7.5 Укладання підводних трубопроводів з поверхні води

Укладання підводних трубопроводів з поверхні води полягає у наступному: повністю підготовлений до укладання трубопровід встановлюють на плаву над підготовленою наперед траншеєю, а потім занурюють на її дно затопленням при додатній плавучості, або від’єднанням спеціальних пристроїв, що утворюють трубопровід на поверхні води.

7.5.1 Підготовка трубопроводу до укладання

Трубопровід зварюють у нитку, довжина якої на декілька метрів (або десятків) більше ширини дзеркала води між урізами.

Потім його випробовують на міцність і щільність, ізолюють, футерують, оснащують (за необхідністю) понтонами, закріплюють троси, за допомогою яких трубопровід будуть утримувати у створі переходу.

Якщо спуск буде проводитися по створу, то трубопровід укладають на спускову доріжку, а по дну водяної перешкоди укладають буксирувальний трос. Для збільшення плавучості трубопровід споряджають понтонами.

Якщо трубопровід у створ переходу будуть встановлювати розворотом на плаву, то облаштовувати спускову доріжку непотрібно. У цьому випадку трубопровід розміщують у безпосередній близькості від рівня води.

7.5.2 Установка трубопроводу у створ

Ця операція є найбільш відповідальною при укладанні з поверхні води, оскільки при неточному її виконанні трубопровід може бути зігнутим чи зламаним потоком води.

У практиці спорудження трубопроводів застосовують різні технологічні схеми. Основною особливістю будь-якої схеми є переміщення трубопроводу у створ на плаву і утримання його у такому положенні до занурення. В залежності від ширини русла водойми засоби, за допомогою яких трубопровід встановлюють у створ і утримують у ньому, можуть розміщуватися тільки на берегах, або на берегах та в руслі водойми. Основними схемами установки трубопроводу у створ є такі:

Схема 1

Схема застосовується при ширині водойми до 250 м. Повністю підготовлений до опускання трубопровід протягають і виводять на воду з одного берега перпендикулярно потоку (рис.7.12). До початку протягування трубопровід 2 закріплюють тросами – відтяжками 3 від лебідок, встановлених на обох берегах (положення І), і тяговим тросом 1, за допомогою якого здійснюється протягування. У місцях стропування трубопроводу (точка а, б) встановлюють суцільне футерування із дерев’яних рейок. На віддалі 150-200 м вище створу на обох берегах встановлюють лебідки для тримання трубопроводу при виведенні його у створ від знесення потоком. Лебідки встановлюють як можна ближче до урізу води. По мірі переміщення трубопроводу у русло ріки у роботу включається лебідка л2, за допомогою якої трубопровід орієнтовно утримується у створі (положення ІІ). Потім починає працювати і лебідка л1 (положення ІІІ). Регулюючи довжину відтяжок лебідки л1 і л2 трубопровід встановлюють точно у створі.

Вантажопідйомність тягових засобів і лебідок, а також діаметр тягового троса та відтяжок визначають в залежності від розмірів трубопроводу та інтенсивності гідродинамічного тиску потоку.

Схема 2

Схема застосовується при ширині водойми більше 250 м. Установка трубопроводу у створ може бути виконана за схемою, наведеною на рис. 7.12 , 7.13.

Рисунок 7.12 – Схема установки трубопроводу в створ при ширині водойми до 250 м

Рисунок 7.13 – Схема установки трубопроводу в створ при ширині водойми більше 250 м

У положенні І кінець труб утримується одною відтяжкою від лебідки л3, встановленої на понтоні; потім трубу у поміченій точці створюють другою відтяжкою від л2, також встановленій на понтоні (положення ІІ). Сам понтон утримується якорем, замитими у русло ріки. При подальшому просуванні вперед трубопровід строкують у точці а відтяжкою від лебідки л4, а відтяжки від лебідки л2 і л3 переносять у точки б і в. потім у роботу вводять лебідку л1.

Трос від неї утримує трубопровід в точці г (положення ІІІ). Треба мати на увазі, що відкріплювати відтяжки можна тільки коли трубопровід закріплений новою підтяжко і навантаження від гідродинамічного впливу води вона уже сприйняла.

