книги из ГПНТБ / Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие

Г л а в а IX

ЛИНЕЙНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Транспорт жидких и газообразных полезных ископаемых (природ­ ный газ, нефть, воды), а также продуктов промышленной перера­ ботки их (нефтепродукты, промышленные газы и др.) во многих случаях оказывается наиболее экономично осуществлять путем перекачки их по трубопроводам. Для этого строят магистральные трубопроводы большого диаметра (свыше 1 м) и протяженностью до нескольких тысяч километров (Бухара — Центр, Туймазы — Ир­ кутск, трубопровод «Дружба», связывающий СССР с социалисти­ ческими странами Европы, и др.).

Строительство магистральных трубопроводов в нашей стране началось относительно недавно. Так, первый крупный трубопровод протяженностью 833 км был построен в 1897—1906 гг. для транс­ портирования керосина из Баку в Батуми. Нефтепровод но этой же трассе был проложен только в 1928—1930 гг. Строительство первого крупного трубопровода для перекачки природного газа (Саратов — Москва) было закончено в 1946 г. Однако бурное раз­ витие. добычи нефти и газа в разных областях Союза ССР приве­ ло в последние годы к резкому увеличению протяженности трубо­ проводов в нашей стране. Так, если к 1955 г. их общая протяжен­ ность была около 5 тыс. км, то к 1965 г. она составила около 40 тыс. км и в настоящее время превышает 60 тыс. км.

В зависимости от вида транспортируемого полезного ископае­ мого пли промышленного продукта трубопроводы называются неф­ тепроводом, газопроводом, водопроводом, бензопроводом, продуктопроводом и т. п.

Магистральные газопроводы предназначены для транспорта газа с места его добычи или производства к местам потребления. В систему сооружений газопровода входят газопромысловое хозяй­ ство, собственно трубопровод, компрессорные станции, подземные хранилища и газораспределительные станции. Последние явля­ ются конечными сооружениями, служащими для распределения газа по отдельным участкам газопотребления.

Магистральные нефте- и продуктопроводы служат для пере­ качки жидкой нефти и продуктов ее переработки от мест добычи на перерабатывающие заводы и от последних к районам потребле­ ния. В систему сооружений нефтепроводов входят головные и про­ межуточные перекачивающие наносные станции, собственно тру­ бопровод, пункты и емкости приема нефти и нефтепродуктов и вспомогательные сооружения.

Все компрессорные и насосные станции, так же как и вспо­ могательные сооружения и емкости для приема и хранения про­ дуктов, представляют собой сооружения, фундаменты для кото­ рых проектируются в зависимости от габаритов сооружений и действующих нагрузок при полном учете особенностей инженерногеологической обстановки. Выбор того или иного типа опирания фундамента на основание, так же как и метода ведения строи­ тельных работ, производится в соответствии с основными положе­ ниями по строительству фундаментов промышленных сооружений, изложенными в главе ГП «Фундаментостроение».

В настоящей главе даются только краткие сведения о соб­ ственно трубопроводах и методах производства работ по их со­ оружению.

Современные магистральные газо- и нефтепроводы в зависи­ мости от своего класса работают при давлениях перекачиваемого газа или жидкости от 10—12 (для III класса) до свыше 25 кг/см2 (для I класса) и сооружают их преимущественно из стальных труб диаметром от 500 до 1000 мм и более. Для этого применяют

(грунтовых, климатических, геоморфологических) примерно через каждые 10—25 км устанавливают отключающие устройства. У га­ зопроводов это пробковые или шариковые краны, а у нефте- и продуктопроводов — задвижки. Кроме того, такие же отключаю­ щие устройства устанавливают с обеих сторон каждого пересече­ ния естественного водотока или канала, железной или автомобиль­ ной дороги, населенного пункта или территории промышленного предприятия. Существуют требования о минимально-допустимых расстояниях приближения магистральных трубопроводов к зда­ ниям и сооружениям. Эти требования, так же как частота и место­ положение отключающих устройств, диктуются противопожарной безопасностью.

В связи с тем что разрывы, как и другие повреждения тру­ бопроводов, являются огнеопасными, кроме отключающих ус­ тройств по всей трассе устанавливают специальную контрольную аппаратуру, фиксирующую все возможные неисправности и авто­ матически сообщающую об этом на пункты эксплуатации соору­ жения для принятия защитных мер (отключение, переключение на обходные линии и т. п.).

