15.2. Методы строительства подводных переходов

Методы строительства подводных трубопроводов зависят от следующих основных факторов:

- геологическая характеристика участка по трассе подводного перехода;

- типа грунтов на намечаемой глубине подводного перехода (структуры и категории слоев грунта);

- физико-механических характеристик грунтовой среды (гранулометрический состав, объемный и удельный веса грунта, влажность и пластичность грунта, угол внутреннего трения и сцепления частиц грунта, минералогический состав грунта и данные о наличии в нем растительных остатков и гумуса, степени засоленности и других специфических свойств грунта);

- степень засоренности грунта топляками, корнями деревьев, взрывоопасными предметами и др. включениями;

- значения групп грунтов по трудности разработки в зависимости от предполагаемых способов разработки (несущая способность грунта на требуемых отметках);

- гидрологических характеристик водной преграды (скорость и направление течения, температура воды по временам года, высоты волнения, толщина, прочность и несущая способность льда (для работ в зимний период);

- сведения о климате в районе строительства (температура и влажность воздуха, скорости и направления ветра, количества солнечных дней и т.п.).

При прокладке магистральных трубопроводов через водные препятствия могут быть использованы различные методы их строительства, которые в определённой степени взаимосвязаны с конструктивным решением трубопровода и его защитного покрытия. Среди наиболее часто используемых типов подводных переходов можно выделить следующие основные:

- дюкер траншейного типа;

- трубопровод в скважине, пробуренный ниже уровня размыва дна (метод наклонно-направленного бурения – ННБ);

- трубопровод в тоннеле под дном водного препятствия (метод микротоннелирования).

15.3. Траншейный метод устройства дюкера

15.3.1. Земляные работы

Строительство подводного перехода трубопровода траншейным методом предполагает значительный объем земляных работ. По данным различных источников стоимость подводных земляных работ составляет от 50 до 70 % стоимости строительства ПП. В состав земляных работ входят: срезка крутых береговых склонов, разработка траншей на русловых, береговых и пойменных участках; засыпка траншей; укрепление берегов; устройство водоотводных канав, перемычек; планировка береговых строительных площадок и др.

Значительное снижение стоимости и трудоемкости, сокращение сроков строительства ПП магистрального трубопровода достигаются в результате применения эффективных способов производства подводных земляных работ и повышение их механизации.

Технология устройства подводных траншей для трубопроводов отличается от технологии подводных земляных работ при строительстве других гидротехнических сооружений, так как подводные траншеи представляют собой узкопрофильную выемку, направленную поперек течения. Эти особенности производства земляных работ при строительстве подводного трубопровода обусловливают применение специальных машин и оборудования.

Выбор и рациональное использование технических средств для разработки подводных траншей на реках и водоемах зависят от грунтовых условий по трассе перехода, глубины грунтозабора, объемов работ и возможностей доставки техники на строительный объект.

Подводные переходы магистрального трубопровода, строительство которых осуществляется в различных геологических условиях, характеризуются большим разнообразием грунтов, слагающих русла рек в зоне заглубления трубопроводов. На переходах встречаются грунты смешанного типа (до 68 % от общего количества сооружаемых трубопроводов). В остальных случаях в пределах русла реки грунты однородного состава представлены, в основном, песками различной крупности, песчано-гравелистыми и гравелисто-галечниковыми отложениями.

От вида и прочности грунтов зависит способ их рыхления и удаления в процессе разработки подводной траншеи. В таблице 15.1 показано укрупненное разделение грунтов по трудности их разработки рабочими органами землеройных машин. Для количественной оценки трудности разработки принят коэффициент прочности по М.М. Протодъяконову, а для качественной оценки - классификация грунтов при работе землесосных снарядов.

Таблица 15.1. Классификация грунтов в зависимости от трудности их разработки под водой рабочими органами землеройных машин

Характеристика грунтов по трудности их разработки	Коэффициент прочности по М.М. Протодъяконову	Группа грунта при разработке землеройным снарядом по СНиП 1У-10	Способ рыхления	Способ извлечения
Легкие: илы, пески, супеси, рыхлые и легкоразмываемые, связные грунты, текучие и мягкопластичные, торф	0.05 – 0,6	1 - Ш	Гидравлический - струями воды	Гидравли- ческий
Средние: пески и супеси плотные с включением гравия, гравий чистый; связные грунты тугопластичные, липкие.	0,6 - 1,5 1,5 - 2,0	III - IV IV - VI	Механический: - легкими фрезами и легкими черпаками; - тяжелыми фрезами и тяжелыми черпаками.	Гидравли- ческий Механический:
Тяжелые: грунты твердые и оцементирванные, очень липкие, слабые выветрившиеся скальные грунты; твердые скальные грунты, раздробленные скалодробильными средствами или взрывом	2,0 - 3,0 3.0 - 5,0	- -	Механический: - тяжелыми фрезами и тяжелыми черпаками; - тяжелыми черпаками и тяжелыми долотами	Гидравли- ческий Механический:
Скальные грунты нераздробленные	5,0 – 14 14 - 20	-	Механический: - тяжелыми долотами Буровзрывной	Механический:

Оборудование для подводной разработки грунта в зависимости от принципа силового воздействия на грунтовый массив подразделяется на три вида.

