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

Подождите немного. Документ загружается.

120

Технологический процесс разработки подводных траншей канатно-

скреперным оборудованием КСО-232 и КСО-1221 включает следующие

операции:

− транспортировку ковша к месту забора грунта;

− забор грунта скреперным ковшом с транспортированием его к

месту выгрузки;

− выгрузку грунта из ковша в отвал; перемещение грунта из отвала

бульдозером по мере накопления грунта после 7 рабочих циклов.

Работа скреперной установки осуществляется при определенных ре-

жимах скоростей:

− набор грунта и перемещение наполненного ковша – на первой

скорости, равной 0,6 – 1,5 м/с;

− разгрузка и перемещение порожнего ковша – на второй скорости,

равной 1,2 – 3 м/с.

При заборе грунта рабочий канат, закрепленный в передней части

ковша, наматываясь на барабан, перемещает ковш с грунтом к лебедке.

Для разгрузки ковша ему дают задний ход. При этом холостой канат, за-

крепленный к задней стенке ковша, проходя через блок, перемещает его.

Ковш, вращаясь на шарнире, открывается, освобождается от грунта и в

раскрытом состоянии делает холостой ход. Во время рабочего хода ковш

аналогично закрывается, и начинается рабочий цикл. В передней части

ковша установлен упор для того, чтобы валик грунта при заполнении ков-

ша давил на упор и приподнимал ковш, выводя нож из зацепления с грун-

том. Отвал разработанного грунта около лебедки перемещается бульдозе-

ром.

Для более эффективного использования скреперного ковша при уст-

ройстве подводной траншеи работы выполняют ступенчатым способом по

участкам длиной 20 – 25 м, начиная с берега, с таким расчетом, чтобы

ковш при определенной толщине стружки и данной длине скреперирова-

ния полностью заполнялся без потерь грунта.

Технологический процесс разработки подводного грунта канатно-

скреперными установками с использованием двухбарабанной или двух-

однобарабанных лебедок несколько отличается от процесса с применением

канатно-скреперного оборудования КСО-232, КСО-1221. В этом случае ра-

боты производятся одним или двумя спаренными ковшами обычной конст-

рукции, причем разработка подводного грунта ведется по всей длине тран-

шеи.

В случаях, когда скорость течения реки значительна, во избежание

значительных донных заносов, что может затруднить разработку траншеи,

вначале производят работы в прибрежных зонах, а затем ведут их в русле

реки равномерно и послойно по всей ширине. Работы по устранению опро-

121

кидываний ковша, обрывов тросов выполняются дежурной водолазной

станцией. Величину переуглубления при производстве работ канатно-скре-

перными установками принимают обычно в пределах 0,1 – 1,15м.

На реках небольшой глубины разработка русловой траншеи может

осуществляться экскаватором, установленным на плавучей площадке, а

при ширине реки до 60 м русловый участок траншеи может разрабатывать-

ся двумя экскаваторами-драглайнами со сцепленными ковшами

(рис. 3.11, а).

3.2.4. Разработка береговых и приурезных траншей

Земляные работы на береговых и приурезных участках подводных

переходов могут включать [7,8]:

− рыхление при необходимости тяжелого глинистого, скального

или мерзлого грунта;

− срезку крутых береговых склонов с транспортировкой грунта в

сторону от створа перехода;

− разработку приурезной траншеи до проектного профиля, а также,

при необходимости, спусковой, заполняемой водой, береговой

траншеи;

− устройство водоотводных канав или глиняных перемычек, пре-

дотвращающих сток воды по траншее в русло;

− засыпку уложенного трубопровода на береговых участках.

Конкретный набор работ зависит от категории грунтов, рельефа ме-

стности, сезона строительства, а также способов прокладки трубопровода.

Схема организации работ при комплексной разработке подводной,

береговой и приурезной траншей с использованием двух бульдозеров, экс-

каватора и земснаряда приведена на рис. 3.12., при этом плодородный

слой почвы должен срезаться бульдозером на ширину раскрытия траншеи

и перемещаться в отдельный отвал. Расстояние от подошвы отвала плодо-

родного слоя грунта до подошвы отвала минерального грунта должно быть

не менее 3 м. Размеры отвалов должны определяться с учетом коэффици-

ента рыхления грунта.

