Тема 12. Строительство трубопроводов в горных условиях

Горная местность относится к особым природным условиям и строительство трубопроводов в ней требует соблюдения особых норм строительства и правил безопасности. Это требует привлечения большего количества денежных средств, людей и техники.

В особо стесненных районах горной местности допускается предусматривать прокладку трубопроводов в специально построенных тоннелях. Экономическая целесообразность этого способа прокладки должна быть обоснована в проекте.

Испытания газопроводов в горной и пересеченной местности разрешается проводить комбинированным способом. При комбинированном способе испытания давление внутри трубопроводов создают двумя средами – природным газом и водой или воздухом и водой.

Строительство трубопровода в горах исключительно сложный в технологическом и организационном отношении процесс.

Горный ландшафт непрерывно изменяется под воздействием различных факторов, которые необходимо учитывать при проектировании трубопровода и при выборе технологии и организации строительства.

Как показывает практика, строительство трубопроводов в условиях сильно пересеченной и горной местности – весьма сложная в инженерно-техническом и организационном отношениях задача. Осложняющие факторы при этом:

• значительное число горных рек и ручьев;

• продольные склоны местности, достигают α_п=30° и более на участках большой протяженности;

• косогорные участки с поперечными уклонами α_к = 40° и более;

• наличие скальных пород;

• залесенность трассы на значительном протяжении;

• большое количество осадков в весенне-летний период;

• наличие селевых потоков и оползней.

В зависимости от перечисленных факторов прокладку трубопроводов осуществляют открытым или закрытым способом.

Закрытый способ (бестраншейная проходка) применяют обычно без ограничений инженерно-геологических и гидрологических условий, но необходимо учитывать его высокую стоимость. Этот способ широко распространен в мировой практике трубопроводного строительства, в России также все большее применение получают бестраншейные методы прокладки, такие как микротоннелирование и тоннельная проходка.

Микротоннелирование используется не только при прокладке трубопроводов в сильнопересеченной и горной местности, но и при строительстве переходов через другие естественные и искусственные препятствия.

При строительстве Стройтрансгазом газопровода "Голубой поток", в частности при сооружении двух тоннельных переходов через хребты Кобыла и Безымянный протяженностью 2082 и 988 м соответственно, субподрядная организация ООО «НПО Мостовик» применила тоннельный щитовой комплекс «LOVAT».

Тоннельную проходку осуществляют с применением различных марок отечественных и зарубежных горнопроходческих комбайнов с возведением сборной или монолитной железобетонной обделки. Например, при строительстве газопровода «Голубой поток» было привлечено ОАО «Тоннельный отряд № 44» для проходки 196-метрового тоннеля через отроги хребта «Безымянный».

Проходку тоннелей производят на основании специальной нормативно-технической документации.

Прокладку трубопровода внутри построенного тоннеля осуществляют методом постепенного наращивания и протаскивания. Трубопровод укладывают на роликоопоры или непосредственно на дно тоннеля, при этом для защиты изоляции применяются кольцевые поливинилхлоридные хомуты.

Вентиляция тоннелей должна предусматриваться естественной. Искусственная вентиляция допускается только при специальном обосновании в проекте.

В случае строительства непроходного тоннеля пространство между трубопроводом и стенками обделки можно заполнять цементно-песчаным раствором.

Рассмотрим более подробно технологическую последовательность производства отдельных видов работ, выполняемых открытым способом, которая в принципе остается такой же, как и в нормальных условиях.

Структурная схема строительства трубопровода в горах:

1. Подготовительные работы (обследование трассы, расчистка, устройство подъездных путей);

2. Устройство полок (в скальном грунте, в мягком грунте);

3. Разработка траншеи (одноковшовым, роторным экскаваторами, бульдозером, канатно-скреперной установкой);

4. Монтаж и сварка (доставка секций, монтаж и сварка труб в нитку);

5. Изоляция и футеровка (изоляция стыков и футеровка, изоляция трубопровода);

6. Укладка (особые способы укладки);

7. Устройство специальных сооружений (устройство подпорных стенок, водоотводов, тоннелей);

8. Испытание (воздухом, водой).

Работы в горных условиях следует выполнять в период наименьшей вероятности появления на каждом участке производства работ селевых потоков, горных паводков, камнепадов, продолжительных ливней и снежных лавин.

