Способы строительства подводных переходов

Существуют следующие методы строительст­ва подводных переходов трубопроводов: траншейный метод; ННБ; микротоннелирование.

Из указанных методов выбор предпочтительного основы­вается на рассмотрении совокупности условий прохождения трассы нефтепровода и требований к переходу — инженерно-геологические условия трассы перехода; стоимость работ; ширина водной преграды.

Траншейный метод. Наиболее распространенный тран­шейный метод сооружения подводных переходов трубопро­водов наряду с достоинствами имеет ряд недостатков и в полной мере не отвечает современным требованиям, предъ­являемым к надежности этих переходов.

Основным недостатком траншейного метода является большой объем подводно-технических и земляных работ, свя­занных с разработкой траншеи, которая, к тому же, нарушает целостность водоема, что приводит к значительному экологи­ческому ущербу.

Магистральный трубопровод на пересечении с водной преградой прокладывают с заглублением в дно водоема. Зем­ляные работы под водой выполняются с помощью специаль­ной землеройной техники (земснарядов, грунтососов, гидро­мониторов, скреперов и т.д.). На мелких водоемах, глубина которых не превышает 2-3 м, разработку подводных траншей осуществляют с помощью экскаватора, устанавливаемого на понтоне. Применяются три метода укладки трубопровода в подвод­ные траншеи: протягивание по дну; погружение с поверхности воды трубопровода полной длины; укладка с плавучих средств и опор.

Строительство подводных переходов через реки Хор и Тунгуска

Перед укладкой в траншею трубы сваривают, изолируют поперечные стыки, футеруют матами из деревянных реек, балластируют.

Футерование трубопровода используют в целях предохра­нения изоляционных покрытий при транспортировке, монта­же в секции и укладке его в траншею.

Бестраншейные методы. В настоящее время при строи­тельстве трубопроводов все чаще при переходе через водные преграды применяется бестраншейная прокладка труб. При использовании бестраншейных технологий строительства ППМН, таких как наклонно направленное бурение и микро-тоннелирование, отсутствуют недостатки традиционных ме­тодов, уменьшается неблагоприятное воздействие на окру­жающую среду, повышается надежность трубопровода.

Метод наклонно направленного бурения (ННБ) для преодоления водных преград при про­кладке трубопроводов в мировой практике начали применять в 1970-х годах; сейчас метод ННБ является одним из наиболее прогрессивных в строительстве подводных переходов. Диа­метр трубопроводов, уложенных этим методом, увеличился до 1400 мм, а максимальная протяженность выполненного пере­хода достигла 1800 м.

Строительство подводных переходов нефтепроводов мето­дом ННБ в зависимости от характеристики водных преград, технических характеристик используемых буровых устано­вок, технологии бурения, конструктивных параметров про­таскиваемого трубопровода (длины криволинейного участка, диаметра и др.) осуществляется по различным технологиче­ским схемам, имеющим определенные отличия.

Общим для всех технологических схем строительства ПП методом ННБ являются следующие основные этапы:

Подводные переходы. Нормы проектирования

• бурение пилотной скважины;
• расширение скважины в один или несколько приемов в различных направлениях;
• протягивание трубопровода в разработанную скважину.

Преимущества метода ННБ:

• большая надежность построенного объекта;
• сокращение эксплуатационных затрат (исключаются водо­лазные обследования, необходимость периодических работ по ликвидации размывов берегов и ремонту берегоукреплений);
• сокращение сроков строительства за счет использования высокотехнологичных буровых комплексов с большой скоро­стью проходки;
• возможность строительства в любое время года;
• сохранение природного ландшафта и экологического ба­ланса в месте проведения работ, исключение техногенного воздействия на флору и фауну, размыва берегов и донных отложений водоемов;

Технические ограничения при использовании метода ННБ:

По максимальной длине и диаметру перехода. Это огра­ничение связано в первую очередь с тяговыми возможностя­ми буровых установок. С увеличением длины и диаметра скважины повышается риск обвала скважины в процессе расширения.

Метод микротоннелирования основан на строительстве тоннеля с помощью дистанционного управляе­мого проходческого щита. Микротоннельный щит работает из заранее подготовленной стартовой шахты в заданном пря­молинейном или криволинейном направлении. Выемка щита производится из приемной шахты.

