Wybrane problemy doboru technik bezwykopowych w odnowie kanałów sanitarnych

Stan techniczny przewodu jako podstawowy parametr doboru techniki odnowy kanałów sanitarnych

Podstawowym elementem doboru metody odnowy kanałów sanitarnych jest ocena ich stanu technicznego.

Stany techniczne przewodów kanalizacyjnych można podzielić na trzy grupy.

• Pierwszy (I) występuje w przypadku lekkich przesunięć na złączach lub ich nieszczelności oraz rys włosowatych. W takim stanie układ kanał – ośrodek gruntowy przenosi samodzielnie obciążenia oddziałujące na konstrukcję kanału.
• W drugim stanie technicznym (II), poza uszkodzeniami charakterystycznymi dla pierwszego stanu, wystąpią także rysy podłużne oraz niewielkie deformacje konstrukcji kanału. Układ kanał – ośrodek gruntowy nadal jest w stanie samodzielnie przenosić obciążenia działające na jego konstrukcję.
• W trzecim stanie technicznym (III) układ kanał – ośrodek gruntowy utracił możliwość samodzielnego przenoszenia oddziałujących na niego obciążeń. W tym stanie dodatkowo występują ubytki fragmentów konstrukcji kanałowej, szerokie rysy obwodowe oraz poprzeczne lub podłużne przemieszczenia rur na złączach [1].

Odnowa kanałów sanitarnych za pomocą technik wykopu lub crackingu dotyczy kanałów, których nie możemy poddać metodom rehabilitacyjnym. Zazwyczaj w takich przypadkach mamy do czynienia ze zbyt dużą owalizacją oraz ubytkami konstrukcyjnymi w znacznym zakresie.

Wymianę kanałów zastosujemy także, gdy zajdzie potrzeba zwiększenia średnicy w celu uzyskania możliwości większego przepływu, związanego z podłączeniem większej liczby odbiorców lub ze względu na specyfikę rozbudowy zakładów produkcyjnych determinującą większą przepustowość przesyłową ścieków.

Niezależnie od koncepcji odnowy kanałów sanitarnych najbardziej powszechną metodą oceny stanu technicznego jest inspekcja CCTV [2]. Warto podkreślić, że dla dbałości o niezawodność systemów kanalizacji sanitarnej ważne jest prowadzenie odpowiedniej diagnostyki.

Techniki stosowane w odnowie kanałów sanitarnych

Można wyróżnić wiele metod odnowy kanałów sanitarnych.

• Pierwszą z nich jest metoda rehabilitacji powłokami tekstylnymi nasączonymi żywicami utwardzanymi na miejscu. Polega ona na wprowadzeniu do odnawianego kanału takiej powłoki, a następnie utwardzeniu jej za pomocą pary wodnej, gorącej wody lub naświetlania promieniami UV.
• Drugą metodą jest relining długi, polegający na wciąganiu do odnawianego kanału zgrzewanych ze sobą rur PE, łączonych rur z żeliwa sferoidalnego lub zespawanych rur stalowych.
• Trzecią spośród powszechnie znanych metod jest relining krótki, polegający na wciąganiu lub wpychaniu do istniejącego kanału krótkich modułów rurowych. Rury te są zazwyczaj łączone ze sobą, najczęściej w studzienkach lub komorach, za pomocą zgrzewania elektrycznego od wewnątrz lub od zewnątrz bądź za pomocą techniki specjalnych zatrzasków lub też ryglowania.
  Metoda taka ma szeroki katalog stosowanych materiałów: PE, PP, GRP, kamionka, PVC.
• Kolejną metodą możliwą do zastosowania jest technologia ciasnopasowana, polegająca na wciąganiu uprzednio zdeformowanych na budowie lub zredukowanych fabrycznie rur przed wciągnięciem w odnawiany kanał. Następnie pod wpływem pary i ciśnienia liner podlega odkształceniu się do geometrii wewnętrznej kanału.
• Inna możliwa do zastosowania technika, tzw. trolining, polega na wprowadzeniu do odnawianego kanału powłok z PE-HD lub PP przez studzienki lub komory, a następnie wpompowaniu wody. W efekcie następuje odkształcanie się powłoki i dopasowanie do przekroju istniejącego kanału. Przestrzeń wolną pomiędzy kołeczkami dystansowymi po zewnętrznej części powłoki a kanałem wypełnia się odpowiednim iniektem.
• Z kolei metoda nawojowa taśmami spiralnozwijanymi polega na zwijaniu profilu PVC do wnętrza odnawianego kanału i uzyskaniu przekroju poprzecznego o zadanej średnicy [3].

