W Polsce realizowany jest program rozbudowy i odnowy sieci kanalizacyjnych. Coraz częściej są stosowane bezwykopowe metody rehabilitacji technicznej przewodów.
Zgodnie ze zobowiązaniami zawartymi w traktacie akcesyjnym do UE do końca 2015 r. gospodarka wodno-ściekowa powinna być całkowicie uporządkowana, czyli wszystkie ścieki będą oczyszczane. W tym stwierdzeniu zawarte jest zapewnienie całkowitej szczelności systemu kanalizacyjnego, tzn. nie tylko przewodów i studzienek rewizyjnych, ale także przyłączy. Skala tego problemu jest ogromna i mało kto zdaje sobie z tego sprawę. Unia Europejska z pewnością o naszych zobowiązaniach nie zapomni i jeśli nie uda się przedłużyć okresów przejściowych, to Polska zapłaci ogromne kary, co spowoduje drastyczną podwyżkę opłat za wodę. Zgodnie z Deklaracją Dublińską mieszkańcy korzystający z wody muszą ponieść wszystkie koszty z tym związane.
Podczas V Kongresu Wodociągowców Polskich w 2011 r. stwierdzono, że Polsce grozi kara w wysokości minimum 4 mln 143 tys. euro dziennie, jeśli do końca 2015 r. nie wypełnimy zobowiązań wynikających z traktatu akcesyjnego dotyczących poprawy jakości wody i modernizacji oczyszczalni ścieków komunalnych. Przekładając grożące nam kary na ceny wody dla odbiorców – wyniosłyby one ok. 30–50 zł za metr sześcienny.
Krajowy Program Oczyszczania Ścieków Komunalnych (nie jest zbilansowany. Zakładano, że jego realizacja wymaga ok. 40 mld zł, ale teraz mówi się o kwocie ok. 70 mld, jednak aktualizacja programu zakłada realizację inwestycji priorytetowych do wypełnienia zobowiązań związanych z dyrektywą 91/291/EEC. Łączna wysokość dostępnych środków finansowych na ten cel osiągnie poziom prawie 30,1 mld zł, co jest daleko niewystarczające [2].
Rys. 1 Klasyfikacja metod odnowy systemów rurociągów wg PN-EN 13689:2004.
Obecnie stan techniki pozwala zarówno na pełną diagnostykę, jak i na skuteczną rehabilitację niesprawnych przewodów kanalizacyjnych wraz z przyłączami. W artykule zostaną przedstawione podstawowe metody ich rehabilitacji technicznej. Szczegółowo temat został przedstawiony m.in. w pracach [5, 7].
Dane statystyczne
Na terytorium Polski w 2010 r. znajdowało się ponad 107,5 tys. km rozdzielczej sieci kanalizacyjnej bez przyłączy do budynków i innych obiektów. 48,32% sieci położonych było na terenach miejskich [3]. Jak wynika z danych GUS, w Polsce dostęp do sieci kanalizacyjnej w 2010 r. miało 62,1% społeczeństwa, przy czym w miastach odsetek ten wynosił 86,1%, natomiast na terenach wiejskich jedynie 24,8%.
W obrębie wszystkich sieci w 2010 r. było 2 318 987 przyłączy. Liczba przyłączy kanalizacyjnych w ostatnich dziewięciu latach wzrosła podobnie jak długość sieci kanalizacyjnej – ponad dwukrotnie.
Stan techniczny sieci kanalizacyjnych
Brak danych obrazujących stan techniczny przewodów kanalizacyjnych w skali całego kraju. Szacunkowo stan ten można określić na podstawie statystyk niemieckich, gdzie po zdiagnozowaniu 75% długości publicznych sieci kanalizacyjnych stwierdzono, że natychmiastowej naprawy wymaga ponad 20% całej sieci rozdzielczej oraz ok. 50% przyłączy [1]. W polsce całkowita długość sieci kanalizacyjnych wraz z przyłączami wynosi ok. 1,5 mln km. Dotychczasowe nakłady na poprawę stanu technicznego sieci kanalizacyjnych na poziomie 1,64 mld euro rocznie pozwalają jedynie na utrzymanie obecnego stanu. Aby osiągnąć poprawę, trzeba będzie przeznaczyć na odnowę infrastruktury podziemnej znacznie więcej środków finansowych. W Niemczech przewiduje się konieczność finansowania renowacji przewodów kanalizacyjnych na poziomie 4–6 mld euro rocznie przy założeniu doprowadzenia ich do poprawnego stanu technicznego w ciągu ok. 10 lat. Stan techniczny sieci kanalizacyjnych w Polsce jest zapewne znacznie gorszy niż w Niemczech.
