Вопрос 2. Строительство магистральных трубопроводов в особых природно-климатических условиях.

Строительство трубопроводов на вечномерзлых грунтах

Основным строительным недостатком вечномерзлых грунтов является изменчивость их несущей способности в очень широких пределах. При отрицательной температуре они могут воспринимать весьма большие нагрузки без заметных деформаций, а при нулевой и тем более положительной температуре, они теряют несущую способность и разжижаются. При повторном замерзании грунты вспучиваются, растрескиваются, что может привести к разрушениям трубопроводных конструкций, расположенных в таком грунте. Это требует принятия специальных защитных мер, конструктивного или технологического характера. В зимний период вечномерзлые грунты представляют монолит скального типа, что обеспечивает работу на нем любых строительно-монтажных машин, т. е. технология строительства линейной части трубопроводов остается такой же, как и в нормальных условиях. Это относится к расстановке трубоукладчиков, другой строительной техники, организации поточного строительства и т. д. В летний период работы по строительству линейной части либо полностью прекращаются, либо производятся по технологии, применяемой на болотах. Линейные трассовые работы при сооружении трубопроводов на многолетнемерзлых грунтах производятся в зимнее время с использованием мерзлых грунтов в качестве оснований. Работы на трассе начинаются после промерзания деятельного слоя на глубину не менее 0,6 м, во избежание повреждения мохорастительного покрова. На отсыпанных площадках может происходить работа круглогодично. После промерзания деятельного слоя многолетнемерзлых грунтов выполняются следующие трассовые работы:

- расчистка и планировка строительной полосы;

- сооружение временных дорог и технологических проездов;

- развозка вдоль трассы трубных секций, блоков, свай, других конструкций и материалов, предназначенных для монтажа линейной части;

- бурение скважин;

- установка и монтаж свайных опор, включая выполнение противопучинных и противопросадочных мероприятий;

- разработка траншей и засыпка трубопроводов;

- монтаж линейной части трубопроводов, включая изоляционные и теплоизоляционные работы;

- укладка и закрепление трубопровода в проектном положении;

- монтаж крановых узлов;

- устройство систем ЭХЗ и линий связи;

- очистка полости и испытание трубопроводов на прочность и герметичность;

- осушка полости трубопроводов;

- техническая и биологическая рекультивация земель в пределах строительной полосы;

- окончательное формирование валика над трубопроводом.

В летний период в базовых условиях и на отсыпанных площадках выполняются следующие внетрассовые работы:

- формирование запасов материально-технических ресурсов;

- заготовка и осушка грунта в карьерах;

- сварка и противокоррозионная изоляция трубных секций;

- изготовление скользящих и неподвижных опор для надземных трубопроводов, фасонных частей, конструктивных элементов для теплоизоляции стыков и монтажа компенсаторов;

- подготовка торцов труб под сварку и их консервация;

- изготовление кривых вставок и их изоляция;

- теплоизоляция труб и деталей;

- укрупнительная сборка, изоляция и испытание крановых узлов, трубных блоков;

- ремонт и подготовка строительной техники и автотранспорта к эксплуатации.

Выполнение линейных трассовых работ в летний период при потере несущей способности деятельного слоя грунта допускается только с применением специальных технологий и техники, оказывающей минимальное давление на грунт.

Жилые городки, склады материалов, трубозаготовительные базы, места стоянки и ремонта техники на затопляемых территориях располагаются либо за пределами зоны возможного заводнения, либо на отсыпанных незатопляемых площадках. Строительство трубопроводов осуществляется с использованием строительных и транспортных машин, технологической оснастки в северном исполнении с применением специальных сортов горючесмазочных материалов, гидротормозных, охлаждающих и других эксплуатационных жидкостей. Организованные стоянки строительных и транспортных машин оборудуются средствами группового обогрева.

Индустриализация строительства реализуется за счет применения типовых конструктивных элементов трубопроводов повышенной технологической готовности, в том числе изолированных в заводских или базовых условиях труб, а также укрупненных узлов, блоков, модулей заводского или базового изготовления (крановых узлов, камер пуска-приема очистных устройств, трубных блоков и секций различного назначения, неподвижных и скользящих опор надземных трубопроводов, облегченных строительных конструкций и т. п.).

Организация конвейерной части комплексного линейного технологического потока должна обеспечивать максимально сжатый фронт производства работ. Это достигается тем, что отдельные виды работ (специализированных потоков) могут производиться при минимальных, обусловленных только технологией, сближениях (минимальных технологических заделах), при жесткой синхронизации темпов ведения отдельных работ. Технологический задел не должен превышать производительность потока за I смену, что позволяет избежать заноса траншеи снегом, промерзания дна траншеи и отвала грунта.

