Иванов В.А., Кузьмин С.В. и др. Сооружение подводных переходов магистральных трубопроводов Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

100

При поверхностных скоростях течения в реке менее 0,8 м/с средние

на вертикалях скорости допускается определять расчетным путем по из-

вестным значениям среднего меженного расхода воды, соответствующего

ему уровня и глубин в поперечном сечении русла.

Продолжительность поступления донных наносов в траншею на ру-

словом участке со скоростями 0,5 м/с и больше для расчета запаса b

опре-

деляют в зависимости от технологической схемы разработки подводной

траншеи по двум возможным вариантам:

− отложение донных наносов в траншее за время ее разработки и

Последующей укладки трубопровода учитывают увеличением

ширины траншеи по дну с запасом, достаточным для сохранения

проектных отметок на оси укладки трубопровода; при этом вари-

анте дополнительная подчистка траншеи от наносов не преду-

сматривается.

− предусматривают подчистку траншеи от наносов, отложившихся

за время ее разработки, путем повторной проходки грунторазра-

батывающего снаряда вдоль траншеи непосредственно перед ук-

ладкой трубопровода; при этом варианте запас на заносимость

принимают существенно меньше, чем в первом.

Первый вариант применяют для подводных траншей, разрабатывае-

мых в грунтах I – II групп, при максимальном значении средних (на верти-

калях) скоростей по всей ширине русла менее 0,7 м/с, а также в тех случа-

ях, когда требуется увеличение ширины траншеи по дну сверх расчетной,

исходя из конструктивных особенностей земснаряда.

Вторым вариантом пользуются для подводных траншей, разрабаты-

ваемых в грунтах I – II групп, при максимальном значении средних (на

вертикалях) скоростей по всей ширине русла 0,7 м/с и более, а также для

траншей, разрабатываемых в грунтах III группы и выше, подстилающих

поверхностный слой донных наносов, не зависимо от скоростей течения.

Для расчета по обоим вариантам продолжительности занесения тран-

шеи ее в границах, требующих учета заносимости, разбивают зону на два

участка длиной L

и L

, разделяемых вертикалью, соответствующей макси-

мальному значению средней скорости или максимальной глубине (при ог-

раниченном числе измерений скорости). Если на нескольких вертикалях

средние скорости близки к максимальному значению, то границу между

участками принимают по той из указанных вертикалей, которая наиболее

удалена от крутого берегового склона. Участок меньшей длины L

прини-

мают за расчетный и разрабатывают последним [19].

101

При учете заносимости траншеи по первому варианту расчетную

продолжительность t для определения запаса ширины траншеи b

опреде-

ляют по формуле 3.5:

t +-=

(3.5)

При учете заносимости траншеи по второму варианту расчетную

продолжительность t определяют по формуле 3.6.

.25,0

t +-×=

(3.6)

В выражениях (3.5), (3,6) использованы обозначения:

– геометрический объем выемки грунта без учета заносимости и

запаса b

на участке длиной L

, м

; П

– среднесуточная производитель-

ность земснаряда при разработке траншеи, принимаемая для земснарядов

Министерства речного флота с учетом коэффициента использования по

времени и условий работы на переходе (м

/сут), для земснарядов ДГС-150

и УПГЭУ, при глубине разработки до 10 м согласно табл. 3.8.

Таблица. 3.8

Группа грунта I II III IV

Тип снаряда:

ДГС-150

УПГЭУ

170

580

120

500

110

450

310

При глубине разработки траншей более 10 м к этим значениям до-

бавляют понижающий коэффициент 1,1), м

/сут. t

– продолжительность

технологического перерыва после окончания разработки траншеи для вы-

полнения промерных работ, водолазного обследования траншеи и укладки

подводного трубопровода, принимают в зависимости от ширины перехода,

согласно табл. 3.9.

Рассмотренные выше рекомендации по технологической последова-

тельности разработки подводной траншеи сводятся, по существу, к предло-

жению разрабатывать в первую очередь участки подводной траншеи с

меньшей интенсивностью отложения донных наносов, а во вторую очередь

– с большей интенсивностью.

102

Таблица 3.9

Ширина русло-

вой части пе-

рехода, м

50 –

100

100 –

200

200 –

300

300 –

400

400 –

500

500 –

1000

, сут 1 2 3 3,5 4 5 – 7

Эти рекомендации являются обоснованными для траншей с постоян-

ными по длине геометрическими размерами поперечного сечения и инже-

нерно-геологическими характеристиками грунтов. В этом случае участки

одинаковой длины разрабатываются земснарядом практически с одинако-

выми затратами времени и объемы донных наносов, поступающих в тран-

шею на этих участках в процессе разработки, пропорциональны интенсив-

ности отложения донных наносов.

