Прокладка трубопроводов на многолетнемерзлых, просадочных и пучинистых грунтах
Проектирование трубопроводов, предназначенных для прокладки в районах вечномерзлых грунтов, следует осуществлять в соответствии с требованием СНиП 2.02.04-88. «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», при этом при выборе трассы следует избегать участки с подземными льдами, наледями и буграми пучения проявлений термокарста, косогоров с льдонасыщенными, глинистыми и переувлажненными пылеватыми грунтами. Первый принцип, при котором вечномерзлые грунты (ВМГ) следует использовать в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации тр-да. С целью уменьшения воздействия морозного пучения на тр-ды или на их опоры заменяют грунт, устраивают компенсационные участки, проводят техническую мелиорацию грунтов, прокладку тр-дов с учетом ожидаемых деформаций, применяют противопучинистые устройства для обеспечения устойчивости положения тр-дов. Выбор конструктивной схемы прокладки на участках многолетнемерзлых грунтов во многом будет предопределяться просадочностью этих грунтов при оттаивании. Категории тр-дов, прокладываемых на ВМГ, принимают в зависимости от категории просадочности ВМГ при оттаивании и способа прокладки тр-дов. При прокладке тр-дов на косогорах с поперечным уклоном более 8° предусматривают срезку или подсыпку грунта и устройство полок. При этом срезку ВМГ допускается осуществлять только на непросадочных или малопросадочных участках при отсутствии мерзлотных процессов. На участках ВМГ, где возможно развитие мерзлотных процессов, необходимо для устройства полок проводить подсыпку грунта с проведением спец мероприятий по повышению устойчивости полок. С целью уменьшения напряжений в тр-де при его непрерывных осадках предусматривают специальные мероприятия: устройство теплоизоляции, замену грунта, укладку тр-да с учетом ожидаемой деформации, применение опор для фиксации положения тр-да, применение геотекстильных материалов, охлаждение грунта или перекачиваемого продукта, прокладку «труба в трубе».
14. Строительство переходов через естественные и искусственные препятствия. Методы прокладки.
Трубопроводы при своем прохождении пересекают большое количество различных искусственных и естественных преград. Такие преграды называются переходами. В зависимости от вида препятствий переходыподразделяют на подводные, воздушные и подземные.
Основные методы прокладки перехода трубопровода:
1.Траншейные методы: в грунте, в защитном кожухе в канале, под защитными плитами со, специальной засыпкой, с бетонным покрытием и др. Ограничение применения – в ходе строительства нарушается поверхность и грунтовая толща, возникают воздействия на пересекаемый объект.
2.Бестраншейные методы: прокол, продавливание, горизонтальное бурение, наклонно-направленное бурение, тоннельная проходка (микротоннелирование или с применением горнопроходческих комбайнов). Ограниченная длина перехода, ограничения, связанные с геологическими условиями.
3.Надземная прокладка (воздушные переходы): самонесущие, на опорах, подвесные переходы, и наземная прокладка: по поверхности грунта в насыпи или в другой защитной оболочке. При этом переход подвержен внешним воздействиям.
4.Прокладка по дну водоема с механической защитой или без нее. Должна быть обеспечена защита перехода от контактов с судами, якорями, рыболовецкими снастями.
Схема продавливания защитного кожуха с ручной выработкой грунта из кожуха:
ЛЕКЦИЯ 11. СТРОИТЕЛЬСТВО МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА БОЛОТАХ
11.1. Подготовка трассы и разработка траншеи.
11.2. Укладка трубопровода в траншею
11.3. Закрепление трубопровода
Введение
Болотом называют избыточно увлажненные участки земной поверхности, покрытые слоем торфа, мощностью от 0,5 до нескольких метров. Физико-механические характеристики болотистых грунтов чрезвычайно разнообразны, не только на различных болотах, но и на разных участках одного и того же болота. По болотам, целиком заполненных торфом можно прокладывать трубопроводы непосредственно по поверхностному слою торфа, в слое торфа или по минеральному грунту.
Болота по условиям производства работ при прокладке магистрального трубопровода подразделяются на типы:
2) болота, допускающие работу и проход болотной техники по временным слоям, щитам снижающим давление до 0,1 кг/см 2 ;
3) болота, допускающие работу специальной техники только с понтонов или с плавучих средств.
Строительство на болотах имеет существенное отличие от строительства на равнине, сложенной плотными грунтами только в период, когда поверхность болота не промерзла на глубину, обеспечивающую нормальную работу механизированных колонн. Поэтому технологию строительства на болотах необходимо рассматривать для двух состояний: промерзшего и талого.
