19.4. Особенности сооружения переходов магистральных трубопроводов через преграды

Магистральные трубопроводы пересекают на своем пути, как правило, большое число естественных и искусственных препятствий.

К естественным относят препятствия, сформировавшиеся на земной поверхности без участия человека (реки, озера, болота, овраги и т.п.). Под искусственными понимают препятствия, появившиеся в результате деятельности человека (железные и автомобильные доро­ги, каналы, водохранилища и т.п.).

Преодолеть данные препятствия можно по воздуху (воздуш­ные переходы), под землей (переходы под железными и автомобильными дорогами) и под водой (подводные переходы).

Воздушные переходы

Воздушные переходы устраиваются при пересечении трубопро­водом нешироких болот, оврагов, рек, каналов, участков, под дневной поверхностью которых ведется выемка породы, полезных ископаемых и т.д.

Принципиальные схемы воздушных переходов через естествен­ные и искусственные препятствия приведены на рис. 19.7. Однопролетный балочный переход (рис. 19.7 а) применяется при пересе­чении узких преград с устойчивыми стенками. Арочный переход (рис. 19.7 б) трубопровода не имеет промежуточных опор и способен к некоторой компенсации температурных деформаций труб. Многопролетный балоч­ный переход (рис. 19.7 в) сооружают при пересечении относительно широких препятствий, дно которых сложено из устойчивых горных по­род. Включение в схему П-, Г- или Z-образных компенсаторов позволяет избегать разрушений при удлинениях труб. Трапецеидальный переход (рис. 19.7 г) отличается от арочного способностью компенсировать удли­нения труб в большей степени. При переходе в виде самонесущей провисающей нити (рис. 19.7 ж) трубопровод подвешивается к опорным устройствам и материал труб воспринимает нагрузку от собственной мас­сы и массы перекачиваемого продукта. Самонесущие висячие трубопроводы применяются при строительстве газопроводов диаметром до 100 мм.

В зависимости от условий строительства все виды воздушных пе­реходов объединяются в три группы: балочные, подвесные и самонесущие.

Балочные переходы, как правило, бывают многопролетными, т.е. с несколькими промежуточными опорами. Опоры могут быть неподвиж­ными, шарнирными или скользящими. Шарнирные опоры отличаются от неподвижных возможностью поворота в плане вокруг неподвижной оси. Подвижная опора допускает перемещение трубопровода в направлении его продольной оси.

Сооружение балочных переходов производится в следующей пос­ледовательности:

• устраивают опоры под трубопроводы и компенсаторы;

• монтируют трубопровод на специальной площадке частич­ но или полностью;

• укладывают трубопровод на опоры участками или сразу на полную длину;

• замыкают стыки и производят окраску наружной поверхно­ сти антикоррозионными покрытиями.

Подвесные (вантовые, висячие) переходы отличаются от балочных тем, что роль промежуточных опор выполняют канаты, удер­живающие трубопровод от провисания. Для крепления несущего троса 5 служат пилоны 3 и якоря (анкерные опоры) 4. Пилоном называют опору, к которой подвешивается несущий трос. Высота пилона долж­на быть достаточно большой, чтобы обеспечить необходимый прогиб каната, а также запас высоты для прохода судов под трубопроводом. Нижняя массивная часть пилона из бетона или бутобетона опирает­ся на грунт, играя роль фундамента, а верхняя легкая играет роль мачты. Якорями называют опоры, служащие для крепления концов несущего троса.

При сооружении подвесных переходов первой операцией яв­ляется сооружение опор (нижней части пилонов и якорей). Одновременно монтируется верхняя часть пилонов. Монтаж верхней части пилонов к опорам осуществляется после их подъема с помощью трубоукладчиков, автокранов и т.п. После этого между пилонами на­тягивается несущий трос с подвесками. Далее с помощью полиспастов, закрепленных на несущем тросе на предельно возможных расстояни­ях по условиям прочности трубопровода, его поднимают на уровень подвесок и закрепляют их.

