Сооружение подводных трубопроводов

Среди субъективных факторов внешнего характеры можно осо­ бо выделить организационные. Несвоевременная постановка ма­ териалов, оборудования и механизмов из-за неувязок планов и невыполнения договорных обязательств приводит к перерывам в работе и срывам установленных сроков.

Следует отметить, что предсказать детерминированным об­ разом степень влияния такого рода факторов не представляется возможным и, таким образом, совокупность случайных причин приводит к случайным колебаниям сроков выполнения отдельных видов работ и соответственно срока завершения всего строи­ тельства. В этих условиях указанные сроки методически целе­ сообразно считать случайными величинами, что позволяет ис­ пользовать для стохастического их прогнозирования методы ма­ тематической статистики и теории вероятностей.

Для важнейших видов работ, выполняемых на строительстве подводного перехода и, прежде всего, для земляных, сварочномонтажных, изоляционных и балластировочных могут быть собра­ ны статистические данные, характеризующие производительность ресурсных единиц (отдельных механизмов, звеньев и бригад) с учетом перерывов в работе, простоев и задержек по тем или иным причинам. Статистические выборки по отдельным видам ра­ бот могут быть обработаны методами статистики с целью нахож­ дениях таких характеристик, как математическое ожидание и дисперсия (среднеквадратичное отклонение). Кроме того, для отдельных работ может быть выполнено сглаживание гистограмм по тем или иным законам распределения случайных величин, на­ пример, Вейбулла или логарифмически-нормальному. Для выбран­ ного закона распределения с помощью критериев согласия долж­ на быть проведена проверка непротиворечивости закона стати­ стическим данным. Без особых затруднений такая обработка данных методами математической статистики выполняется на персональных и мини-ЭВМ с использованием программ имеющегося математического обеспечения.

Строительство подводного перехода представляет собой со­ вокупность работ, находящихся между собой в технологических связях, без учета которых осуществить прогнозирование строи­ тельства не представляется возможным. Эффективным средством отображения этих связей служат сетевые модели типа ’’работывершины”, ’’работы-дуги”. Такие сетевые модели, получившие достаточно широкое распространение в строительстве, могут служить основой для статистического моделирования методом Монте-Карло.

В сетевую модель, которая обычно содержит детерминирован­ ные характеристики выполнения отдельных видов работ (продол­ жительности работ, определенные путем деления объемов работ на количество и производительность ресурсных единиц), могут быть введены случайные характеристики; математические ожи­ дания и дисперсии, а также признаки используемых законов распределения. С использованием этих характеристик при ста­

тистическом моделировании могут генерироваться случайные продолжительности выполнения отдельных видов работ.

Генерация случайных значений по определенным законам рас­ пределения может выполняться известными способами, основан­ ными на использовании метода Монте-Карло. Так, для вероятно­ сти распределения Вейбулла

асимметрию и эксцесс производительности.

Случайное время выполнения i-й работы в объеме Q. при использовании п. ресурсных единиц может быть выполнено с ис­

пользованием преобразования

выполняется на ЭВМ, например персональных, с помощью функции RND. Математическое ожидание и дисперсия времени выполнения работы связаны с параметрами распределения соотношениями:

ще Г - гамма-функция.

Однократное генерирование случайных значений продолжи­ тельностей выполнения всех работ, входящих в сетевую модель, и последующий расчет сетевого графика позволяют выявить случайное значение срока завершения строительства под­ водного перехода, а в необходимых случаях - моменты, также случайные, наступления важнейших событий, например укладки руслового участка трубопровода.

Неоднократное выполнение таких расчетов, в каждом из ко­ торых сгенерированы случайные, отличающиеся друг от друга, значения продолжительностей выполнения работ, позволяет сформировать случайную выборку сроков завершения строитель­ ства, а также случайне выборки моментов наступления важней­ ших событий. Обработка таких выборок, содержащих по 10-20 значений, методами математической статистики позволяет опре­ делить математические ожидания и дисперсии для срока за­ вершения строительства и моментов наступления взжне^ших событий, а также подобрать для них законы распределения и параметры функций вероятностей.

Полученные в результате такого статистического моделиро­ вания функции вероятностей непревышения сроков наступления важнейших событий и окончания строительства могут исполь­ зоваться для прогнозирования и принятия соответствующих ре­ шений как на стадии планирования при разработке проектов организации строительства и производства работ, так и на стадии оперативного управления. Применение статистического моделирования позволяет учесть большее число факторов, влияющих на строительный процесс, и иметь таким образом бо­ лее реальные прогнозы сроков наступления важнейших событий

и окончания строительства.

Функции вероятностей могут использоваться для прогнозиро­ вания двояким образом. Так, если задать время, то можно оп­ ределить вероятность, с которой это событие, в частности за­ вершение строительства, наступит. И наоборот, если задаться вероятностью, обычно достаточно высокой, например, 0,99, что соответствует наступлению практически достоверного события, то можно определить квантиль функции, равный соответствую­ щему значению времени.