В условиях многолетнемерзлых грунтов трубопроводы, как правило, прокладываются надземно (на свайных опорах).

Разработка грунта в карьерах производится преимущественно в теплое время года. Зимой разработка грунта осуществляется с рыхлением мерзлой породы буровзрывным методом или механическими рыхлителями. Разработку траншеи рекомендуется выполнять преимущественно роторными экскаваторами без откосов на полную глубину. Разработка траншей в многолетнемерзлых грунтах с крупными каменистыми включениями выполняется гидравлическими одноковшовыми экскаваторами с вместимостью ковша 1,5 м, осуществляя предварительное рыхление грунта механическим или буровзрывным способом.

Установка свайных опор для надземных трубопроводов производится, как правило, методами, исключающими растепление многолетнемерзлых грунтов, а именно:

- забивкой свай в предварительно пробуренные скважины меньшего диаметра (забивка в лидерные скважины);

- установкой свай в скважины большего диаметра (буроопускной способ) с заливкой зазоров специальными растворами;

- установкой свай с одновременным бурением скважины и ее погружением (бурозабивной способ).

Монтаж трубопровода в нитку должен производиться до разработки траншеи. Монтаж трубопровода осуществляется из труб, изолированных в базовых или заводских условиях.

Сварка стыков трубопроводов осуществляется по специальной технологической инструкции, учитывающей природно-климатические условия (низкая температура атмосферного воздуха).

Укладка трубопровода производится в очищенную от снега и льда траншею и на подготовленное дно, исключающее механические повреждения изоляционного покрытия.

В многолетнемерзлых грунтах чаще всего прокладка трубопроводов производится надземным способом. Монтаж надземного трубопровода осуществляется либо на раскладочных лежках рядом со свайными опорами с последующим подъемом плетей на опоры, либо непосредственно на опорах с использованием передвижных монтажных опор. Монтаж надземного трубопровода выполняется методами, исключающими прямой контакт с твердыми предметами: металлическими частями транспортных и грузоподъемных машин, а также монтажных средств.

Перед закреплением трубопровода на опорах выполняют регулировку высоты положения опор с целью устранения остаточных монтажных напряжений в трубопроводе выравниванием нагрузок на опорах от веса трубопровода.

Наземные нефтепроводы во избежание загустения нефти (поддержания запроектированных температур перекачки) могут оснащаться системой попутного электроподогрева. Греющий электрокабель прокладывается в трубе диаметром 50 мм, которая крепится к транспортной трубе снизу.

Строительство трубопроводов в пустынях

При строительстве магистральных трубопроводов в пустынях особое внимание уделяется организации работы и быта строителей. В жилых городках при расстановке вагонов-домиков учитывается преимущественное направление ветров и особенно пыльных буранов. Для уменьшения прогрева вагонов над ними оборудуют брезентово-тканевые тенты. В вагонах-домиках у всех спальных мест устанавливают вентиляторы. Вагоны окрашивают в светлые тона. Городки окапывают кольцевой траншеей для защиты от проникновения на их территорию ядовитых насекомых и змей. Для защиты от насекомых применяют марлевые пологи. На случай укусов ядовитых змей в здравпунктах должны быть сыворотки. Одно из наиболее важных мероприятий – обеспечение городков доброкачественной водой для приготовления пищи и питья. За ее качеством необходим постоянный контроль медицинских работников линейных здравпунктов и врачей местных санитарно-эпидемиологических станций.

В пустынях целесообразно вести линейные работы расчлененно-специализированным методом, т. е. разделением комплекса работ на отдельные операции, поручаемые специализированным подразделениям. Однако, несмотря на расчленение, строительство ведется одним потоком (недоделки недопустимы). Ни землеройные, ни сварочные, ни изоляционно-укладочные колонны не должны отрываться друг от друга на расстояние, большее чем 2 – 3 км, как это бывает в нормальных условиях.

В пустынных районах применяется главным образом подземная схема укладки трубопроводов.Однако если в обычных условиях глубина заложения труб определяется в основном требованиями обеспечения защиты их от внешних механических воздействий, то для труб, укладываемых в сыпучие (песчаные) грунты, этот критерий оказывается недостаточным, поскольку положение поверхности песчаных грунтов непрерывно меняется под воздействием ветра. Это прежде всего относится к так называемым незакрепленным барханным пескам. Очертание поверхности барханов постепенно меняется. Если трубопровод уложить, следуя естественным искривлениям местности в момент строительства, то через некоторое время он на отдельных участках может оказаться оголенным. Кроме того, непрерывное чередование впадин и гребней барханов потребовало бы применения большого числа кривых вставок. Поэтому укладка трубопровода с сохранением постоянной глубины заложения в сыпучих грунтах (особенно пустынях барханного типа) непригодна. В практике применялись схемы укладки по так называемому «среднему профилю».

