Planując rehabilitację techniczną przewodów, dąży się do przyjęcia konkretnej metody (technologii) realizacji, która jest klasyfikowana jako naprawa, renowacja lub wymiana.
Planowanie rehabilitacji przewodów
Przyjęcie założeń co do postępowania z przewodem, tj. przeznaczenie go do naprawy, renowacji lub wymiany, można uznać za pierwszy etap planowania jego rehabilitacji, podczas gdy w drugim etapie wybrana będzie konkretna technologia, przynależna do jednej z wymienionych grup.
W literaturze przedmiotu i w normach można znaleźć definicje naprawy, renowacji i wymiany. W wersji najbardziej uproszczonej – wg PN-EN 13689:2004 [7] – naprawa jest definiowana jako „naprawianie miejscowych uszkodzeń”. Wymianę zdefiniować można jako działanie polegające na całkowitym zastąpieniu istniejącego przewodu nowym – zazwyczaj przy likwidacji (usunięciu) dotychczasowej konstrukcji. Do renowacji można zaliczyć wszystkie rozwiązania pozostałe (jest to szerokie spektrum metod). Stosuje się w nich przeważnie wykładziny i powłoki, które tylko uszczelniają lub również wzmacniają starą konstrukcję. O ile naprawy i renowacje są realizowane z użyciem technologii bezwykopowych, o tyle wymiana przewodów może następować bezwykopowo lub w wykopie otwartym.
Do ważnych zagadnień związanych z przyjęciem konkretnej technologii renowacji należy rozpoznanie w ramach oceny stanu przewodu jego aktualnej nośności i zestawienie jej z obecnymi oraz prognozowanymi obciążeniami. Obliczenia przeprowadza się przy wykorzystaniu wyników badań, które zawsze poprzedzać powinny planowanie rehabilitacji określonych przewodów. Są to badania o dużej dokładności, klasyfikowane jako specjalne (ekspertyzowe). Z badań tych do oceny nośności wykorzystuje się przede wszystkim wyniki pomiarów deformacji i spękań (rys podłużnych) w przewodzie, ponadto wyniki badań wytrzymałościowych materiału, z którego jest zbudowany, oraz badań warunków gruntowo-wodnych w jego otoczeniu.
Należy zwrócić uwagę na ograniczoną dostępność przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych do badań. Wynika to z ich usytuowania pod powierzchnią ziemi oraz niewielkich wymiarów. Większość systemu stanowią przewody nieprzełazowe (poniżej 100 cm średnicy). Również ciągłość przepływu prowadzonego medium (wody) musi być zapewniona, stąd jeszcze większe trudności stwarza badanie stanu technicznego przewodów wodociągowych. Dostępne narzędzia diagnostyczne pozwalają na inspekcję wzrokową przewodów nieprzełazowych z użyciem zdalnie sterowanych kamer oraz na pomiar deformacji ich przekroju poprzecznego. Ponadto w miarę łatwo przeprowadzić badania szczelności wybranych przewodów. Przeprowadzenie innych badań jest bardziej skomplikowane i najczęściej wymaga wykonania punktowych odkrywek przewodów. Biorąc pod uwagę częstą lokalizację przewodów pod jezdniami, łatwo zrozumieć występujące trudności. Powoduje to sytuację, gdy ocena aktualnego stanu przewodu, a szczególnie ocena rzeczywistej nośności układu, bazuje na danych nie zawsze do końca miarodajnych.
Rys. 1 Proces decyzyjny wyboru optymalnej opcji rehabilitacji według kryteriów ekonomicznych [11]
Ocena nośności przewodu pozwala na przyjęcie założeń co do podstawowych wymagań stawianych metodzie renowacji: czy i w jakim stopniu zastosowana wykładzina ma brać udział w przenoszeniu obciążeń przekazywanych na przewód poddawany odnowie. W granicznym przypadku przejmuje wszystkie obciążenia, zastępując starą konstrukcję. Poszczególne podgrupy technologii renowacji spełniają lub nie wymagania tego kryterium.
Konstrukcyjne wymiarowanie wykładzin i powłok stosowanych w renowacji realizowane jest w Polsce najczęściej wg standardu [8]. Sprowadza się ono do dobrania grubości instalowanej wykładziny przy jej określonych (najczęściej przez producenta) parametrach geometrycznych i wytrzymałościowych.
