообразно проводить на модели, для чего необходимо разработать ее техническое решение. ^

3. Для снижения трудоемкости работ и сокращения продолжительности устранения аварий и повреждений необходимо разработать техническое решение соединительного узла трубопроводов.

Вторая глава посвящена методике проведения исследований в рамках настоящей работы. Возникновение повреждений и аварий на трубопроводах водоотведения представляет собой случайный процесс по отношению к системе канализации. Поэтому закономерности развития потоков отказов и повреждений и методы их прогнозирования могут быть получены на основе результатов экспериментальных исследований на представительной выборке объектов.

В соответствии с поставленными задачами, в которые заложена идея разработки научно обоснованных условий эксплуатации сетей водоотведения для охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов разработаны методика и проведения , исследований и план эксперимента.

Третья глава посвящена экспериментальным и теоретическим исследованиям случайных процессов формирования повреждений и отказов на трубопроводах водоотведения г. Луанды.

В соответствии с планом и задачами экспериментальных исследований, проведено обследование трубопроводов сети водоотведения района Ранжель г. Луанды.

.Система наружной сети водоотведения района Ранжель находится в чрезвычайно тяжелом состоянии. Это проявляется образованием болотистых участков из сточных вод во дворах и на улицах, отведением сточных вод по каналам, промытым по рельефу (рис. 1).

Рис.1. Заболачивание улицы сточными водами

По данным визуальных наблюдений и измерений, выполненных автором в процессе сбора информации о фактическом состоянии сети, причины образования повреждений разделены на основные типы:

а) пользовательский-потребители услуг водоотведения сбрасывают

в сеть отходы бытовой деятельности, для которых система канализации сточных вод не предусмотрена;

б) эксплуатационный - поддержание сети в надлежащем состоянии не отвечает требованиям, продиктованным частотой появления повреждений, в результате чего их количество накапливается, усугубляя проблему водоотведения и обеспечение охраны окружающей среды;

в) конструктивный (технический) - механические разрушения труб от транспортных нагрузок; . ■ : ■

г) форс-мажорный - расхождение стыков, излом, труб в результате подмыва грунта или его сползания при тропических ливнях;

д) климатический - интенсивное зарастание корнями растений даже незначительных трещин и неплотностей в трубопроводах.

В настоящее время в Анголе обеспечению надежности систем водоотведения и охране окружающей среды уделяется недостаточно внимания, т.к. эта проблема находится несколько в стороне по сравнению с такими, как прекращение гражданской войны, обеспечение населения питанием и жильем, борьба с болезнями, предотвращение эпидемий и др. Тем не менее проблема надежного водоотведения и охраны окружающей среды теснейшим образом связана практически со всеми перечисленными выше.

В соответствии с планом экспериментов и исследований, откорректированном с учетом местных условий, период наблюдений принят i год с шагом 1 месяц. Описание повреждений произведено на основе визуальных наблюдений, измерения механических разрушений - рулеткой с точностью до 5 см.

Анализ наблюдений и измерений показывает, что наибольшее количество повреждений на дворовой сети являются механическими. Разрушенные колодцы засыпаны полностью или частично бытовым или строительным мусором. В полостях трубопроводов отмечены значительные отложения осадка и большое зарастание корнями растений.

На рис. 2 представлены графики распределения количества различных повреждений на 1 км трубопроводной сети 0 150 мм, анализ которых показывает, что дворовая сеть практически разрушена механически и заросла

корнями растений. В меньшей степени отмечены засорения различным мусором и отложениями как составляющей части потока сточной жидкости.

I .000

' 'г

о

а.

0.8 0р. 0,600 0.4 00 0.200 0,000

f6 Ф

° 1

.&. I

Типы поврежедениА

Рис. 2. Повреждения на трубопроводах дворовой сети 0150 мм района Ранжель Обследование трубопроводов уличной сети показал, что наибольшее количество повреждений на 1 км трассы приходится на механические разрушения и зарастание корнями растений (рис. 3). Анализ графиков показывает, что несвоевременное устранение механических повреждений приводит к зарастанию трубопроводов корнями растений и уже через 6-7 месяцев участки сети практически выходят из эксплуатации.

