До оптимального вибору ділянок для безтраншейної реконструкції на прикладі самоплинних трубопроводів з використанням графо-аналітичного методу
Премії Уряду Російської Федерації, академік Академії житлово-комунального господарства, к.т.н.
В.А. Орлов, професор МГСУ, академік Академії житлово-комунального господарства, к.т.н.
А.А. Відставний, провідний науковий співробітник ГУП «НДІ Мосстрой», почесний будівельник Москви,
Успішна реалізація завдань житлово-комунальної реформи неможлива без термінової реконструкції численних підземних комунікацій, які знаходяться в критичному стані. Найбільш ефективно реконструкцію можна проводити з використанням безтраншейних технологій, що базуються на застосуванні поліетиленових труб (див. № квітні 2007 Журналу). Зараз з'явилась можливість використовувати для цього труби широкої номенклатури діаметром аж до 1200 мм вітчизняного виробництва. На жаль, наявні у комунальних служб кошти на проведення реконструкційних робіт вельми обмежені. У зв'язку з цим виникає проблема оптимального вибору ділянок для першочергового проведення на них реконструкційних робіт. Одним з можливих підходів тут може виявитись використання графового-аналітичного методу, який являє собою одну з можливих спроб формалізації процедури прийняття рішення з відшукання найбільш збиткового, тобто тієї що вимагає першочергової реконструкції, аварійної ділянки.
Інженерні мережі, в тому числі трубопроводи самоплинної каналізації , знаходяться під впливом низки зовнішніх чинників: агресивних грунтів, підземних вод, статичних і динамічних навантажень, високої скупченості паралельних інженерних комунікацій і т.д. Вони-то і є основними причинами виходу трубопровідних мереж з ладу.
У більшості випадків ділянки Уi самоплинної каналізаційної мережі піддаються реконструкції або ремонту під час серйозної аварії або планово, однак в останньому випадку конкретну ділянку часто вибирається спонтанно і без наукового обгрунтування, як правило, на основі практики експлуатуючої організації [1]. Такий підхід до вибору першочерговості реконструкції ділянок самоплинної каналізації не завжди виправданий. Цілком імовірно, що може бути реконструйована ділянка уj, яка мігла би ще прослужити безаварійно багато років, і для цього, наприклад, було б достатньо проведення невеликого косметичного ремонту. При цьому кошти, витрачені на реконструкцію ділянки уj, могли б бути пущені на реконструкцію іншої ділянки уk, яка потребує її більшою мірою.
Уникнути цього в деякій мірі дозволяє пропонована методика вибору першочерговості реконструкції (ремонту) ділянок самоплинної каналізації, яка базується на використанні математичного апарату теорії матриць [2], а також на досить точному обліку статистичних характеристик [3] ділянок (Уi, уj, уk, уm , Уn і т.д.), підвідомчих експлуатуючій каналізаційні мережі організації.
Справжня методика визначення черговості заходів з реконструкції ділянок самоплинної каналізаційної мережі відрізняється від запропонованих раніше (наприклад, [4]). Вона доцільна у випадках нестачі даних по інтенсивності відмов окремих елементів та інженерних мереж в цілому. Методика має новизну і захищена патентом на корисну модель [5].
Для реалізації методики проводиться детальний збір, вивчення і аналіз обширного архівного і аналітичного матеріалу з експлуатації трубопровідної мережі від початку введення її в дію до поточного часу. Методика концентрує увагу на зовнішніх дестабілізуючих роботу мереж факторах, одержаних за даними інвентаризації, інженерно-геологічних вишукувань і результатами (архівів) теледіагностики інженерних мереж.
Концептуальним у прийнятій методиці [6] є виділення і кількісно-якісне визначення пріоритетного базового або основного фактора Фо i, а також ряду дестабілізуючих факторів Фк j, так чи інакше впливають на основний фактор і один на одного. В якості основного чинника Фо i, прийнята аварійність Авi ділянки мережі. У даному випадку під цим розуміється будь-яке порушення нормальної роботи мережі залежно від впливу дестабілізуючих факторів.
а) з мінімізацією шкоди (матеріальною, екологічною, соціальною) на випадок аварійної ситуації в мережі;
б) із збільшенням терміну її подальшої безаварійної експлуатації.
Згідно з методикою виділено 11 зовнішніх факторів впливу на роботу мережі Фк j, які представлені у вигляді вершин графа (рис.1).
Зовнішні фактори:
- рік укладання каналізаційного трубопроводу - Фк 2;
- діаметр труб (товщина стінки) - Фк 3;
- порушення в стиках труб - Фк 4;
- дефекти внутрішньої поверхні - Фк 5;
- засори (перешкоди) в трубопроводі - Фк 6;
- порушення герметичності - Фк 7;
- деформація тіла труби - Фк 8;
- глибина закладання каналізаційної мережі - Фк 9;
- стан грунтів навколо трубопроводу - Фк 10;
- наявність (відсутність) грунтових вод - Фк 11;
- інтенсивність транспортних і пассажіропотоків над трубопроводом - Фк 12.
Складання семантичної та математичної моделей і алгоритму розв'язання задачі визначення об'єктів відновлення мереж включає три етапи:
1) складання загальної структурної схеми зв'язку основного фактора і 11 зовнішніх факторів у вигляді орієнтованого графа;
2) визначення зв'язків факторів (напрям стрілки вказує на пріоритетний фактор);
3) ранжування факторів на основі безлічі зчленувань з алгебраїчним записом у вигляді матриць інціденцій Аi всіх можливих зчленувань.
Далі на основі встановлених зв'язків (рис.1) кожному з 12 факторів або елементів матриці А (табл. 1) присвоюється «0» (означає відсутність домінування) або «1» (означає домінування одного фактора над іншим).