Трубопроводы на большей части своей длины располагают в толще грунтов ниже дневной поверхности. Металлическая труба, оказавшаяся в теле грунтового массива как ниже, так и выше уровня грунтовых вод, подвергается коррозии. Для защиты труб от коррозионного воздействия грунтов, грунтовых, подземных и поверхностных вод поверхность труб и всех металлических кон­ струкций, входящих в состав сооружений трубопровода, покры­ вается специальными противокоррозионными защитными покры­

242

тиями. Кроме того, по всей трассе трубопровода монтируют уста­ новки катодной и дренажной электрозащиты.

Проектирование трубопровода начинают с выбора трассы между источником получения продукта и пунктом назначения. Она выбирается не просто по кратчайшему расстоянию между этими двумя точками, а с учетом необходимости приключения отводов к промежуточным потребителям, условий преодоления естествен­ ных преград и труднодоступных участков и т. п. При этом должны учитываться также условия доставки труб на трассу, возможности механизированного ведения работ по подготовке территории, про­ ходки траншей для укладки в них труб и работ по монтажу са­ мого трубопровода. Не должны забываться и условия эксплуата­ ции трубопровода, требующие постоянного контроля за исправ­ ностью сооружения, а в случае необходимости и проведения ре­ монтных работ.

Проектирование ведут по нескольким конкурирующим вари­ антам трассы, а выбор оптимального варианта производят по со­ вокупности основных технико-экономических показателей. По каждому из вариантов трассы должны быть выполнены топогеодезическне и инженерно-гидрогеологические изыскания, позволя­ ющие объективно оценить конкурирующие варианты трассы.

После выбора варианта по нему проводят окончательные изы­ скания, обосновывающие проект трубопровода и проект произ­ водства работ по его сооружению.

Магистральные газопроводы укладывают обычно под землей на глубине, обеспечивающей получение не менее 0,8 м защитного слоя грунта над верхом трубы, поэтому глубина траншеи для ук­ ладки трубопровода должна быть не меньше диаметра труб плюс минимальная величина засыпки. Исключение из этого правила составляют случаи переходов через естественные и искусственные препятствия, где укладка газопровода в земле или невозможна или крайне затруднена. На этих участках производят наземное расположение трубопроводов, но с включением компенсационных устройств, гасящих изменение длины трубопровода при темпера­ турных колебаниях.

На участках трассы газопровода, где развиты скальные грун­ ты, пли в пределах пустынной местности, где нет движения меха­ нического транспорта и строительных и сельскохозяйственных ма­ шин, глубина закладки трубопровода может быть несколько умень­ шена (до 0,5 м ).

При определении глубины заложения нефтепровода должны учитываться климатические условия местности и свойства перека­ чиваемой жидкости. Эго связано с тем, что нефть и многие другие жидкие продукты сильно меняют свою вязкость при колебаниях температуры. Поэтому нефтепроводы, как правило, должны быть уложены на такую глубину, где сезонные и суточные колебания температуры не вызывают сильного изменения вязкости перека­ чиваемой жидкости.

Всякий трубопровод испытывает целый ряд нагрузок, среди которых постоянно действует собственный вес трубы с антикорро­ зионным покрытием, давление от веса грунта засыпки, а также нагрузки от предварительного напряжения труб и др. Большая часть этих нагрузок является сжимающими и стремящимися умень­ шить диаметр трубы. Кроме того, на трубопровод действуют дли­ тельные растягивающие нагрузки от внутреннего давления прока­ чиваемого продукта — это нагрузки, обычно большие по величине (до 25 кг/см2 и выше). Во время проведения строительно-монтаж­ ных работ, а также в результате снеговых и ветровых нагрузок при испытании трубопровода и при температурных колебаниях возни­ кают кратковременные нагрузки различного действия.

Трубопровод обычно укладывают непосредственно на грунт, вскрытый траншеей. Однако в случаях резкого изменения жестко­ сти грунтов, например при переходе трассы со скального массива на рыхлые податливые грунты, когда можно ожидать резкого различия в деформации основания, перед укладкой труб проводят специальную подготовку основания. Она заключается обычно в создании подсыпки или другой подготовки, смягчающей переход через контакт между грунтами с большой разницей в сжимае­ мости.

Наиболее сложной частью общего комплекса сооружении ма­ гистрального трубопровода являются переходы через естественные и искусственные препятствия, такие, как долины водотоков, соб­ ственно водные преграды, крутые склоны в горах, болота, а также пересечение дорог, каналов, промышленных предприятий и г. п. Во многих случаях для этого приходится возводить специальные сооружения типа эстакад, легких мостов, дюкеров и др.