На период строительства должны быть организованы службы безопасности, оповещения, аварийно-спасательная, медобслуживания и др.

Подготовительные работы

Выделяют три последовательно выполняемые операции: обследование трассы, расчистку трассы, устройство подъездных путей.

В обследование трассы входит обязательная аэрофотосъемка в полосе 200 – 500 м, визуальное изручение трассы, инструментальные измерения.

В результате выполнения этих работ устанавливают:

- оползневые участки, их конфигурацию, размеры, состояние (активное, спокойное), возможности активизации, а также переноса трассы;

- варианты транспортирования труб и других материалов по трассе;

- участки, пересеченные селевыми потоками;

- возможность перемещения техники по крутым подъемам, спускам, косогорам;

- характеристику лесокустарникового покрытия трассы.

На участках α_п > 15° валку деревьев следует производить только вершиной к подошве склона.

При строительстве трубопроводов на косогорных участках с поперечными уклонами а_п > 8° необходимо устраивать полки (рисунок 17.1) со съездами и въездами на нее.

Наиболее экономичными являются полки в виде полувыемов-полунасыпи (рисунок 17.1 а, б), при этом насыпной грунт полки используется для устройства проезда на период производства строительно-монтажных работ и последующей эксплуатации (рисунок 17. 2а).

Р исунок 17. 1 – Конструкции полок на косогорных участках трассы

Рисунок 17. 2 – Расчетные схемы устойчивости полки на сдвиг по подошве склона

_{откуда (17.1)}

_{где – угол внутреннего трения грунта насыпи;} – коэффициент запаса устойчивости против сползания грунта;

Ширину полки необходимо назначать из условия производства работ, возможности устройства траншей и механизированной прокладки кабеля связи с нагорной стороны породы, а также с учетом местных условий.

Разработку грунта (не требующую предварительного рыхления) при сооружении полок на косогорах с поперечным уклоном α_к = 8÷18^о следует производить бульдозерами (рисунок 17.3, 17.4).

Разработка грунта при устройстве полок на участках с поперечным уклоном до 15° можно выполнять также продольными проходами бульдозера по схеме (рисунок 17.4).

Рисунок 17.3 – Схема разработки полок на склонах поперечными проходами бульдозера

Рисунок 17.4 – Схема разработки полок на склонах продольными проходами бульдозера: I, II, III, IV – призмы разработанного грунта

Бульдозер вначале производит срезку и разработку грунта у линии перехода полувыемки в полунасыпь. После срезки в призме I и перемещения его в насыпную часть полки разрабатывается грунт в призме II, а затем – в призмах III и IV – до полной разработки профиля полувыемки.

На поперечных уклонах α_к > 18° разработка полок бульдозером продольными ходами малопроизводительна, а поперечными ходами – невозможна из-за сползания бульдозера под откос. Поэтому полки устраивают одноковшовым экскаватором, оборудованным прямой лопатой, или экскаватором совместно с бульдозером.

Экскаватором (тип Э-505) полку разрабатывают за один проход при высоте забоя до 6 м и за два прохода при большей высоте забоя (рисунок 17.5а). Такая схема разработки целесообразна при крутизне косогора 45° и больше.

На уклонах α_к = 18÷40° применяют другую схему работ (рисунок 17.1б): разработку полки осуществляют экскаватором и бульдозером (рисунок 17.5). Экскаватор разрабатывает за один проход часть полки на наибольшую высоту забоя для прямой лопаты, а оставшийся грунт снимает бульдозер поперечными ходами.

При разработке полки одним экскаватором необходима планировка подошвы полки бульдозером, так как после экскавации поверхность получается неровной, с большими неразрыхленными глыбами (в скальных грунтах). По такой поверхности не могут проходить даже тракторы, не говоря уже об экскаваторах.

На поперечных и продольных уклонах разработка полки имеет некоторые особенности.

На участках с продольными (не превышающими α_пр) и поперечными (до 25 – 30°) уклонами разработку полки можно осуществлять с помощью бульдозеров продольными ходами без закрепления. Если продольный уклон не превышает 8°, а поперечный – 25÷30°, то бульдозер может работать и поперечными ходами. Однако в этом случае резко возрастает изнашиваемость ходовой части.

