Что общего между скоростным поездом "Синкансен" и медными трубами для воды и газа?

   27 ноября 2004 года в 06.56 по местному времени в северо-западной части острова Хонсю произошло очередное землетрясение. В это время из Токио в Ниигата со скоростью, как было установлено позже, 201 км/ч мчался скоростной поезд "Токи" № 325 - знаменитый поезд-"пуля" "Синкансэн" линии Joetsu Shinkansen. В момент подземного толчка силой 6,8 баллов по шкале Рихтера поезд находился на железнодорожной эстакаде в 8 км от населенного пункта Нагаока. Как и следовало ожидать, в результате мощных толчков все 10 вагонов поезда сошли с рельс. Количество жертв - 0. Количество пострадавших - 0. Правда, на одну из пассажирок с полки для ручной клади свалился сверток, оставив небольшую ссадину (место повреждения не уточняется), но эту пассажирку решили не относить к числу пострадавших, поскольку медицинская помощь ей не потребовалась. Кроме того, многие пассажиры сетовали на то, что им пришлось пешком пройтись по эстакаде метров 300 до ближайшей лестницы-спуска на землю. На основании этого японские власти и пресса выразили неудовольствие уровнем безопасности поездов "Синкансэн", была учреждена специальная комиссия по расследованию случившегося во главе с министром транспорта. "По счастливой случайности никто из более чем 150 пассажиров не получил ранений, однако нам следует позаботиться о том, чтобы "Синкансэн" стал еще более безопасным", - эти слова принадлежат премьер-министру Японии Дзюнитиро Коидзуми, который также включился в дискуссию. И, действительно, уже в 2005 году были разработаны меры, цель которых - не допустить схода поезда с рельсов вообще ни при каких сейсмических обстоятельствах. Заметим, что упомянутый случай схода с рельсов скоростного поезда был первым в 40-летней истории скоростной железнодорожной системы "Синкансэн".

   Данный случай как нельзя более наглядно иллюстрирует особое отношение японцев к техническим решениям в области предупреждения вредоносных последствий сейсмической активности, в том числе техногенных: на долю японцев приходится почти 20 % всех землетрясений силой 6 и более баллов по шкале Рихтера.

   Реализуя различные организационный и технические мероприятия по предупреждению последствий землетрясений, японцы давно установили иную, повышенную планку требований к сейсмической устойчивости техники и элементов инфраструктуры, а процесс поиска дополнительных и все более надежных решений не прекращается ни на минуту. Именно поэтому инженеры во всем мире внимательно следят за очередными находками изобретательных японцев в области антисейсмических предупредительных и профилактических мер, понимая, что для самих японцев это буквально вопрос жизни и смерти.

   Не могли японцы обойти своим вниманием и инженерные системы зданий, в частности трубопроводы. При землетрясениях происходит разрушение многочисленных коммуникаций, в том числе трубопроводов систем водоснабжения и газоснабжения. Если вопрос разрушения систем водоснабжения не связан с особы-ми рисками для жизни людей, то разрушение газопроводов влечет за собой массовые пожары, гибель людей и дополнительный к непосредственно вызванному самим землетрясением материальный ущерб. Ситуация усугубляется тем, что в развитой системе газоснабжения многоэтажного здания может образоваться множество точек разрушения газопровода, т. е. множество очагов возгорания или потенциальных взрывов. При землетрясениях именно в пожарах обычно гибнет больше всего людей.

   В связи с этим японские специалисты исследовали "поведение" трубопроводных систем из разных материалов при сейсмических воздействиях различного рода. Наиболее известны в этой области работы проф. Такеши Фуджикава (Takeshi Fujikawa) из Университета Асия (Ashiya University) и исследования JCDA и Института КО-БЕЛКО (KOBELCO R&D Institute). В основу были положены полевые исследования на месте разрушительного землетрясения 1995 года в г. Кобе и серия лабораторных экспериментов, которые, забегая вперед, подтвердили результаты полевых исследований.

   Осмотр инженерных коммуникаций, степени и характера их повреждений выявил устойчивость тонкостенных медных трубопроводов к различным видам деформаций, вызванных смещением строительных конструкций. В основе такого поведения медных тонкостенных трубопроводов лежит пластичность меди (табл. 1).

