Сооружение подводных трубопроводов

вид; геометрические размеры железобетонного покрытия; проч­ ность бетона; плотность бетона; масса обетонированной трубы; ширина раскрытия трещин; правильность нанесения знаков мар­ кировки; водонепроницаемость для трубопроводов, эксплуати­ рующихся в условиях агрессивной среды.

4*5, ПОДГОТОВКА СПУСКОВОЙ ДОРОЖКИ И ТЯГОВОЙ ЛЕБЕДКИ

Спусковые устройства для укладки трубопроводов большого диаметра могут быть выполнены в виде железнодорожного пути или роликовых опор. Грузоподъемность опорных устройств для протаскивания газопроводов составляет 30-40 т, что обеспе­

При пологом рельефе берега и незначительных колебаниях уровня воды вместо спусковых устройств используют траншею, отрываемую в створе укладываемого трубопровода.

Спусковая дорожка имеет два участка:

криволинейный приурезный участок, профилируемый в верти­ кальной плоскости по радиусу не менее 800 м для трубопрово­ дов диаметром 1220 мм и не менее 1000 м - для трубопроводов диаметром 1420 мм;

прямолинейный участок, примыкающий к строительно-монтаж­ ной площадке.

Длина криволинейного участка зависит от рельефа берега. Длину прямолинейного участка принимают равной длине одной плети с учетом запаса, необходимого для монтажа стыка между последовательно протаскиваемыми плетями. Этот запас прини­ мается обычно равным не менее 50 м.

Минимальную ширину спусковой дорожки на криволинейном

вде Ь\ - ширина спусковых устройств (железнодорожного полот­ на или рамы роликовой опоры); Ъг - габаритная ширина трубо­ укладчика с откинутыми контрогрузами; Ъъ запас по ширине, равный сумме расстояний от края спускового устройства до подошвы ближайшего откоса и от гусеницы трубоукладчика до спускового устройства; величину Ъъ принимают равной не менее 2 м.

При продольном профилировании спусковой дорожки стремят­ ся к тому, чтобы длина криволинейного участка и объемы зем­ ляных работ были минимальными при радиусах кривизны не менее допустимых. Планировка земляного полотна должна быть выпол­ нена с точностью ± 20 мм.

В качестве спусковой дорожки для протаскивания трубопро­ вода часто используют рельсовый путь с седловидными одно­ осными тележками. Рельсовую дорожку для забалластированных

трубопроводов диаметром 1020 мм собирают из отдельных звень­ ев длиной по 16 м, колея рельсового пути равна 900 м. На строительно-монтажную площадку рельсовый путь доставляют звеньями на плетевозе. Для дорожки используются рельсы Р38Р50, в качестве шпал - швеллер № 20, шпалы ставятся через каждый метр.

Тележка грузоподъемностью 30 т представляет собой мас­ сивную ось на катках с приваренным к ней седловидным ложем для укладки трубопровода. Колеса тележки сделаны из опорных катков экскаватора ТЭ-ЗМ, седловидное ложе - из трубы диа­ метром 1020 мм. Ложе тележки имеет в передней части упоры, исключающие проскальзывание плети трубопровода в процессе протаскивания, вес тележки около 100 кг.

Если спусковая дорожка имеет длину, равную ширине реки, и трубопровод протаскивают одной ниткой, ' то его балласти­ ровку можно вести на спусковой дорожке. С этой целью изо­ лированную плеть трубопровода укладывают рядом со спусковой дорожкой, частично балластируют в местах дальнейшего опирания на тележки и трубоукладчиками укладывают между рель­ сами по оси спусковой дорожки. Вдоль спусковой дорожки на­ против балластированных участков трубопровода раскладывают тележки. Затем плеть приподнимают, тележки устанавливают на рельсовый путь таким образом, чтобы .при опускании трубопро­ вода пригруженные участки опирались на седловидное ложе тележек.

Спусковой путь, представляющий собой береговую траншею, заполненную водой, применяют на пологих пойменных берегах, когда протаскивают целую нитку трубопровода. Береговые тран­ шеи для спуска трубопровода должны иметь уровень воды, со­ ответствующий уровню воды в водоеме. Глубина береговой тран­ шеи определяется в зависимости от осадки нефтепровода или диаметра газопровода с дополнительным запасом глубины 0,4- 0,5 м. Ширину траншеи по дну принимают на 20-30% больше диаметра трубопровода. Длина береговой траншеи определяется длиной нитки протаскиваемого трубопровода.

