Глава 5. Особенности организации строительства, производства работ и эксплуатации магистральных трубопроводов.

5.1. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА И ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ.

Еще на стадии изысканий, проектирования и разработки про­ектов организации и технологии строительства возникают воп­росы, которые предопределяют особенности организации и про­ведения работ на трассе. Разработке проектов, как правило, предшествуют весьма дорогостоящие и продолжительные по вре­мени изыскательские работы- Однако работы, связанные с изу­чением геологических и гидрогеологических условий террито­рий, по которым проложена трасса, в несейсмических районах на этом заканчиваются. Иначе обстоит дело с выявлением и уточ­нением геологических и гидрогеологических условий в зоне строительства трубопроводов в сейсмических районах, где эти работы должны проводиться и в процессе самого строительства.

Во время изысканий собирают материалы для установления балльности различных участков трассы и площадок и для прог­ноза деформаций в толще грунтового массива. Для этого прово­дят работы по районированию и микрорайонированию осваивае­мых территорий, где будет развернуто строительство; некото­рые работы по микрорайонированйю продолжается и в процес­се строительства.

При проведении сейсмического микрорайонирования уточня­ют данные о тектонике и общей сейсмичности различных участ­ков трассы и площадок строительства насосных станций, резер­вуаров и т.д., собирают и классифицируют данные о сильных землетрясениях прошлых лет в осваиваемом районе, а также геологические, гидрогеологические и другие сведения, позволя­ющие установить интенсивность проявления землетрясений в этом районе.

Для установления балльности района строительства по дан­ным повреждений трубопроводов исследования следует прово­дить вдоль всего опасного участка трассы в коридоре, границы которого отстоят от оси трубопровода не менее чем на 15 км.

При проведении сейсмического микрорайонирования на участ­ках, расположенных на крутых склонах в районах со сложным рельефом, например в горах, рекомендуется учитывать возмож­ность возникновения остаточных деформаций от сейсмических воздействий в толще грунтового массива.!Как правило, основ­ные разрушения склонов и насыпей при сейсмических воздей­ствиях •— это оползание склонов, обвалы, оседание насыпей, появление трещин, а также явления, приводящие к разжижению грунтов и потере несущей способности основания. Это необхо­димо иметь в виду при изысканиях и, по возможности, выделить опасные зоны.

Особое внимание следует обращать на выявление и количест­венную оценку возможных изменений свойств грунтового ос­нования в процессе строительства и эксплуатации трубопрово­дов (прогнозирование). Причем уточнение исходных данных, на основе которых был сделан выбор конструкции трубопро­вода, а также данных для прогноза должно быть сделано уже в процессе строительства. Поэтому при строительстве трубопрово­дов в районах с повышенной сейсмической активностью возни­кает необходимость создания особых служб (бригад), работаю­щих в составе данного технологического потока, в задачу кото­рого входят контроль за соответствием геологических и гидро­геологических условий на конкретных участках трассы или пло­щадках данным предпроектных изысканий, уточнение этих данных и сбор материалов для составления прогноза. Эти мате­риалы могут быть основанием для изменения (в случае необ­ходимости) принятого ранее проектного решения.

Таким образом, в результате изыскательских работ, в том числе работ по микрорайонированию, должны быть получены ис­ходные данные для уточнения трассы и принятия окончательного варианта конструктивных решений, а также для осуществления дополнительных антисейсмических мероприятий в районах с по­вышенной сейсмической активностью, проводимых с целью обеспечения безопасности строительства, сохранности техники и людей в случае землетрясения. Последние требования к резуль­татам изысканий являются специфическими для сейсмоопасных районов.

Для проведения перечисленных работ в составе комплексно­го трубопроводостроительного управления должны быть предус­мотрены самостоятельная группа (бригада) и полевая грунтово-сейсмологическая лаборатория. В обязанности этой группы (бригады) входят контроль за соответствием данных проекта геологическим и гидрогеологическим условиям трассы, анализ действительных условий (топографических, геологических и гидрологических) и принятие совместно с проектировщиками (при необходимости) уточнений или решений о корректировке проекта. Указанная группа должна иметь право приостанавли­вать дальнейшее строительство в случае резкого отличия дан-

ных проекта от реальных условий. Создание нового структур­ного подразделения и проведение комплекса специальных ра­бот вызывают необходимость изменения нормативных сроков строительства объектов.