3.2.1. Разработка подводных траншей земснарядами

и гидромониторами

Любой способ разработки подводного грунта предусматривает рабо-

чее перемещение земснарядов по прорези траншейным или папильонаж-

ным способом. При использовании траншейного способа земснаряд двига-

ется вдоль разрабатываемой прорези; после продвижения на определенное

расстояние вперед он возвращается назад в исходное положение, переме-

щается в сторону и разрабатывает следующую параллельную выемку (рис.

3.6, 3.7). Этот способ применяют при наличии достаточных для перемеще-

ния земснаряда глубин. При папильонажном способе земснаряд перемеща-

ется поперек траншеи с постепенными подачами вперед.

В зависимости от конкретных условий работы применяются следую-

щие виды папильонирования:

− параллельный;

− крестовый;

− веерный;

− багермейстерский.

Траншейный способ применяют на несвязных, легко осыпающихся

песчаных грунтах, при ширине траншеи по дну более 5 м и глубинах, дос-

таточных для перемещения не только земснаряда, но и обслуживающих

его судов. Папильонажные способы применяют для разработки траншеи в

песчаных грунтах, если ширина траншеи по дну превышает 5 м, а также в

связных и малоосыпающихся грунтах.

Параллельный папильонаж заключается в том, что снаряд перемеща-

ется от бровки к бровке траншеи параллельно ее оси (рис. 3.8, а, 3.9, а).

103

Этот способ применяется в тех случаях, когда глубина на кромках траншеи

и за ее бровками на расстоянии полуширины корпусов снаряда больше

осадки земснаряда. При небольшой осадке земснаряда этот способ наибо-

лее целесообразен. Для работы способом параллельного папильонажа вы-

ставляют осевой и два боковых створа, ограничивающих крайние положе-

ния перемещений земснаряда в пределах ширины разрабатываемой карты

грунта. В процессе перемещений земснаряда контролируют азимут по на-

правлению продольной оси судна, который должен совпадать с азимутом

по линии створа и крайними положениями земснаряда [7].

Крестовый папильонаж заключается в перемещении земснаряда (рис.

3.8, в) таким образом, чтобы передняя часть земснаряда перемещалась у

одной кромки траншеи, а задняя – у противоположной. Крестовый папиль-

онаж применяется в том случае, когда глубина на бровке траншеи меньше

осадки земснаряда. Использование крестового папильонажа требует специ-

альных приспособлений для правильной ориентации корпуса снаряда и ра-

мы с рабочим органом относительно оси траншеи. При разработке тран-

шеи этим способом необходимо, чтобы центр вращения снаряда не сме-

щался со створа. Это условие усложняет применение крестового папильо-

нажа, и поэтому он используется в исключительных случаях.

Минимальная ширина траншеи, которая может разрабатываться кре-

стовым папильонажем, равна

где l – вылет телескопической трубы или сосуна за пределы корпуса

земснаряда; L – длина корпуса земснаряда; α – предельный угол разворота

земснаряда, исключающий выход корпуса за кромку,

здесь b

– ширина корпуса земснаряда.

Веерный папильонаж основан на том, что корма снаряда во время па-

пильонирования удерживается на месте, а нос его перемещается от бровки

к бровке (см. рис. 3.7, б). Веерный папильонаж применяется в случае, ко-

гда глубина на кромках прорези меньше осадки снаряда. Ширина прорези

по дну при этом обычно должна быть более 2 м. Для работы способом ве-

ерного папильонажа выставляется осевой створ.

,sin)(

LlB

(3.7)

arctg

(3.8)

104

Рис. 3.6. Схема траншейного способа работы земснаряда

в плане (а) и в поперечном сечении (б):

1 – дно реки; 2 – проектные отметки дна траншеи; 3 – земснаряд;

I – IV – переходы земснаряда

В процессе перемещений земснаряда для обеспечения разработки

траншеи необходимой ширины контролируют положение в створе фикси-

рованной точки на корме судна и угол между продольной осью судна и

створом, максимальное значение которого не должно превышать расчетно-

го значения, определяемого по формуле 3.9:

где b

– ширина разрабатываемой карты грунта, равная ширине тран-

шеи на рабочей отметке; l

– длина части грунторазрабатывающей рамы,

расположенной ниже уровня воды; Н

– глубина грунтозабора.

ГГ

lН

arctg

(3.9)

105

Рис. 3.7. Схема разработки грунта траншейным способом

а – схема движения; б – положение земснаряда; 1 – 10 – траншеи; 11 – кромка

траншеи; 12 – земснаряд; I – III – положения земснаряда

Для повышения точности установки земснаряда по осевому створу

становые якоря перекладывают при хорошей видимости створных знаков.

При определении глубины грунтозабора в месте забоя необходимо знать

точное местоположение грунторазрабатывающего органа, которое не сов-

106

падает с местоположением фиксированной точки земснаряда, относитель-

но которой производят и измерения, и привязку расстояний к проектному

профилю.