§ 2. ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Линейность магистральных трубопроводов является особен­ ностью этого типа сооружений, что накладывает свою специфику и на производство строительных работ. Так, в результате этого строительная площадка имеет очень большую протяженность при узком и подвижном фронте работ.

Начинаются строительные работы с подготовки территории трассы, организации подъездов для подвоза труб и механизмов, создания отдельных площадок для промежуточного складирова­ ния и обработки труб и т. п.

Вторым этапом является развозка труб по трассе и разработ­ ка траншей. В это время производится сварка трубопровода по участкам, опускание сварных труб в траншею и их опробование (продувание, проверка качества сварки и т. п.). После этого тран­ шея засыпается грунтом.

Промышленность выпускает трубы длиной по 6—12 м. В та­ ком виде они поступают на трассу.

2 4 4

Монтаж трубопровода может производиться двумя способами: трассовым и базовым. При трассовом способе трубопровод нара­ щивается из отдельных труб, причем сварка обычно ведется непо­ средственно около уже разработанной траншеи, вручную. Этот способ очень широко применяется в практике строительства, осо­ бенно на труднодоступных участках и в сильнопересеченной мест­ ности.

При базовом способе трубы завозят на специально оборудо­ ванные площадки — базы, где сварка ведется поворотным способом (вращением трубы в специальном агрегате) методами автоматиче­ ской сварки под слоем флюса. Таким способом трубы сваривают в звенья и секции по 3—10 труб. Звенья, хорошо изолированные и проверенные, доставляют непосредственно на трассу, где свари-’ вают между собой в плеть и укладывают в траншеи. Этот способ дает наилучшие результаты (по качеству и производительности) при работах в относительно мало пересеченной местности, где воз­ можна транспортировка длинных звеньев труб.

Вподавляющем большинстве случаев сухопутного расположе­ ния трассы трубопроводы укладываются в открытые траншеи, ко­ торые обычно разрабатываются специальными канавокопателями или экскаваторами. Для обеспечения равномерного прилегания всей поверхности трубы к основанию дно траншеи выравнивают механическим или гидравлическим способами или подсыпкой мел­ кого и рыхлого грунта (песок или супесчано-суглинистый грунт) толщиной около 10 см. Все крупные включения, так же как и об­ ломки жестких пород, образующиеся при проходке траншеи, из-под трубы удаляют. Засыпку траншеи ведут местным грунтом, выну­ тым при разработке траншеи. Однако непосредственно к трубе лучше укладывать мелкозернистые грунты, которые не повредят изоляцию трубы при уплотнении засыпки.

При укладке трубопровода в траншею ведется контроль за тем, чтобы слой изоляционного покрытия не повреждался высту­ пами дна траншеи или каменистым грунтом, чтобы трубопровод ложился равномерно без провисаний и чтобы в период эксплуата­ ции не происходило размывания грунта вокруг трубопровода та­ лыми, грунтовыми и другими водами.

Вслучаях, когда трубопровод должен пересекать горные реки, глубокие овраги и балки с высокими и крутыми бортами, переходы через эти препятствия решаются путем создания надземных пере­ ходов, осуществляемых в виде мостовых конструкций балочного, арочного или висячего типа с опорами различной конструкции, выбираемыми в зависимости от особенностей инженерно-геологиче­ ских условий. Учитывая специфику трубопроводов, несущих горю­ чие материалы, такие надземные переходы строят обычно изоли­ рованно от дорожных мостов, хотя известны случаи совмещения их с транспортными переходами. При малой ширине пролета между берегами иногда применяются и простейшие арочные труб­ ные переходы (рис. 149).

245

сучетом гидрологического режима водотока или водного бассейна

идля них выбираются неразмываемые участки берега.

строится с заглублением труб не менее, чем на 0,5 м ниже гори­ зонта возможного размыва дна водоема. Это делается для того,

Рис. 150. Укладка трубопровода протаскиванием по дну:

/ — тяговая лебедка или тракторы; 2 — тяговый трос; 3 — трубопровод с грузами

чтобы предохранить трубопровод от повреждений якорями, лота­ ми, влекомыми топляками и т. п. В рыхлых грунтах дна водоема траншею разрабатывают обычно на глубину до 1 м, а в скальных грунтах до 0,5 м. В ряде случаев перехода через водоемы со скаль­ ным дном от проходки траншей отказываются и для защиты тру­ бопровода его засыпают грунтом, специально доставляемым для этого.

Подводные траншеи разрабатывают с помощью скреперов, эк­ скаваторов, гидромеханических (земснарядов) или других земле-

2 4 6

ройных машин, а в случае необходимости применяют взрывные работы.