В самонесущих (арочных, трапецеидальных, в виде прови­сающей нити) переходах нагрузку трубопровод воспринимает на себя. При монтаже арок сначала на специальном станке гнут необходимое число труб в соответствии с ее расчетной кривизной. Затем на мон­тажной площадке сваривают арку на полную длину, а также собирают на ней все элементы оснастки. Далее подготовленную к установке арку испытывают внутренним давлением, наносят на нее антикоррозион-

490

491

ное покрытие, после чего перетаскивают через препятствие. Заканчи­ваются работы подъемом арки и ее закреплением на опорах.

Переходы под железными и автомобильными дорогами

При пересечении железных дорог и автодорог I...III катего­рии (свыше 1000 автомобилей в сутки) нарушение насыпи и образование даже минимальных просадок ее поверхности не допус­кается. Поэтому сооружение подземных переходов под ними производится бестраншейным методом, т.е. без устройства открытой траншеи.

Конструкция перехода такова. Трубопровод с целью допол­нительной защиты от внешних нагрузок укладывается в кожухе, длина которого на 10...40 м превышает ширину полотна дороги, а диаметр не менее, чем на 200 мм больше диаметра трубопровода. Кожух, как и основной трубопровод, покрыт антикоррозионной изоляцией. На пе­реходах газопроводов межтрубное пространство в кожухе сообщается с атмосферой посредством вытяжной свечи диаметром 100... 150 мм и высотой не менее 5 м. На переходах нефте- и нефтепродуктопрово-дов вытяжные свечи не устраивают. Кожух укладывают с уклоном не менее 0,002 с тем, чтобы при аварийном разрыве трубопровода нефть (нефтепродукты) стекала в специальный сборный колодец.

Технология работ по бестраншейной прокладке переходов включает следующие основные этапы:

• подготовительные работы;

• прокладку кожуха под полотном дороги;

• прокладку трубопровода внутри кожуха;

• устройство вытяжной свечи или сборного колодца.

В ходе подготовительных работ по обе стороны дороги уст­раиваются котлованы: рабочий и приемный. Рабочий котлован имеет размеры, позволяющие установить в нем все необходимые машины и механизмы и выполнять работы, связанные с укладкой кожуха. Раз­меры приемного котлована должны быть такими, чтобы в нем можно было выполнить необходимые работы по присоединению дополни­тельных труб перехода.

Прокладка кожуха под полотном дороги может быть выпол­нена различными способами: прокалыванием, продавливанием и горизонтальным бурением.

Способ прокалывания заключается в том, что лобовую часть кожуха оснащают специальным заостренным наконечником с диамет­ром на 30...40 мм больше диаметра кожуха, а на заднюю часть создают давление домкратами, упирающимися в заднюю стенку котлована. По мере вдавливания кожуха в грунт его наращивают дополнительными

заранее приготовленными секциями. Такой способ прокладки требу­ет очень больших усилий продавливания (при диаметре менее 100 мм - до 40 т, при 200 мм - до 100 т, при 520 мм - до 200 т).

Сущность способа продавливания состоит в том, что кожух вдавливается в грунт открытым концом, а поступающий внутрь ко­жуха грунт удаляется. При этом усилие продавливания существенно меньше, т.к. определяется в основном силой трения грунта о наруж­ную поверхность кожуха. Чтобы еще больше уменьшить сопротивление головную часть кожуха снабжают специальным режу­щим кольцом с диаметром на 30...40 мм больше диаметра основной трубы. Усилие на заднюю часть кожуха также создается домкратами. Грунт из трубы удаляется механическими приспособлениями или гид­роразмывом с последующей откачкой пульпы. Способ продавливания позволяет проходить за смену лишь 2...3 м при диаметре труб 1000... 1200 мм. Усилие продавливания при этом составляет от 140 до 300 т.

Основным недостатком данных способов прокладки труб под дорогами является необходимость постепенного наращивания либо длины кожуха, либо длины толкающих элементов, поскольку длина хода поршней домкратов составляет 1...2 м.