Рисунок 17.5 – Схема устройства полки: а – экскаватором; 1 – первый проход экскаватора; 2 – второй проход экскаватора; б – экскаватором и бульдозером; 1 – часть полки, разрабатываемой экскаватором; 2 – часть полки, разрабатываемой бульдозером.

Следует отметить, что вообще при работе на скальных грунтах ходовая часть (особенно гусеницы) тракторов, бульдозеров изнашивается очень быстро. Гусеницы рвутся, края башмаков их стираются и ломаются.

Значения предельных углов α_пр (в градусах) в зависимости от вида грунта следующие: суглинки и глины увлажненные – 16,5; суглинки и глины сухие – 21; песчаные и гравийные грунты – 20 – 22; скальный плотный грунт – 24; скальный взорванный грунт – 26,5. В условиях, когда продольные уклоны превышают α_пр полки разрабатывают экскаватором, который закрепляют одним или двумя тракторами (или бульдозером).

Земляные работы по разработке траншей следует вести с опережением вывозки труб на трассу. Землеройные машины при разработке траншей должны перемещаться по тщательно спланированной полке; при этом одноковшовые экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, могут перемещаться так же, как и при сооружении траншей в скальных грунтах на равнинной местности, по настилу из металлических или деревянных щитов.

Отвал грунта из траншеи необходимо размещать у бровки откоса полувыемками, с правой стороны полки по ходу разработки траншеи. Если отвал грунта располагается в зоне проезда, то грунт планируют по полке и утрамбовывают бульдозерами.

Разработку траншей на участках трассы с продольными уклонами до 15°, если нет поперечных косогоров, следует выполнять одноковшовым экскаватором без специальных предварительных мероприятий. При работе на продольных уклонах от 15 до 36° должна быть осуществлена предварительная анкеровка экскаватора. Число анкеров и метод их закрепления следует определять расчетом в соответствии с проектом производства работ.

На продольных уклонах до 22° разработка грунта одноковшовым экскаватором допускается в направлении как снизу вверх, так и сверху вниз по склону.

На участках с уклоном более 22° допускается вести работы при прямой лопате только в направлении сверху вниз по склону ковшом вперед по ходу работ, а при обратной лопате – только сверху вниз по склону ковшом назад по ходу работ.

Разработку траншей на продольных уклонах до 36° в грунтах, не требующих рыхления, следует производить одноковшовым или роторным экскаваторами; в предварительно разрыхленных грунтах – одноковшовыми экскаваторами.

Работа роторных экскаваторов разрешается на продольных уклонах до 36° при движении их сверху вниз. При уклонах от 36° до 45° применяется анкеровка экскаваторов.

Работу одноковшовых экскаваторов при продольном уклоне свыше 22° и роторных экскаваторов при уклоне свыше 45° следует выполнять специальными приемами согласно проекту производства работ.

Работа бульдозера разрешается на продольных уклонах до 36°.

Засыпку трубопровода скальным грунтом в случае, если грунт распланирован по полке, необходимо производить бульдозером или роторным траншеезасыпателем, оставшийся грунт разравнивать по полосе строительства. В том случае, если грунт находится у бровки со стороны откоса полувыемки, то допускается использование одноковшового экскаватора.

Засыпку трубопровода на продольных склонах необходимо производить с помощью бульдозера, который перемещается вдоль или под углом к траншее, а также можно осуществлять сверху вниз по склону траншеезасыпателем с обязательным его якорением на уклонах свыше 15°. В скальных грунтах для защиты изоляции трубопровода он присыпается мягким грунтом толщиной 20 см или обертывается защитными листами.

Для предотвращения смывания грунта при засыпке трубопровода на крутых продольных склонах (свыше 15°) необходимо устраивать перемычки.

При продольных уклонах α_п > 36° на практике получил широкое распространение лотковый способ устройства траншей (рисунок 17.6) при этом ширина траншеи по дну равна ширине ножа бульдозера. Слой грунта – 0,4 – 0,6 м на всю длину.

При α_п > 45°, если уклон длиной 100 м и более, целесообразно устройство траншей выполнять канатными скреперными лебедками, например серии ЛС, (рисунок 17.7), широко использующихся при разработке подводных траншей, лебедочный блок диаметром 0,4 - 0,6 м, тяговый канат - диаметром 24 - 26 мм, вспомогательные диаметром 16 - 18 мм.