Широкому застосуванню розглянутої схеми у літній період перешкоджає необхідність перекривання на деякий час судноплавства. При чіткій організації робіт, вивести у створ та укласти у траншею трубопровід при ширині ріки до 500 м можна за 3-4 год.

Схема 3

Трубопровід виводять у створ розворотом його на плаву від одного берега до іншого. Застосовується на водоймах з крутими берегами, коли для облаштування спускових доріжок необхідно розробляти глибокі берегові виїмки, а трубопровід має на кінцях криві вставки. Схема виведення трубопроводу у створ переходу наведена на рис. 7.14.

Рисунок 7.14 –Установка трубопроводу в створ розворотом на плаву

На одному з берегів, вище або нижче створу переходу (краще вище), облаштовують площадку шириною 3 м і більше, довжина якої рівна або більша за довжину переходу. На цій площадці збирають трубопровід проектної довжини з кривими вставками (якщо вони передбачені), ізолюють його та футерують. На площадці трубопровід можна збирати з готових секцій довжиною 80-120 м, що доставляють сплавом.

Підготовлений до укладання трубопровід спускають з площадки на воду. Потім нитку буксують катером до створу переходу і встановлюють вздовж одного з берегів (положення І).

Трубопровід виводять у створ за такою схемою.

Один кінець трубопроводу шарнірно закріплюють у точці 0, а другий відштовхують від берега. Під дією течії води трубопровід вільно повертають у точці 0 до упирання незакріпленого кінця у протилежний беріг (положення ІІ). Для утримання трубопроводу у створі його закріплюють відтяжками. Напередодні виведення трубопроводу у створ точно вимірюють швидкості течії у різних точках по ширині водойми, знаючи які можна легко визначити інтенсивність гідродинамічного впливу, і, відповідно, розрахувати необхідну кількість відтяжок. Відтяжки закріплюють на лебідках, встановлених на понтонах.

Понтони 1, 2, 3, на кожному з яких встановлено по три лебідки, прикріплюють до трубопроводу в положенні І. Двома тросами з кожного понтона трубопровід стропують до початку розвороту у точках а, б, в, г, д, е. В точках 4, 5, 6 (по числу понтонів з лебідками) у 80-100 м вище створу замивають у ґрунт якорі, здатні утримати весь трубопровід на поверхні води від знесення течією. До нерухомих якорів прикріплюють відрізки тросів, кінці яких утримують поплавками на поверхні води.

При проході трубопроводу разом з понтонами над відповідними якорем (положення ІІІ), трас від останнього прикріплення до линви, що йде від однієї з лебідок, що призначений для утримання понтона у потрібному положенні. Одночасно понтон відкріплюють від трубопроводу і за рахунок розмотування відтяжок, закріплених на двох інших лебідках, понтон відстає від трубопроводу. Понтон переміщується вниз по течії повільніше, ніж розвертається трубопровід. При цьому послідовно вступають у роботу нерухомі якорі 4, 5 і 6. Поступово швидкість розмотування відтяжок зменшується, а переміщення понтонів по течії припиняється. Вони займають положення 7, 8 і 9, утримуючись на нерухомих якорях. Швидкість розвороту трубопроводу сповільнюється, і після вступу у роботу всіх якорів, трубопровід повністю зупиняється і утримується відтяжками у точках а, б, в, г, д і е.

Оскільки довжина трубопроводу більша, ніж ширина урізу водойми, то в який-небудь момент незакріплений кінець трубопроводу врізає у берег (положення ІІІ). До цього моменту всі понтони повинні стояти на якорях. Кінець трубопроводу (точка 0) вводять у берегову траншею. Якщо цього недостатньо для введення другого кінця в траншею, то, регулюючи довжину руслових ділянок, дають можливість трубопроводу прогнутися (положення IV) до тих пір, доки другий кінець трубопроводу не ввійде у траншею.

Натягом линв-відтяжок трубопровід установляють точно у створ переходу (положення V). При наявності берегових кривих вставок, їх піднімають у вертикальне положення трубоукладачами.