Технологический комплекс выполняемых операций по ук­ладке трубопровода методом микротоннелирования сводится к выполнению следующих основных видов работ:

• устройство стартовой шахты;
• устройство приемной шахты;
• монтаж технологического оборудования;
• щитовая проходка с обустройством тоннеля железобетон­ными трубами;
• сварка и предварительное гидравлическое испытание ра­бочего трубопровода на площадке;
• устройство опор для укладки рабочего трубопровода;
• протягивание трубопровода в тоннель;
• гидравлическое испытание трубопровода (II этап);
• контроль сплошности изоляционного покрытия;
• забутовка межтрубного пространства (если необходимо).

Преимущества микротоннелирования. По сравнению с обычным траншейным способом метод микротоннелирования имеет следующие преимущества:

• полностью отсутствующее отрицательное воздействие на русловые процессы пересекаемой водной преграды;
• надежная защита руслового участка подводного перехода от размыва и высокая степень защиты трубопровода от меха­нических повреждений, обеспечиваемая прокладкой трубопровода на глубине не менее 7 м от дна и значительно ниже линии предельного размыва русла реки;
• отсутствие ущерба биоценозу в районе строительства;
• отсутствие воздействия на режим судоходства;

Тема 4.2. Сооружение переходов трубопроводов через автомобильные и железные дороги

Подготовительные работы при сооружении перехода. Подбор необходи­мой техники и материалов для сооружения перехода. Установка защитного па­трона. Установка опорно-центрирующих устройств на трубопроводе. Протас­кивание плети в защитный патрон. Заделка межтрубного пространства на тор­цах патрона. Установка вытяжных свеч.

Предварительное испытание и очистка полости перехода через дорогу. Оформление документации.

Методические указания

Прокладывать трубопроводы на пересечениях с автомобильными и железными дорогами можно двумя способами: без нарушения нор­мальной работы транспорта (бестраншейный или закрытый способ) и с прекращением движения транспорта (открытый способ).

На всех переходах, сооружаемых открытым и закрытым спосо­бами, устанавливается в грунте защитный кожух-патрон для про­кладки в нем трубопровода. Патрон воспринимает давление грунта и подвижных нагрузок.

Сооружение перехода трубопровода как открытым, так и закры­тым способом состоит из следующих основных операций: разработки грунта, установки защитного кожух-патрона внутри разработанного грунта (одновременно с его разработкой или после), протаскивания через патрон заизолированного и офутерованного трубопровода с ук­ладкой его на опоры, засыпки трубопровода и восстановления участка пересекаемой дороги.

Прокладка кожуха под дорогой может быть выполнена различными мето­дами: прокалыванием, продавливанием, горизонтальным бурением и вибро­ударным способом, В исключительных случаях могут применяться методы, используемые в шахтном строительстве, связанные с применением специальной.

Способ прокалывания заключается в следующем. Лобовую, часть кожуха оснащают специальным заостренным наконечником, диаметр которого на 30 – 40 мм больше наружного диаметра кожуха. С помощью специальных домкратов, установленных в рабочем котловане и упирающихся в заднюю стенку котло­вана, вдавливают наконечник в грунт. По мере внедрения кожуха в грунт его наращивают дополнительными заранее приготовленными секциями. При та­ком способе прокладки кожуха требуется очень большое усилие продавливания, так как при внедрении его в грунт происходит уплотнение грунта наконечни­ком, т. е. приходится преодолевать лобовое сопротивление грунта и силу тре­ния наружной поверхности кожуха о грунт.

При укладке способом прокалывания следует иметь в виду, что минималь­ная глубина заложения трубы должна быть 3 м, так как при меньшей глубине поверхность грунта над трубой вспучивается, что совершенно недопустимо при пересечении железных дорог.

Горизонтальное бурение является наиболее распространенным способом проходки под дорогами. При бурении грунт перед патроном разрабатывается механическим резанием или размывом струей воды под напором и удаляется из скважины:

1.
отработанной водой, уносящей с собой частицы разрушенного грунта;

2.
шнековым и скребковым транспортерами;

3.
при помощи совков и тележек.

При бурении первыми двумя способами грунт удаляется непре­рывно, при бурении последним способом — циклично.

