6.21.4 Прокладка стальных дюкеров через водные преграды

Перед прокладкой подводного трубопровода его сваривают. При этом сборку и сварку труб производят либо непосредственно на берегу (на стапе­ле), либо на плаву, причем трубопровод сваривают либо полностью, либо путем его наращивания при прокладке.

После сварки трубопровода дюкера его проверяют на прочность и герметичность гидравлическим испытанием. В целом же дюкеры испыты­вают трижды: предварительно на стапеле после сварки, в подводной тран­шее до ее засыпки и окончательно после засыпки подводной траншеи. Для увеличения срока службы подводных трубопроводов их защищают, грунту­ют и покрывают весьма усиленной трехслойной битумной изоляцией.

Для предохранения изоляции от повреждений трубопровод перед его укладкой в подводную траншею облицовывают и футеруют деревянными рейками. Футеровку устраивают как сплошную, так и с прозорами. Сплош­ную делают, когда трубопровод протаскивают по дну траншеи, а с прозора­ми - если трубопровод опускают при помощи плавучих кранов.

Процесс футерования трубопровода включает следующие операции: раскладку реек вдоль трубопровода; подготовку реечного ковра; обертыва­ния ковром трубы; предварительное, а затем окончательное закрепление фу­теровки проволокой-катанкой.

При прокладке подводных трубопроводов, обладающих в период экс­плуатации положительной плавучестью, их балластируют или утяжеляют чугунными и железобетонными грузами.

При подготовке подводного трубопровода к укладке устраивают спе­циальные спусковые дорожки, которые бывают грунтовые, рельсовые, вод­ные и роликовые или рольганговые. Грунтовые дорожки должны иметь ук­лон в сторону водоема или быть горизонтальными, иначе даже незначитель­ный обратный уклон создает большое дополнительное усилие при протас­кивании трубопровода. При песчаных грунтах протаскивать легче по сухому основанию, а при глинистых - по увлажненному.

Рельсовую узкоколейную дорожку устраивают при укладке подготов­ленного футерованного трубопровода на вагонетки. При спуске по ней тру­бопровода важной операцией является своевременный вывод из-под него вагонеток. Для этого в конце рельсовой дорожки устраивают приямок, в ко­торый сваливаются вагонетки. Водную спусковую дорожку делают в виде траншеи, заполненной водой. Роликовые или рольганговые дорожки состоят из ряда опор с роликами, расстояние между которыми принимают в зависимости от диаметра и массы трубопро­вода.

Существует много способов и схем укладки трубопроводов в подвод­ную траншею, однако наиболее часто применяют следующие: протаскива­ние по дну, погружение с поверхности воды (или со льда) трубопровода полной длины и погружение с поверхности воды с последовательным нара­щиванием секций трубопровода.

Протаскивание трубопроводов по дну (рис. 6.43, а) применяют при прокладке трубопроводов больших диаметров. Укладку выполняют в такой последовательности: монтаж трубопровода с нанесением изоляции, устрой­ством футеровки, оснащением его балластными грузами и понтонами; уст­ройство спусковой дорожки; укладка трубопровода на нее; устройство бере­говых опор и установка системы блоков для протаскивания трубопровода; прокладка по дну траншеи тягового троса; протаскивание трубопровода с помощью лебедки или трактора. Спусковую дорожку (рис. 6.43, г) устраи­вают в виде рельсовой узкоколейки шириной 750 мм с уклоном в сторону реки. Трубопровод по рельсовому пути спускают на тележках (рис. 6.43, д). Спусковые дорожки в виде канала или траншеи, заполняемых водой, приме­няют при пологом рельефе берега. Трубопровод с заглушками на концах скатывают в воду и транспортируют на плаву к месту укладки (рис. 6.43, е).

Основной тяговый трос прокладывают с плавучих средств по створу трубопровода и крепят его к передней заглушке плети. Свободный конец его крепят к барабану тяговой лебедки, расположенной на противоположном берегу. Для протаскивания трубопровода в качестве тяговых средств ис­пользуют также мощные тракторы, краны-трубоукладчики, бульдозеры, тягачи и др.

Для подбора типа и мощности тяговых средств определяют необхо­димое тяговое усилие Р, которое при протаскивании трубопровода (дюкера) по дну с троганием с места определяется по формуле

(6.14)

где к - коэффициент трогания с места, равный 1,5-2; М -масса трубопро­вода (дюкера), т; f— коэффициент трения скольжения.

В процессе протаскивания трубопровода возможны вынужденные остановки, и тогда тяговое усилие рассчитывают с учетом повторного трогания:

(6.15)

Рис. 6.43 – Схема протаскивания трубопровода дюкера по дну и детали устройства спусковых дорожек

а – схема протаскивания трубопровода, б – роликовая дорожка для спуска трубопровода, в – роликовая опора, г – рельсовая дорожка, д – тележка, е – организация спусковой дорожки в виде канала с водой; 1 - поплавки, 2 - трубоукладчик, 3 - трубопровод, 4 - канат, 5 - стационарные роликовые опоры, 6 - трактор (тягач), 7 - приямок, 8 - узкоколейные тележки, 9 - основание, 10, 11 - опорный и направляющий ролики, 12 - рельсовый путь, 13 - отводной путь, 14 -якорь, 15 - сварочные посты, 16 - лебедка, 17 - трубы, 18 - стапели (через 5 м), 19 - сплавной канал, 20 - бульдозер, 21 - утяжеляющие грузы, 22 - плавучие опоры (понтоны), 23 - экскаватор, 24 - водолазная станция, 25 - перемычка, 26 - катер, 27 - насосный опрессовочный агрегат

где р - сила удельного присоса трубопровода к грунту, т/м²; F - площадь опирания трубопровода на грунт, м².

