Analiza kosztów odbudowy lub renowacji sieci wodociągowej

Technologie bezwykopowe budowy i odnowy obiektów liniowych infrastruktury podziemnej są od dłuższego czasu powszechnie stosowane w Polsce. Duże zapotrzebowanie na nie w przypadku sieci wodociągowych, głównie stalowych, wynika z tego, że mają one za sobą długie okresy eksploatacji, wysoką awaryjność i wysokie koszty napraw [5]. Popularność metod bezwykopowych wiąże się również z możliwością ograniczenia do minimum robót ziemnych – wykopowych, które są niezwykle uciążliwe na terenach zurbanizowanych lub trudno dostępnych, a także z dużym tempem robót, w wielu przypadkach niższymi kosztami oraz ich innymi zaletami (m.in. ekologicznymi).

Przy projektowaniu i realizacji prac dotyczących sieci wodociągowej należy uwzględnić szereg zagadnień z różnych zakresów, tj.: materiałoznawstwo, geotechnika, hydraulika, problemy statyczno-wytrzymałościowe, organizacyjne itp., co wymaga szerokiej wiedzy nt. możliwych do zastosowania technologii (zarówno bezwykopowej budowy, jak i renowacji), ich prawidłowego doboru, a także metod planowania i projektowania.

Koszty budowy

Porównując koszty realizacji rurociągów podziemnych z wykorzystaniem metody wykopowej i bezwykopowej, należy wziąć pod uwagę wszystkie możliwe wydatki pojawiające się podczas budowy, a niekiedy również po jej zakończeniu. Są to koszty inwestycyjne, koszty dodatkowe oraz koszty społeczne.

Analizując szczegółowo koszty inwestycyjne budowy bądź renowacji odcinka wodociągu metodą tradycyjną i metodami bezwykopowymi, należy uwzględnić i przekalkulować następujące koszty częściowe inwestycji.

Dla metody tradycyjnej – wykopowej:

• wykonanie wykopów liniowych pod rurociąg wraz z wywozem nadmiaru gruntu, umocnienie ścian wykopów, wyrównanie i dogęszczenie podłoża, wykonanie podsypki i zasypki, zasypanie i zagęszczenie do odpowiedniej rzędnej;
  „ odwodnienie wykopów;
• koszty materiałowe rur i armatury (złączki, zasuwy, hydranty, przyłącza itd.);
• koszty ułożenia rurociągu i zabudowania armatury (zgrzewanie, skręcanie itd.);
• roboty drogowe obejmujące rozebranie nawierzchni oraz jej odtworzenie po zakończeniu prac;
• inne koszty.

Dla metody bezwykopowej – przewiertu sterowanego HDD:

• wykonanie wykopów początkowych, końcowych i pośrednich wraz z wywozem nadmiaru gruntu, umocnienie ścian wykopów, przygotowanie podłoża pod urządzenia do przewiertu (rezerwacja przestrzeni zajmowanej przez urządzenie na placu budowy), zasypanie wykopów i zagęszczenie do odpowiedniej rzędnej;
• odwodnienie wykopów;
• koszty materiałowe rur i armatury (złączki, zasuwy, hydranty, przyłącza itd.);
• koszty wykonania przewiertu (przewiert pilotażowy, rozwiercanie do wymaganej średnicy, koszty płuczki bentonitowej), instalacji rurociągu i zabudowania armatury (zgrzewanie, skręcanie itd.);
• roboty drogowe obejmujące rozebranie nawierzchni oraz jej odtworzenie po zakończeniu prac;
• inne koszty.

Dla metody renowacji natrysku polimocznika:

• wykonanie wykopów początkowych, końcowych i pośrednich (instalacyjnych) wraz z wywozem nadmiaru gruntu, umocnienie ścian wykopów, przygotowanie podłoża pod urządzenia (rezerwacja przestrzeni zajmowanej przez urządzenia na placu budowy), zasypanie wykopów i zagęszczenie do odpowiedniej rzędnej;
• odwodnienie wykopów;
• koszty materiałowe rur i armatury (złączki, zasuwy, hydranty, przyłącza itd.);
• koszty przygotowania rurociągu do nałożenia powłoki: koszty wycięcia fragmentów rurociągu, mechanicznego czyszczenia rurociągu (usuwania inkrustacji lub czyszczenia wodą pod wysokim ciśnieniem), osuszenia rurociągu przed nałożeniem powłoki, inspekcji CCTV;
• koszty wykonania renowacji rurociągu (natrysk warstwy ochronnej z polimocznika) i zabudowania armatury (uzupełnienie wyciętych fragmentów, zgrzewanie, skręcanie itd.);
• koszty inspekcji CCTV po nałożeniu powłoki (plus ewentualne udrożnienie zablokowanych przyłączy);
• roboty drogowe obejmujące rozebranie nawierzchni oraz jej odtworzenie po zakończeniu prac;
• inne koszty.