W odróżnieniu od metod rehabilitacyjnych odnowy kanałów sanitarnych techniki wykopu i crackingu powodują powstanie nowego obiektu liniowego w miejscu wymiany zniszczonego kanału.

• Metoda crackingu polega na bezwykopowej wymianie kanału na odcinku między studniami lub komorami startowymi i odbiorczymi, gdzie wprowadzone zostają żerdzia za pomocą maszyny crackingowej. Następnie za głowicą kruszącą lub tnącą podłączoną do żerdzi wciągana jest nowa rura z jednoczesnym wyciąganiem żerdzi w studni, lub komorze odbiorczej. Materiałami możliwymi do budowy rur w tej technologii są m.in.: kamionka, PEHD, PP, bazalt, żeliwo sferoidalne i stal [4].
• Wymiana kanału metodą wykopu polega na wykonaniu wykopów w miejscu istniejącego kanału oraz jego demontażu, a w późniejszym etapie posadowieniu nowego rurociągu oraz zasypaniu go gruntem. Rury stosowane w tej technice to przede wszystkim PVC, PP, żeliwo sferoidalne, kamionka, beton, a także polimerobeton, bazalt oraz GRP [5,6].

Czytaj też: Wdrażanie innowacyjnych systemów kanalizacyjnych w Polsce >>>

Aspekty ekonomiczne w odnowie kanałów sanitarnych

Problemy eksploatacji kanałów sanitarnych dotykają zarówno inwestorów sektora finansów publicznych, jak i osoby prawne wykonujące zobowiązania ustawowe dla tych podmiotów lub inwestorów prywatnych.

Kondycja finansowa przedsiębiorstwa kanalizacyjnego, firmy przemysłowej lub gminy bywa różna. Niezależnie od doboru techniki odnowy kanału sanitarnego na inwestorze spocznie odpowiedzialność zapewnienia nakładów finansowych.

Oczywiste jest, że zastosowanie materiałów o najwyższym standardzie daje gwarancję dłuższej żywotności kanału. Jednocześnie każdy odcinek odnawianego kanału należy traktować indywidualnie.

Trwałość obiektu liniowego zależy nie tylko od wydatków na etapie inwestycyjnym, ale także od eksploatacji i wiążących się z nią dodatkowych nakładów finansowych. Przykładem może być rura betonowa, której żywotność może być dużo mniejsza niż rury kamionkowej nowej generacji lub rury bazaltowej, biorąc pod uwagę ich właściwości związane z odpornością chemiczną [4].

Koszty związane z odtworzeniem nawierzchni utwardzonej w technikach wykopowych są dużo większe niż w bezwykopowych. Należy zwrócić uwagę, że przy metodzie wykopu otwartego czynnikami cenotwórczymi, które podwyższają koszt inwestycyjny, są:

• dłuższy czas pompowania ścieków,
• konieczność wymiany gruntu,
• a także odwodnienia liniowego wykopów.

Również koszty związane z wycinką drzew, przy ich dużym zagęszczeniu w obrębie prac, mogą przewyższyć możliwości finansowe inwestora.

Z kolei w przypadku braku możliwości dojazdu do przedsiębiorstw, które prowadzą działalność w miejscu robót budowlanych, wystąpić mogą roszczenia związane z utraconymi wpływami.

Warto nadmienić, że opłata za czasowe zajęcie pasa drogowego jest wielokrotnie wyższa przy metodzie wykopu otwartego niż w przypadku metod bezwykopowych.

Nie bez znaczenia jest także przy wykopie otwartym kalkulacja ryzyka związanego z możliwością uszkodzenia infrastruktury innych gestorów.