Способ горизонтального бурения (рис. 19.14) позволяет про­кладывать кожух сразу на полную длину. В рабочий котлован 2 на ролики 8 помещают прокладываемый кожух 9. Внутри кожуха разме­щается шнековый механизм 7, на конце которого установлен буровой инструмент 1. Другой конец шнекового механизма связан с силовой установкой 6, которая удерживается на весу трубоукладчиком 5. По­дача шнекового механизма и кожуха вперед осуществляется с помощью лебедки, совмещенной с силовой установкой, усилие от ко­торой передается через тросы 4 на опору 3. Буровой инструмент режет грунт впереди трубы, а шнековый механизм перемещает его по кожу­ху, из которого он высыпается в рабочий котлован.

Установки горизонтального бурения УГБ-2, ГБ-1421, ГБ-1422 позволяют прокладывать кожухи диаметром 1220...1420 мм со скоро­стью от 0,3 до 10 м/ч при осевом усилии от 8 до 80 т.

После прокладки кожуха через него протаскивают заранее подготовленный трубопровод. Для этого его сваривают, изолируют, футеруют и подвергают гидравлическим испытаниям. С целью умень­шения усилия протаскивания на трубопроводе закрепляют роликовые опоры.

Завершается сооружение перехода устройством вытяжной свечи или сборного колодца, а также восстановлением придорожных сооружений и ландшафта местности.

493

492

Подводные переходы

К подводным переходам относятся участки магистральных трубопроводов, пересекающие естественные и искусственные водо­емы (реки, озера, водохранилища) по их дну. Границы подводного перехода определяются уровнем, до которого вода в водоеме подни­мается не чаще 10 раз за 100 лет.

Схема подводного перехода показана на рис. 19.15. Она вклю­чает основную 2 и резервную 3 нитки трубопровода, а также береговые задвижки (на газопроводах - краны) 1. В случае возникновения ава­рийной ситуации на основной нитке, она отключается запорными устройствами 1, а транспортируемый продукт пускается по резерв­ной нитке (дюкеру). При ширине водной преграды в межень (в среднем) менее 75 м резервную нитку допускается не сооружать.

Магистральные трубопроводы прокладывают, как правило, с заглублением в дно водоемов. Земляные работы под водой выполняют с помощью специальных землеройных машин (земснарядов, грунтосо-сов, гидромониторов и т.д.). Широко распространена разработка подводных траншей скреперными установками, приводимыми в дви­жение с обеих сторон реки либо лебедками, либо тракторами с помощью канатов. В отдельных случаях (при глубине водоемов не более 2...3 м) разработку подводной траншеи ведут экскаватором, установленным на понтоне, перемещаемом в свою очередь с помощью лебедок, которые наматывают тросы, закрепленные якорями на берегу.

Перед укладкой трубопровод сваривают, наносят на него изо­ляционное покрытие, футеруют матами из деревянных реек, после чего его балластируют.

Балластировка, или утяжеление трубопровода производится с целью предотвращения его всплытия. Для этого используют оди­ночные чугунные или железобетонные пригрузы, а также сплошные покрытия из бетона или асфальтобетона. В настоящее время широко распространены чугунные пригрузы в виде двух полумуфт, скрепляе­мых болтами. Они жестко фиксируются на трубопроводе через определенные расстояния. Железобетонные пригрузы различны по конструкции. Часть из них имеет седлообразную форму и жестко на трубе не фиксируются. Другие разным образом закрепляются на тру­бе. Однако применение одиночных пригрузов требует увеличения размеров отрываемой траншеи. Наиболее перспективным является применение анкеров, утяжеление труб сплошным покрытием из бе­тона или заполнение утяжеляющим раствором межтрубного пространства (при схеме прокладки типа «труба в трубе»).

Подготовленный к укладке трубопровод состоит из одной или нескольких секций, общая длина которых на несколько десятков мет­ров превышает ширину водной преграды между урезами воды.

494

495

В настоящее время применяется три способа укладки трубо­проводов в подводные траншеи: протаскивание по дну, погружение с поверхности воды трубопровода полной длины и погружение с по­верхности воды последовательным наращиванием секций трубопровода. Первые два способа аналогичны применяемым при строительстве трубопроводов на болотах и обводненных участках трассы. В последнем случае трубопровод заглубляют по мере присое­динения к нему все новых секций.