Лучше всего укладывать трубопровод по возможности прямолинейно, но с таким расчетом, чтобы трубопровод и во впадинах между барханами был бы заглублен на 1,5 – 2 м (рис. 13.1в). При такой схеме резко возрастают объемы земляных работ, но обеспечивается устойчивость трубопровода.

Рис. 13.1. Схемы прокладки трубопроводов с учетом рельефа.

Отметим далее существенную особенность сооружения трубопроводов на пересечениях участков поливных земель. Поливные земли имеют густую сеть оросительных каналов, арыков, канав, разрушение которых при строительстве даже на короткий срок недопустимо. Поэтому обычные методы пересечения мелких водных преград с подземной укладкой труб в большинстве случаев оказываются неприемлемыми. Сооружение переходов балочного типа также неприемлемо, так как оросительные каналы периодически углубляют и расчищают с помощью машин, которые должны свободно проходить под трубопроводом. Поэтому через арыки и оросительные каналы сооружают арки, трапецеидальные и консольные переходы, позволяющие проходить этим машинам. Однако вследствие недостаточного защемления сыпучими грунтами подземных участков труб, примыкающих к надземным, происходит дополнительное продольное сжатие надземных конструкций.

Рисунок 13.2 – Схемы трапецеидального перехода.

На рис. 13.2 изображены схемы трапецеидального перехода. Если же не учитывать влияния подземных участков, то переход должен рассчитываться только на воздействия в пределах участка lо (рис. 13.2а). Если же учитывать влияние подземных участков (рис. 13.2б), то при расчете конструкции перехода следует принять во внимание дополнительное сжатие перехода в сечениях А и В на величину uо Таким образом, при расчете надземного перехода его нужно рассматривать как одно целое с подземными участками. Транспортные работы

Примерная организация доставки строительных материалов и труб на трассу в условиях пустынных районов может быть представлена следующей схемой. На ближайших пунктах железных дорог организуют перевалочные базы для складирования и временного хранения материалов, машин, механизмов и оборудования, применяемых на строительно-монтажных работах в пределах снабжаемого участка. На территориях баз устраивают закрытые и открытые склады, ремонтные мастерские, а также комплекс жилищно-бытовых объектов. При значительных расстояниях между перевалочными базами можно устраивать опорные пункты, располагаемые по трассе. Как показывает опыт, эти пункты необходимо устраивать на расстоянии 70 – 80 км друг от друга. Такое расстояние в пустынях груженые автомобили и тракторные поезда могут преодолеть за один день. На трассовых опорных пунктах размещают склады ГСМ, емкости для воды, полевые городки строителей, профилакторий. С трассовых опорных пунктов материалы и трубы доставляют к месту выполнения строительно-монтажных работ. По барханным пескам могут передвигаться только вездеходы, да и то при отсутствии сильного ветра. Лучший период для транспортировки грузов, как и вообще для выполнения строительных работ,– конец осени, зима и начало весны, когда пески увлажняются, вследствие чего улучшается проходимость. Так как строительство трубопровода обычно ведется одновременно на песках разных типов, широкое распространение получила перевалка грузов на границе различных песков. На автомобилях высокой проходимости секции труб длиной 20–24 м доставляют до непроходимых для них песков. Здесь создают перевалочный пункт со сварочным стендом, на котором секции труб длиной 20–24 м сваривают в плети длиной 40–48 м. Плети погружают на прицепы и транспортируют далее на тракторных поездах. Проходимость песков зависит не только от времени года, но и от времени суток. Например, рано утром проходимость песков выше, чем днем, вследствие выпадения даже незначительного количества росы. Учет быстро меняющейся дорожной обстановки позволяет лучшим образом осуществлять перевозку грузов. При транспортировке труб и изоляционных материалов в барханных песках необходимо увязывать объем перевозок с темпом земляных и изоляционно-укладочных работ. Число поездов в смену должно обеспечивать необходимый темп сварочно-монтажных работ с учетом того, что создавать большой запас труб впереди потока нецелесообразно.