Pod pozycją „inne koszty” kryją się wszystkie wydatki wynikające z realizacji inwestycji w danych warunkach, m.in.:

• wiążące się ze zmianą organizacji ruchu w czasie robót;
• zapewniające bezpieczeństwo prowadzonych prac, np. zabezpieczenie wykopów przed zalaniem, wykonanie kładek umożliwiających przejście pieszym, ogrodzenie i oznakowanie miejsca budowy itp.;
• koszty wykonania tymczasowych dojść i dojazdów do budynków.

Należy zwrócić uwagę na fakt, że większa część kosztów inwestycyjnych i innych jest porównywalna zarówno w przypadku metody wykopowej, jak i bezwykopowej.

Liczne zalety stosowania technologii bezwykopowych – techniczne, ekonomiczne i ekologiczne – przyczyniają się do ich dynamicznego rozwoju. W wielu jednak przypadkach są one ze względów technicznych jedynymi możliwymi rozwiązaniami, np. przy przejściach przez przeszkody terenowe, takie jak: rzeki, tory kolejowe, lotniska, autostrady.

Analiza kosztów budowy lub renowacji

Przeprowadzona analiza obejmowała ocenę kosztów budowy lub renowacji rurociągu stalowego DN 100 o długości 1 km wraz z przyłączami i hydrantami. Wodociąg projektowany jest na głębokości 1,40 m p.p.t. Jest to rurociąg PEHD DN 110 SDR 17, odcinki boczne włączone do głównego, o średnicach: DN 80, DN 63 i DN 50, przyłącza: DN 32. Dodatkowo w analizowanej sieci zabudowane są trzy hydranty przeciwpożarowe. Od strony północnej odcinek włączony jest do wodociągu z PE o średnicy DN 160, a od strony południowej do istniejącego wodociągu PVC DN 160. Projektowana sieć wodociągowa rozdzielcza jest odpowiednia dla wielkości zużycia wody w tym rejonie miasta wraz z potrzebami na cele ppoż.

W pierwszym wariancie (I) przewidziano budowę metodą wykopową – wymianę rurociągu stalowego DN 100 na rurociąg z PEHD (tabela 1).

W metodzie tej wyceniono budowę nowego wodociągu z rur PE DN 110. Zgodnie z projektem nowa trasa rurociągu przebiega w pasie zieleni wzdłuż drogi, dlatego nie są konieczne roboty rozbiórkowe i odtworzeniowe nawierzchni na całej długości trasy. W wersji tej wykonanie przyłączy do budynków zostało wycenione również dla metody wykopowej.

W drugim wariancie (II) przewidziano przewiert sterowany HDD – budowę nowej sieci wodociągowej wzdłuż istniejącego rurociągu [6, 7, 8] (tabela 2).

Z uwagi na małe średnice rurociągów przyłączy (DN 32 i DN 50) wyceniono wykonanie za pomocą metody przecisku pneumatycznego, ograniczając roboty ziemne tylko do niewielkich wykopów startowych i końcowych.

Trzeci wariant (III) również zakłada budowę nowego rurociągu, ale z wykorzystaniem bezwykopowej metody przewiertu sterowanego HDD. Do wyceny przyjęto rurę przeznaczoną do przecisków jako dwuwarstwową z dodatkową powłoką ochronną (PE HD100-RC) [4]. Dla tej metody uzyskano jednostkowe ceny kosztorysowe z dwóch źródeł [7, 8] z uwagi na fakt, że tego typu prace były wyceniane na podstawie kalkulacji własnych firm wykonawczych. Różnica polega na zastosowaniu tensometru [8] podczas wciągania rurociągu do otworu pilotowego i monitorowania siły wciągającej. Wycena wykonania rurociągu metodą HDD uzależniona jest też od rodzaju maszyny zastosowanej do przewiertów [6, 7, 8] (oraz kosztów jej dostarczenia na plac budowy – tabela 3).

Przyłącza wyceniono analogicznie jak w wariancie II – dla metody przecisku pneumatycznego.