В результате исследований системы отведения сточных вод в районе Ранжель установлены основные причины низкого технического состояния трубопроводов и неудовлетворительного состояния окружающей среды. Наблюдения за отведением сточных вод в других районах г. Луанда показывают, что положение весьма сложное и сопоставимо с районом Ранжель.

о 1 2 3 4 5 6 7 8 9 .10 11 12 Продолимтеьностъ наблкма«й, мое

-о-Од»*Утая «опьцееая тдашма -о- Сплоигюе разрушение трубы -й- Продольная традоа дом» менее 0,25 дл«* трубы . -»-Когъц =всй пролсм

Зарастание корня*« _

Рис. 3. Вероятность механических повреждений ВОДООТВедеНИЯ СОраСЫВаЮТ обоб-и зарастания корнями труб 0200-300 мм щения результатов, полученных в

районе Ранжель, на другие районы столицы Анголы, произведена выборка повреждений из журналов регистрации аварий и повреждений, предоставленных районной службой канализации. На основании полученных данных проведен сопоставительный анализ технико-экологической ситуации методами проверки статистических гипотез однородности и независимости выборок. Коэффициент ранговой корреляции Кендалла превышает критическую точку при значимости а = 0,05. По критерию Спирмена произведена проверка гипотезы независимости выборок по району Ранжель и районам Майанга, Мутамба. По критерию однородности Вилкоксона установлено, что выборки

статистически однородны. Таким образом, техническое состояние водоотво-дящих сетей и неблагоприятная экологическая обстановка во дворах и на улицах районов Ранжель, Майанга и Мутамба обусловлены однородными причинами: повреждениями наружной сети отведения сточных вод, неудовлетворительным отношением персонала, безграмотным использованием сетей населением.

Одной из основных характеристик технического состояния трубопроводов систем водоотведения является степень поврежденности, или эксплуатационной надежности этих сооружений. Для повышения эффективности эксплуатации сетей водоотведения автором усовершенствована методика оценки технического состояния трубопроводов наружных сетей канализации, базирующаяся на натурных экспериментальных.исследованиях и с учетом климатических условий Анголы. В таблице 1 представлены эксплуатационные значимости повреждений канализационных, трубопроводов. Указанная таблица позволяет делать более объективную оценку технического состояния участков канализационных трубопроводов и ¡может быть положена в основу расчетов по прогнозированию дальнейшего его изменения.

Таблица 1

Эксплуатационные значимости повреждений канализационных трубопроводов, в баллах_

№ Характеристика фактора Эксплуатационная значимость в, баллах

Класс 1. Дефекты с незначительным влиянием на эксплуатационные свойства

Трещиноватость без раскрытия трещин 2

Осевое расхождение стыков до 4 см без разгерметизации 2

Осевое расхождение стыков с изменением уклона без разгерметизации 2

Поперечное смещение труб в стыках без разгерметизации : 3

Класс 2. Дефекты, характеризующие предаварийные состояния

Разгерметизация стыка 4

Одиночная продольная трещина до 5 мм до 0,5 длины трубы. 4

Одиночная поперечная трещина в лотке 4

Осевое расхождение стыков до 4 см с разгерметизацией 5

Одиночная поперечная трещина в своде 5

ТреЩинобатость с раскрытием трещин до 5 мм и площадью до 0,5 м^ 5

ТрещиноваТость с раскрытием трещин до 5 мм и площадью до 1 м2 6

Одиночная кольцевая трещина с раскрытием от Г до 5 мм 6

Осевое расхождение стыков более 4 см 6

Поперечное смешение труб в стыках до 0,2 диаметра" с разгерметизацией ' , 6

Продольный разлом трубы до 0,25 длины 6

Зарастание корнями растений до 0,25 диаметра и длиной до 0,25 длины трубы 6

Класс 3.' Факторы аварийного состояния

Поперечное смещение торцов труб в стыках более 0,2 диаметра 7

Трещиноватость более 5 мм и площадью более 1 м2 . 7

Продольный разлом трубы более 0,25 длины • 8

Зарастание корнями от 0,25 до 0,5 диаметра до 0,25 длины 8

Зарастание корнями от 0,25 до 0,5 диаметра более 0,25 длины 9

Одиночный вывал материала трубы 9 .