Верхние слои грунта в береговой и приурезной траншеях разрабаты-

ваются мощным бульдозером, например марки Д355А, на глубину до отме-

ток, содержащих увлажненный грунт. Разработка грунта осуществляется

способом параллельных проходок с перемещением его в обе стороны на

расстояние до 100 м. Грунт перемещается с подъемом до 10 м в отвалы на

бровках траншеи.

При достижении установленной отметки бульдозер перебазируется

на другой берег реки, устанавливается одноковшовый экскаватор, напри-

122

мер марки НД1500, в комплексе с бульдозером меньшей мощности. При

совместной работе бульдозера и экскаватора, бульдозером производится

перемещение разработанного грунта на расстояние до 60 м от экскаватора

в отвалы на бровках траншеи.

Экскаватором разрабатываются мокрые грунты выше и ниже средне-

го рабочего горизонта воды в реке. При достижении отметки дна траншеи,

при которой разработка грунта из-под воды экскаватором становится по

производительности практически нецелесообразной, дальнейшую разра-

ботку ведут земснарядом. Глубина разработки траншеи экскаватором из-

под воды зависит от грунта и составляет обычно 2 – 3 м.

При помощи земснаряда, например типа ТЗР151, разрабатывается

траншея на прибрежных участках и в русле реки глубиной до 10 м. При

разработке подводного грунта образующаяся траншея имеет вначале кру-

тые откосы, постепенно осыпающиеся на ее основание.

Значительные сложности возникают при устройстве береговых тран-

шей в мерзлых грунтах при отрицательных температурах воздуха. Глубина

траншей может достигать 5 – 6 м. Чтобы облегчить выполнение работ,

грунт на участке береговой траншеи предохраняют от промерзания. При

большой протяженности береговых траншей целесообразно предохранить

грунт от промерзания путем его разрыхления осенью, до заморозков. Если

рытье траншеи намечено на первую треть зимы, рыхление выполняется на

глубину 35 – 40 см с перекрытием ходов на 0,2 – 0,3 м на полосе шириной

на 1 м более ширины траншеи. Если рытье траншеи намечено на вторую

треть зимы, рыхление грунта выполняют на глубину не менее максималь-

ного промерзания.

Выпавший снег является хорошим теплоизолирующим материалом,

предохраняющим грунт от глубокого промерзания. В траншеях со значи-

тельной шириной снегозадержание выполняют установкой щитов. Воз-

можным является использование других теплоизолирующих материалов,

например древесных отходов (опилок).

Глубина промерзания неутепленного грунта может быть определена

по формуле 3.13.

ТП

hh =

(3.13)

где h

– максимальная глубина промерзания грунта для данной мест-

ности, определяемая по данным метеорологических станций; R

, R

– сум-

ма среднесуточных отрицательных температур воздуха с момента появле-

ния льда, соответственно за рассматриваемый и весь зимний период.

123

Рис. 3.12. Схема комплексной разработки подводной,

приурезной и береговой траншей

а – размещение механизмов; б – поперечное сечение траншеи;

1 – кромка траншеи; 2 – береговой урез; 3 – берег; 4 – отвал грунта;

5 – ось траншеи; 6 – экскаватор; 7, 10 – бульдозеры; 8 – земснаряд; 9 – река;

11 – грунт, разрабатываемый бульдозером; 12 – грунт, разрабатываемый

экскаватором в комплексе с бульдозером; 13 – грунт, разрабатываемый

земснарядом; 14 – зеркало воды; 15 – профиль дна траншеи

Необходимая толщина теплоизолирующего слоя может быть найдена

по формуле 3.14.

(3.14)

где h

– глубина промерзания за определенное число градусо-дней;

– коэффициент, учитывающий вид грунта и утепляющего материала,

принимаемый по таблице. 3.14.

124

Таблица 3.14

Значение К

в зависимости от вида утеплителя

Вид утепляемого

грунта

рыхлый снег слежав-

шийся

снег

разрых-

ленный

грунт

торфя-

ная ме-

лочь

Песчаный

Супесчаный

Суглинистый

Глинистый

3,5

2,5

1,4

1,3

1,2

2,8

2,7

2,3

1,9

Рытье траншей в мерзлых грунтах на береговых участках может

быть выполнено с помощью роторных экскаваторов. Предварительное

рыхление прочных мерзлых грунтов может быть осуществлено механиче-

ским или буровзрывным способом. При рытье береговых траншей одно-

ковшовым экскаватором предварительное рыхление мерзлого грунта необ-

ходимо осуществлять при толщине мерзлоты более 0,4 м.