Технологические операции при строительстве на болотах:
6.Закрепление и засыпка
7.Очистка и испытание
Подготовка трассы и разработка траншеи
Подготовка трассы может быть выполнена в зависимости от состояния болота: мерзлое или талое.
Талый грунт: выемка торфа, отсыпка песка, песчаные сваи, осушение, устройство лежневой дороги (т. е. бревна по болоту).
Для мерзлого грунта: возможно устройство лежневой дороги, промораживание, расчистка трассы.
В зависимости от типа болота его естественного состояния и других факторов, осуществляется та или иная технологическая операция.
Выемка торфа проводится когда работу принято вести по минеральному грунту, торф убирается бульдозером или другим устройством на всю глубину.
Отсыпка песка производится при большой глубине болота, при этом отсыпается массивная песчаная подушка. Отсыпка песка производится с берега болота самосвалами или гидронамывом. Песчаные сваи устраивают с целью уменьшения количества песка.
Осушение болот проводят с помощью водоотводных дренажных каналов.
Промораживание осуществляется в тех случаях, когда необходимо как можно быстрее проморозить болото. Достигается это снятием снежного покрова с поверхности болота бульдозером. Выпускать на промороженное болота механизированную колонну можно только убедившись в достаточной прочности промерзшего грунта.
Разработка траншей бульдозером и экскаватором проводится в тех случаях, когда глубина слоя в торфе не превышает 1м. Бульдозер снимает слой торфа в полосе шириной 4-5 м до минерального грунта, отставая от бульдозера на 15-30 м по минеральному грунту идет экскаватор, оборудованный обратной лопатой и разрабатывает траншею на необходимую глубину.
Разработка траншеи экскаватором имеет несколько вариантов:
— экскаватор установлен на салазки из труб (рисунок 11.1) выполняет работу следующим образом: экскаватор, оборудованный обратной лопатой, устанавливается и закрепляется на салазках, изготавливаемых из 4-5 труб диаметром 500-800мм. Число труб и их длина должны соответствовать необходимой опорной площади определяемой таким образом, чтобы давление на болото от салазок с экскаватором было меньше допустимого. Салазки проложенным через болото тросом протаскиваются присоединенным на противоположном берегу болота трактором (лебедкой). Рассматриваемый вариант схемы может применяться на болотах всех видов;
Рис. 11.1 – Схема разработки траншей экскаватором с салазок: 1 – одноковшовый экскаватор с обратной лопатой; 2 – салазки; 3 – трос; 4 – бульдозер (тягач)
— экскаватор установленный на понтоне свободно плавающим в траншее, то сначала у края болота разрабатывают котлован, который должен быть таких размеров, чтобы в него можно было спустить понтон, затем на понтон устанавливают и закрепляют экскаватор. Экскаватор разрабатывает грунт впереди себя (рис 11.2);
— экскаватор ведет разработку со сланей, периодически перекладывая их по ходу движения.
 |
Рис. 11.2 – Схема разработки грунта экскаватором на понтоне: 1 – траншея; 2 – плавучий понтон; 3 – экскаватор; 4 – якорь
Строительство трубопроводов на вечномерзлых грунтах
Вечномерзлые грунты обладают рядом особенностей, делающих их весьма неблагоприятными для любого строительства, в том числе и трубопроводного. Основным строительным недостатком вечномерзлых грунтов является изменчивость их несущей способности в очень широких пределах. При отрицательной температуре они могут воспринимать весьма большие нагрузки без заметных деформаций, а при нулевой и тем более положительной температуре, они теряют несущую способность и разжижаются. При повторном замерзании грунты вспучиваются, растрескиваются, что может привести к разрушениям трубопроводных конструкций, расположенных в таком грунте. Это требует принятия специальных защитных мер, конструктивного или технологического характера. В зимний период вечномерзлые грунты представляют монолит скального типа, что обеспечивает работу на нем любых строительно-монтажных машин, т. е. технология строительства линейной части трубопроводов остается такой же, как и в нормальных условиях. Это относится к расстановке трубоукладчиков, другой строительной техники, организации поточного строительства и т. д. В летний период работы по строительству линейной части либо полностью прекращаются, либо производятся по технологии, применяемой на болотах.