Odrębną kwestią jest forma finansowania przedsięwzięć inwestycyjnych. Od 2007 roku zarówno inwestorzy sektora finansów publicznych, jak i prywatni mogą korzystać ze wsparcia UE. Umiejętne wykorzystanie takich środków daje wymierne efekty w postaci poprawy infrastruktury kanalizacyjnej.

Inwestycje gminne bardzo często są dofinansowywane programami ministerialnymi. Dużą rolę odgrywają także porozumienia offsetowe dotyczące inwestorów prywatnych.

Reasumując, przy planowaniu koncepcji odnowy kanałów sanitarnych należy każdą inwestycję traktować indywidualnie, biorąc pod uwagę powyżej wymienione aspekty finansowe.

Czytaj też: Analiza opłacalności wykorzystania systemu odzysku ścieków szarych w budynku mieszkalnym >>>

Formalno-prawne aspekty odnowy kanałów sanitarnych

Z punktu widzenia obowiązującego prawa można wyróżnić trzy główne grupy inwestorów: prywatni, budżetowi oraz osoby prawne.

Inwestor prywatny, o ile korzysta ze środków własnych, nie będzie podlegał przepisom Prawa zamówień publicznych oraz Ustawy o finansach publicznych. Planując przedsięwzięcie inwestycyjne, może sobie pozwolić na komfort wyboru materiału, z jakiego chce wykonać dany obiekt budowlany, według własnego uznania. Jeżeli przewiduje większy koszt inwestycji, może zmienić jej standard. Decyzja zależy tylko od jego możliwości finansowych.

W odróżnieniu od inwestora prywatnego, inwestor budżetowy podlega zapisom ustawy Prawo zamówień publicznych. W przypadku zamawiających tego typu ograniczono przy przetargach kryterium ceny do 60%, 40% musi stanowić kryterium pozacenowe. Odstępstwem od tej zasady może być określenie w opisie przedmiotu zamówienia standardów jakościowych dotyczących wszystkich elementów zamówienia oraz przedłożenie w załączniku do protokołu z przeprowadzonego postępowania przetargowego kosztów cyklu życia produktu.

Wyjątek stanowi osoba prawna utworzona w szczególnym celu, np. do zaopatrzenia w wodę i odprowadzania ścieków, która jest finansowana w ponad pięćdziesięciu procentach przez państwo, jednostki samorządu terytorialnego albo zarząd, podlega nadzorowi przez te podmioty lub posiadają one ponad połowę udziałów czy akcji, albo mają prawo do ponad połowy składu zarządzającego lub nadzorczego. Takie podmioty nie muszą w przeprowadzanych postępowaniach przetargowych stosować kryteriów pozacenowych [7].

Wspólnym łącznikiem wszystkich podmiotów jest uzyskanie określonych decyzji administracyjnych na zamierzenie inwestycyjne.

W zależności od zastosowanej metody odnowy kanałów sanitarnych inwestor może być zobligowany do zgłoszenia z projektem budowlanym lub uzyskania pozwolenia na budowę. Przykładem jest metoda wykopu otwartego lub crackingu.

Zgodnie z art. 29 Prawa budowlanego metody rehabilitacyjne nie wymagają pozwolenia na budowę ani zgłoszenia z projektem budowlanym do organów architektoniczno-budowlanych [8]. Różnica jest ściśle związana z określeniem, czy w koncepcji odnowy kanałów sanitarnych istniejący obiekt pozostaje w ziemi, czy w jego miejsce wbudowywany jest całkowicie nowy.

Ważnym aspektem prawnym jest też to, czy rejon prowadzonych robót budowlanych znajduje się w strefie ochrony konserwatorskiej. Determinuje to uzyskanie odpowiedniego pozwolenia na prowadzenie tego typu robót.

Zamawiający jednostek sektora finansów publicznych oraz podmiotów posiadających osobowość prawną, wykonujących ustawowy zakres związany z odprowadzaniem ścieków, muszą stosować się do zapisów rozporządzenia w sprawie szczegółowego zakresu i formy dokumentacji projektowej, specyfikacji technicznych i odbioru robót budowlanych oraz programów funkcjonalno-użytkowych [9].