Транспортирование труб и трубных секций длиной до 24 м в горных условиях на участках с уклонами α_п до 15° выполняются трубовозами на колесном ходу, при этом важно в зависимости от рельефа определить вертикальную и горизонтальную вписываемость.

Рисунок 17.6 – Разработка траншеи лотковым способом: 1 – работающий бульдозер Д-27; 2 – анкерный трос; 3 – якорящий бульдозер или трактор; I, II, III – последовательно разрабатываемые слои грунта

Рисунок 17.7 – Разработка траншеи скреперной установкой: I – лебедка скреперная; 2 – тяговый трос: 3 – ковш; 4 – вспомогательный канат; 5 – поворотный блок; 6 – отвал грунта.

На участках трассы с крутизной склона α_п > 20° трубы и секции, как правило, транспортируют по объездным или специально сооруженным подъездным дорогам; на особо труднодоступных участках трассы и пересеченной местности необходимо предусматривать дежурные трактора тягачи или тракторные самоходные лебедки.

Сборку и сварку труб и секций трубопроводов в нитку на уклонах следует производить снизу – вверх по склону, подхват трубы или секции сверху–вниз, при большей крутизне – на промежуточных горизонтальных площадках или на горизонтальных площадках вершины горы с последующим протаскиванием подготовленной плети трубопровода (рисунок 17.8, 17.9, 17.10).

Изоляционно-укладочные работы в горных условиях при поперечных уклонах трассы менее 8° и на полках с достаточной шириной проезда при продольных уклонах до 10° необходимо выполнять теми же методами, что и в обычных условиях. В настоящее время строительство магистральных трубопроводов ведется из труб с заводской изоляцией. В этом случае изоляционно-укладочные работы сводятся к изоляции стыков и укладке трубопровода в траншею. При ремонтных работах (переизоляция трубопровода) трубопровод очищается и изолируется в полевых условиях, после чего производится его укладка в траншею (рисунок 17.11, 17.12).

При уклонах от 10 до 25° изоляционно-укладочная колонна должна работать с дополнительным трубоукладчиком, снабженным монтажным полотенцем. При подходе колонны к участку со спуском дополнительный трубоукладчик следует устанавливать в начале колонны, а при завершении работы на затяжном подъеме – в ее конце, позади изоляционной машины.

При продольных уклонах более 25° изоляционно-укладочные работы необходимо вести совместно со сварочно-монтажными в такой последовательности:

• доставка отдельных труб или секций на специально подготовленные монтажные площадки, которые размещают на горизонтальных участках трассы;

• очистка, изоляция и футеровка труб (секций) или заранее сваренных на монтажных площадках плетей;

• последовательное наращение трубопровода с одновременной подачей его вдоль траншеи;

• продольное перемещение (подача трубопровода с помощью трубоукладчиков, тракторных лебедок и тягачей, находящихся на монтажной площадке).

В горных условиях рекомендуется изоляцию трубопровода вести с применением липких полимерных лент. Рационально по возможности большой объем изоляционных работ вести на трубозаготовительных базах.

Рисунок 17.8 – Схема наращивания трубопровода снизу вверх с доставкой труб на уклон трубоукладчиком: 1 – трубопровод; 2 – стыкуемая секция; 3 – якорящий трос; Т – трубоукладчик; Т_р – трактор

Рисунок 17.9 – Схема наращивания трубопровода с доставкой труб на уклон лебедкой: 1 – доставляемая секция; 2 – трос; 3 – лебедка

Рисунок 17.10 – Схема наращивания трубопровода сверху вниз

Рисунок 17.11 – Изоляционно-укладочные работы на спусках и подъемах 10-20°

Рисунок 17.12 – Изоляция и укладка на уклонах более 20°

Контрольные вопросы:

1. Факторы, осложняющие строительство магистральных трубопроводов в горных условиях.

2. Комплекс подготовительных работ при строительстве трубопроводов в горных условиях.

3. Особенности земляных работ в горных условиях.

4. Особенности проведения сварочно-монтажных работ.

5. Изоляционно-укладочные работы.