Механическое рыхление может выполняться тракторным рыхлите-

лем или экскаватором, оборудованным клин-бабой.

При помощи земснарядов верхний слой грунта снимают на глубину

ниже горизонта воды, чтобы предотвратить промерзание грунта в забое

земснаряда. Надводные забои сильно усложняют производство работ, так

как мерзлый грунт образует козырьки, закрывающие забой при своем об-

рушении. Практика показала, что гидромонитором мерзлый грунт размы-

вается исключительно медленно, фрезы земснаряда не способны разраба-

тывать мерзлые глыбы козырьков, оттаивают же они исключительно мед-

ленно [7].

3.2.5. Засыпка грунтом трубопроводов,

уложенных в подводные траншеи

Трубопроводы, уложенные в траншеи, засыпаются грунтом до про-

ектных отметок, назначаемых с учетом предохранения трубопроводов от

всякого рода механических воздействий для создания таких русловых ус-

ловий, которые предшествовали строительству подводного перехода. Уло-

женный на дно траншеи и испытанный трубопровод перед засыпкой дол-

жен быть осмотрен водолазом. В процессе водолазного обследования уста-

навливаются:

− местные подмывы, провисания и сдвиги трубопровода от оси

трассы, а также его отклонения от проектных отметок;

− нарушения антикоррозийной изоляции и футеровки;

125

− правильность положения балластных грузов на трубопроводе.

В местах обнаруженных дефектов устанавливаются буйки и прини-

маются меры по ликвидации этих дефектов. В тех местах, где трубопровод

неплотно прилегает к грунту, делается его подбивка песком или гравием,

как правило, при помощи гидромонитора, так, чтобы все пустоты под тру-

бопроводом были полностью заполнены. Засыпать трубопроводы разреша-

ется после устранения всех дефектов и проверки соответствия отметок

верха трубопровода проектным. Превышение фактических отметок трубо-

провода не должно быть больше 10 см.

Подводные траншеи после укладки трубопровода засыпают до отме-

ток, предусмотренных проектом. Толщина слоя грунта над трубопроводом

должна быть не менее проектной или превышать проектную не более чем

на 20 см. Засыпка траншей может производиться плавучими земснарядами,

гидромониторными установками, а в случае отсутствия подводных резер-

вов грунта – с шаланд, барж-площадок. Если разработка подводной тран-

шеи выполнялась экскаватором, установленным на понтоне, то и засыпка

может выполняться этим же механизмом. В зимнее время при достаточной

прочности льда доставка грунта с берега к месту засыпки может произво-

диться автотранспортом.

Способ засыпки траншей выбирают в зависимости от производства

работ в зимний или летний период, ширины траншеи, глубины воды, ско-

ростей течения и объемов работ. Если физико-механические свойства ме-

стного грунта не позволяют использовать его для засыпки траншеи, то

применяют привозной грунт или гравий.

Засыпка нижней по течению нитки на русловом участке перехода

выполняется одновременно с разработкой траншеи верхней нитки, если:

− физико-механические свойства грунтов приемлемы;

− разработка траншей осуществляется землесосными или землечер-

пальными снарядами;

− имеется возможность в течение одной навигации последователь-

но разработать две траншеи и уложить в них трубопроводы.

При определении объемов засыпки подводных траншей геометриче-

ский объем по проектным профилям увеличивают на объем грунта, уноси-

мого течением за пределы траншеи при ее засыпке, и уменьшают на объем

донных наносов, поступающих в траншею.

Перед началом работ по засыпке траншей с транспортировкой грунта

на шаландах или баржах выполняют следующие работы:

− обозначают буйками место отсыпки (ось трубопровода);

− подсчитывают объем грунта, необходимый для засыпки траншей

с учетом потерь, особенно при наличии течения;

126

− заготавливают грунт и оборудуют место для погрузки его на бар-

жи, если погрузка не будет производиться с причала.

