Сооружение подводных трубопроводов
..pdfвид; 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
чивает возможность их расстановки |
вдоль спусковой дорожки |
на расстоянии друг от друга, равном |
10-12 м. |
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
участке определяют по формуле: |
|
Ь - bi + Ъг + |
(4.1) |
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
ловом |
участках, |
коэффициентов трения при |
протаскивании, |
|||
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.3 |
Тип |
Масса |
|
Максимальное тяговое |
Канатоем- |
Диаметр тяго |
|
лебедки, |
т |
усилие, |
кН |
кость, м |
вого троса, мм |
|
лебедки |
|
|
без |
с блоком |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
блока |
|
|
|
ЛП1А |
45,5 |
|
720 |
1440 |
1600 |
39 |
ЛП151 |
40 |
|
1500 |
3000 |
500 |
60,5 |
ЛП301 |
39,5 |
|
1500 |
3000 |
1000 |
60,5 |
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
трения |
при движении плети трубопровода на береговом |
участке |
(спусковой дорожке), на подводном участке, а также |
на преодоление силы трения троса на подводном участке, |
|
Т > Тх + Т2 + 7з, |
|
ще Т\ |
сила трения на береговом участке, зависящая от |
конструкции спусковой дорожки, коэффициента трения и веса трубопровода; Т2 сила трения трубопровода о грунт на под водном участке, зависящая от веса трубопровода под водой
(отрицательной плавучести) и коэффициента трения; |
7з сила |
|
трения |
троса о грунт. |
следова |
Для |
уменьшения расчетных тяговых усилий и, |
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,
монтируемых |
на берегу, используют весовые характеристики |
|
труб. |
установкой тяговой лебедки: |
|
Перед |
||
готовят гравийное основание для тяговой лебедки в ст^®Р® |
||
перехода |
на |
расстоянии 20-25 м от начала берегового уреза; |
Рис. 4.13. Схема якорення тяговой лебедки:
I |
якорь; 2 - шпалы; |
3 |
канатная |
вставка; 4 |
Q*- « |
* |
5 |
^нат\ |
6 - |
ручная лебедка; 7 |
динамометр; 8 |
- сжимы |
иооим* |
Блоков; |
|
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:
Кран-трубоукладчик ТГ 502 |
1 |
Бульдозр типа Д318 на базе трактора Т100ПГМ. |
1 |
Трамбовка ручная электрическая ИЭ4502 |
1 |
Агрегат бензоэлектрический АБ-40/230М1 |
1 |
Обслуживающее звено включает 5 исполнителей: |
1 |
машинист лебедки |
|
помощник машиниста лебедки |
1 |
машинист бульдозера |
1 |
трубоукладчик |
2 |
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
участке перехода; на береговой стационарной |
базе, удаленной |
от перехода; на плавучей базе); |
климатических |
гидроморфологических, топографических и |
условий района перехода (ширины зеркала воды, глубины русла,
водного и ледового режимов, рельефа |
береговых |
участков |
и т.д.); |
. (диаметра |
трубы, |
конструкции подводного трубопровода |
конструкции и веса балластной пригрузки, радиусов упругого изгиба трубопровода в вертикальной плоскости);
судоходства в месте перехода; наличия специального оборудования для укладки трубопро
вода |
(тяговых и плавучих средств, спусковых дорожек, понто |
нов |
и т.д.). |
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;
3. |
Опускание |
трубопровода |
способом |
свободного |
погружения |
с монтажом его в створе перехода; |
свободного |
погружения |
|||
4. |
Опускание |
трубопровода |
способом |
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
бопровода; рв * плотность воды; |
v - |
средняя |
скорость потока |
воды, набегающего на трубу; g |
- |
ускорение |
свободного па |
дения. |
|
|
|
Для рассматриваемого случая число Рейнольдса может быть найдено по формуле:
Re -
ще v - кинематическая вязкость воды.
Практически для шероховатых (футерованных и обетониро
ванных) |
трубопроводов |
рекомендуется |
принимать |
Сх - |
1,2 |
и С - |
0,6 при Re - |
10*105и С « 1 |
и С - 0,6 |
при |
Re ■ |
- ю5- |
ют |
|
|
|
|
Расчет тягового усилия, необходимого для протаскивания трубопровода по спусковой дорожке и дну подводной траншеи
при |
строительстве крупного перехода целесообразно выполнять |
на |
нескольких этапах. Расчет предварительного характера |
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
ка дюкера длиной L по дну подводной траншеи, можно найти по формуле
п
T'i ■ к*к$кб& 21 lftg<p. |
(4.5) |
ще кн - коэффициент, учитывающий неровности (перегибы) дна траншеи в прибрежной и подводных частях (кн =* 1,1); кф - коэффициент пассивного отпора футеровочного покрытия трубо провода (кф - 1,05); кб - коэффициент пассивного отпора одиночных балластных грузов (кв - 1,15); go - отрицательная плавучесть единицы длины трубопровода; I. - длина отдельного
участка с постоянными свойствами грунтов; п - число участков
( Z L - |
L); <р |
угол внутреннего трения грунта на i-ом |
г-1 1 |
1 |
|
участке (для песка tg^fM),6, для супеси tg^p=0,5, для суглинка tg^MM, для глины tg<H),3).
Усилие, необходимое для трогания участка дюкера с места
Га |
- |
+ Р* + Ее + Е* + £ п] , |
(4.6) |
ще |
кн |
коэффициент инерции; Р д |
дополнительное усилие, |
обусловленное сцеплением грунта; Ев - пассивный отпор оди ночных балластных грузов; Еф - пассивный отпор футеровочно го покрытия; Еп - дополнительное усилие для преодоления си
лы |
присоса. |
|
|
|
Коэффициент инерции может быть найден по формуле: |
|
|
кн ш 1 + 0,018v, |
(4.7) |
||
ще v - скорость протаскивания. |
|
||
|
Дополнительное усилие, обусловленное сцеплением грунта |
||
Рд |
- L a c', |
(4.8) |
|
ще |
а |
длина части окружности, врезающейся в грунт; |
с7 |
восстанавливающаяся часть сцепления при скольжении трубо
провода по грунту, ориентировочно равная |
10% от структур |
ного сцепления грунта. |
|
Пассивный отпор балластных грузов |
|
Ее - N Esu |
(4.9) |
ще N - число грузов; Еы - пассивный отпор одного груза. Пассивный отпор футеровочного покрытия
Еф - |
(L |
- ЛГ»£фЬ |
(4.10) |
ще |
Ъ |
длина балластного груза; £ф1 |
пассивный отпор фу |
теровочного покрытия на единице длины трубопровода. Дополнительное усилие для преодоления силы присоса
Е п - ЬаЕпи |
(4.11) |