В отличие от рассмотренных выше способов проходки грунта при горизонтальном бурении режущему инструменту сообщаются поступательное и вращательное движения одновременно.

Машины для горизонтального бурения по способу разработки и удаления грунта подразделяются на шнековые, скребковые, с цик­личным удалением грунта и с гидромеханической разработкой грунта.

Патрон можно прокладывать после разработки грунта или одно­временно с его разработкой.

Рисунок 10.

I — насыпь дороги; II — поперечная траншея; III — продольная траншея; 1 — фрезерная головка; 2 — шнек транспортера; 3 — патрон; 4 —

трубоукладчик; 5 — лебедка с оснасткой; 6—УГБ-2; 7—роликовые опоры; 8 —якорь-труба.

Тема 5.1. Сооружение резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов

Сооружение оснований и фундаментов. Изготовление элементов сталь­ных резервуаров на специализированных заводах. Монтаж из рулонных загото­вок. Монтаж полистовым способом. Сварка резервуаров.

Оснастка для монтажа резервуаров, контроль качества, испытание и приёмка в эксплуатацию. Особен­ности сооружения железобетонных резервуаров. Материалы для сооружения резервуаров. Особенности сооружения железобетонных резервуаров в зимних условиях, контроль качества, испытание и приёмка в эксплуатацию.

Методические указания

Стальные вертикальные резервуары опираются на фунда­менты, которые передают нагрузку от веса сооружения на ос­нование. Основанием называют толщу грунта, находящуюся ни­же подошвы фундамента и воспринимающую передаваемое им давление. Основания могут быть естественными и искусственными. Последние устраивают в том случае, если грунт строи­тельной площадки не отвечает требованиям строительства (по несущей способности, просадочности и т. п.).

Основания под стальные резервуары воспринимают нагруз­ку от веса хранящегося в резервуаре продукта и собственного веса резервуарных конструкций. Исходя из этих условий, стальные вертикальные резервуары сооружают на скальных, полускальных, песчаных, крупнообломочных, глинистых и мак­ропористых грунтах.

В последнем случае принимаются меры по укреплению грунта и предохранению его от замачивания. На черноземных и подзолистых грунтах сооружают резервуары объемом до 300 м3. Нельзя использовать в качестве основания под резервуар насыпные грунты с органическими включениями, торф и плывуны. В этих случаях фундаменты под резервуары строят по специальным проектам, предусматривающим повыше­ние несущей способности основания одним из существующих способов.

В качестве основных способов закрепления грунтов в осно­ваниях резервуаров можно назвать: замену грунта; уплотнение просадочных грунтов тяжелыми тромбовками с по­следующей защитой от замачивания; цементизацию и битуминиза­цию (для переувлажненных песчаных или гравелистых грун­тов); термическое закрепление грунта путем обжига массива грунта через пробуренные скважины (для просадочных макро­пористых грунтов).

Несмотря на то, что обычно под строительство резервуарных парков площадку выбирают со спокойным рельефом местно­сти, в некоторых случаях строительство приходится вести на участках со значительными уклонами и даже на склонах от­дельных небольших гор, холмов или сопок. В этих случаях на косогорных участках группы резервуаров или отдельные резер­вуары размещают в полувыемках и на полунасыпях. При этом резервуары по возможности ставят на материковый грунт. Ес­ли это невозможно, то выемку под фундамент резервуара уг­лубляют и тогда весь резервуар располагается на насыпном грунте. Это обусловлено различной деформацией материкового и насыпного грунтов.

Рис. 11. Фундамент под резервуары объемом 5000 м 3 :

1 — грунтовая подсыпка; 2 — песчаная подушка; 3 — отмостка

Для резервуаров объемом до 5000 м 3 включительно основа­ние представляет собой грунтовую подсыпку с уложенной по верх нее песчаной подушкой (рис. 11). Грунтовую подсыпку выполняют обычно из местного грунта, укладываемого слоями 15—20 см с уплотнением каждого слоя. Общая толщина грун­товой подсыпки зависит от состава подстилающих грунтов.