Для вероятностного прогнозирования строительства разрабо­ тана на БЕИСИКе программа, позволяющая осуществлять расчеты на персональных и мини-ЭВМ. Исходные данные для примера рас­ чета, выполненного ранее, представленные в табл. 2.1, были положены в основу статистического моделирования. При этом продолжительности работ интерпретировались как математиче­ ские ожидания. Для простоты было принято допущение о равно­ мерности распределения случайных значений продолжительностей выполнения работ в интервалах ±20% от математического ожида­ ния. В результате выполнения на ЭВМ двадцати статистических экспериментов получена следующая выборка случайных значений сроков Ту (i - 1,20) завершения строительства (табл. 2.5).

Характеристики полученной выборки: математическое ожида­ ние -141,5 рабочих дней, среднеквадратичное отклонение - - 11,9 рабочих дней. Воспользовавшись известным правилом ’’трех сигм” можно утверждать, что с высокой степенью вероятности строительство будет завершено не позднее чем через 178 рабо­ чих дней.

Для одного и того же сетевого графика можно сравнить по-

лученные характеристики с результатами расчета детерминиро­ ванной сети, представленными в табл. 2.2, и прежде всего с продолжительностью строительства, равной 160 дням. Математи­ ческое ожидание существенно отличается от этого срока, что позволяет сделать вывод, что математическое ожидание срока завершения строительства не может быть определено суммирова­ нием математических ожиданий продолжительностей работ крити­ ческого пути.

Г л а в а 3. ЗЕМЛЯННЫЕ РАБОТЫ

3.1.ОРГАНИЗАЦИЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Всостав земляных работ входят: разработка русловых тран­ шей; срезка, при необходимости, плодородного слоя грунта и рекультивация; разработка урезов и пойменных траншей; засып­ ка траншей; берегоукрепление.

Заглубление трубопроводов в дно водных преград осуществ­ ляют обычно путем устройства подводной траншеи до укладки трубопровода или после его укладки с применением в последнем случае трубозаглубителя или других специальных механизмов. В некоторых случаях заглубление подводного трубопровода осу­ ществляют направленным бурением.

Подводные земляные работы по разработке русловых траншей обычно являются наиболее трудоемкими, длительными и доро­ гостоящими при строительстве подводных переходов магистраль­ ных трубопроводов. Поэтому эффективность и сроки строитель­ ства подводных переходов зависят обычно от организации и технологии подводных земляных работ, предусматривающих ис­ пользование рациональных организационных схем и способов производства работ, а также наиболее эффективных, средств механизации.

Земляные работы проводятся в соответствии с проектом про­ изводства работ, в котором предусматриваются способы и по­ следовательность разработки грунта, типы и мощность механиз­ мов, а также меры по соблюдению техники безопасности.

Разработка подводных траншей может производиться земле­ сосными, гидромониторно-эжекторными, черпаковыми и грейфер­ ными снарядами, канатно-скреперными установками, гидромони­ торами, эжекторными и пневматическими грунтососами с приме­ нением водолазного труда, а также экскаваторами, установлен­ ными на плавучих средствах: понтонах или баржах. Подводные скальные грунты могут разрабатываться взрывным способом и, в исключительных случаях, при небольших объемах работ, водола­ зами с помощью отоойных молотков. Выбор технических средств и способов разработки подводного грунта производится в за­

висимости от свойств и объема грунта, сроков производства, наличия землеройной техники, скорости течения, глубины раз­ работки и условий удаления грунта из траншеи. Выбор вида ме­ ханизма для разработки подводных траншей можно осуществить

с помощью табл. 3.1.

Технические средства для разработки подводных траншей принимаются также с учетом группы грунтов, глубины водной преграды и объемов земляных работ согласно табл. 3.2. Группы грунтов, указанные в табл. 3.2, приняты для соответствующих механизмов согласно СНиП IV ”Сметные нормы. Подводно­ строительные (водолазные) работы”.

Плавучие грунторазрабатывающие снаряды выбирают с учетом продолжительности навигационного периода и времени буксиров­ ки снаряда на объект. Для разработки несвязных грунтов ис­ пользуют землесосные снаряды с механическим и гидравлическим рыхлителем. При разработке подводных траншей в тяжелых грун­ тах применяют многочерпаковые и грейферные снаряды. Снаряды типа ДГС-150 обычно используют на грунтах I-IV группы при объемах разработки до 35 тыс. м3. Земснаряды типа УПГЭУ при глубине пэунтозабора до 12 м применяют при объемах раз­ работки 35-100 тыс. м3 и на глубинах свыше 12 м совместно с другими земснарядами. Грунтососы и гидромониторы с ручной работой водолаза применяют в исключительных случаях, коща транспортировка и использование на строительстве других ме­ ханизмов невозможны.

Трубозаглубительные снаряды применяют при возможности предварительной укладки трубопровода по естественному релье­ фу дна с допустимыми радиусами изгиба и при отсутствии скальных грунтов. Наиболее целесообразно трубозаглубительные снаряды применять при ширине переходов более 1 км и при глу­ бинах свыше 20 м.