Сквозной пролом трубы 10

Кольцевой пролом трубы 10

Сплошное разрушение трубы 10

Образование засорной пробки и зарастание корнями 10

Вероятность появления повреждений определяется по формуле:

t

P(t)=l-jD(t)dt (1)

О

п

где D(t) == Z _ a,(t)// - плотность повреждений на участке трубопровода.

/=J

При практическом определении вероятности повреждений по результатам статистических данных о повреждениях на канализационных трубопроводах при эксплуатации используется метод непосредственного подсчета вероятностей:

P(t)=(L-I a,(t)//)/L;Q(t)= I a,(t)///L где L — длина трубопровода, за которым ведется наблюдение (2)

Четвертая глава посвящена исследованию канализационных трубопроводов с использованием методов теледиагностики.

Робототехнический комплекс для телеинспекции смонтирован в автомобиле, в котором установлен пульт управления, электрогенераторное оборудование, кабельный барабан и др. Загрузка ТВ-робота в канализационный коллектор производится по специальному устройству. Телеинспекция заданного участка канализационной сети позволяет получить видеоматериал на видеокассете, а также протокол'обследования с распечаткой схемы, расстояний участка и фотографиями отдельных зон (по усмотрению оператора). На рис. 4 представлена фотография критической зоны одного из участков сети I района канализации г. Москвы, на которой отчетливо видны дефекты в трубе, местный подъем потока сточной жидкости. При этом имеется возможность определить место образования дефекта, т.к. в распечатке протокола

обследования представлено расстояние от исходной точки. Анализ изображения показывает, что корни имеют вид пучка, разросшегося благодаря наличию питательной среды. Регулярная телеинспекция внутренних полостей канализационных трубопроводов позволяет своевременно выявить места прорастания корней и произвести их устранение до разрастания.

^ ... -- ■ * *|Л ».й ^

г

» "

Vх **4.>, Л

% Л!

& «5

Рис. 4. Корни растении в полости канализационного трубопровода

Наибольшее количество повреждений приходится на ; неправльную эксплуатацию сети потребителями, что приводит к образованию засоров бытовым мусором (таблица 2) Аналогичная проблема характерна и для канализационной сети г. Луанда, где на 1 км сети приходится значительно больше засоров. '

Таблица 2

Средние значения повреждений (в процентах ) канализационных трубо-

Виды повреждений Диамет р трубопровода, мм

150 200-300 400-600

Механические повреждения 1,8 1,8 1,9

Несвоевременная прочистка сети (отложение грязи) . .3,2 3,8 3,1

Образование корней 2,6 2,7 2,4

Засоры бытовым мусором 92,4 . 91,7 92,5

Пятая глава посвящена исследованию процесса развития корней растений в полостях трубопроводов сетей водоотведения. Указанное повреждение оказывает значительное влияние на формирование потока сточной жидкости и его транспортирующую способность. В процессе исследований методами теледиагностики установлено, что наиболее часто корни прорастают через нарушение стыковых соединений трубопроводов, а также через различные нарушения целостности тела трубы: вывалы материала, трещины различной ориентации и степени раскрытия и др. Зарастание корнями наиболее характерно участкам трубопроводов, проложенных в садово-парковых зонах, где количество корнеобразований встречается в 5-6 раз чаще, чем на участках вдоль дорог с деревьями на полосах отчуждения.

Анализ данных журналов регистрации аварий и повреждений в I районе канализации г. Москвы показывает, что наибольшее количество корнеобразований наблюдается в холодный период года. Это объясняется тем, что в теплый период года корневая система растений усваивает питательные вещества из грунта. В холодный период года жизненный цикл растений характери-

зуется замедлением процессов развития, не не прекращается. В этот период питательные вещества, находящиеся в п унте, усваиваются значительно труднее. Сточная жидкость имеет значительно более высокую температуру, чем окружающий грунт, и является Легко уснаиваемой питательной средой.