Поверхность подушки имеет уклон £=1:50 от центра к краям. Диаметр песчаной подушки на 1,4 м больше диаметра резервуара. Количество глинистых частиц (размером менее 0,005 мм) в грунте не должно превышать 5% от объема всего грунта. Бермы подушки имеют уклон i —1:10 от резервуара. Бермы и откосы замащивают булыжни­ком или бетонируют.

Вокруг основания устраивают водосбор­ную канавку с выходом в приемный колодец ливневой канали­зации.

При сооружении резервуаров объемом 10 000 м3 и более на­грузка на основание в месте примыкания стенки к днищу зна­чительно возрастает, поэтому в данных случаях по периметру основания устраивают кольцевой железобетонный фундамент. Кольцевую плиту делают или монолитной, или из от­дельных железобетонных плит. В зависимости от объема резер­вуара ширина кольца может быть 1000—1400 мм, толщина — 200—300 мм. Кольцо позволяет распределить сосредоточенную нагрузку от веса стенки, покрытия резервуара и снега, а так­же от давления ветра по большей площади и тем самым умень­шить осадку всей конструкции.

Поверх песчаной подушки укладывают гидрофобный слой толщиной 80—100 мм (для макропористых грунтов — 200 мм), предназначенный для предотвращения коррозии днища. Смесь для устройства гидрофобного слоя приготовляют из песка или супесчаного грунта с влажностью не более 3%, перемешанного с 10% (по объему) вяжущего вещества. В качестве вяжущего применяют жидкие битумы, каменноугольные дегти, полугудроны, мазуты в количестве 8—10% от объема смеси.

Основа индустриальной технологии сооружения резервуа­ров — метод изготовления элементов их конструкций на спе­циализированных заводах. При использовании индустриального метода на пло­щадку поставляют элементы конструкций в виде укрупненных блоков: части стенки и днища резервуара, сваренные в полот­нища и свернутые в рулоны, щиты или части щитов покрытия, короба понтонных колец и т. д.

Для сборки и сварки рулонированных листовых конструк­ций листовой металл, поступающий с металлургических заво­дов на завод монтажных заготовок, проходит специальную об­работку. Вначале листы правят на листоправильных вальцах. После правки листы поступают на разметочную площадку, где их размечают по стационарным шаблонам.

Чистовые размеры листовых заготовок должны выдерживаться с допуском ±0,5 мм по ширине и ±2,0 мм по длине. Продольные кромки листов обрабатывают на кромкострогальных станках. Для этого листы собирают в пакеты общей массой до 5 т. По короткой кромке пакеты закрепляют струбцинами и затем прострачивают сна­чала с одной стороны, потом с другой (с перекантовкой).

Ко­роткие кромки листов обрезают по разметке на гильотинных ножницах. Здесь же обрабатывают листовые заготовки фасон­ных очертаний — в виде трапеции или многоугольника. Обра­ботанные листы укладывают в контейнеры и передают на сор­тировочную площадку, где проводят комплектовку пакетов по толщинам. В процессе комплектовки пакетов листы металла проходят тщательный контроль с тем, чтобы на сварочный стан не попали листы с расслоениями, трещинами, раковина­ми и другими металлургическими дефектами.

Полистовым способом сооружают только крупные резервуары объемом 50 000 м3 и выше, причем днища и плавающие крыши изготавливают на заводах и поставляют на площадку в виде рулонных заготовок. Стенку резервуара монтируют из отдельных листов, так как толщины поясов стен­ки не позволяют свернуть ее в рулон.

Листы для монтажа стенки резервуара поступают на пло­щадку с заводов вальцованными по проектному радиусу. По краям листов приваривают монтажные шайбы. Маркировку листов ведут по поясам, т. е. каждый пояс состоит из листов одной марки. Перестановка листов даже одинаковой толщины из пояса в пояс недопустима, так как листы каждого пояса проходят прострожку продольных кромок в одном пакете и, следовательно, имеют одинаковую высоту.

Перед началом монтажа стенки резервуара днище, со­бранное и сваренное, как при индустриальном способе монта­жа, размечают, нанося на него из центра кольцевые риски, соответствующие окружностям наружного края стенки, коро­бов понтонного кольца, центральной части плавающей крыши. Помимо этого методом засечек или с помощью теодолита раз­мечают места приварки опорных плит стоек плавающей кры­ши. На днище закатывают рулоны центральной части плаваю­щей крыши, но не разворачивают их до установки первого пояса стенки. По риске соответствующей наружной поверхно­сти стенки резервуара приваривают ограничители из отрезков уголка. В намеченных местах приваривают опорные плиты.