Трубопроводы укладывают в подводные траншеи с помощью специально оборудованных понтонов, паромов и других плавучих средств. При работах в районах Крайнего Севера или областях с

трос, к которому прикрепляют плеть труб, подлежащую укладке. Во время протаскивания должен вестись очень тщательный кон-

Рис. 152. Расположение трубопровода на специальной насыпи

троль за следованием труб по траншее, а также за целостью са­ мого троса, так как при обрыве его для ликвидации аварии потре­ буется применение сложных водолазных работ.

Для обеспечения надежного укрепления трубопровода на дне водоема проводится специальная балластировка навешиванием одиночных грузов (чугунных, бетонных и т. п.), наложением сплош­ ного бетонного покрытия, анкерованием или другими способами.

247

Прокладку трубопроводов через болота можно выполнять в зависимости от строения торфяной залежи и ее мощности одним из следующих способов: 1) в траншее с частичным или полным выторфовыванием (подземное расположение, рис. 151); 2) без траншеи на поверхности болота по фашинной (хворостяной) на­ стилке или на насыпях (рис. 152), которые могут отсыпаться с полным или частичным выторфовыванием или без него (назе-м-

Рис. 153. Расположение трубопровода на свайных опорах

ное расположение); 3) на свайных (рис. 153), висячих или других опорах (надземное расположение).

Выбор способа прокладки зависит от того, каким образом будут осуществляться строительные работы и как будет вести себя трубопровод после укладки.

Выбор метода ведения строительных работ зависит от несу­ щей способности собственно торфяного слоя, а также покровного слоя болота. Учитывая, что большинство болот практически непро­ ходимо для обычных колесных машин, на строительстве должны применяться только машины в специальном «болотном» варианте с пониженным удельным давлением на грунт. Однако во многих случаях до начала работ по прокладке трубопровода приходится

2 4 8

сооружать лежневые или другие дороги, позволяющие осуще­ ствить доставку и монтаж трубопровода, а также его укладку.

Однако этот выбор зависит и от условий работы самого "тру­ бопровода. Удельное давление на грунт от трубопровода в период его эксплуатации составляет всего 0,02—0,04 кг/см2, т. е. величину весьма низкую, но торфяная залежь часто обладает еще более низкой несущей способностью, трубопровод погружается в толщу

секций; 3) подготовка траншеи, насыпи или опор; 4) монтаж и укладка трубопровода с последующей его засыпкой.

Если работы на болоте ведутся в зимних условиях, когда траншея проходится в мерзлом слое и является сухой, так же как и в случаях осушенных болот, трубопровод укладывается обычным для сухопутных условий трассы способом, т. е. с опусканием трубо­ провода трубоукладчиком, передвигающимся по краю траншеи.

Если же работы ведутся с укладкой трубопровода в обвод­ ненную траншею, то применяют либо метод протаскивания забал­ ластированной плети, либо сплавной метод. Первый из них анало­ гичен протаскиванию через водную преграду, а второй заключает­ ся в том, что на одном из берегов болота ведется сварка плети трубопровода, которая по мере наращивания сплавляется в запол­ ненную водой траншею. Наращивание ведется до получения плети, перекрывающей все болото (или его непроходимую часть). После сварки и изоляции всей плети ее погружают в траншею на­ гружением грузами, с каких-либо плавучих средств (понтонов) или с вертолетов, так как обычные механизмы, двигающиеся по поверх­ ности земли, в этих условиях неприменимы.

Строительство трубопроводов в горных условиях сопряжено с рядом трудностей, связанных с проложением трассы по сильно пересеченной местности, с чередованием пород разной прочности и деформируемости, а также с развитием физико-геологических процессов (оползни, обвалы, сели, лавины и т. п.). Эти условия ограничивают возможность применения механизированных методов строительства, затрудняют ведение строительных работ, а на уча­ стках развития склоновых движений создают опасность разруше­ ния трубопроводов. Поэтому строительство трубопроводов в гор­ ных условиях всегда связано с необходимостью не только приме­ нения большого числа искусственных сооружений, обеспечивающих переходы трубопровода через препятствия, но и ведения дополни­ тельных работ по укреплению и защите трубопроводов. Специфич­ ность и сложность инженерно-геологических условий строитель­ ства трубопроводов в горных условиях вызывают необходимость, разработки большего числа конкурирующих вариантов трассы.

При прокладке трубопроводов на участках пересечения желез­ ных и автомобильных дорог, каналов и других сооружений воз-

249