К механическому оборудованию относятся многочерпаковые, штанговые и грейферные земснаряды, канатно-скреперные установки, скалодробильные и скалоуборочные машины, экскаваторы и др.

Гидравлическое оборудование (средства гидромеханизации) включает гидромониторные снаряды, землесосные установки, гидроэжекторные и пневматические эрлифты.

Наибольшая эффективность при разработке подводного грунта достигался при использовании комбинированного оборудования (сочетание механического и гидравлического способов воздействия на грунт). При этом грунт разрушают при помощи механических или гидравлических разрыхлителей, а средствами гидромеханизации грунт отводят в сторону от выемки. К такому оборудованию относятся скреперы-пульпометы и скреперы-землесосы, землесосные, гидроэжекторные и пневматические установки, оснащенные разрыхлителями, а также гидропневматические установки.

Плавучие грунторазрабатывающие механизмы (земснаряды) выбирают со дна грунт с учетом продолжительности навигационного периода и времени буксировки механизмов и оборудования на объект.

При разработке траншей через судоходные реки (при больших объемах и глубинах) рекомендуется совмещать работу высокопроизводительных снарядов, имеющих недостаточную глубину опускания рамы, с работой специальных земснарядов меньшей производительности, но с большей глубиной опускания рамы для разработки подводных траншей до проектных отметок.

Разработка траншей на прибрежных участках выполняется бульдозерами и экскаваторами с учетом обводненности грунтов и правил техники безопасности. Механический способ разработки тяжелых и скальных грунтов основан на применении различных плавучих и подводных технических средств, обеспечивающих рыхление твердых грунтов и его извлечение. Рыхление твердых грун­тов различной прочности может осуществляться путем их механического дробления до заданных фракций (скалодробильные земснаряды, механизмы ударного действия) или механического срезания (земснаряды ковшовые, бульдозеры, скреперные установки).

Извлечение взрыхленного скального или плотного (тяжелого) грунта производится теми же ковшовыми плавучими механизмами.

Как правило, глубина разработки подводной траншеи возрастает с увеличением ширины водной преграды. Ширина рек на переходах с глубинами до 5 м обычно не превышает 200 м, в редких случаях она достигает 300 м. Ширина рек на переходах с глубинами до 10 м составляет примерно 500 м.

Необходимость производства взрывных работ при устройстве подводных траншей на переходах устанавливается проектной организацией с учетом требований по охране окружающей среды и техники безопасности. Взрывные работы используются при разработке подводных траншей для разрушения скальных грунтов, крупных камней, валунов и других препятствий, которые невоз­можно удалить обычными способами. Также взрывные работы используют для разработки траншеи на заболоченных пойменных и мелководных участках перехода, когда применение земснарядов и другой техники экономически нецелесообразно или не представляется возможным. При выборе способа взрывных работ следует учитывать:

• сохранность расположенных рядом сооружений;

• гидрологические и геологические условия на участке подводной траншеи;

• расчетную глубину подводной траншеи;

• влияние взрывов на ихтиофауну.

Преимуществом взрывного способа является сокращение продолжительности разработки траншеи, а недостатками - влияние взрыва на ихтиофауну, нанесение ущерба рыбному хозяйству, а также опасность самих взрывчатых веществ.

При проведении взрывных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности.

При разработке подводной траншеи необходимо контролировать уровень воды в реке по водомерному посту, чтобы своевременно вносить корректировку глубины траншеи, замеряемой обычно от поверхности воды.

Качественное и рациональное выполнение подводных земляных работ существенно зависит от параметров траншеи. Основные факторы, обеспечивающие соблюдение заданных параметров траншей, подразделяются на три группы:

• факторы, характеризующие гидрологические и геологические условия сооружения перехода (ширина и глубина меженного русла; водный режим; характеристика грунтов, слагающих дно; интенсивность транспортировки наносов и другие);

• факторы, характеризующие конструкцию, технологию монтажа и укладки подводного трубопровода (диаметр труб; требования к их изготовлению и монтажу; способ укладки);

• факторы, определяющие технологию разработки подводных траншей (способ разработки; конструктивные особенности земснарядов; схема рабочих перемещений; способ ориентации и др.).