Отклонения фактических координат грунтозаборного устройства от-

носительно точки измерения на палубе земснаряда могут быть учтены вве-

дением поправок Δх, Δу, определяемых по формулам 3.10 и 3.11:

где l

– расстояние по горизонтали от точки наблюдения до шарнир-

ной опоры рамы: Z – измеренная глубина погружения грунторазрабаты-

вающего устройства от уровня воды; h

– разность отметок оси шарнирной

опоры рамы земснаряда и воды; α – угол разворота оси земснаряда относи-

тельно проектного створа; L

– длина рамы земснаряда от шарнирной опо-

ры до крайней точки грунтозаборного устройства.

Координату х точки наблюдения определяют с помощью дальномера

и указателя троса становой лебедки, глубину Z измеряют с помощью инди-

катора глубины или эхолота. На некоторых земснарядах имеется система

контроля заданного угла папильонирования α.

Багермейстерский папильонаж состоит в том, что снаряд перемеща-

ется от бровки к бровке прорези так, что его продольная ось составляет не-

который угол с осью прорези (рис. 3.8, г, 3.9, б). Он может применяться

только при условии, что глубины на кромках прорези не ограничивают

движение снаряда.

Траншейный и папильонажный способы перемещения земснарядов

осуществляются при помощи рабочих тросов, один конец которых удержи-

вается якорями-анкерами, а другой – закрепляется на папильонажных ле-

бедках земснарядов. Число и расположение якорей должны обеспечивать

возможность легкого перемещения земснаряда по всей площади прорези с

минимальными затратами времени на перекладку якорей. Для перемеще-

ния земснаряда вдоль прорези и для восприятия продольных сил, дейст-

вующих на снаряд в процессе разработки грунта, укладывается передний

рабочий трос, конец которого крепится к якорю или анкеру. Длина рабоче-

го троса должна быть такой, чтобы он не создавал усилий, вырывающих

якорь из грунта, и обеспечивал минимальное число перекладок в процессе

разработки грунта. Обычно длина вытравливаемого троса должна быть не

менее расстояния, равного утроенной ширине траншеи, а конец троса, при-

мыкающий к якорю, должен лежать на грунте [9].

,cos))((

hZLlx

+-+=D

(3.10)

xtgy

(3.11)

107

Рис. 3.8. Папильонажные способы разработки подводной траншеи

а – параллельный; б – веерный; в – крестовый; г – багермейстерский;

1 – земснаряд; 2 – становые тросы; 3 – папильонажные тросы; 4 – якоря;

5 – бровки траншеи; I – IV – положения земснаряда при разработке грунта

108

Рис. 3.9. Схемы разработки подводных траншей папильонированием

а – параллельный способ; б – багермейстерский способ; 1 – земснаряд; 2 – кромка

траншеи; 3 – 8 – папильонажные ленты; I – III – положения земснаряда

Для перемещения земснаряда поперек прорези и предотвращения его

сноса со створа течением и ветром с носа и кормы земснаряда закладыва-

ются боковые тросы с якорями. Расстояния, на которые закладываются бо-

ковые якоря, зависят от условий работы и, в первую очередь, от забровоч-

ного рельефа дна. При нормальных условиях эти расстояния должны быть

достаточно большими. Угол опережения и отставания передних тросов за-

висит от условий производства работ и колеблется в пределах 15 – 30° , а

для задних (кормовых) тросов – 15 – 45°.

109

Для обеспечения нормальных условий работы земснарядов имеет

значение правильный выбор типа и размера якоря. Якоря с недостаточной

удерживающей силой будут «ползти» и не обеспечат нормальных рабочих

перемещений; излишне тяжелые якоря увеличивают затраты на их извле-

чение и перекладку.

Завозка, подъем и перекладка якорей производятся на специально

оборудованных завознях или приспособленных для этих целей других

плавсредствах. При значительных скоростях течения, когда установить

земснаряд поперек течения невозможно, так как снаряд сильно кренится и

его не удерживают якоря, разработку подводных траншей производят кар-

тами (рис. 3.10). При разработке грунта картами границы карты на воде

обозначаются буями, устанавливаемыми с земснаряда. Для установки

верхней и нижней грани карты на берегах выставляются дополнительные

створы. Расстояния от оси до дополнительного створа определяются для

каждой карты отдельно. Ширина карты а в плане зависит от длины стано-

вого тpoca L и проектной ширины траншеи по дну b и принимают следую-

щим согласно табл. 3.10.

Таблица 3.10

Длина станового троса L, м 50 100

200

300

400

500

Ширина карты а (в м) при ширине тран-

шеи b, м:

Разработка подводной траншеи производится в следующем порядке:

− передний становой якорь размещают в створе укладки становых

якорей у буя, соответствующего разрабатываемой карте;

− земснаряд устанавливают на линии нижнего дополнительного

створа у правой или левой границы створа;

− земснаряд при помощи папильонажных тросов, передвигаясь от

левой границы к правой и ориентируясь на буи соседней карты,

производит разработку карты подводной траншеи; при достиже-

нии границы карты земснаряд делает передвижку поста.