   При сходных обстоятельствах там, где стальные трубопроводы, безусловно, теряют герметичность при механическом воздействии из-за ударных нагрузок, вибраций и смещения строительных конструкций, медные трубопроводы только деформируются - изгибаются, сплющиваются, вытягиваются с учетом степени свободы, предоставленной свойством материала и компенсаторами линейного расширения (неотъемлемая часть конструкции медных трубопроводных систем), - но герметичности не утрачивают. В землетрясении 17 января 1995 года (Осака и Кобе) медные трубопроводы "не пострадали" (т. е. не потеряли герметичности, несмотря на механические воздействия) вообще. Разумеется, при превышении величин механического воздействия естественных пределов неразрушительной деформации медные, а затем и пластиковые трубопроводы утратят герметичность, но положительное и, главное, практическое значение закономерности было установлено. Подобное поведение медных трубопроводов не противоречит теоретическим выкладкам и в значительной мере перекликается с исследованиями, проведенными НИИ-Мосстрой в 2001 году и посвященными изучению устойчивости медных водопроводных труб к воздействию аварийного замораживания на системах отопления зданий.

   Японские исследователи провели серию экспериментов, воссоздающих типичные виды механических воздействий на газопроводы при землетрясениях. Исследованию подверглись наиболее распространенные виды труб для систем газоснабжения: медные самого распространенного диаметра, соответствующей размерности стальные с внутренним слоем из полиэтилена, нержавеющей стали. В качестве дополнительной группы исследовано было также и поведение пластиковых труб, поскольку в некоторых видах систем водоснабжения используются и они: из ПВХ, полибутена (полибутилена), сшитого полиэтилена (PEX).

   Указанные трубы подвергались в лаборатории воздействиям, имитирующим землетрясение по характеру и количественным показателям: критические ударные, вибрационные и продольно-поперечные механические нагрузки. Опубликованные результаты представлены в табл. 1.
Ударные и изгибающие нагрузки, типичные для землетрясений: металлические трубы проявляют наилучшие показатели.
Устойчивость к вибрационным и переменным нагрузкам: металлические трубы проявляют наилучшие показатели.
Устойчивость к линейному смещению: наилучшие показатели у полимерных материалов; у стали показатели неудовлетворительные, у меди средние.

   Выводы японских исследователей недвусмысленны: "При воздействии на трубопроводы критических ударных, вибрационных и продольно- поперечных нагрузок медные трубопроводы типа H и O (обозначения по японской классификации медных труб для воды и газа - прим. автора) проявляют наилучшие показатели устойчивости к таким нагрузкам и неразрушения при деформации. Они также представляют собой прекрасный сбалансированный материал при воздействии критических ударных нагрузок".

   Подобные исследования, подтвердившие умозрительные выкладки и подкрепленные практикой, позволили японским специалистам классифицировать медные трубы как "сейсмоусточивые" (seismic-resistant), что важно при выборе пригодного материала для систем водоснабжения, отопления и, что особенно важно, газоснабжения зданий как на объектах с повышенными вибрационными нагрузками, так и, разумеется, в сейсмоопасных районах. Справедливости ради следует отметить, что пытливая японская инженерная мысль не остановилась на достигнутом - ученые продолжили свои исследования. Одним из технически-успешных направлений стало создание трубопроводов газоснабжения на основе тонкой гофрированной нержавеющей стали со специальными соединениями - нечто наподобие трубки от противогаза, но из нержавейки. Однако стоимость такого технического решения высока, а монтаж требует специальной подготовки.

   Несомненно одно: природные свойства меди, сочетающей в себе как достаточную механическую прочность, так и достаточную податливость при механических воздействиях являются той самой «золотой серединой», обеспечивающим как высокие эксплуатационные характеристики и надежность, так и устойчивость к внешним механическим воздействиям. В Российской Федерации немало районов с повышенной сейсмической активностью или наличием сейсмической угрозы. Применение медных трубопроводов в системах водо- и газоснабжения позволит сохранить не только часть имущества, но и главное – человеческие жизни. Разумеется, применение медных труб с учетом исследованных свойств предпочтительно не только в сейсмоопасных районах, но и там, где возможны повышенные вибрационные или иные механические нагрузки.

   Применение медных бесшовных труб для воды и газа по ГОСТ 52318-2005 и EN 1057 допущено нормативными документами Госстроя РФ и рекомендуется рядом строительных норм. Правило проектирования и монтажа при устройстве систем водоснабжения отопления зданий регулируются СП 40-108-2004, а систем газоснабжения зданий - СП 42-102-2004. На рынке России представлена продукция ведущих производителей медных труб - российских Кольчугинского и Ревдинского заводов ОЦМ, немецких КМЕ и Wieland Werke, финской "Оутокумпу", теперь известной по бренду tube®, греческой компании Halcor S.A., а также некоторых других немецких и итальянских производителей. Наиболее ходовые элементы соединений представлены Ревдинским ОЦМ, а специализированный немец-кий производитель соединительных частей для металлических трубопроводов Sanha Kaimer предлагает полный ассортимент соединений и крепежа для любых водов соединений. Представлены на рынке товары и других изготовителей. При выборе трубной продукции следует обращать внимание на маркировку продукции на предмет соответствия ее упомянутым стандартам производства.

Источник: журнал"Сантехника" 2006, №2