В настоящее время существует необходимость в оценке продолжительности строительства трубопроводов в сейсмичес­ких районах при соблюдении требований сейсмобезопасности. Эвристические оценки позволяют для приближенного определе­ния продолжительности строительства увеличивать коэффициент а для сейсмоопасных горных районов на 3-5%, а для сейсмо-опасных районов со спокойным рельефом и достаточно удален­ных от горных массивов - на 2-3%. Следует иметь в виду, что даже в районах с достаточно спокойным рельефом из-за возник­новения трещин в грунте и значительных деформаций внутри грунтового массива (как это было в районе пос. Кум-Дагв мар­те 1983 г. или в Кайраккумах в сентябре 1985 г.) при сейсми­ческих воздействиях могут произойти существенные поВреждения трубопроводов. Некоторых разрушений во время ряда землетрясений, видимо, можно было бы избежать, если бы про­водились работы по уточнению природных условий трассы и были бы приняты на основании полученной информации соот­ветствующие меры.

Как известно, на первой стадии строительства проводятся так называемые подготовительные работы, которые включают в себя инженерную подготовку трассы и выполняются в основ­ной период строительства. В состав подготовительных работ входят расчистка и планировка трассы, устройство полок и подъездов в горных условиях, строительство временных дорог. Особые требования следует предъявлять к проведению подго­товительных работ в сейсмоактивных горных районах и в райо­нах со сложным пересеченным рельефом.

При расчистке трассы и валке леса необходимо произвести оценку, в какой степени имеющаяся древесная и кустарниковая растительность способствует повышению устойчивости откосов. При пересечении оползневых и неустойчивых 'к сотрясению склонов целесообразно сводить лес как можно на более узкой полосе. При этом деревья следует спиливать как можно ниже и не производить выкорчевку пней (за исключением мест устрой­ства полок и на узкой полосе, ширина которой соответствует ширине траншеи). При расчистке трассы в этих условиях не до­пускается применять взрывные методы. На равнинных участках расчистка трассы в сейсмоопасных районах производится как и в обычных условиях.

При разработке полок на горных склонах, отсыпке насыпей под дороги и т.д. необходимо предусмотреть специальные ра­боты по уплотнению и укреплению оснований грунтовых отсы­пок, по возведению временных и постоянных защитных стенок, по уположиванию откосов. Особое внимание следует уделить мелиоративным работам. Выполнение всех дополнительных работ, в том числе по возведению временных защитных сооруже­ний, по уширению дорог и площадок должно учитываться проек­тами организации работ и соответствующими сметами.

Особо осторожно необходимо производить работы на ополз­невых и неустойчивых склонах, грунт по которым может пере­мещаться при сейсмических и сейсмовзрывных воздействиях. Поэтому до начала срезки грунта и удаления скальных пород следует определить и обозначить неустойчивые участки склонов, выявить возможность применения взрывов для рыхления гор­ных пород и допустимые величины взрывных воздействий, осуществить ряд мероприятий, обеспечивающих устойчивость склонов и откосов отсыпок, а также безопасность при проведе­нии работ в случае сейсмического воздействия. При устройстве полок в горных районах, а также выемок на пересеченных участ­ках трассы, при отсыпке насыпей и т.п. в зонах повышенной сейсмической активности необходимо выбирать крутизну откосов, обеспечивающую их устойчивость при сейсмических воздей­ствиях. Ориентировочно на основании данных о работе грунто­вых отсыпок при динамических воздействиях можно рекомен­довать уменьшение крутизны откосов на 15—20% по сравнению с крутизной откосов в аналогичных грунтах, но в несейсми­ческих районах.

В основаниях оползневых склонов по линиям предполага­емых срезок нужно производить укрепление - сооружение свай­ных и шпунтовых завес, строительство подпорных гравитацион­ных и контрфорсных стенок. Там, где возможно оползание боль­ших масс породы, рекомендуется применять сваи-оболочки, заполняемые железобетоном с продольным армированием.

Ширину проездов и полок необходимо назначать с таким рас­четом, чтобы в случае обвала и осыпи грунта и камней с выше­расположенного участка оставались бы свободный аварийный проезд, а также места для безопасной стоянки машин, механиз­мов и пребывания людей. При сооружении временных дорог в выемках и по насыпям на сейсмоопасных участках следует также уположивать откосы, чтобы их крутизна была не больше 1:1,8—1:2,0 в зависимости от физико-механических характерис­тик грунтов. При необходимости устройства более крутых отко­сов рекомендуется возведение подпорных стенок и парапетов различной конструкции, препятствующих перемещениям выше­лежащих масс грунта и рассчитанных на восприятие динамичес­ких нагрузок (в том числе от грунта засыпки) без значительных смещений. Насыпи дорог необходимо послойно уплотнять, не. допуская обводнения их основания. Для насыпи можно исполь­зовать крупноскелетные грунты, пески различных видов (кро­ме мелкозернистых и пылеватых).