Zapisy wynikające z art. 31 ustawy Prawo zamówień publicznych mówią wprost, że dokumentacja projektowa, specyfikacja techniczna i odbioru robót oraz program funkcjonalno-użytkowy stanowią odrębne dokumenty.

Jeżeli chodzi o zakres i formę dokumentacji projektowej, różnica co do zawartości jest uwarunkowana tym, czy roboty budowlane będą wymagały pozwolenia na budowę, czy nie.

• W pierwszym przypadku dokumentacja projektowa będzie się składała z projektu budowlanego, projektu wykonawczego, przedmiaru i informacji dotyczącej bezpieczeństwa i ochrony zdrowia wg odrębnych przepisów.
• W drugim przypadku dokumentacja projektowa opisująca przedmiot zamówienia niewymagający uzyskania pozwolenia na budowę składa się z rysunków, opinii, uzgodnień, przedmiaru robót i innych dokumentów określających zakres robót do wykonania.

Specyfikacja techniczna wykonania i odbioru robót budowlanych musi zawierać szczegółowy opis sposobu wykonania robót, określający ich jakość, właściwości materiałowe używanych wyrobów budowlanych, a także opis odbioru tych robót.

Program funkcjonalno-użytkowy ma określić koszty projektu i wykonania robót budowlanych. Składa się ze strony tytułowej, części opisowej i informacyjnej.

• Na stronie tytułowej zawarte są podstawowe informacje, takie jak nazwa zamówienia, adres obiektu, kody CPV, dane dotyczące zamawiającego, imię i nazwisko autora oraz spis zawartości.
• W części opisowej podawany jest opis ogólny przedmiotu zamówienia oraz dotyczących go wymagań.
• W części informacyjnej programu zawarte są oświadczenia zamawiającego dotyczące prawa do dysponowania terenem na cele budowlane, powołane ustawy, rozporządzenia wykonawcze i normy niezbędne do zaprojektowania i wykonania inwestycji, a także inne cenne informacje konieczne do wykonania zamówienia [9].

Niezależnie od formy przetargu osoby wykonujące opis przedmiotu zamówienia powinny go zawsze wykonywać w sposób wyczerpujący, jednoznaczny, niebudzący żadnych wątpliwości oraz nieutrudniający uczciwej konkurencji, co wynika wprost z art. 29 ustawy Prawo zamówień publicznych.

Czytaj też: Rozwiązania gospodarki ściekowej na obszarach niezurbanizowanych. Małe oczyszczalnie ścieków zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju >>>

Odnowa kanałów sanitarnych w Białymstoku

W ostatnich latach w Białymstoku coraz częściej przy odnowie kanałów sanitarnych stosowane są technologie bezwykopowe – w aspekcie wielomilionowych inwestycji w rozbudowę infrastruktury drogowej w większości przypadków nie było innych możliwości technicznych.

Poza aspektami ekonomicznymi istotne okazały się także kwestie wizerunkowe.

W 2014 roku przeprowadzono inwestycję rehabilitacji kanału jajowego o wymiarach 700/1270 mm pod torami kolejowymi przy dworcu głównym PKP w Białymstoku (fot. 1 i fot. 2).

W trakcie szerokiej analizy technicznej, ekonomicznej i prawnej pod uwagę brano dwa rozwiązania:

• zainstalowanie rękawa filcowego nasączonego żywicami poliestrowymi utwardzanymi na miejscu za pomocą cyrkulacji gorącej wody
• lub montaż paneli GRP.

Zamawiający, czyli Wodociągi Białostockie Sp. z o.o., zdecydował się na pierwsze rozwiązanie z uwagi na brak możliwości wykonania komory startowej. Problemowy kanał posadowiony był na głębokości ponad 7 m, natomiast zwierciadło wody gruntowej znajdowało się ok. 4 m poniżej poziomu terenu. Obliczenia wytrzymałościowe prowadzone były w kierunku uzyskania pełnej nośności wbudowanego linera. Parametrem kluczowym, który został poddany badaniom, stał się moduł sprężystości krótkoterminowy (Younga) wg normy PN-EN ISO 178 oraz PN-EN ISO 11296-4, który wyniósł 2536 MPa przy grubości ścianki 25,66 mm.