Після встановлення трубопроводу у створ його зразу ж загортають. Розглянута технологія дозволяє досить швидко, без облаштування спеціальних спускових доріжок укладати підводні трубопроводи любих діаметрів.

Схема 4

Укладання трубопроводу здійснюється зимою з льоду. Встановлення його у створ виконують у спеціально розробленій у льоді вузьку прорізь.

При товщині льоду 25 см і більше, всі підготовчі і будівельно-монтажні роботи не відрізняються від лінійних і виконуються безпосередньо на льоду. При цьому обов’язкове дотримання мінімально допустимих віддалей між працюючими машинами, які залежать від маси (табл. 7.8).

Таблиця 7.8 – Допустима відстань між працюючими на

льоду машинами

Тип машини	Загальна маса, т	Найменша розрахункова маса льоду, см	Найменша відстань між вантажами, м
Одиночний пішохід	0,1	5	5
Колісні машини	до 3,5 6,0 10,0 15,0	15 20 25 30	15 20 25 30
Гусеничні машини	3,5 10,0 12,5 25,0 45,0	15 20 25 40 50	15 20 25 40 50

Цю схему рекомендується використовувати на ріках, що вирізняються великими швидкостями течії, а також коли дно складене скальним ґрунтом, що утруднює закріплювати плавучі засоби на якорях. Крім того, відсутність зимою судноплавства, полегшує організацію робіт, особливо на ріках з інтенсивним рухом суден.

До недоліків даного способу відносяться необхідність льодокольних робіт, більш складна організація земельних, зварювально-монтажних, водолазних і інших робіт, що знижує продуктивність праці.

При укладанні трубопроводу у зимовий період необхідно знати несучу здатність льодового покрову.

Для льодового покрову з прозоро-кристалічною будовою, що дає раковистий злом, товщина льоду, необхідна для безпечного розміщення на ньому вантажу (при відсутності прорізі поблизу вантажу), визначають за формулою:

, (7.15)

де h – товщина льоду в м; n – коефіцієнт перевантаження (1,5:2,0); P – вага вантажу на льоду; – тимчасовий опір льоду на розтяг, рівний 14 кг/см²; в₁ і в₂ – лінійні розміри площадки опори вантажу в м; к – температурний коефіцієнт (табл. 7.9):

Таблиця 7.9 – Температурний коефіцієнт в залежності від

середньої температури повітря

Середня температура повітря за 3 доби, ºС	мінус 10 ºС та нижче	мінус 5 ºС	0 ºС	понад0 ºС
Температурний коефіцієнт к	1	1,1	1,4	1,5 і більше

При розташуванні вантажу біля краю прорізі, розрахунок проводять за формулою:

. (7.16)

На коефіцієнт 4 множиться сторона опорної площадки (в₂), розташована в поперек прорізу.

Для попередніх розрахунків товщини льоду при відсутності поблизу розроблених прорізів і тріщин можна користуватися наближеною формулою:

, (7.17)

де h − товщина льоду у см; Р − вага вантажу, встановленого на льоді в т;

Вантаж, що лежить на льоді, через деякий час, через пластичність льоду, заглиблюється в лід і, при тривалому перебуванні, може проводитися під нього.

Час перебування вантажу на льоді визначається за формулою:

, (7.18 )

де t − час в год; P_g − допустиме навантаження для льоду даної товщини в м,

, ( 7.19)

− коефіцієнт, що залежить від умов роботи льоду ( див. табл. 7.10); в₁ і в₂ – лінійні розміри площадки опори вантажу в м;

Таблиця 7.10 – Коефіцієнт в залежності від умов роботи

Умови навантаження льоду	Значення
Зупинка вантажних машин на розчищеному, або частково розчищеному льоду при температурі мінус 5 ºС	0
Зупинка вантажних машин на розчищеному від снігу льоді при температурі нижче -5 ºС і на частково розчищеному від снігу льоді при температурі мінус10 ºС	1
Зупинка вантажних машин на розчищеному від снігу льоді при температурі мінус10 ºС і на частково розчищеному від снігу льоді при температурі мінус15 ºС	2
Короткочасна зупинка вантажних машин на частково розчищеному від снігу льоді при температурі нижче мінус15 ºС	3

При недостатній міцності льоду, його товщина збільшується заморожуванням при поливі водою, або розчищенням ріки від снігу. Приріст товщини льоду в результаті розчищення снігового покриву без поливу наведено в табл. 7.11.