Линейные трассовые работы при сооружении трубопроводов на многолетнемерзлых грунтах производятся в зимнее время с использованием мерзлых грунтов в качестве оснований. Работы на трассе начинаются после промерзания деятельного слоя на глубину не менее 0,6 м, во избежание повреждения мохорастительного покрова. На отсыпанных площадках может происходить работа круглогодично. После промерзания деятельного слоя многолетнемерзлых грунтов выполняются следующие трассовые работы:
— расчистка и планировка строительной полосы;
— сооружение временных дорог и технологических проездов;
— развозка вдоль трассы трубных секций, блоков, свай, других конструкций и материалов, предназначенных для монтажа линейной части;
— установка и монтаж свайных опор, включая выполнение противопучинных и противопросадочных мероприятий;
— разработка траншей и засыпка трубопроводов;
— монтаж линейной части трубопроводов, включая изоляционные и теплоизоляционные работы;
— укладка и закрепление трубопровода в проектном положении;
— монтаж крановых узлов;
— устройство систем ЭХЗ и линий связи;
— очистка полости и испытание трубопроводов на прочность и герметичность;
— осушка полости трубопроводов;
— техническая и биологическая рекультивация земель в пределах строительной полосы;
— окончательное формирование валика над трубопроводом.
В летний период в базовых условиях и на отсыпанных площадках выполняются следующие внетрассовые работы:
— формирование запасов материально-технических ресурсов;
— заготовка и осушка грунта в карьерах;
— сварка и противокоррозионная изоляция трубных секций;
— изготовление скользящих и неподвижных опор для надземных трубопроводов, фасонных частей, конструктивных элементов для теплоизоляции стыков и монтажа компенсаторов;
— подготовка торцов труб под сварку и их консервация;
— изготовление кривых вставок и их изоляция;
— теплоизоляция труб и деталей;
— укрупнительная сборка, изоляция и испытание крановых узлов, трубных блоков;
— ремонт и подготовка строительной техники и автотранспорта к эксплуатации.
Выполнение линейных трассовых работ в летний период при потере несущей способности деятельного слоя грунта допускается только с применением специальных технологий и техники, оказывающей минимальное давление на грунт.
Жилые городки, склады материалов, трубозаготовительные базы, места стоянки и ремонта техники на затопляемых территориях располагаются либо за пределами зоны возможного заводнения, либо на отсыпанных незатопляемых площадках. Строительство трубопроводов осуществляется с использованием строительных и транспортных машин, технологической оснастки в северном исполнении с применением специальных сортов горючесмазочных материалов, гидротормозных, охлаждающих и других эксплуатационных жидкостей. Организованные стоянки строительных и транспортных машин оборудуются средствами группового обогрева.
Индустриализация строительства реализуется за счет применения типовых конструктивных элементов трубопроводов повышенной технологической готовности, в том числе изолированных в заводских или базовых условиях труб, а также укрупненных узлов, блоков, модулей заводского или базового изготовления (крановых узлов, камер пуска-приема очистных устройств, трубных блоков и секций различного назначения, неподвижных и скользящих опор надземных трубопроводов, облегченных строительных конструкций и т. п.).
Организация конвейерной части комплексного линейного технологического потока должна обеспечивать максимально сжатый фронт производства работ. Это достигается тем, что отдельные виды работ (специализированных потоков) могут производиться при минимальных, обусловленных только технологией, сближениях (минимальных технологических заделах), при жесткой синхронизации темпов ведения отдельных работ. Технологический задел не должен превышать производительность потока за I смену, что позволяет избежать заноса траншеи снегом, промерзания дна траншеи и отвала грунта.
В условиях многолетнемерзлых грунтов трубопроводы, как правило, прокладываются надземно (на свайных опорах).
Общая подготовка к строительству объекта предусматривает:
— определение рациональных размеров сезонных, текущих и страховых запасов труб, сварочных, изоляционных и других материалов;
— подготовка причалов, пристаней, железнодорожных станций к приему грузов, особенно в период речной и морской навигации;
— определение размеров участков для хранения сезонных запасов труб и материалов и согласование их размещения с местной администрацией;
— оформление отвода земель во временное пользование для производственных баз, складских помещений, жилых городков, строительства трубопровода;
— согласование с местной администрацией мест водозабора для производственных и бытовых нужд, а также мест сброса сточной и отработанной в результате производственной и бытовой деятельности воды.
При подготовке к производству строительно-монтажных работ выполняются:
— сооружение временных дорог;
— заготовка грунта в карьерах;
— технологическая подготовка труб, узлов и деталей на производственных базах;
— ремонт, техническое обслуживание и подготовка техники к работе в зимний период;
— формирование страховых, текущих и сезонных запасов труб, материалов и оборудования;
— устройство полевых жилых городков;
— монтаж производственных баз;
— сооружение складских помещений;
— размещение пунктов обогрева вдоль трассы;
— организация радиосвязи между бригадами;
— организация и подготовка мобильных средств освещения в трассовых условиях.
В процессе инженерной подготовки строительной полосы выполняются следующие работы:
— проведение (в зависимости от местных условий) различного рода противоэрозионных и других мероприятий, которые определены проектом;
— сооружение технологических проездов;
— расчистка строительной полосы от мелколесья и кустарников;
— промораживание или осушение заболоченных и переувлажненных плохо замерзающих участков;
— подготовка оснований под насыпи.