Приближенно тяговое усилие на крюке трактора (тягача)

(6.16)

где М_сц- сцепная масса трактора (тягача), для гусеничных машин принима­ется М_сц = 0,9 их массы, а для тягачей и колесных тракторов М_сц = 0,75 -0,65;f₁ - коэффициент сцепления колес или гусениц с поверхностным по­кровом.

Для снижения величины тягового усилия применяют систему поли­спастов. Если условия рельефа берега препятствуют прямолинейному дви­жению тягачей, то на берегу по оси трубопровода устраивают неподвижную опору с системой блоков, позволяющую изменить направление их движе­ния. К хвостовому концу трубопровода крепят трос от тормозной лебедки, чтобы он произвольно не перемещался по инерции при остановках работ.

Укладку трубопроводов способом свободного погружения произ­водят в такой последовательности: спуск трубопровода на воду; буксировка к месту укладки; установка в створе перехода; опускание его на дно тран­шеи. Трубопровод, покрытый изоляцией и с приваренными по концам за­глушками, спускают с берега или со стапельных площадок на воду. Далее плети трубопровода буксируют методом сплава с помощью катеров. После установки и закрепления трубопровода точно в створе перехода в него зака­чивают воду и погружают на дно траншеи. При прокладывании этим спосо­бом трубопроводов большой протяженности их монтируют из отдельных плетей, которые на плаву соединяют в одну нитку, используя плавучую мон­тажную камеру и портальные плавучие опоры.

Укладка трубопроводов с плавучих опор используется при значи­тельной протяженности подводных трубопроводов, укладываемых на боль­шой глубине, когда способы протаскивания и свободного погружения не применимы. При этом в качестве плавучих опор используют плавучие кра­ны, баржи, понтоны, оборудованные якорными лебедками и лебедками для опускания трубопровода на дно водоема. Укладку осуществляют следую­щим образом. Смонтированный трубопровод после изоляции его и установ­ки заглушек перемещают с берегового стапеля и устанавливают на плаву па­раллельно берегу выше створа дюкера. Затем к трубопроводу подводят пла­вучие опоры, рассредотачивая их на расчетных расстояниях друг от друга, и крепят трубопровод с помощью стропов-полотенец и канатов к подъем­ным устройствам этих плавучих опор. К трубопроводу подводят также и крепят плавучие площадки, служащие для удержания трубопровода в ство­ре. После этого трубопровод с плавучими площадками и опорами с помо­щью буксирных катеров на плаву заводят в створ дюкера, забрасывая при этом якоря, используемые для удержания его в створе. В процессе укладки трубопровод заполняют водой и удерживают на подъемных устройствах плавучих опор, а затем равномерно опускают (стравливают) канаты опор, обеспечивая постепенное погружение трубопровода на дно траншеи. Трубопровод обычно начинают укладывать с опор, расположенных на участках с наибольшей глубиной. По мере опускания трубопровода на этих участках включаются в работу соседние опоры с таким расчетом, чтобы радиус кри­вой его изгиба не превышал допустимого.

Укладку способом последовательного наращивания применяют при прокладке подводных трубопроводов через широкие водные преграды. Наращивание плети производят двумя способами: в надводном положении и подводном. В первом случае плети наращивают на понтонах или специ­ально оборудованных судах, служащих монтажной площадкой. На них со­бирают и сваривают плети из заранее заготовленных, заизолированных и за­балластированных на берегу трубных секций. Для уменьшения возникаю­щих в трубопроводе напряжений их укладывают с помощью плавучих и ро­ликовых опор или отстропливаемых и перемещающихся вместе с баржей понтонов. В подводном положении наращивание осуществляют путем со­единения секций, уложенных на дно, водолазами, чаще всего на фланцах. Для предупреждения всплытия дюкеров их пригружают грузами, например, железобетонными в виде полумуфт или седлообразных грузов.

Укладку подводного трубопровода со льда осуществляют различ­ными способами. Зимой со льда трубопроводы укладывают с помощью опор и свободным погружением. Для прокладки трубопроводов по створу дюкера во льду дисковыми пилами прорезают сквозную прорубь (майну). Подготовленный трубопровод укладывают над майной на подкладки (леж­ни), проложенные поперек проруби. Затем устанавливают опоры (козлы) с талями, с помощью которых его опускают на дно. При способе свободного погружения трубопровода с заполнением водой его опускают без примене­ния опор и талей. Преимуществом прокладки дюкеров со льда является удобство работ, так как не требуются плавучие средства, что в целом уде­шевляет и ускоряет работы.

Гидравлическое испытание и засыпка подводных трубопрово­дов. Дюкеры испытывают в два этапа - сначала предварительное испыта­ние, а затем окончательное. Отличием здесь является только то, что предва­рительному испытанию дюкеры подвергаются дважды: на стапеле после сварки труб дюкера и на дне траншеи после проверки положения трубопро­вода в траншее, но до его засыпки. Окончательное испытание дюкера осу­ществляют после проверки правильности его укладки и засыпки уложенно­го трубопровода. Засыпку трубопровода в подводной траншее производят намывом грунта гидромониторами или с использованием грунта, привози­мого на баржах (с участием водолазов).