Тема 5.2. Сооружение газгольдеров

Технология сооружения газгольдеров низкого и высокого давлений. Ос­нования и фундаменты под газгольдеры. Контроль качества производства работ по сооружению газгольдеров. Испытание и порядок приёмки в эксплуатацию газгольдеров.

Методические указания

Монтаж газгольдеров низкого давления.

После приемки основания и фундамента газгольдера присту­пают к монтажу элементов. Разметку фундамента, монтаж, сварку и испытания днища мокрых газгольдеров ведут аналогич­но монтажу вертикальных цилиндрических резервуаров.

После приемки днища выполняют его разметку, для этого в центре днища приваривают штырь и циркулем проводят окружности, соответствующие расположению стенки резервуара, двутавро­вых подкладок, колокола и телескопов, опорного кольца кор­пуса и гидрозатвора. Окружность телескопа размечают на смон­тированном опорном кольце, а окружность колокола — на смон­тированном дне гидрозатвора. Расположение направляющих от­мечают с учетом проектных осей газовых вводов. До разворачи­вания рулонов проводят контрольную сборку опорного кольца, гидрозатворов и их укрупнение в секции и блоки.

Разворачивание рулонов резервуара, телескопов и колокола осуществляют последовательно или одновременно.

Последний способ, являясь наиболее прогрессивным, позво­ляет ускорить сооружение резервуара, но требует высокой ква­лификации монтажников. При его проведении каждый из ру­лонов разворачивают с опережением на 10—15 м. При развора­чивании рулона корпуса его нижний край совмещают с раз­меченной окружностью и подтягивают к ограничителям из от­резков уголков, прихваченным по намеченной на днище риске.

Затем корпус приваривают к днищу с внутренней стороны пре­рывистым швом и напротив мест установки подкладок колокола. Длину швов принимают равной 400 мм. Для повышения жест­кости и обеспечения правильности формы корпуса при развора­чивании рулона ведут монтаж обслуживающей площадки и внутренних направляющих. Внутренние направляющие за­крепляют к корпусу верхним концом, а окончательное их за­крепление проводят после монтажа корпуса и установки наруж­ных направляющих.

Источник: studopedia.ru

Методы сооружения подводных переходов

Подготовительные работы перед началом строительно-монтажных работ на переходе выполняются с целью обеспечения беспере­бойного строительства объекта и заключаются, прежде всего, подготовке строительной площадки и обустройстве ее времен­ными и вспомогательными технологическими сооружениями. Та­кими сооружениями являются трубосварочная база, механические мастерские, склады для хранения труб, горюче-смазочных и других материалов, хозяйственные, жилые и культурно-бытовые помещения, внутриплощадочные дороги, стоянки и причалы.

По окончании организационно-технической подготовки при­ступают к выполнению основных строительно-монтажных работ на переходе. В комплекс основных технологических процессов по строительству подводных переходов входят: монтаж и сварка секций в нитку, изоляция и балластировка трубопровода, раз­работка траншей, укладка и засыпка или замыв трубопровода.

Сварочно-монтажные работы на подводных переходах выпол­няют теми методами, которые применяют и на строительстве ли­нейной части магистральных трубопроводов. При сооружении небольших по протяженности подводных переходов применяют ручную сварку труб в плети.

На строительстве переходов значи­тельной протяженности сварку отдельных труб в трехтрубные секции выполняют на специальном стенде с использованием сва­рочных полуавтоматов. На монтажной площадке секции сваривают в одну или несколько плетей в зависимости от ширины водной преграды и длины монтажной площадки. Последняя, как правило, определяется рельефом местности и технологической схемой укладки трубопровода. После сварки плетей проводят их гидрав­лическое испытание.

Плети испытывают либо по одной, либо одновременно по несколько плетей, соединив их в общую магистраль.

Для изоляции труб на переходах применяют в основном антикоррозийные липкие ленты из полимерных материалов. Изоляцию наносят в полевых условиях.