С целью экономии железобетона вместо массивных подпор­ных стенок можно применять легкие армированные железобе­тонные конструкции (типа контрфорсных) с развитой плитой основания, стенки со шпорами в фундаментной части и т.п.

Особые требования предъявляются к основаниям трубопро­водов, когда грунты могут потерять несущую способность при динамических воздействиях, могут проседать, разжижаться и т.п. Как известно, лессовые грунты весьма часто встречаются в райо­нах Средней Азии, характеризующихся высокой сейсмической активностью. Для повышения несущей способности основания магистральных водоводов из чугунных и железобетонных труб с нежесткими стыками рекомендуется производить его уплот­нение (особенно, когда в процессе эксплуатации возможно обводнение трассы). На таких участках при сейсмических воз­действиях и обводнении весьма возможны разжижение грунтов (не только лессовых, но и мелкопесчаных) и полная потеря не­сущей способности основания (разжижение грунта произошло на части территории г. Газли во время землетрясения 1984 г.,

что привело к неравномерным осадкам основания и поврежде­ниям ряда зданий). Во многих случаях целесообразно предвари­тельное уплотнение грунтов в процессе строительства.

Уплотнение основания из лессовидных грунтов может быть достигнуто путем его замачивания. Для этого в основании тран­шеи с определенным шагом устраивают "корыта" с небольшими перемычками высотой 20—25 см. Корыта заполняют водой и выдерживают в течение 1,5-2 сут, поддерживая уровень воды на высоте 10-12 см от дна траншеи. При укладке стальных трубопроводов со сварными стыками (в тех случаях, когда осадка будет равномерной по длине трассы и относительно небольшой, а обводнение трассы маловероятным) столь тща­тельное уплотнение основания не требуется.

В тех случаях, когда трубопровод пересекает линии тектони­ческих разломов, районы возможных значительных подвижек в толще грунтового массива, участки с перемежающимися грун­тами, обладающими различными свойствами, траншеи следует устраивать менее глубокими с пологими откосами (1:3, 1:5), засыпая их после укладки трубопровода крупнозернистым грун­том, торфом и т.д. Однако в связи со сравнительно низкой сте­пенью защемления трубопровода в грунте потребуются допол­нительные компенсационные участки. Указанные мероприятия обеспечат более свободное перемещение трубопровода без его разрушения при значительных деформациях в толще грунтового массива.

При прокладке наземных трубопроводов в насыпи необхо­димо предусматривать более пологие откосы, уширение горизон­тальных участков насыпи над трубопроводом (по гребню), большую толщину слоя грунта над трубой. При устройстве свай­ных опор и опор-стоек неглубокого заложения для трубопрово­дов небольших диаметров следует контролировать состав грунта основания и строго соблюдать предусмотренные проектом глу­бины их погружения. Массивные бетонные и железобетонные опоры или упоры на углах поворотов трубопроводов с нежест­кими соединениями необходимо устанавливать только на хоро­шо уплотненное основание. Размеры уплотняемого участка должны превышать размеры фундамента не менее чем на 0,5 м по всему периметру.

При строительстве трубопроводов в сейсмических районах требуется уделять серьезное внимание специальному контролю за качеством выполнения всех строительно-монтажных работ и за соответствием действительных геологических и гидрогеоло­гических условий в зоне строительства принятым в проекте техническим решениям, так как качество строительства и про­ектных решений в основном определяют уровень сейсмостой­кости любого сооружения.

Такая служба была организована на строительстве нефтепровода Транс-Аляска диаметром 1200 мм на участках^ пересекающих районы повышенной сейсмической активности. В положении о статусе этой служ­бы было указано на ее право в случае резкого отклонения инженерно-геологических условий от принятых в проекте приостанавливать строи­тельные работы для внесения в проект необходимых изменений.

Особо, серьезное внимание должно обращаться на качество выполнения стыковых соединений, устройство опор и упоров, качество изделий из бетона и железобетона. Например, сварные стыки следует подвергать стопроцентному контролю физически­ми методами.

Рабочие и инженерно-технический персонал, осуществляющие строительство в сейсмических районах, должны проходить спе­циальную подготовку.

После землетрясений интенсивностью выше 7 баллов или сопровождающихся значительными подвижками грунта (при отсутствии сведений от специальных служб эксплуатации) осу­ществляется осмотр трасс трубопроводов в пределах зон указан­ной интенсивности.