В связи с тем, что исследование процессов развития корней в полостях трубопроводов сетей водоотведения в натурных условиях осложнен организационными и экономическими ограничениями, автором разработана лабораторная модель канализационного коллектора (рис. 5). Указанная модель выполнена из прозрачного .органического стекла и позволяет исследовать изменения размеров корней и площадь зарастания в различных условиях. Сточная жидкость имитирована настоем воды ла торфе.

Рис. 5. Модель канализационного, коллектора

Для получения статистически значимых результатов в соответствии с планом эксперимента в грунт высажено 24 единицы растений со средним расстоянием между ними 15 см. После отсева грубых погрешностей в процессе статистической обработки к определению средних значений измеряемых показателей приняты 18 ,единиц, что позволило получить результаты с необходимой точностью. В качестве единицы измерения величины исследуемого процесса принят коэффициент зарастания, определяемый по формуле:

5>~п (3) ■

где ю - площадь, занимаемая корнями (с учетом зазоров между ними) в поперечном сечении трубы;

£2 - площадь поперечного сечения трубы.

Периодичность измерений принята 3-7 дней. Общая продолжительность экспериментов составила 140 дней.

В процессе зарастания канализационного трубопровода корнями растений наблюдается два четко выраженных периода;

1) до момента соприкосновения с поверхностью питательной среды;

2) после соприкосновения с питательной средой.

В течение первого периода одиночные корневые нити постепенно удлиняются по направлению к питательной среде, при этом ориентация и ширина раскрытия трещин в теле трубы не оказывают существенного влияния на интенсивность прорастания. С течением времени количество одиночных корней увеличивается. В целом процессу зарастания одиночными корнями характерен нелинейный закон развития (рис. 6).

После касания одиночным корнем поверхности сточной жидкости происходит его интенсивное разветвление. Корни разветвляются не только в месте соприкосновения с питательной средой, но и по всей их длине. При этом комлевая часть корня увеличивается в диаметре. Последующее развитие корневой системы приводит к ее превращению в густой пучок, все полнее заполняющий не только поперечное сечение трубы, но и распространяющийся в разные стороны по продольной оси. На рис. 7 предста-

ем О.СВ

о.ов

0.07 0.06 0,05 0,04 0,03 0,02 0.01 О

£ О 5 10 15 2025303540455055

Продолжительность наблюдений, яки

Рис. 6. График зарастания трубопровода корнями до их касания сточной жидкости

влен график зарастания трубопровода корнями после их касания сточной жидкости.

Процессу зарастания трубопровода корнями характерен нелинейный закон развития, однако интенсивность увеличения коэффициента зарастания на порядок выше, чем для периода развития одиночных корней.

Шестая глава посвящена разработке технического решения соединительного устройства трубопроводов и технологии работ по устранению аварий с его применением. Сущность разработанного технического решения соединительного устройства заключается в том, что муфта, изготовленная

О 5 10 15 20253035404550 5560 65 Продолжительность наблюдений, дни

Рис. 7. График зарастания трубопровода корнями

на месте аварии по размеру удаленного участка трубопровода соединяется с раструбами, снабженными фланцами, к которым прижимаются : уплотнительные кольца посредством фланцев, которыми дополнительно снабжено соединительное устройство. При этом раструбы имеют возможность перемещения вдоль трубы, что позволяет обеспечить

наиболее оптимальнее условия соединения труб. Дополнительные фланиы имеют возможность перемещения вдоль трубы, что придает соединительному устройству качест» компенсатора при деформациях трубопровода.

Основные выводы

На основе полученных результатов сделаны следующие выводы:

1. Система водоотведения г.Луанда находится в неудовлетворительном техническом состоянии, что оказывает негативное влияние на окружающую среду и сдерживает решение задач по рациональному использованию таких природных ресурсов, как поверхностные водоемы, воздушный бассейн и территория года.