Таблиця 7.11 – Приріст товщини льоду після розчистки

від снігу в залежності від температури

повітря

Температура повітря, ºС	Приріст товщини льоду (в см) за добу при товщині льоду, см
	менше 10	10-20	21-40
- 5	4	1,5	0,5
- 10	6	3,0	1,5
-15	8	4,0	2,0
-20	9	6,0	3,0

Підсилення льоду замороженням проводиться при температурі повітря не вище мінус 5 ºС (табл.7.12 ).

Таблиця 7.12 – Міцність льоду в залежності від

збільшення його товщини замороження

Відношення товщини намороженого льоду до товщини натурального льоду	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Коефіцієнт підсилення натурального льоду	1,0	1,3	1,7	2,0	2,4	2,9

Наморожування льоду можна проводити поливанням водою з розбризкуванням або укладанням шару битого льоду (льодового щебеня ) товщиною 10-15 см з наступним заливанням його водою.

Наморожування з шаром льодового щебеню прискорює ріст товщини льодового покриву і надає йому більшу міцність. Кожен наступний полив водою проводиться після того, як попередній шар повністю промерз.

Допустиме навантаження на лід наведено в табл. 7.13.

Таблиця 7.13 – Допустиме навантаження на лід в

залежності від його товщини та виду вантажу

Назва вантажу	Загальна вага, т	Найменша розрахункова товщина льоду, см	Найменша відстань між вантажами, м
Колісний вантаж	до 3,5	15	15
Колісний вантаж	до 6,0	20	20
Колісний вантаж	до 10	25	25
Колісний вантаж	до 15	30	30
Гусеничний вантаж	до 3,5	15	15
Гусеничний вантаж	до 10	20	20
Гусеничний вантаж	до 12,5	25	25
Гусеничний вантаж	до 25	40	40
Гусеничний вантаж	до 45	50	50
Одиночний пішохід	0,1	5	5
Пішоходи в колоні: по одному по два	– –	7 7	7 7
Вершник на коні	0,5	10	10
Вершники в колоні по одному	–	12	12

При товщині льоду до 20 см, проїзд трубоукладачів і гусеничних тракторів, що мають масу більше 10 т, не допускається. В цьому випадку на берегових будівельно-монтажних площадках зварюють, ізолюють і футерують секції труб довжиною 100-120 м. За допомогою лебідок, встановлених і закріплених на льоді, секції протягують на лід і укладають вздовж створеної лінії на 1,5 – 2,0 м вище або нижче неї. Створ наперед відмічають вішками.

Після протягування секцій виконують зварювання секційних стиків. Потім перевіряють якість зварних стиків і їх ізолюють. На льоду здійснюють опресування трубопроводу.

Напередодні перед укладанням на льоду точно по створній лінії розробляють прорізь шириною приблизно 1,5 Д_зов. Після очищення прорізі від зруйнованого льоду, в неї опускають трубопровід. Перед укладанням його стропують відтяжками, закріпленими в лебідках. Довжину відтяжок за допомогою лебідок можна регулювати. Відтяжки необхідно пропускати під льодом. У противному разі трубопровід буде знесений течією на вікіс або бровку траншеї. Довжину відтяжок розраховують так, щоб трубопровід точно ліг на дно траншеї.

При глибині річки до 6 м можна замість відтяжок використовувати направляючі свої, які опускають у прорізі. Їх нижні кінці забивають у дно траншеї на 0,5:1,0 м, а верхні опирають на лід. Для виготовлення свай використовують дерев’яні палі діаметром 18:20 см або сталеві труби діаметром 100:150 мм.

При товщині льоду менше 10 см, роботи з льоду з використанням машин не проводяться. Льодове покриття в цьому випадку використовують тільки для утримання трубопроводу у створі переходу.