В зависимости от веса трубопровода на береговом и рус­

Рис. 4.12. Схема тяговой лебедки ЛП151:

1 база ЧМЗАП; 2 барабан; 3 канатоукладчик; 4 двигатель; 5 гид­ ротрансформатор

длины плетей можно применять следующие типы тяговых лебедок, технические характеристики которых приведены в табл. 4.3. Схема лебедки ЛП 151 показана на рис. 4.12.

Тяговое усилие лебедки Т необходимо для преодоления сил

конструкции спусковой дорожки, коэффициента трения и веса трубопровода; Т2 сила трения трубопровода о грунт на под­ водном участке, зависящая от веса трубопровода под водой

тельно, мощности тяговых лебедок и сечения тягового троса, а также для увеличения длины плети протаскиваемого трубопро­ вода используют:

спусковые дорожки в виде роликоопор или железнодорожного пути; в этом случае расчетные тяговые усилия уменьшаются пропорционально уменьшению коэффициента трения не менее чем в 10 раз;

гладкие бетонные покрытия, для которых коэффициент трения

огрунт при движении может быть принят равным 0,3-0,35, т.е.

в2-2,5 раза меньше по сравнению с покрытием из деревянной футеровки;

разгружающие понтоны, для уменьшения отрицательной пла­

вучести трубопровода на подводном участке.

При укладке трубопровода протаскиванием с последователь­ ным наращиванием плетей максимальные усилия обычно возникают в начале или конце протаскивания последней приваренной пле­ ти, когда вся остальная часть трубопровода находится под водой. Если сопротивление 1 м трубопровода на подводном участке больше сопротивления 1 м трубопровода на береговом участке, то максимальное тяговое усилие возникает в конечный момент протаскивания, когда весь трубопровод находится под водой. Для расчета тяговых усилий и предельной длины плетей,

Рис. 4.13. Схема якорення тяговой лебедки:

разрабатывают траншею глубиной 1,5 м для якоря на рас­ стоянии 15-25 м от оси передней тележки лебедки;

на упорной стороне траншеи устанавливают вертикально шпалы, опущенные на глубину 2 м;

прокапывают от средней части траншеи дорожку для укладки якорного каната;

доставляют комплект оборудования лебедки с якорем к месту установки.

Тяговая лебедка типа ЛП1А, ЛП151 представляет собой тя­ желовесный прицеп ЧМЗАП-5208, на котором смонтированы ходо­ вой двигатель типа Д108, барабан, канатоукладчик и остальное оборудование. Работы по установке тяговой лебедки и якорной системы выполняются в соответствии со схемой на рис. 4.13 в следующей последовательности: установка лебедки в створе траншеи; установка лебедки на роликовые опоры; запасовка якорного каната; укладка якоря в траншею; намотка тягового каната на барабан лебедки.

Установка прицепа с оборудованием тяговой лебедки про­ изводится краном-трубоукладчиком на заранее спланированной площадке в створе перехода. Якорь тяжелого типа в виде стальной фермы укладывается в траншею и засыпается грунтом с помощью бульдозера. При выполнении работ используются машины и оборудование:

Продолжительность процесса установки одной лебедки со­ ставляет 5,88 час.

4.6. УКЛАДКА ТРУБОПРОВОДОВ

Укладка трубопровода является наиболее сложной завершаю­ щей операцией при сооружении подводного перехода. Выбор технологии укладки подводного трубопровода зависит от:

места расположения строительно-монтажной площадки (на

условий района перехода (ширины зеркала воды, глубины русла,

конструкции и веса балластной пригрузки, радиусов упругого изгиба трубопровода в вертикальной плоскости);

судоходства в месте перехода; наличия специального оборудования для укладки трубопро­

Технологический процесс укладки трубопровода включает перемещение (буксировку) его в створ перехода и опускание его на дно подводной траншеи. Технологические схемы укладки отличаются одна от другой расположением строительно-мон­ тажной площадки, способами перемещения трубопровода в створ и опускания его на дно. Основными тенологическими схемами укладки трубопровода являются следующие:

1.Протаскивание трубопровода по дну с предварительным монтажом его на строительно-монтажной площадке на полную длину в створе перехода;

2.Протаскивание трубопровода по дну с последовательным наращиванием нитки;

с буксировкой в створ плетей, их монтажом и разворотом дюкера;

5. Опускание трубопровода способом свободного погружения с буксировкой в створ плетей и сваркой стыков между плетями на плаву;

6. Опускание трубопровода с использованием плавучих опор. Протаскивание трубопровода по первой и второй схеме яв­ ляется наиболее употребительным при укладке газопроводов. При укладке нефтепроводов применение этих схем целесообразно на переходах с большими глубинами, а также при значительной скорости течения воды в реке или интенсивном судоходстве. Необходимым условием применения протаскивания является ук­ ладка, по крайней мере хотя бы с одной стороны дюкера, по

радиусам упругого (естественного) изгиба.

Протаскивание трубопроводов большого диаметра возможно и при наличии криволинейных отводов (гнутых вставок), но при ограниченной величине тягового усилия и при условии, что к трубе в основании криволинейного отвода не приваривают ме­ таллоконструкцию для закрепления троса. Выбор первой или второй схемы протаскивания обусловлен рельефом берега, на котором размещена строительно-монтажная площадка, мощностью тяговых средств для протаскивания, конструкцией и числом специальных спусковых средств.

Применение третьей, четвертой и пятой схем укладки спо­ собом свободного погружения целесообразно, главным образом, при сооружении переходов нефтепроводов. В отдельных случаях, когда подводную траншею трудно выполнить по радиусам есте­ ственного изгиба трубопровода, свободное погружение по одной

из трех приведенных схем можно использовать для укладки газопроводов с двумя крутоизогнутыми вертикальными отводами.

Третья схема является основной при укладке трубопроводов свободным погружением. Четвертая схема целесообразна при одновременном строительстве большого числа переходов в бас­ сейне одной или нескольких рек с условиями для судоходства и при монтаже плетей на централизованной площадке. Применение пятой схемы является оправданным, когда:

трубопровод монтируется на стационарной или временной площадке вне створа перехода отдельными плетями, меньшими по длине, чем ширина русловой части;

трубопровод не может быть заведен в створ с предвари­ тельно приваренными крутоизогнутыми отводами и монтаж его осуществляется на плаву.

Шестую схему укладки, основанную на опускании трубопро­ вода с использованием плавучих опор, применяют, если:

способ протаскивания неприемлем по условиям берегового рельефа и продольного профиля подводной траншеи;

укладка способом свободного погружения трудно выполнима. Перед укладкой трубопровода в предварительно подготов­

ленную траншею строительная организация при участии пред­ ставителя технического надзора заказчика должна производить проверку отметок продольного профиля дна траншеи. Переборы грунта в основании траншеи допускаются на глубину не более 50 см. Трубопровод должен быть подготовлен для укладки к мо­ менту окончания работ по устройству подводной траншеи.

Перед укладкой подводного трубопровода должны быть про­ изведены проверочные расчеты устойчивости и напряжений, во­ зникающих в укладываемом трубопроводе, с учетом фактических скоростей течения воды, замеренных в натуре, глубины воды и профилей спусковых устройств.

Укладка подводных трубопроводов не допускается во время паводка, весеннего ледохода и осеннего ледостава. В период осеннего ледостава допускается укладка подводных трубопро­ водов через небольшие водные преграды шириной до 200 м при скоростях течения воды не более 0,5 м/с.

Укладка трубопровода на дно для последующего его заглуб­ ления в грунт допускается только при условии, если предва­ рительными контрольными промерами и расчетами будет уста­ новлено, что радиусы изгиба трубопровода, укладываемого в русле на естественные отметки дна, будут не меньше мини­ мально допустимого по условиям обеспечения прочности.

Укладка обетонированного трубопровода допускается после достижения бетоном проектной прочности.

