Применение стеклопластиковых труб на железных дорогах

Гудыно М.Л., ООО «Новые трубные технологии»

Появление и выпуск стеклопластиковых (стеклокомпозитных) труб стали возможными в конце 1950-х годов, когда было освоено промышленное производство термореактивных связующих (прежде всего, эпоксидных и полиэфирных смол, пероксидов) и стеклянных волокон. И довольно быстро оказались очевидны преимущества этих труб: высокая прочность, коррозионная стойкость, малая масса.

Первую стеклопластиковую трубу выпустили в Швейцарии в 1961 г. (рис. 1), и она до сих пор используется в деривационном водоводе, при этом в сложных эксплуатационных условиях.

С тех пор технологии производства таких труб ушли далеко вперед и в плане скорости производства, и в плане контроля свойств готовой продукции. Появились методики точного прогнозирования долговечности искусственного сооружения из стеклопластиковой трубы, расчетов прочностных свойств, прогнозов деформаций и устойчивости сооружений при использовании трубы в течение 50 лет и более.

Компания «Новые трубные технологии» (ООО «НТТ») выпускает стеклопластиковые трубы (рис. 2) с 2007 г. За это время накоплен большой опыт производства, подготовлено много квалифицированных кадров, построено довольно много водоводов различного назначения. Выпускаемые трубы имеют следующие параметры: диаметр — 300—3200 мм; кольцевая жесткость — 1200—1000000 н/м²; стойкость к внутреннему давлению — до 32 атм.

Изначально планировалось, что их будут укладывать только бестраншейным способом и там, где нельзя организовать технологические «окна» или высота насыпи такова, что установка шпунта не представляется возможным. Однако позднее такие трубы также стали предусматривать в проектах, где из-за агрессивных грунтов срок службы железобетонных и стальных труб очень короток и поэтому их применение не практично. А стеклопластик абсолютно не подвержен коррозионному воздействию.

Стеклопластиковую трубу можно прокладывать в железнодорожной насыпи несколькими способами, каждый из них эффективен в определенных условиях.

Автоматический микротоннельный комплекс (типа AVN Herrenknecht) (рис. 3) используют при большой длине прокладки (>70 м) и достаточно высокой насыпи (над трубой до рельсов не менее двух диаметров) или ниже подошвы насыпи, когда нужна высокая точность, например, при трубах в несколько очков.

Продавливание с управляемым ножевым кольцом применяют в тех же условиях, но длина проходки меньше и требования к высоте насыпи над трубой не такие жесткие.

Неуправляемым продавливанием прокладывают обычно одноочковые трубы с длиной продавливания не более 50 м (рис. 4).

Бурошнековую установку с оборотной стальной трубой задействуют, как правило, при прокладке труб диаметром до 1200 мм, так как это минимальный габарит, в котором разрешается работать людям.

Продавливание с предварительным бурением лидерной трубы бурошнековой установкой (рис. 5) применяют, когда нужна высокая точность прокладки (при многоочковых трубах или при сложном профиле прокладки).

В открытую траншею стеклопластиковую трубу укладывают, когда насыпь невысокая и есть возможность организовать технологические «окна» в движении поездов.

При прокладке двухпутных вставок трубу в насыпь под старым путем прокладывают бестраншейно, а в новую насыпь кладут в открытую траншею.

Протаскивание новой трубы в старую (санация) применяют, если старая водопропускная труба из-за износа начинает терять устойчивость. В этом случае водопропускное сооружение требуется укрепить сердечником, который сам по себе может нести нагрузку от горного давления и динамическую нагрузку от железнодорожного состава. После протаскивания стеклопластиковой трубы внутрь старой и забутовки межтрубного пространства конструкция получается в несколько раз прочнее и долговечнее, чем новая железобетонная.