Канатно-скреперные установки применяют:

при малом объеме работ до 10 тыс. м3, когда другие зем­ снаряды применять нецелесообразно;

при разработке траншей в предварительно разрыхленных грунтах;

при глубине подводной траншеи до 3 м; при скорости течения менее 0,7 м/с на реках, дно и берега

которых сложены мелкозернистыми и среднезернистыми песками; при средней дальности разработки (скреперирования) до

150 м.

Целесообразность использования скреперных установок при разработке подводных траншей со средней дальностью скрепери­ рования свыше 150 м обосновывается технико-экономическими расчетами в проекте организации строительства. Применение

скреперных установок в илистых грунтах и плывунах нецелесо­ образно из-за низкой производительности скреперирования.

При строительстве подводных переходов через реки, сложен­ ные мелкозернистыми и среднезернистыми песками, со средними на вертикалях скоростями течения, более 0,7 м/с технические средства для разработки подводных траншей должны обеспечи­ вать производительность по грунту не менее чем в 2 раза пре­ вышающую суммарный расход донных наносов через створ перехо­ да. В соответствии с этим требованием суточную производи­ тельность технических средств ориентировочно определяют по табл. 3.3.

До начала разработки траншей на подводных переходах: проверяют и закрепляют проектные створы и реперы; измеряют глубины водной преграды и определяют соответст­

вие фактического профиля дна реки проектному; выполняют обследование участка реки или водоема на про­

ектную ширину подводной траншеи поверху для выявления слу­ чайных препятствий.

Если контрольными промерами будет установлено, что факти­ ческие отметки дна выше черных отметок, указанных в проекте, глубину подводной траншеи увеличивают для укладки трубопро­ вода на проектные отмеки. Если фактические отметки дна ниже черных отметок, указанных в проекте, и при этом разность между фактическими отметками дна и проектными отметками вер­ ха труоопровода будет меньше 1 м, проектные отметки, на ко­ торые должен быть уложен трубопровод, должны быть пересчита­ ны.

Проектный профиль траншеи принимается в виде трапеции (рис. 3.1). Крутизну откосов подводных траншей при ширине водной преграды более 30 м или глубине более 1,5 м при сред­ нем рабочем уровне воды с учетом безопасных условий произ­ водства водолазных работ принимают по табл. 3.4.

Наибольшую крутизну откосов обводненных береговых траншей принимают по табл. 3.5.

Длина подводной траншеи, для которой принимается крутизна откосов по табл. 3.4, равна ширине русла водной преграды плюс длина разрабатываемых урезных участков водной преграды.

Расчетная ширина подводной траншеи по дну в мягких грун­ тах определяется по формуле

(3.1)

ще At - наружный диаметр трубопровода с защитным и балласт­ ным покрытием; Ь* - расстояние от боковой поверхности трубо­ провода до кабеля связи, укладываемого в одну с трубопрово­ дом траншею (5* - 0,5 м); Ьь - расстояние от подошвы откоса

траншеи с учетом ее заносимое™ донными наносами со стороны

Рис. Э.1. Схемы к определению ширины траншеи по дну:

а - поперечный профиль траншеи; б - план траншеи на переходах через вод­ ные преграды шириной более 1000 м; 1 - проектный профиль траншеи с учетом

верхового откоса; Ьр увеличение ширины подводной траншеи, учитывающее допустимые отклонения по ширине траншеи (с двух сторон) в процессе ее разработки; Ьт увеличение ширины подводной траншеи, учитывающее отколонение оси трубопровода по его укладке от оси траншеи.

Запас, учитывающий допускаемые отклонения по ширине тран­ шеи принимается по табл. 5.6.

Запас Ьт, учитывающий отклонения продольной оси трубопро­ вода при его укладке способом протаскивания по дну через водные преграды шириной менее 1000 м, принимают равным

где L - ширина водной преграды при среднем рабочем уровне

воды, м.

На переходах через водные преграды шириной более 1000 м запас Ьт принимают:

1. На участке траншеи длиной 1000 м - по 500 м от середи­ ны водной преграды в сторону обоих берегов:

2. На участках траншеи длиной 1000 м по 500 м, примыкаю­ щих к указанному ранее участку с двух его сторон при ширине водной преграды более 2000 м:

3. На остальных участках траншеи, непосредственно примы­ кающих к берегам, Ьт - 5 м.

Запас ширины траншеи на заносимость Ы учитывают обычно только для русловых участков перехода, ще средние на верти­

где h - проектная глубина траншеи, м; t - продолжительность занесения траншеи, сут; q - средняя интенсивность отложения донных наносов на 1 м фронта траншеи при среднем рабочем уровне воды, определяемая на основе материалов инженерных изысканий,

5

(3.4)

(здесь v, Я соответственно средняя скорость (м/с) и глуби­ на (м) потока на расчетной вертикали в створе перехода по данным инженерных изысканий).

Средние скорости на вертикалях определяют на основе то­ чечных измерений местных скоростей течения при уровнях воды, близких к среднему меженному уровню. Измерения местных ско­ ростей течения рекомендуется выполнять:

при ширине реки до 150 м - на одной-двух вертикалях в двух точках (0,2 Я и 0,8 Я) или в одной точке (0,6 Я);