Rys. 2 Schemat uszczelniania z zastosowaniem iniekcji z wnętrza przewodu kanalizacyjnego wg technologii Penetryn/Posatryn
Rozwój bezwykopowych metod odnowy sieci kanalizacyjnych
Bezwykopowe metody rehabilitacji technicznej niesprawnych przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych stosowane są coraz częściej. Decydują o tym następujące czynniki:
Uwarunkowania ekonomiczne występują szczególnie w przypadku przewodów kanalizacyjnych ułożonych na dużych głębokościach w trudnych warunkach gruntowo-wodnych w bezpośrednim sąsiedztwie innych sieci uzbrojenia podziemnego, które podczas prowadzenia robót metodami tradycyjnymi łatwo uszkodzić. W takich warunkach koszty wykonania wykopów, odwodnienia oraz koszty zajęcia terenu i odtwarzania konstrukcji jezdni są często wyższe niż w przypadku zastosowania technologii bezwykopowych.
Uwarunkowania społeczne mogą występować szczególnie w centrach miast, gdzie prowadzenie takich robót w wykopach otwartych powodowałoby znaczne utrudnienia w organizacji ruchu pieszego i samochodowego, tym bardziej uciążliwe, że układy komunikacyjne w większości polskich miast są niesprawne nawet bez dodatkowych zakłóceń.
Uwarunkowania społeczne wiążą się także ze wzrostem świadomości ekologicznej decydentów i społeczeństwa.
Uwarunkowania ekologiczne związane z prowadzeniem robót w wykopach to m.in. ingerencja w środowisko naturalne wskutek obniżania poziomu wód gruntowych, możliwości ich zanieczyszczenia, ewentualnej konieczności wycięcia drzew, uszkodzenia ich korzeni czy zwiększonej emisji spalin samochodów poruszających się objazdami.
Uwarunkowania techniczne przy rehabilitacji technicznej stanowią np. deformacje przekroju kanału uniemożliwiające zastosowanie niektórych technologii, zmienność przekroju podłużnego pomiędzy studzienkami, przemieszczenia poprzeczne przewodu kanalizacyjnego. Przejścia nowo budowanych sieci wodociągowych i kanalizacyjnych pod ciekami wodnymi, pasami startowymi na lotniskach, torowiskami czy pod innymi przeszkodami wymuszają konieczność zastosowania technologii bezwykopowych.
Uwarunkowania techniczne wiążą się też z trudnościami z wykonywaniem wykopów na obszarach, gdzie występuje duże zagęszczenie nieuporządkowanych sieci uzbrojenia podziemnego. Przebieg wielu z nich nie jest zgodny z mapami inwentaryzacji urządzeń podziemnych, co powoduje dodatkowe koszty i konieczność zmiany projektów i kosztorysów. Istotne jest ustalenie, czy nie ulegną zmianie wartości obciążeń, np. w wyniku przyszłych zmian sposobu użytkowania terenu nad rozpatrywanym przewodem.
Uwarunkowania prawne są związane z wejściem Polski do UE, gdzie obowiązują bardziej restrykcyjne przepisy w zakresie kontroli szczelności przewodów kanalizacyjnych oraz konieczności szybkiego usunięcia ewentualnych uszkodzeń. Po upływie tzw. okresów przejściowych dla krajów nowo przyjętych przepisy te będą obowiązywać także w Polsce. Rehabilitacja przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych metodami bezwykopowymi jest traktowana jak modernizacja i nie wymaga pozwolenia na budowę.
Klasyfikacja bezwykopowych metod odnowy systemów rurociągów
Na rys. 1 przedstawiono klasyfikację metod renowacji systemów rurociągów zgodną z propozycją zawartą w normie PN-EN 13689:2004 Zalecenia dotyczące klasyfikacji i projektowania systemów przewodów rurowych z tworzyw sztucznych stosowanych do renowacji.
Wybrane metody rehabilitacji technicznej przewodów kanalizacyjnych
Naprawy punktowe
Gdy na odcinku przewodu kanalizacyjnego pomiędzy studzienkami znajdują się pojedyncze uszkodzenia, np. w postaci nieszczelnego złącza bądź uszkodzenia mechanicznego, warto wówczas usunąć to uszkodzenie, zamiast poddawać odnowie cały odcinek przewodu. Gdy tych uszkodzeń jest więcej, warto przeprowadzić szczegółową analizę ekonomiczną obu alternatywnych rozwiązań.
Najczęściej stosowane metody punktowych napraw kanałów o przekrojach nieprzełazowych to jednoczesne wzmacnianie i doszczelnianie odcinkowe przez wklejanie walcowych wkładów z laminatów kompozytowych lub z blach nierdzewnych wyposażonych w specjalne uszczelki.