Dostępne standardy dają możliwość przeprowadzenia zadowalających obliczeń dla przekrojów kołowych. Przy projektowaniu przekrojów innych niż kołowe, co jest nierzadko spotykane w sieciach kanalizacyjnych (np. przekroje: jajowe, dzwonowe, gruszkowe), wskazane jest projektowanie powłok z użyciem np. metody elementów skończonych i odpowiedniego oprogramowania obliczeniowego.
Wyniki uzyskiwane z obliczeń prowadzonych wg różnych standardów różnią się często od siebie. Na wyniki obliczeń wpływają istotnie przyjęte założenia co do stanu technicznego uszkodzonego przewodu, poziomu wody gruntowej oraz obciążeń przekazywanych z powierzchni terenu na przewód. Ważne jest, aby wymienione założenia były uściślane w specyfikacjach przetargowych, co daje możliwość realnego porównywania ofert. W praktyce zbyt łatwo wygrywają oferenci rozwiązań, które nie do końca przystosowane są do rzeczywistych wymuszeń, jakim poddawane są przewody.
W normie [3] znajduje się uproszczony algorytm procesu decyzyjnego pozwalający na sprecyzowanie, czy rozpatrywane przewody będą podlegały naprawie, renowacji czy też wymianie. Ma on jednak charakter ogólny i może znajdować zastosowanie tylko do przypadków jednoznacznych. W sytuacji stwierdzenia występowania w przewodzie punktowych uszkodzeń, gdy dodatkowo nie wynikają one z procesów starzeniowych, przyjęcie uzasadnionej ekonomicznie metody z grupy napraw nie budzi wątpliwości. Podobnie przy występowaniu licznych uszkodzeń, gdy niezbędne jest również zwiększenie wydajności hydraulicznej przewodu, racjonalne wydaje się zastosowanie jednej z metod wymiany rurociągu, przy jednoczesnych zwiększeniu jego średnicy. Ale już nawet w tym przypadku mogą powstawać wątpliwości, jeśli się uwzględni, że zastosowanie w ramach renowacji gładkiej wykładziny powoduje zwiększenie wydolności przewodu (nawet do 30%), pomimo redukcji przez nią przekroju pierwotnego, poddawanego rehabilitacji.
Opracowanie skutecznego algorytmu ułatwiającego podjęcie decyzji o wyborze metody rehabilitacji technicznej przewodów wodociągowych lub kanalizacyjnych, funkcjonujących w określonych warunkach, jest trudnym zagadnieniem, szczególnie zaś gdy służyć ma wyborowi określonej metody funkcjonującej na rynku. Pojawiające się wciąż nowe technologie powodują, że algorytm musi być otwarty na aktualizacje. Próby opracowania takich algorytmów były podejmowane również w Polsce. Jako przykłady rozwiązań dla sieci kanalizacyjnych można wymienić [9, 10].
Wybór konkretnych rozwiązań dokonywany jest przy uwzględnieniu podstawowych kryteriów: technicznych, ekonomicznych, ekologicznych i społecznych (niezależnie wyróżnia się kryterium eksploatacyjne).
Propozycję ciekawego podejścia do zagadnienia wyboru głównej grupy metod odnowy, przyjmującego za podstawę kryteria ekonomiczne, zaprezentowano w [11] – rysunek. Stwierdza się tu, że ekonomicznie uzasadnione jest stosowanie napraw punktowych w tych przypadkach, kiedy szacowany efektywny czas skuteczności tych napraw będzie przekraczał 15 lat (typowe wartości to 10–20 lat), a stosunek kosztu wykonania napraw do kosztu wykonania renowacji całego odcinka nie przekracza 30%. Renowację proponuje się wybierać w tych przypadkach, gdzie stosunek kosztu renowacji do kosztu wymiany rurociągu nie przekracza 50% (typowe uzyskiwane wartości wynoszą 40–70%).
Jak wspomniano wcześniej, w planowaniu rehabilitacji przewodów nadrzędne są ustalenia dotyczące całej sieci i spełnienie wymagań funkcjonalno-użytkowych dla długookresowych strategii funkcjonowania i rozwoju sieci. Dlatego też inwestor powinien mieć możliwość ograniczania zbioru dopuszczalnych technologii i prawo wprowadzania szczegółowych wymagań. Ponadto uwzględniane muszą być zewnętrzne zagadnienia formalnoprawne związane ze specyfiką planowanego zadania.