Czwarty wariant (IV) zakłada renowację istniejącego rurociągu metodą natrysku polimocznika 3M Scotchkote Liner 2400 (tabela 4). Przed nałożeniem powłoki polimocznikowej należy jednak odpowiednio przygotować rurociąg (oczyścić i osuszyć jego ścianki) [1]. Prace te znacząco wpływają na cenę jednostkową renowacji rurociągu.

Przyłącza wyceniono analogicznie jak w wariancie II – dla metody przecisku pneumatycznego.

Z porównania całkowitych kosztów (rys. 1) wynika, że najdroższą w tym przypadku metodą jest wykonanie natrysku polimocznika 3M Scotchkote Liner 2400, a najtańszym rozwiązaniem jest budowa nowego rurociągu metodą przewiertu sterowanego HDD. Koszty wykonania natrysku polimocznika stanowią zatem 117% wartości robót wykonywanych tradycyjnie, natomiast koszty budowy rurociągu metodą przewiertu sterowanego HDD wynoszą odpowiednio 76 i 83% wartości robót przeprowadzonych metodą wykopową.

Na wycenę wykonania powłoki polimocznikowej znacznie wpływają koszty samego przygotowania rurociągu przed nałożeniem powłoki, a mianowicie koszty oczyszczenia rurociągu z osadów (wartości te mogą być różne w zależności od grubości osadów i trudności ich usunięcia), osuszenia i inspekcji CCTV. Powołując się na publikację [2], w której porównano trzy metody renowacji rurociągu o średnicy DN 300, można stwierdzić, że renowacje metodami powłok wewnętrznych (cementowanie, polimocznik i rękaw CIPP) są bardziej opłacalne w przypadku większych średnic rurociągów.

Biorąc pod uwagę czas wykonania prac związanych z budową nowego rurociągu metodą HDD i renowacji natryskiem polimocznika oraz porównując go do czasu trwania robót wykonywanych tradycyjnie, można stwierdzić, że obie te metody wydają się konkurencyjne. Trzeba również uwzględnić ingerencję w stan środowiska w przypadku robót wykopowych i wziąć pod uwagę wszystkie problemy związanie nierozerwalnie z tego typu pracami, a mianowicie: odtworzenie i naprawa terenu po wykonanych pracach, problemy związane z warunkami pogodowymi (m.in. odwodnienie wykopów, ich zabezpieczenie itp.)

Na rys. 2 przedstawiono porównanie kosztów częściowych budowy i renowacji analizowanego odcinka sieci wodociągowej.

Analizując koszty robót przeprowadzonych metodą tradycyjną, można zauważyć duży udział robót ziemnych oraz robót związanych z rozbiórką i odtworzeniem nawierzchni (rys. 3). Jednak w analizowanym przypadku roboty rozbiórkowe i odtworzeniowe nawierzchni nie są tak duże, ponieważ znaczna część rurociągu jest ułożona w pasie zieleni. Koszty związane z rozbiórką i odnową części nawierzchni asfaltowych i z kostki brukowej są mniejsze dla technologii bezwykopowych i wynoszą 9,4% kwoty robót nawierzchniowych dla metody wykopu tradycyjnego.

Koszt robót ziemnych w przypadku wszystkich metod bezwykopowych wynosi zaledwie 7,1% kosztu tych robót wykonanych metodą tradycyjną, a od 2 do 4% poszczególnych wartości kosztorysów (rys. 4).

W przypadku metod bezwykopowych duży udział w kosztach przypada na roboty montażowe konieczne dla danej technologii (wiercenie, rozwiercanie i wciąganie rurociągu do odwiertu oraz czynności związane z aplikacją powłoki polimocznikowej 3M). W przypadku powłoki polimocznikowej koszt tych robót dla przedmiotowego rurociągu jest znacznie większy i wynosi 305% wartości robót wykonywanych metodą tradycyjną (rys. 5).

Zauważyć należy jednak, że roboty związane ze zgrzewaniem rur oraz montażem zasuw i hydrantów występują praktycznie bez zmian w każdym z rozpatrywanych przypadków. Gdyby przyjąć pewne uproszczenie, że prace montażowe są identyczne, dodatkowe koszty, odpowiednio 85, 97 i 205%, związane są bezpośrednio z daną technologią bezwykopową. Założenie to może być jednak obarczone pewnym błędem w przypadku wariantu IV (powłoki polimocznikowej), gdyż tutaj prace prowadzone byłyby dla rurociągu stalowego, a we wcześniejszych wariantach występuje rurociąg z PE.