Особую сложность представляет строительство и эксплуатация временных дорог и технологических проездов в условиях многолетнемерзлых грунтов. Подъездные и вдольтрассовые дороги и технологические проезды могут сооружаться из привозного грунта (грунтовая дорога) или снега и льда (снего-ледовые дороги – автозимники).
При строительстве временных дорог выдвигаются особые экологические требования. Так, строительство временных дорог и технологических проездов осуществляется без снятия мохорастительного покрова с целью сохранения мерзлотного режима грунтов.
Прокладку автозимника по поверхности полностью промерзающих рек и озер осуществляют после тщательной проверки состояния ледяного покрова. При резкой извилистости русла, наличия наледей, многослойного льда, крупных камней, торосов автозимник прокладывают в пойме реки.
Трассу автозимника по возможности прокладывают на не заносимых снегом участках. Если трасса должна пересекать снегозаносимые участки, то ее направление совмещают, как правило, с направлением господствующих ветров или располагают под углом к нему не более 20°.
Транспортировка трубных блоков, элементов крановых узлов осуществляется на прицепах и полуприцепах-тяжеловозах. Крепление трубных блоков и элементов крановых узлов выполняют с использованием прокладок, предохраняющих изоляционное покрытие от повреждений.
В зимнее время перевозка грузов на дальние расстояния (свыше 20 км) осуществляется только колоннами транспортных средств, для взаимовыручки при возникновении экстремальных ситуаций.
Для перевозки труб, материалов, запорной арматуры, людей, продуктов, запчастей используют также вертолеты и легкие самолеты.
Земляные работы
Разработка грунта в карьерах производится преимущественно в теплое время года. Зимой разработка грунта осуществляется с рыхлением мерзлой породы буровзрывным методом или механическими рыхлителями. Летом разработка грунта выполняется без предварительного рыхления, послойно по мере естественного оттаивания.
Способ разработки траншеи выбирается в зависимости от структуры грунта и степени его промерзания. При выборе способа разработки траншеи стремятся к уменьшению ее ширины с целью сужения повреждаемой полосы земли, снижения трудоемкости и стоимости разработки траншеи. Разработку траншеи рекомендуется выполнять преимущественно роторными экскаваторами без откосов на полную глубину. При отсутствии мощного роторного экскаватора разработка траншеи производится дифференцированным способом, т. е. постепенным расширением и углублением траншеи проходом нескольких роторных экскаваторов.
Разработка траншей в многолетнемерзлых грунтах с крупными каменистыми включениями выполняется гидравлическими одноковшовыми экскаваторами с вместимостью ковша 1,5 м, осуществляя предварительное рыхление грунта механическим или буровзрывным способом.
При промерзании деятельного слоя до 1,0 м рыхление грунта выполняют мощными бульдозерами-рыхлителями. При большой глубине промерзания рыхление грунта выполняют буровзрывным способом.
Очистку от снега траншеи осуществляют одноковшовым экскаватором (драглайном) или обратной лопатой, снабженной кривой стрелой. Практикуется очистка траншеи от снега за рубежом экскаваторами-грейферами; для этого отвал грунта сразу после рытья траншеи планируют. Экскаватор с грейфером перемещается по спланированному отвалу грунта и очищает траншею от обваловавшихся грунтов и снега.
Засыпать траншею следует бульдозером поперечными или косопоперечными проходами. Засыпку трубопровода выполняют также роторным экскаватором. Для проезда экскаватора отвал грунта должен быть спланирован бульдозером. Засыпку трубопровода возможно выполнять и одноковшовыми экскаваторами с предварительным рыхлением грунта.
Установка свайных опор для надземных трубопроводов производится, как правило, методами, исключающими растепление многолетнемерзлых грунтов, а именно:
— забивкой свай в предварительно пробуренные скважины меньшего диаметра (забивка в лидерные скважины);
— установкой свай в скважины большего диаметра (буроопускной способ) с заливкой зазоров специальными растворами;
— установкой свай с одновременным бурением скважины и ее погружением (бурозабивной способ).
Монтаж и укладка подземного трубопровода.
Монтаж трубопровода в нитку должен производиться до разработки траншеи. Монтаж трубопровода осуществляется из труб, изолированных в базовых или заводских условиях.
Сварка стыков трубопроводов осуществляется по специальной технологической инструкции, учитывающей природно-климатические условия (низкая температура атмосферного воздуха).
Укладка трубопровода производится в очищенную от снега и льда траншею и на подготовленное дно, исключающее механические повреждения изоляционного покрытия.
Закрепление трубопровода на проектных отметках на обводненных и заболоченных участках производится балластными грузами или вмораживаемыми анкерами.