Загрузка шаланд или барж производится из резервов на берегу экс-

каваторами или грейферными кранами. Загрузка производится равномерно

по всей площади во избежание опасного крена. Для обеспечения непре-

рывности работы транспортировку грунта производят обычно не менее

чем двумя баржами. Буксировка производится буксирными катерами.

При засыпке траншей любым способом должны приниматься меры

по уменьшению потерь грунта от сноса течением. В этих целях засыпка

должна производиться по трубам и лоткам, концы которых опускаются не-

посредственно к трубопроводу. Если засыпка производится грейферным

краном, то ковш для разгрузки опускается под воду на максимально воз-

можную глубину. Правильность засыпки трубопровода грунтом периоди-

чески проверяется футштоком или при помощи водолаза. При необходи-

мости поверхность засыпки планируется при помощи струи гидромонито-

ра.

Для засыпки грунтом подводных траншей с несамоходной баржи ис-

пользуется плавучий кран с грейферным ковшом. Плавучий грейферный

кран устанавливается у верхней по течению бровки траншеи с расчетом

использования полного вылета стрелы по ширине траншеи и разгрузки

баржи с одной стоянки. Наиболее рациональными схемами являются та-

кие, при которых требуется наименьшее число заброшенных якорей и пе-

рестановок плавкрана по длине траншеи.

3.3. СВАРОЧНО-МОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ

На строительстве ПП МН применяют те же методы сварки, что и

на суше [2].

До начала сварочно-монтажных работ необходимо получить сле-

дующую документацию:

− сертификаты и паспорта на трубы и сварочные материалы;

− список сварщиков;

− заключение о результатах механических испытаний допускных

контрольных сварных соединений;

− журнал регистрации результатов механических испытаний, до-

пускных и контрольных стыков.

Сварочно-монтажные работы в зависимости от их объемов выполня-

ют в несколько этапов: поворотная сварка труб в секции из трех труб на

стенде; сварка секций труб в плеть; сварка плетей в нитку трубопровода.

Поворотная сварка труб выполняется с применением сварочного по-

луавтомата, а при малых объемах сварочных работ вручную. При строи-

тельстве переходов значительной протяженности сварку отдельных труб в

127

трехтрубные секции выполняют на специальном стенде, состоящем из трех

линий.

При полуавтоматической сварке труб на стенде работы ведутся сле-

дующим образом:

− на первой линии – сборка стыка при помощи внутреннего центра-

тора, подогрев стыка и ручная сварка корневого шва;

− на второй линии – ручная подварка корня шва изнутри трубы;

− на третьей линии – автоматическая сварка под слоем флюса ос-

тальных слоев.

При ручной поворотной сварке работы выполняются следующим об-

разом:

− на первой линии – сборка стыка при помощи внутреннего центра-

тора, подогрев стыка, сварка первого и второго слоев;

− на второй линии – подварка корня шва изнутри трубы по всему

периметру;

− на третьей линии – сварка третьего и четвертого слоев.

Плети люкера небольшой протяженности до 300 м обычно сварива-

ют из одиночных труб последовательным наращиванием (рис. 3.13). Рабо-

ты по сборке и сварке труб диаметром 1220 мм с толщиной стенки 20 мм

выполняет бригада в составе 8 человек: машинист трубоукладчика; элек-

тросварщик; машинист электросварочного агрегата; машинист бульдозера;

монтажник. Производительность труда в смену составляет 35 м.

Рис. 3.13. Схема сборки и сварки труб в плети

1 – инвентарная лежка; 2 – трубоукладчик; 3 – штанга центратора; 4 – труба;

5 – внутренний центратор; 6 – энергопоезд; С

, С

– рабочие места электросварщиков;

– Т

– рабочие места монтажников; М – рабочее место машиниста энергопоезда

128

Для выполнения сварки корня шва сварщики располагаются по обе

стороны от оси трубы. При использовании электродов с основным видом

покрытия сварку корневого слоя шва начинают с потолочного положения

способом "на подъем". При использовании электродов с целлюлозным по-

крытием с нижнего положения способом "на спуск". При атмосферных

осадках и ветре сварочные работы должны производиться под инвентар-

ным укрытием. При сварке верхней части стыка используются переносные

лестницы-стремянки.