Wykonanie przyłączy metodą przecisku pneumatycznego, tzw. kretem, daje w tym przypadku oszczędności rzędu 24,4% przy wyborze korzystniejszej oferty firmy wykonawczej (rys. 6). Według pierwszej wyceny koszty wykonania przyłączy wynoszą 75,6% wartości robót wykopowych, a według drugiej wyceny 93,1%. Pomimo małego zakresu robót związanych z przyłączami (średnio ok. 15–20 mb rurociągu DN 32 na jedno przyłącze) warto rozważyć ich bezwykopowe wykonanie, nie tylko pod względem konkurencyjnej ceny, ale również mając na względzie dobro właścicieli posesji, na których są wykonywane przyłącza – uciążliwości związane z uszkodzeniami ogródka, ogrodzenia, traktów pieszych lub małej architektury czy roślin na całej długości przyłącza. Koszty naprawy wyrządzonych szkód, nieprzewidziane w wycenie, mogą dodatkowo obciążyć wykonawcę robót i są trudne do oszacowania.

W przypadku przyłączy (rys. 7) widać znaczną redukcję kosztów robót ziemnych, które ograniczają się tylko do wyceny niezbędnych wykopów (początkowe i końcowe, ew. pośrednie). Roboty montażowe zawierają wycenę technologii bezwykopowej i są korzystniejsze pod względem ekonomicznym.

Podsumowanie

Z przeprowadzonych analiz wybranych możliwości wykonania odbudowy lub renowacji wodociągu wynika, że wariant budowy nowego rurociągu metodą przewiertu sterowanego HDD jest najkorzystniejszy finansowo.

W przypadku stosowania polimocznika 3M Scotchkote Liner 2400 koszty są wyższe o ok. 18% od tradycyjnej wymiany rurociągu metodą wykopową. Zauważyć należy jednak, że w przypadku metod bezwykopowych ingerencja w teren jest minimalna i ogranicza się tylko do niezbędnych wykopów instalacyjnych i montażowych, co w rozpatrywanym przypadku pozwala ograniczyć zakres robót ziemnych i nawierzchniowych, a co za tym idzie, ich koszty poniżej 10% w porównaniu do budowy metodą tradycyjną.

Prowadzenie robót tradycyjną metodą wykopową w terenach zurbanizowanych wiąże się z szeregiem utrudnień zarówno dla uczestników ruchu drogowego, jak i ekipy prowadzącej prace budowlano-montażowe. Dodatkowo metody bezwykopowe skracają czas wykonania robót.

Kolejnym aspektem jest zmniejszenie kosztów społecznych i środowiskowych w metodach bezwykopowych, takich jak:

• zanieczyszczenia pyłowe, wibracje i hałas,
• wpływ na społeczeństwo (uciążliwość robót),
• wpływ na system ekologiczny,
• koszty wykonawcy robót (operacyjne i utrzymania, utylizacji odpadów),
• inne.

Każda z analizowanych metod ma swoje wady i zalety. W dzisiejszych czasach z uwagi na ograniczone środki inwestorów i krótkie terminy wykonania robót metody bezwykopowe są bardzo konkurencyjne, należy je jednak stosować po dokładnej analizie planowanej inwestycji. Natomiast jeżeli ingerencję w teren musimy ograniczyć do niezbędnego minimum, metody te są jak najbardziej odpowiednie.

Literatura

1. ASTM F1216-09 – Standard Practice for Rehabilitation of Existing Pipelines and Conduits by the Inversion and Curing of a Resin-Impregnated Tube.
2. Piechurski Florian G., Grajper Paweł, Porównanie i ocena kosztów renowacji sieci wodociągowej metodami cementowania wykładziny z Polimocznika 3M Scotchkote Liner 2400 i rękawa CIPP utwardzonego, „INSTAL” 12(379)/2016, s. 59-63.
3. Plastics Pipe Institute® Handbook of Polyethylene Pipe – Chapter 12 – Horizontal Directional Drilling, March 2009.
4. PN-EN ISO 11295:2010 Klasyfikacja oraz informacje do projektowania systemów przewodów rurowych z tworzyw sztucznych stosowanych do renowacji.
5. Kuliczkowski Andrzej, Technologie bezwykopowe w inżynierii środowiska, praca zbiorowa, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, 2010.
6. www.instdom.pl/oferta/horyzontalne-przewierty-sterowane-hdd-cd/ (dostęp: 28.02.2020).
7. www.istt.com/why-trenchless-no-dig (dostęp: 28.02.2020).
8. www.jumarpol.pl/tensometr-przewiertowy.html (dostęp: 28.02.2020).
9. www.renowacja-wodociagow.pl (dostęp: 28.02.2020).