Rys. 3 Schemat naprawy z zastosowaniem technologii Part-Liner
Naprawy z zastosowaniem iniekcji
Metoda naprawy z zastosowaniem iniekcji polega na wprowadzeniu do wnętrza uszkodzonego odcinka przewodu kanalizacyjnego walcowego packera trójkomorowego i wykonaniu iniekcji z szybkowiążącej (w ciągu kilkunastu sekund) dwuskładnikowej żywicy epoksydowej, poliuretanowej lub akrylowej. Wypływając na zewnątrz przewodu kanalizacyjnego, żywica po polimeryzacji wypełnia przestrzeń wokół rury, uszczelniając ją jednocześnie. Iniekcja odbywa się po napompowaniu skrajnych komór packera, co pozwala na zmniejszenie zużycia materiału uszczelniającego (w porównaniu ze starszą generacją tych urządzeń) oraz na przeprowadzenie próby szczelności po zakończeniu naprawy. Przebieg całego procesu oraz ustawianie packera w odpowiedniej pozycji nadzorowane są przy użyciu specjalnej kamery TV. W ramach tej metody znane są takie przykładowe technologie, jak: Penetryn/Posatryn, Amkrete, Press Lining.
Najbardziej znana technologia Penetryn/Posatryn została opracowana do renowacji przewodów kanalizacyjnych o średnicach DN 100–3000. Zakres zastosowań obejmuje uszczelnianie połączeń rur oraz rys poprzecznych o szerokości rozwarcia do 3 mm, szczególnie gdy przewody kanalizacyjne są położone poniżej poziomu wody gruntowej. Schemat uszczelniania z zastosowaniem iniekcji z wnętrza przewodu kanalizacyjnego pokazano na rys. 2 [12].
Naprawy z zastosowaniem walcowych wkładów odcinkowych
Metoda z zastosowaniem walcowych wkładów odcinkowych została opracowana do renowacji przewodów kanalizacyjnych o średnicach DN 150–1000 [9] i przeznaczona jest do napraw takich uszkodzeń kanałów, jak rysy, pęknięcia, niewielkie ubytki, nieszczelności połączeń kielichowych, osłabienia konstrukcji wskutek korozji. Zastosowanie metody jest celowe, jeśli uszkodzenia występują jedynie lokalnie. Metoda polega na wyklejeniu oczyszczonej powierzchni wewnętrznej uszkodzonego przekroju kanału specjalną matą z włókna szklanego nasyconą żywicą epoksydową. Mata dostarczana jest w miejsce uszkodzenia przy użyciu specjalnego walcowego packera pokrytego elastyczną powłoką elastomerową. Następnie doprowadzane sprężone powietrze powoduje rozszerzenie tej powłoki i następuje dociśnięcie maty do powierzchni wewnętrznej uszkodzonego kanału. Nadmiar żywicy wypełnia rysy i częściowo pustki powietrzne za kanałem, co polepsza nośność tak wzmocnionej konstrukcji. Mata musi być dociskana aż do czasu utwardzenia żywicy wskutek zachodzących reakcji chemicznych. Przyspieszenie procesu polimeryzacji można uzyskać, przepuszczając przez kanał gorącą parę. W rezultacie otrzymujemy wklejoną opaskę laminatową, najczęściej o grubości 2–5 mm i długości 0,4–1,0 m (oferowane są packery o długości nawet do 5,0 m), wzmacniającą konstrukcję kanału. Przebieg całego procesu naprawczego monitorowany jest za pomocą odpowiednich kamer. W ramach tej metody znane są takie technologie, jak: Part-Liner względnie Mid-Liner, Point-Liner-Verfahren, Konudur, LM-Liner. Schemat naprawy z zastosowaniem technologii Part-Liner przedstawiono na rys. 3 [10].
dr Andrzej Kolonko
Politechnika Wrocławska
Literatura
1. Ch. Berger, Ch. Falk, Zustand der Kanalisation in Deutschland; Ergebnisse der DWA-Umfrage 2009, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. 2009.
2. A. Biedrzycka, Za mało pieniędzy na inwestycje, rozmowa z Antonim Tokarczukiem, dyrektorem Izby Gospodarczej „Wodociągi Polskie”, „Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne” nr 2/2008.
3. GUS, Infrastruktura komunalna w 2010 r.
4. A. Kolonko, Badania i odbiory techniczne rękawów CIPP a ich trwałość, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 5/2008.
5. A. Kolonko i in., Podstawy bezwykopowej rehabilitacji technicznej przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych na terenach zurbanizowanych, Standard Izby Gospodarczej „Wodociągi Polskie”, Bydgoszcz 2010.
6. E. Kuliczkowska, Kryteria planowania bezwykopowej odnowy nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych, Monografie Studia Rozprawy M3, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2008.
7. A. Kuliczkowski i in.,Technologie bezwykopowe w inżynierii środowiska, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2010.
8. C. Madryas, A. Kolonko, A. Szot, L. Wysocki, Mikrotunelowanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2006.
9. Materiały informacyjne Infra SA.
10. Materiały informacyjne Pfeifer GmbH.
11. Materiały informacyjne Ramber Slovakia s.r.o.
12. Materiały informacyjne Strabag.