Чтобы характеристики новой трубы полностью соответствовали условиям прокладки, специалисты инжинирингового центра ООО «НТТ» по каждому проекту ОАО «РЖД» строят конечно-элементную модель сооружения, которая описывает напряженно-деформированное состояние насыпи со стеклопластиковой водопропускной трубой внутри. Данной моделью описывается состояние конструкции от момента инсталляции и до 50 лет и более. Расчет включает в себя все возможные воздействия на сооружение, в том числе сейсмические нагрузки.

На искусственных сооружениях железных дорог России трубы из стеклопластика начали применять с 2012 г. после того, как были получены нужные согласования и прошли необходимые испытания в профильных центрах. Здесь следует отметить, что все заявленные свойства полностью подтвердились:

• прочность материала позволяет применять трубы из него в любых насыпях на железных дорогах;
• устойчивость к различным температурным режимам окружающего воздуха (изменения температуры от -70 до +100 °С практически не отражаются на рассматриваемом материале трубы);
• возможность применения систем трубопроводов в районах с сейсмической активностью до 9 баллов;
• долговечность материала в течение 50 лет эксплуатации под нагрузкой и в агрессивных средах;
• химическая стойкость. Стеклопластик настолько стоек к химическому воздействию, что из него изготавливают емкости для длительного хранения 70-процентной серной кислоты.

Несмотря на то, что стеклопластиковые трубы гораздо прочнее железобетонных, они относятся к классу эластично деформируемых, что обуславливает несколько иную их работу в насыпях. Под воздействием горного давления и динамических сил от подвижного состава труба деформируется на малую долю процента, нагрузка распределяется на нижнюю часть окружности тела трубы, из-за чего не происходит ее просадка в насыпи под рельсами. Этому способствует также и вес стеклопластиковых труб, который гораздо ниже, чем вес железобетонных. Соответственно, строительного подъема при прокладке стеклопластиковых труб не требуется.

Более половины всех железнодорожных путей электрифицированы. В связи с этим стальным трубам требуется электрохимзащита, а железобетонным — защита от наведенных токов, которые разрушают внутреннюю арматуру, что снижает долговечность искусственных сооружений. Преимущество стеклопластика заключается в его диэлектрических свойствах: токи в нем не возникают и не разрушают структуру трубы.

Стальные и железобетонные трубы реагируют на окружающую среду. Есть местности, где грунты, составляющие насыпь, настолько агрессивны, что под воздействием грунтовых вод быстро корродирует не только сталь, но даже внутреннее армирование железобетонных труб, что приводит к износу водопропускных сооружений и затратам на их ремонт и восстановление.

Доказав со временем свою состоятельность, стеклопластиковые трубы стали все более широко применяться на водопропускных сооружениях ОАО «РЖД». Только компания ООО «НТТ» поставила такую трубу на 75 водопропускных сооружений. Специалисты Центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД» также оценили свойства стеклопластиковых труб, которые не заиливаются, не подвержены биообрастанию (благодаря очень гладкому внутреннему лайнеру из чистого полимера) и не требуют ремонта.

Все больше профильных железнодорожных проектных институтов обращаются в разработках к стеклопластиковым трубам, поскольку они не требуют в своем основании свайных полей, ростверков, нет необходимости организовывать технологические «окна», не нужна установка шпунтов. Это снижает общую смету и сокращает сроки строительства.

Стеклопластиковая труба может применяться с любым типом оголовков (раструбными, вертикальными, коридорного типа и портальными). Муфта герметичная, из нержавеющего металла, держит до 6 атм внутреннего давления и до 3,5 атм обратного давления и при необходимости позволяет работать в напорном режиме.

Опыт применения стеклопластиковых труб на объектах ОАО «РЖД» показал, что они имеют массу преимуществ по сравнению с трубами из традиционных материалов, эффективны на этапе инсталляции и при долговременной эксплуатации.

• Скачать в формате PDF
• Публикация издана в журнале «Путь и путевое хозяйство» № 06, 2025 г.