В технологический процесс укладки трубопровода способом протаскивания по дну водоема траншеи входят работы:

укладка на спусковую дорожку оснащенных балластными гру­ зами и понтонами плетей трубопровода;

проверка готовности подводной траншеи, включающая водо­

лазное обследование, промеры глубин и проверку отметок дна траншеи;

приварка оголовка и прокладка тяговых тросов с закрепле­ нием их на оголовке;

. протаскивание всей нитки трубопровода или отдельных пле­ тей со сваркой межсекционных стыков;

проверка положения уложенного трубопровода в соответст­ вии с проектом.

Длина протаскиваемых плетей определяется в зависимости от ширины водной преграды, мощности тяговых средств и конструк­ ции спускового устройства. Необходимыми условиями для уклад­ ки трубопровода способом протаскивания является наличие:

достаточных размеров площадки в створе перехода для уст­ ройства спусковой дорожки, на которую устанавливают нитку или плеть трубопровода перед протаскиванием;

достаточной прочности протаскиваемого трубопровода с уче­ том воздействия на него тяговых усилий;

плавного рельефа одного из берегов в створе перехода, на котором возможна планировка грунта в соответствии с допусти­ мым радиусом упругого изгиба трубопровода при протаскивании.

При разработке технологии укладки трубопровода способом протаскивания по дну определяют:

массу трубопровода без грузов, с грузами, с понтонами на воде и на суше;

силу воздействия потока воды на трубопровод (вертикаль­ ную и горизонтальную составляющую гидродинамического воз­ действия) ;

необходимые тяговые усилия; число и грузоподъемность разгружающих понтонов.

Вертикальная и горизонтальная составляющие гидродинами­ ческого воздействия на участок трубопровода единичной длины потока воды могут быть определены по формулам:

(4.2)

(4.3) ще Су Сх коэффициенты соответственно подъемной силы и

лобового сопротивления движущегося потока воды, зависящие от состояния поверхности трубопровода и числа Рейнольдса; DH - наружный диаметр футерованного и забалластированного тру­

Для рассматриваемого случая число Рейнольдса может быть найдено по формуле:

Re -

ще v - кинематическая вязкость воды.

Практически для шероховатых (футерованных и обетониро­

Расчет тягового усилия, необходимого для протаскивания трубопровода по спусковой дорожке и дну подводной траншеи

можно выполнять при разработке проекта организации строи­ тельства с целью определения не только ориентировочного зна­ чения максимального значения тягового усилия, но и основного состава, а также условий поставки технических средств, не­ обходимых для протаскивания, стоимости и сроков выполнения этих работ, численного состава необходимых рабочих различной квалификации. Повторно эти расчеты более детально выпол­ няются строительной организацией за несколько месяцев до на­ чала работ на переходе с учетом условий его строительства, директивных сроков выполнения работ, наличия у строительной организации механизмов и оборудования. В третий раз расчеты проверочного характера выполняются непосредственно перед протаскиванием с учетом фактических данных как по самому трубопроводу и средствам протаскивания, так и по условиям прокладки.

Тяговое усилие, необходимое для протаскивания трубопро­ вода, зависит от длины, диаметра и массы трубопровода, фи­ зико-механических характеристик грунтов дна траншеи, ско­ рости потока воды, наличия и конструкции спусковой дорожки, балластных грузов и разгружающих понтонов. Тяговое усилие преодолевает главным образом силы трения, возникающие при скольжении поверхности трубопровода о грунт. Сила трения за­ висит не только от нормального давления трубопровода на грунт, различного для подводного и надводного участков тру­ бопровода, но и от характеристик грунта. При протаскивании футеровка и балластные грузы врезаются в грунт и разрушают его, в связи с чем требуется приложение к трубопроводу до­ полнительных усилий. В момент трогания трубопровода, имеюще­ го в забалластированном состоянии значительную массу, нео­ бходимо преодолеть силы инерции. При протаскивании плетями во время длительных остановок, необходимых для монтажа и приварки очередных плетей к трубопроводу, на участках тран­ шеи с глинистыми грунтами происходит присасывание трубо­ провода, в связи с чем при трогании также необходимо при­ кладывать дополнительные усилия.

Полное усилие для протаскивания всего трубопровода со­ стоит из слагаемых, равных силам, необходимым для протас­ кивания отдельных участков трубопровода, находящихся в раз­ личных условиях. Усилие, необходимое для перемещения участ­