Наибольшие трудности представляют обследование и выявле­ние повреждений на подземных трубопроводах, На соответст­вующих трассах подземных трубопроводов отмечают места "проявившихся" разрывов или повреждений, участки, где на поверхности грунта образовались трещины, произошли значи­тельные осадки поверхности.

После выявления указанных участков и отключения проло­женных на этих территориях трубопроводов (если не было разрывов и они эксплуатировались в аварийном режиме) произ­водят вскрытие траншеи и тщательный осмотр труб и стыковых соединений. При обнаружении повреждений (участки труб с образовавшимися на стенках гофрами, потерявшие устойчи­вость, с разрывами стыков и т.п.) траншею вскрывают вправо и влево от этого участка на длину СрТ₀ (где С_р - скорость рас­пространения продольной сейсмической волны, T_Q - преобла­дающий период колебаний грунта). Значения С_р и T_Q следует принимать для конкретных грунтовых условии обследуемого участка (по данным изысканий с уточнениями, для периода землетрясения, вызвавшего повреждение трубопровода). При обнаружении повреждения трубопровода на вновь вскрытом участке необходимо вскрыть следующий участок протяжен­ностью С_рТ₀ и т.д. Ремонтно-восстановительные работы прово­дят, как и в обычных условиях, с учетом изложенных требова­ний. Исправность трубопроводной линии после ликвидации об­наруженных повреждений проверяют на всех режимах, предус­мотренных эксплуатацией.

5.2. СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ОПОВЕЩЕНИЯ. О ТЕХНИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.

В системе эксплуатации многих ответственных сооружений, разрушения или повреждения которых могут привести к гибели людей и большим экономическим потерям, создаются специаль

ные службы, в обязанности которых входят наблюдения за тех­ническим состоянием сооружений, проведение необходимых профилактических или ремонтных работ (с привлечением дру­гих соответствующих служб эксплуатации), передача оператив­ной информации о параметрах сейсмических воздействий и, от­части, руководство работами по ликвидации последствий земле­трясений. Такие службы созданы на газопроводных системах в Японии, на Ингури ГЭС, на подземных сооружениях Таш­кентского метрополитена и некоторых других особо важных объектах.

Конечно, прямые последствия повреждений или разрушений водоводов не столь очевидны и опасны, как на газопроводах. Однако прекращение подачи воды в районы бедствия очень серьезно затрудняет пожаротушение, создает трудности в снаб­жении населения водой, может привести к полной остановке промышленных предприятий и т.д. Необнаруженные и не устра­ненные повреждения трубопроводов приведут к повышенному расходу воды, обводнению территории, в результате чего резко изменятся свойства грунтов, снизится несущая способность оснований сооружений, создадутся условия для проявления зем­летрясения с большей силой. Необходимо принять всевозмож­ные меры для обеспечения функционирования магистральных трубопроводов (газопроводов, водопроводов и т.п.) во время землетрясения, так как они являются системами жизнеобеспе­чения жилых и промышленных районов.

Небольшие по диаметру и протяженности городские и про­мышленные газопроводы рассчитаны на транспорт газа с низ­ким давлением и имеют сравнительно невысокую сейсмостой­кость. Такие системы при землетрясениях определенной силы следует отключать и вводить снова в эксплуатацию лишь после соответствующей проверки их состояния, а водоводы во время землетрясений отключаться не должны.

Служба безопасности на трубопроводных системах в сейсмо-опасных районах должна иметь утвержденный регламент, необ­ходимое приборное оснащение и должна входить в состав экс­плуатационных и ремонтных служб или соответствующих ком­мунальных организаций. На наиболее сложных участках трубо­проводов диаметром более 1000 мм, на переходах через круп­ные реки и другие сложные препятствия в районах с высокой сейсмичностью следует предусматривать инженерно-сейсмомет­рические станции для записи колебаний трубопровода и окружа­ющего грунтового массива во время землетрясений (смещений, скоростей, ускорений). Кроме того, для обеспечения безопас­ной эксплуатации трубопроводов необходимы также информа­ция о состоянии трубопровода и окружающего его грунта в пе­риоды между землетрясениями и своевременное проведение профилактических или ремонтных работ.