Inną technologię bezwykopową zastosowano w 2016 roku. Urząd Miejski w Białymstoku przeprowadził przetarg na przebudowę kanału sanitarnego kamionkowego DN 250 mm w ulicy Mokrej w oparciu o metodę crackingu statycznego. Zastosowana rura przewodowa prowadzona za głowicą kruszącą wykonana była z materiału PE-HD TS 280 mm (fot. 3, fot. 4 i fot. 5). Inwestycja prowadzona była w strefie konserwatora zabytków, więc ewentualne odkrycie znalezisk archeologicznych mogłoby spowodować jej wstrzymanie.

Kolejną ciekawą technologię bezwykopową zastosowały Wodociągi Białostockie w 2016 roku w wyniku przetargu na rehabilitację kanału sanitarnego w lesie Pietrasze w Białymstoku. Po przeprowadzonej inspekcji CCTV stwierdzono konieczność natychmiastowej rehabilitacji kanału z uwagi na jego III stan techniczny. W oparciu o obliczenia przyjęto sztywność obwodową SN4 linera. Z racji bardzo niskiego pH ścieków zadecydowano, że optymalną metodą będzie wykonanie rehabilitacji w metodzie rękawa filcowego nasączonego żywicami winyloestrowymi utwardzanymi na miejscu za pomocą cyrkulacji gorącej wody (fot. 6).

W wyniku przeprowadzonych badań odbiorowych stwierdzono następujące wartości:

• moduł sprężystości (Younga) wg normy PN-EN ISO 178 oraz PN-EN ISO 11296­-4 E = 2879 MPa
• oraz sztywność obwodowa krótkoterminowa wg normy PN-EN 1128-1999 S = 5,34 kN/m².

Wnioski

Biorąc pod uwagę miejsce posadowienia kanałów sanitarnych, takie jak dworce kolejowe, strefy ochrony zabytków czy duże węzły komunikacyjne, techniki bezwykopowe mogą być jedyną możliwością poprawy niezawodności systemów kanalizacyjnych.

Wodociągi Białostockie Sp. z o.o., analizując aspekty ekonomiczne w odnowie kanałów sanitarnych, stwierdziły, że wykorzystując technologie bezwykopowe, mają możliwość realizacji większej liczby zamówień w obrębie przyjętego budżetu.

Wspieranie odnowy kanałów sanitarnych za pomocą technik bezwykopowych jest bez wątpienia wyjściem naprzeciw wszystkim firmom, instytucjom czy osobom prywatnym zlokalizowanym wokół prowadzonych przedsięwzięć inwestycyjnych.

Literatura

1. Kuliczkowski A., Rury kanalizacyjne. Tom II. Projektowanie konstrukcji, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2004.
2. Kuliczkowska E., Kryteria planowania bezwykopowej odnowy nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2009.
3. Kuliczkowski A. i in., Technologie bezwykopowe w inżynierii środowiska, Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa 2010.
4. Kuliczkowski A., Rury kanalizacyjne. Tom III. Rury o konstrukcji sztywnej i sprężystej, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2008.
5. Madras C., Kolonko A., Wysocki L., Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2002.
6. Kuliczkowski A., Rury kanalizacyjne. Tom I. Własności materiałowe, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2001.
7. Ustawa z dnia 29 stycznia 2004 r. Prawo zamówień publicznych (DzU nr 19/2004, poz. 177, z późn. zm.).
8. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (DzU nr 89/1994, poz. 414, z późn. zm.).
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 2 września 2004 r. w sprawie szczegółowego zakresu i formy dokumentacji projektowej, specyfikacji technicznych wykonania i odbioru robót budowlanych oraz programu funkcjonalno-użytkowego (DzU nr 202/2004, poz. 2072, z późn. zm.).

Czytaj też: Kanalizacja grawitacyjna – rozwiązania konstrukcyjne i wykonawstwo >>>