2. Техническое состояние сетей водоотведения и влияния тропического едимдта обусловили необходимость обоснования условий их эксплуатационной надежности.

3,,Особенности тропического климата оказывает существенное влия-, ние на образование и развитие корней растений, проникающих в полости канализационных трубопроводов через трещины и неплотности., Полученные данные о процессе формирования корней растений ,.позволяют принимать обоснованные решения при определении периодичности профилактических работ, которые способствуют решению задач по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.

4. Количественная оценка технического состояния канализационных трубопроводов позволяет получать более объективные показатели их эксплуатационной надежности и на этой основе обеспечивать надлежащие условия работы системы водоотведения.

5. Наряду с современными методами бестраншейной ремонта трубопроводов канализационной сети широко применяются традиционные методы устранения аварий в котловане. Разработанное техническое решение соединительного устройства трубопровод позволяет существенно сократить сроки устранения аварий на сетях водоотведения.

6. Организация ремонтных и профилактических работ на сетях водоотведения с учётом научно обоснованных условий их эксплуатацион-

, ной надежности позваляет планировать составы аварийных бригад и запасных элементов сроки устранения аварий и дефектов при реализации природоохранных мероприятий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Свиниов А. П., Педро Домингуш Тейшейра Ссвидетельства на полезную модель N RU 12912 U1, Россия. Соединительное Устройство. 27.02.2000 бюл .№6 ,

2. Свинцов А. П., Педро Домингуш Тейшейра Свидетельства на полезную модель N RU 12909 U1, Россия. Модель канализационного коллектора. 27.02.2000, бюл. №6

3. Свинцов А. П. Тейшейра П. Д. Опенка Технического состояния системы водоотведения г. Луанда (Ангола) // Актуальные проблемы теории и практики инженерных исследований. М.: "Машиностоение",- 1999,- СЛ 89-191.

4. Свинцов А. П., Педру Домингуш Тейшейра. Эксплуатационная значимость повреждений наружных канализационных сетей // Сб. материалов международной конференции "Современное строительство. Пенза,- 1998.-С. 170-172.

5. Свинцов А. П., Тейшейра П. Д. Оценка технического состояния канализационных трубопроводов г. Луанда (Ангола). М.: Вестник Российского университета дружбы народов, серия "Строительство".- 1999.- №1.- ,

С. 52-55. ...

6. Свинцов А. П., Педро Домингуш Тейшейра. Потребность в информации и журнал «Монтажные и Специальные работы в строительстве»«/ Монтажные и Специальные работы в строительстве.- 1999.- №8,- С. 27.

7. Свинцов А. П., Педро Домингуш Тейшейра. Исследование зарастания корнями канализационного трубопровода на модели //«Монтажные и специальные работы в строительстве». -2000 г.- №5,- С. 6-8.

8. Teixeira Р. D. Forma^ao de obstruyo de defeitos na rede de canalizado e esgotos. Material da conferencia internacional científica, Penza - 2000.- P. 3-5.

1едро Домингуш Тейшейра (Ангола)

Обоснование эксплуатационной надежности сетей водоотведения

На основе выполненных исследований осуществлено обоснования условий эксплуатационной надежности систем водоотведения, определены закономерности развитие корней растений в полостях трубопроводов водоотведения, разработана методика количественной оценки технического состояния канализационных трубопроводов, разработаны технические решения модели канализационного коллектора и соединительного устройства для устранения аварий на сетях канализации.

Pedro Domingos Teixeira (Angola)

Substantiation of operational reliability of networks systems sewer

On the basis of the executed research, the conditions of operational reliability of sewerage system is analysed, the pattern of plants roots growth in cavities of pipelines is detemiined, the quantitative method of estimation of the technical state of sewer pipelines is developed, the technical decisions of the model of a sewer collector and connecting arrangement for elimination of failures on sewerage networks are developed.

____tk'jiby.. •

„¿.a* Ji^C- J * .»«ic l: U- <•,' 3 ~ Ti/i'j U/h-' f" 'fCf-f