В процессе сборки и сварки стыков сварщиками и мастером или про-

рабом осуществляется операционный контроль. После сварки очередного

стыка сварщики должны очистить шов от шлака, окалины, брызг наплав-

ленного металла и предъявить его для визуального контроля и приемки

мастеру или прорабу. Все стыки должны быть также подвергнуты контро-

лю гамма или рентгеновскими лучами. При сварке трубопровода сварные

стыки подвергаются:

− операционному контролю в процессе сборки и сварки;

− внешнему осмотру и замеру параметров сварных соединений;

− 100%-му контролю гамма и рентгеновскими лучами.

3.4. ОЧИСТКА ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ТРУБОПРОВОДА

Чистота полости трубопроводов должна обеспечиваться на всех эта-

пах работы с трубой: транспортировке, погрузке, разгрузке, развозке и

раскладке секций, сварке секций в нитку и укладке. Это достигается за

счет установки временной инвентарной заглушки, а также путем про-

мывки, продувки или протягивания очистного устройства [3].

Закачку воды в трубопровод для промывки и испытания осуществ-

ляют через фильтры, исключающие попадание в полость трубопровода

песка, ила, торфа или посторонних предметов из водоема.

Промывка осуществляется одним из следующих способов:

− с пропуском очистного или разделительного устройства;

− без пропуска очистного или разделительного устройства.

Промывку с пропуском очистного или разделительного устройства

выполняют на трубопроводах диаметром 219 мм и более, а промывку без

пропуска очистного и разделительного устройства на трубопроводах диа-

метром менее 219 мм, а также на трубопроводах любого диаметра при нали-

чии крутоизогнутых вставок радиусом менее пяти диаметров трубопровода

или при длине очищаемого участка менее 1 км.

129

Полость трубопроводов диаметром 219 мм и более очищается промывкой

с пропуском поршня-разделителя в процессе заполнения водой для проведе-

ния первого этапа гидравлического испытания.

3.5. ИСПЫТАНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ И ПРОВЕРКА

НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

Гидравлическое испытание проводится с целью проверки трубопро-

вода на прочность и герметичность. В соответствии с требованиями

СНиП III-42-80 испытания трубопроводов подводных переходов газо-

проводов, нефтепроводов и продуктопроводов через водные преграды и

прилегающие прибрежные участки должны производиться в три этапа [9].

Первый этап – после сварки на строительно-монтажной площадке

или стапеле, но до изоляции участков, укладываемых с помощью подвод-

но-технических средств. Испытание производится только гидравлическим

способом. Давление при испытании на прочность должно быть равно га-

рантированному трубным заводом испытательному давлению без учета

осевого подпора, продолжительность испытания – 6 ч. Давление при испы-

тании на герметичность должно быть равным рабочему, продолжитель-

ность испытания не менее 12 ч.

Второй этап – после укладки, но до засыпки. Испытание нефтепрово-

дов и продуктопроводов должно производиться только гидравлическим

способом, газопроводы могут испытываться гидравлическим или пневма-

тическим способом. Давление при испытании на прочность гидравличе-

ским способом должно быть в нижней точке равно гарантированному заво-

дом испытательному давлению без учета осевого подпора, в верхней точке

не менее 1,5 рабочего давления для трубопроводов категории В и 1,25 ра-

бочего давления – для трубопроводов категории I; продолжительность ис-

пытания – 12 ч. Давление при испытании на герметичность должно быть

равным рабочему, продолжительность испытания – не менее 12 ч.

Третий этап – одновременно с прилегающими участками. Испытание

нефтепроводов и продуктопроводов должно производиться только гидрав-

лическим способом, газопроводы могут испытываться гидравлическим или

пневматическим способом.

Продолжительность испытания на прочность – 24 ч. При испытании

гидравлическим способом давление в нижней точке должно быть равным

гарантированному заводом испытательному давлению; для труб, уложен-

ных на прилегающих участках, в верхней точке давление должно быть рав-

ным 1,25 рабочего, если прилегающие участки имеют 1 – 11 категорию, и

должно быть равным 1,1 рабочего, если прилегающие участки имеют III-

IV категорию. При испытании пневматическим способом давление должно