За рубежом на строительстве переходов применяют различные изоляционные покрытия, наносимые как в заводских, так и в полевых условиях. От механических повреждений их защищают, как правило, монолитным бетонным армированным покрытием выполняющим одновременно функцию балласта.

Подводные земляные работы являются наиболее дорогостоящими и трудоемкими в общем комплексе строительства подводных трубопроводов. В большинстве случаев они определяют про­должительность строительства. При ширине зеркала воды от 500 до 1500 м трудоемкость подводных земляных работ составляет до 70%, а стоимость — до 50% базисной стоимости строительства подводного перехода (без стоимости труб). Специфическими осо­бенностями подводных земляных работ при строительстве пере­ходов являются большой диапазон глубин (до 30 м) и объемов работ (от 1 тыс. м 3 до 1 млн. м 3 ), разнообразие грунтовых условий (от илов до скальных грунтов), разбросанность объектов и не­обходимость частых перебазировок землеройной техники и пер­сонала.

Многообразие местных условий обусловливает необходимость применения различных методов и большой номенклатуры тех­нических средств для разработки подводных траншей.

При сооружении подводных переходов заглубление трубопро­водов может осуществляться устройством на дне водоема или реки подводной траншеи до укладки трубопровода или заглублением до проектных отметок уложенного на дно трубопровода посредством удаления из-под него грунта. На переходах через реки трубопроводы заглубляют в основном по первому способу.

Подводные траншеи могут выполняться землечерпательными рефулерными снарядами, канатно-скреперными установками, взрывным способом.

Метод разработки и тип механизированных средств для конкретного участка перехода определяются проектом в зависимости
от объемов земляных работ, вида грунта и его свойств, характеристики водоема, времени года. При разработке песчаных и осыпающихся грунтов применяют траншейный способ. Необходимая ширина траншеиобеспечивается путем ее перезаглубления и последующего резания откосов. Папильонажный способ применяют при разработке связных грунтов.

Разрабатан земснаряд ТЗР-251 раз­ряда «О» для устройства подводных траншей на больших судоход­ных реках, водохранилищах, озерах. Этот земснаряд разборный, несамоходный, оборудован землесосом 80МП500-19 с приводом от дизеля с большим моторесурсом.

Для эффективной работы земснаряда при разработке траншей набольших глубинах на всасывающей линии землесоса устанавли­вают эжектор, питаемый от центробежного насоса, производи­тельностью 450 м 3 /ч при напоре 42 м вод. ст. На земснаряде пре­дусмотрена установка механического рыхлителя фрезерного типа для рыхления плотных грунтов.

Техническая характеристика ТЗР-12 и ТЗР-251

Производительность по грунту I категориим а /ч 50—80 200

Глубина разработки, м ………………. 10—12 25

Категории разрабатываемых грунтов 1—IV 1—IV

Рыхлитель механический с гидроприводом

Способ разработки траншей — Папильонажный или траншейный

Годовая эксплуатационная выработка земснаряда ТЗР-251 по расчетам составляет 150 000 м 3 грунта, что в 2—3 раза больше выработки земснарядов ТЗР-12 и УПГЭУ-ЗМ.

Для разработки подводных траншей на водных преградах малой и средней протяженности, а также на преградах с тяжелыми грунтовыми условиями в ряде случаев целесообразно применять скреперные установки увеличенной производительности с ковшом 3 м 3 и скреперной лебедкой ЛС-301 (рис. 16). Комплект скреперного оборудования вместе с лебедкой ЛС-301 предназначен для разработки подводных траншей в грунтах I—VI.

Рис. 16 – Лебедка ЛС — 301

Техническая характеристика скреперной установки

Тип скрепера…………………………………с откидывающимся днищем

Геометрический объем, м 3 , 3

Производительность при 100%-ном опорожне­нии, м 3 /ч 18

Ширина траншеи по дну, м . . . . 1,6

Тяговое усилие максимальное, тс 20

Масса оборудования, т . . 6,2

При устройстве подводных траншей в скальных грунтах рых­ление грунта производят взрывным способом с применением:

скважинных или колонковых зарядов;

Заглубление уложенного трубопровода до проектных отметок можно выполнять с применением специальных трубозаглубителей или обычных средств гидромеханизации.

Источник: infopedia.su