О бщий порядок проектирования и установки сейсмометри­ческих приборов и оборудования на инженерно-сейсмометри­ческих станциях регламентируется соответствующими инструк­циями и положениями по организации инженерно-сейсмометри­ческой службы для регистрации Колебаний зданий и сооружений при землетрясениях. При этом расходы на установку и эксплуа­тацию сейсмометрической аппаратуры должны быть предусмот­рены сметой на эксплуатацию трубопровода. Необходимо разра­ботать специальные инструкции для служб различных минис­терств и ведомств, эксплуатирующих трубопроводы, которые учитывали бы специфику организации инженерно-сейсмомет­рической службы, особенности и сложившуюся структуру экс­плуатационных и ремонтно-восстановительных организаций. Для примера на схеме приведены ориентировочный перечень мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации газо­проводов и некоторые предложения по организации службы контроля и эксплуатации газопроводных систем в районах с повышенной сейсмической активностью.

Деятельность службы эксплуатации должна начаться уже на стадии строительства совместно с представителями проектных институтов, ответственных за конкретные участки трассы, и строителями. Подразделения службы эксплуатации (или других организаций с аналогичными функциями) должны участвовать в создании и работе групп по уточнению в процессе строитель­ства трубопровода инженерно-геологических условий трассы и возможного их изменения в результате строительства (см. п.'4.1). При резком отклонении инженерно-геологических усло­вий от принятых в проекте следует приостановить строитель­ные работы для внесения в проект необходимых изменений.

Наиболее важные для жизнеобеспечения трубопроводы рассчитывают и сооружают обязательно как сейсмостойкие. Многие городские трубопроводы (на разводящей сети и т.д.) и в настоящее время часто сооружаются без учета сейсмичности района строительства, поэтому в первую очередь разрушения будут происходить на этих участках.

Безаварийную эксплуатацию трубопроводов, построенных с учетом сейсмичности района, обеспечивают, прежде всего, орга­низация службы контроля за их состоянием, регистрации воз­можных повреждений, не влияющих на эксплуатацию в аварий­ной ситуации, но требующих устранения в последующем, орга­низация необходимого обследования трасс и проведение соот­ветствующих ремонтно-восстановительных работ на поврежден­ных участках трубопроводов. На системах магистральных тру­бопроводов в наиболее сейсмоопасных районах должны быть установлены дополнительные задвижки, отсекающие переходы через реки и участки трубопроводов, проложенных в неблаго­приятных в сейсмическом отношении грунтах. На этих участках должна быть смонтирована аварийная система оповещения и ус­тановлен закрепленный документально порядок проведения профилактических и ремонтно-восстановительных работ. Аварийная система на трубопроводах включает:

1. комплекс сейсмоизмерительной аппаратуры;

2. комплекс аппаратуры, регистрирующей перемещения тру­бопровода и состояние грунтового массива вдоль трассы;

автоматические краны, отсекающие наиболее опасные участки и участки трубопроводов, рассчитанных на разное давление;

3. системы, обеспечивающие понижение и сброс давления на отсеченных и аварийных участках;

4. систему связи.

Аварийные меры на случай землетрясения должны предус­матривать:

1. автоматическое прекращение подачи продукта по участкам трубопровода, не рассчитанным на восприятие сейсмических воздействий или находящимся в неудовлетворительном состоя­нии;

2. автоматическое отключение поврежденных трубопроводов от обилие систем насосных и других станций, резервуаров и т.д.;

3. понижение или сброс давления транспортируемого про­дукта на отсеченных, например, аварийных участках;

4. контроль (по приборам) за состоянием конструкций трубопроводов в обслуживаемом районе;

5. приведение в состояние повышенной готовности аварий­но-ремонтных служб.

Критерием для принятия экстренных мер (или автоматичес­кого включения соответствующих автоматических систем) должны быть объективные показатели сейсмометрических при­боров, расположенных в обслуживаемой зоне. В качестве крите­рия могут быть приняты сейсмическое ускорение, соответствую­щее девятибалльному землетрясению по шкале MSK-64, дефор­мации верхних слоев грунтовой толщи и т.д. В практике япон­ских эксплуатационно-аварийных служб в качестве критерия для начала проведения аварийных работ принято сейсмическое ускорение, равное 250 см/с².

Система обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов в сейсмических районах.

1. Создание сейсмостойкой трубопроводной системы

   СЕЙСМОСТОЙКОЙ трТРУБОПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ

   изыскание трассы

2. проектирование: (выбор конструкции, расчет трубопроводов с учетом сейсмических воздействий)

3. строительство (тщательное выполнение работ, контроль за строительством, проведение доп.изысканий в ходе производства строительных работ).

1.создание аварийной службы (установка приборов для контроля за состоянием трубопроводов и окружающей среды и аппаратуры по восприятию сейсмических воздействий)

2.обучение персонала работе в аварийной ситуации, проведение тренировок.