Земляные и изоляционно-укладочные работы

Линейные работы в условиях пустыни выполняют расчлененно-специализированным методом с соблюдением одного важного условия: все операции, начиная с подготовки трассы и кончая засыпкой уложенного трубопровода, выполняются на протяжении не более 2–5 км в зависимости от погоды и состояния песков. Это требование диктуется в основном тем, что частые в пустыне ветры перемещают большие массы песка как по воздуху, так и по поверхности земли, засыпая все искусственные нарушения микрорельефа местности, восстанавливая естественное равновесное состояние поверхности пустыни.

Линейные работы включают: 1) подготовку трассы для продвижения монтажных и изоляционно-укладочных колонн, профилировку трассы; 2) рытье траншеи под трубопровод; 3) монтаж и сварку трубопровода в нитку; 4) изоляцию и укладку; 5) засыпку. Первую, вторую и пятую операции выполняют землеройные участки (колонны), третью – колонна монтажников и четвертую – изоляционно-укладочная колонна одного из участков генподрядной организации. Технологическая схема выполнения комплекса работ изображена на рис. 13.3.

Рисунок 13.3 – Схема выполнения работ по строительству трубопровода в пустыне: I – планировка грунта; II – устройство траншей; III – сварка труб; IV – изоляция и укладка

Между участками сварочно-монтажных и изоляционно-укладочных работ должен сохраняться постоянный разрыв не менее 50 м. Он необходим для затухания колебаний, вызываемых изоляцией и укладкой трубопровода. Земляные работы

Земляные работы при подземной схеме прокладки включают планировку барханов (срезку их в полосе до 25 м), разработку траншей и засыпку уложенных в них труб. Планировку выполняют бульдозерами, число которых зависит от принятого шага потока. Одну изоляционно-укладочную колонну обслуживают до 12 бульдозеров, 4–5 из них заняты микропланировкой дороги для изоляционно-укладочной колонны и засыпкой трубопровода. Одновременно с планировкой барханов бульдозерами или экскаваторами отрывают траншею. При рытье траншей одноковшовыми экскаваторами для одной укладочной колонны требуется 2–3 экскаватора, работающих одновременно со сменой мест работы по ходу движения (рис. 13.4а).

Рисунок 13.4 – Схемы разработки траншей

В песчаных грунтах весьма эффективна разработка траншеи двумя бульдозерами (рис. 13.4б). Бульдозер 1, продвигаясь вдоль траншеи, срезает грунт слоями толщиной до 10 см на участке длиной 30–40 м и перемещает срезанный грунт к месту работы бульдозера 2, который поперечными ходами транспортирует его в сторону от траншеи. На отвалах обоих бульдозеров устанавливают специальные закрылки, что увеличивает объем одновременно перемещаемого грунта до 3–4 м3. При разработке закрепленных песков в ряде случаев применяли роторные экскаваторы. Если продольный профиль трубопровода составляют таким образом, что верх трубы должен быть расположен на 1 – 2 м ниже отметок межгрядовых понижений, то барханы планируют сразу до проектных отметок заложения труб

Изоляционно-укладочные работы

Строительство трубопроводов в последнее время ведется из труб с заводской изоляцией. Поэтому изоляционные работы заключаются в изоляции неповоротных стыков термоусадочными муфтами.

При переизоляции отдельных участков трубопроводов изоляционно-укладочные работы при подземной прокладке в песчаных грунтах выполняют по совмещенной технологии, при которой трубопровод покрывают изоляцией и одновременно укладывают в траншею.

При этом в условиях сыпучих песков, перемещая трубопровод с бровки на дно траншеи, приходится передвигать его в горизонтальной плоскости на большее расстояние, чем в нормальных условиях. При ширине траншеи 5–7 м необходим большой вылет стрелы трубоукладчика, что увеличивает грузовой момент. Следовательно, на изоляционно-укладочных работах требуется большее число трубоукладчиков, либо должны использоваться трубоукладчики большой грузоподъемности. Расстановка трубоукладчиков и необходимое их число для изоляционно-укладочных работ в каждом случае зависят от диаметра трубопровода и ширины траншеи поверху. Однако следует учитывать некоторые особенности, определяемые условиями пустынь, сложенных барханными песками. Впереди колонны, по пути ее движения, обязательно выполняют микропланировку грунта, так как даже после тщательной общей планировки к моменту подхода изоляционно-укладочной колонны дорога вдоль траншеи оказывается неровной: взрыхляет песок работающая впереди монтажная колонна, ветер насыпает бугры, выдувает ямы и т. п. Колонна, работающая в песках, должна иметь на один трубоукладчик больше. Его используют при преодолении наиболее сложных участков, при ширине траншей более 6 м.