Чисельно ступінь домінування факторів (тобто значимість одного фактора по відношенню до іншого) визначається вагою рядки, рівним сумі її елементів. Для розширення діапазону чисельних значень, а також виключення однакової ваги рядків виконується штучна операція перетворення матриці інціденцій А в матрицю:
Кожному елементу (зовнішньому чиннику) результуючої матриці S після визначення ваги рядків присвоюється ранг ri з відповідним числом балів. Ця кількість балів розглядається як верхня межа зміни відповідного фактора. Нижньою межею зміни фактора буде верхня межа (значення) нижченаведеного за рангом фактора плюс 1 бал.
З таблиці. 2 випливає, що найвищий ранг r1 має фактор Фк 11 «наявність (відсутність) підземної води» (81 бал), другим за значимістю рангом r2 володіє фактор Фк 2 «рік укладання» (41 бал), третім r3 «стан грунтів навколо трубопроводу» (39 балів) - фактор Фк 10 і т.д. Фактор Фк 9 «глибина закладання труб» має найменший бал 14.
Для зручності користування проводиться розширення діапазону чисельних значень між попереднім і наступним чинниками шляхом заміни:
Після цієї операції кожному зовнішньому чиннику присвоюється ранг значимості (з урахуванням балльности) в замкнутій системі з встановленим діапазоном зміни кількості балів (табл. 3).
Усередині рангу здійснюється поділ на підранги Ri-i [7] з відповідною балльністю (табл. 4).
** Bд = 42 бали - множинні відкриті (розкриті, наскрізні) тріщини, bд = 42 - інфільтрація фонтануванням, інфільтрація з інтенсивним виливом, bд = 42 - ексфільтрація, bд = 42 - поздовжні відкриті (розкриті, наскрізні) тріщини з витоками, bд = 42 - поперечні відкриті (розкриті, наскрізні) тріщини з витоками, bд = 42 - гвинтоподібні відкриті (розкриті, наскрізні) тріщини, bд = 9 - поздовжні закриті тріщини, bд = 9 - поздовжні відкриті тріщини без витоків, bд = 9 - поперечні кругові закриті тріщини, bд = 9 - поперечні кругові відкриті тріщини без витоків, bд = 9 - гвинтоподібні закриті тріщини, bд = 9 - множинні закриті тріщини, bд = 11 балів - незначна інфільтрація через тріщини або нещільності стиків;
*** Bр = 140 балів - руйнування (часткове) дна, стінок або зводу труби, BР = 140 - перелом (розрив) труби, BР = 140 - утворення наскрізних отворів, BР = 28 - невідповідність розмірів труб напрямку потоку стоків, BР = 28 - порушення (зміна) поздовжнього профілю), BР = 28 - утворення зворотного ухилу, BР = 28 - часткові зміщення труб, BР = 28 - поздовжній поворот труб в розтрубах відносно один одного, BР = 28 - утворення вигинів по трасі, BР = 28 - овалізаціі поперечного перерізу труб, BР = 28 - осідання (просадка) зводу труб, BР = 28 - овалізаціі труби, BР = 27 балів - місцева деформація стінки труби;
**** Bр = 27 балів - неплітна стиковка, BР = 27 - порушення (зміна) кута стикування, BР = 27 - порушення стикування по горизонталі і (або) по вертикалі, BР = 27 - поздовжнє зміщення труб, BР = 27 - зміщення труб по горизонталі і (або) по вертикалі, BР = 27 - зміщення (осьове) по горизонталі і (або) по вертикалі, BР = 27 - кутовий зсув (зрушення), BР = 27 - руйнування торців труб в межах стику, BР = 27 - дефект кільця ущільнювача, BР = 27 - дефект закладення (карбування) розтрубної щілини між зістикованими трубами, BР = 29 - дефект опорного кільця.
Визначення першочерговості реконструкції передбачає складання паспорта (табл. 5) для кожної ділянки каналізаційної мережі (наприклад, рис. 2, ділянки 2-16).
Далі для кожної ділянки підраховується загальна сума балів (сума значень четвертого стовпця табл. 5). Наприклад, загальна сума балів на ділянці 2-16 склала 33544. Потім на основі отриманих даних будується діаграма стану всіх ділянок, що підлягають розгляду на першочерговість реконструкції (рис.3). Вона може бути побудована або по абсолютній шкалі балльности, або з використанням коефіцієнта відносної значущості [6].
По діаграмі простежується пріоритетність кожної ділянки для ремонту або реконструкції: чим вище бал (або коефіцієнт відносної значимості), тим імовірніше те, що саме ця ділянка має бути піддана реновації в першу чергу.
Пріоритетність ділянки для реконструкції визначається максимумом суми балів. Згідно графіків (див. рис. 3) в найгірших умовах
за ступенем ущербності знаходиться ділянка 2-16, потім 1-2, 10-13 і т.д. Найкращим умовам відповідає ділянка 5-6
Графово-аналітичний метод дозволить своєчасно підготуватись до ремонтних і реконструкційних робіт, замовити необхідні труби і матеріали. Грунтуючись на цій методиці, застосування безтраншейної технології з використанням полімерних труб дозволить в прийнятні терміни провести якісну і економічно доцільну реконструкцію трубопроводу, що знаходяться в найгіршому стані.
Джерело: журнал "Полімерні труби - Україна"
Читайте також
- Науково-технічна конференції «Нове в будівництві трубопроводів з полімерних матеріалів для водо-та газопостачання»Презентації / 15.04.2009
- Національний стандарт України ДСТУ Б В.2.5-32: 2007 на труби і фасонні вироби для зовнішньої каналізації, дренажу та кабельної каналізації (журнал: Полімерні труби - Україна)Технічні статті / 25.05.2007