Przykładowy schemat analizy czynników prowadzących do wyboru metody rehabilitacji dla konkretnego przewodu obejmuje zagadnienia, które szczegółowo zostały opisane w [12]:
– stan techniczny przewodu,
– prognozy dotyczące wykorzystania przepustowości przewodu,
– prognozy dotyczące sposobu użytkowania terenu nad przewodem,
– warunki gruntowo-wodne w otoczeniu przewodu,
– lokalizacja przewodu,
– materiał, kształt i wymiary przewodu,
– jakość transportowanego medium i prognozowane zmiany tej jakości,
– koordynacja odnowy przewodu z modernizacją innych elementów infrastruktury podziemnej,
– dostępność poszczególnych technologii,
– koszty.
Nieuwzględnianie tych czynników może doprowadzić do sytuacji, gdy poddane rehabilitacji technicznej przewody, zamiast po założonych 50 latach, już po kilkunastu lub nawet kilku latach muszą podlegać ponownej odnowie.
Podsumowanie
Niniejsze opracowanie (dwie części) przedstawia zarys problematyki planowania rehabilitacji przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych. Występują tu dwa powiązane ze sobą poziomy planowania, pierwszy związany z całą siecią i wyznaczający perspektywy jej rozwoju oraz drugi dotyczący projektowania rehabilitacji poszczególnych przewodów.
Szczegółowych informacji na temat zarządzania rehabilitacją sieci dostarcza Standard Izby Gospodarczej „Wodociągi Polskie” [6].
Należy wyraźnie podkreślić, że całościowe planowanie rehabilitacji przewodów wyzwala działania i konsekwencje, które determinują funkcjonowanie sieci przez dziesięciolecia. Konieczne jest więc przemyślane i odpowiedzialne postępowanie, w ramach którego plany nie mogą być zmieniane ze względów koniunkturalnych lub politycznych – np. jako efekt powyborczych zmian zarządów przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych. Prowadzenie zaś działań doraźnych (bez ustalonego planu działania, nastawionych na krótkotrwały rezultat) zazwyczaj skutkuje nadmiernymi wydatkami i utrudnieniami dla przyszłych pokoleń zarządzających i korzystających z sieci. W tym świetle wyjątkowo groźny wydźwięk mają dane władzom samorządowym możliwości sprzedaży przedsiębiorstw zarządzających sieciami prywatnemu kapitałowi (kazus SPEC SA w Warszawie).
dr inż. Bogdan Przybyła
Politechnika Wrocławska
Planowanie rehabilitacji przewodów
Literatura
1. PN-80/N-04000 Niezawodność w technice. Terminologia.
2. C. Madryas, B. Przybyła, L. Wysocki, Badania i ocena stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2010.
3. PN-EN 752:2008 Zewnętrzne systemy kanalizacyjne.
4. DWA-M 143-14 Sanierung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden, Teil 14: Sanierungsstrategien, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., 2005.
5. PN-EN 805:2002 Zaopatrzenie w wodę. Wymagania dotyczące systemów zewnętrznych i ich części składowych.
6. A. Kolonko, W. Kujawski, B. Przybyła, A. Roszkowski, S. Rybarski, Podstawy bezwykopowej rehabilitacji technicznej przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych na terenach zurbanizowanych, Standard Izby Gospodarczej „Wodociągi Polskie”, Bydgoszcz 2011.
7. PN-EN 13689:2004 Zalecenia dotyczące klasyfikacji i projektowania systemów przewodów rurowych z tworzyw sztucznych stosowanych do renowacji.
8. ATV-DVWK-M 127P, część 2, Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe dla renowacji przewodów kanalizacyjnych przez wprowadzanie linerów lub metodą montażową.
9. A. Karangwa, Optymalizacja doboru technologii rehabilitacji betonowych konstrukcji przewodów kanalizacyjnych, praca doktorska, Instytut Inżynierii Lądowej, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1999.
10. E. Kuliczkowska, Kryteria planowania bezwykopowej odnowy nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2008.
11. K. Hochstrate, Sewer Status Assessment by Rehabilitation Priority, Intrinsic Value and Functionality as basis for Forecast Supported Inspections and Predictive Rehabilitation Planning, 6th International Pipeline Construction Show 2000, Hamburg, Germany, 23–27 June 2000.
12. Praca zbiorowa, Diagnostyka i wybór optymalnych metod modernizacji przebudowy komunalnych wodociągów i kanalizacji, Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Budownictwa Inżynieryjnego „Hydrobudowa”, Warszawa 1996.
