При современном уровне развития трубопроводного транспорта этап строительства является одним из наиболее важных, так как на этапе сооружения закладывается основа для надежного и безаварийной эксплуатации трубопровода на протяжении всего срока службы.

При строительстве магистральных трубопроводов выполняется весьма обширный объем самых разнообразных работ, таких как:

-расчистка и планировка трасс;

-разработка траншеи;

-развозка и сварка труб в нитку;

-очистка и изоляция труб;

-укладка труб в траншею;

-испытание трубопровода на прочность и герметичность;

-устройство электрозащиты трубопровода от коррозии;

На строительстве магистральных трубопроводов эксплуатируется большое количество общестроительной техники (экскаваторов, бульдозеров, кранов и т. п.), а также несколько десятков типов специальных машин и механизмов. Разрабатывается и поступает на трассы строительства магистральных трубопроводов также большое число новых машин и механизмов. К этим машинам предъявляются повышенные технико-эксплуатационные требования, так как трубопроводы прокладываются во всех климатических зонах страны (в пустынях, горах, тундре) причем, строительство ведется в течение всего года при температурах окружающего воздуха от +50 до -50°С, а трассы трубопроводов пересекают труднопроходимые участки местности, большое число естественных и искусственных препятствий. Исходя из сказанного выше, возникает необходимость в специалистах, которые должны знать обширный круг вопросов по сооружению и эксплуатации трубопроводов.

1.Анализ условий, составление перечня необходимого оборудования

По условиям задания диаметр трубопровода d = 377 мм, глубина заглубления трубопровода h = 0,8 м, длина участка траншеи L = 80 км.

1. Согласно СП 36.13330.2012 ,глубина траншеи: при номинальном диаметре трубопровода принимается не менее

,

где Dн - наружный диаметр трубопровода, м (таблица 1).

НТ=d+h=377+800мм=1177 мм, принимаем 1177 мм

2. Согласно СП 36.13330.2012 ,ширина траншеи по дну при номинальном диаметре трубопровода принимается

B=Dн+300

трубопровод магистральный траншея

Бульдозер - основная машина для подготовительных работ. Он применяется для планировки местности, срезки бугров, засыпки ям и траншей, перемещения грунта на небольшие расстояния (до 100 м) и т. д. Бульдозер может быть использован для валки деревьев с корнями, корчевания пней и кустарников. В зимнее время его применяют для расчистки дорог и площадок от снега.

Бульдозер состоит из базовой машины (трактора) и специального навесного рабочего оборудования (отвала с рамой или толкающими балками).

По способу установки отвала относительно оси трактора различают бульдозеры неповоротные и универсальные (поворотные).

Неповоротными называются бульдозеры, у которых отвал располагается только перпендикулярно оси трактора, универсальными -когда отвал может быть установлен как перпендикулярно оси трактора, так и под другим углом к ней, а также повернут в вертикальной плоскости под углом

5-6° (изменение угла резания).

Рабочий процесс бульдозера с неповоротным отвалом состоит из операций копания, срезания стружки, перемещения грунта перед ним и разравнивания грунта. Срезанный грунт, поднимаясь вверх по отвалу, накапливается передним, образуя валик, близкий по форме к треугольнику в поперечном сечении, называемый призмой волочения. При транспортировании грунта катет призмы, прилегающей к отвалу, может достигнуть его высоты. После этого отвал приподнимают, прекращая тем самым процесс резания, транспортируют срезанный ранее грунт до места разгрузки.

При разработке грунта бульдозером универсального типа срезаемый грунт будет перемещаться по ширине отвала, и отводиться в боковом, к направлению движения машины, направлении. Наиболее эффективно последняя операция совершается при установке отвала под углом к продольной оси, близким к 450. Таким методом могут вестись работы при засыпке траншей, разработке выемок на косогорах, разравнивании валиков грунта и т.п.

Рисунок 5. Внешний вид гусеничный бульдозер Caterpillar (Сat) D9R.

2.3 Расчет параметров бульдозера

Тяговый расчет бульдозера:

Р = Рр+ Рпр + Рс + Рн+ Рт, (10)

где Рр - сопротивление грунта резанию;

Рпр- сопротивление перемещению призмы грунта (призмы волочения) перед отвалом;

Рс- сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу;

Рн - сопротивление трению ножа отвала бульдозера по грунту,

Рт - сопротивление перемещению тягача.

Сопротивление при резании:

кг, (11)

где kp - удельное сопротивление грунта резании, МПа (kp= 410 тонн ); принимаем kp= 104кг/м2;

B - длина отвала (таблица 4), м; h - средняя толщина стружки, м;

- средняя толщина стружки, Н=1,934 м - высота отвала,

h = 0,1•1,934 = 0,193 м.

где kp - удельное сопротивление грунта резании, МПа (kp = 4000 10000 кг/см2); принимаем kp = 10000 кг/см2 = 108кг/м2;

Рр=104*4,31*0,193=8318 кг

Сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом:

, (12)

где Vф- фактический объем грунта, перемещаемый бульдозером;

мт= коэффициент трения грунта о грунт, принимаем мт= 0,78 ;

Vф =

где Кпот= 1-0,005·Ln - коэффициент, учитывающий потери грунта в процессе перемещения призмы и зависящий от длины перемещения;

где Ln= 25 м расстояние на которое перемещается грунтовая призма (расстояние на которое перемещается грунтовая призма, зависит от схемы движения бульдозера по строительной полосе при резании и перемещении срезаемого слоя грунта). Схема движения может быть параллельно оси строительной полосы, перпендикулярно, в косопоперечном направлении.

Кр - коэффициент разрыхления, примем 1,37(исходные данные);

Vф =

 - объемная масса разрыхленного грунта;

Сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу:

,

где в = 10 - угол продольного подъема местности (исходные данные)

.

Сопротивление движения отвала:

,

где Gбо = 6863 кг - масса базового отвала (табл. 3);

м - коэффициент трения грунта о сталь, принимаем м = 0,75 (табл. 4);

.

Сопротивление перемещению базовой машины:

,

f = 0,008 - 0,12 - коэффициент, сопротивления перекатыванию, принимаем f = 0,1

P = 8318+4896+4748+5126+4874=27 962 кг

2.3.1 Мощность бульдозера (двигателя)

где,v - скорость бульдозера, км/час, принимаем равной v=3,9 км/час;

- механический к.п.д., равный 0,75.

Т.к. расчетная мощность бульдозера меньше номинальной, которая составляет 40,39 кВт, то дальнейший расчет ведем для данного типа бульдозера.

2.3.2 Производительность бульдозера при резании и перемещении:

,

где Ки - коэффициент использования бульдозера по времени (Ки = 0,850,9), принимаем Ки = 0,9;

t - продолжительность одного цикла, с;

V - объем призмы волочения,м3;

Ку - коэффициент, учитывающей влияние уклона местности на производительность бульдозера, определяем по табл. 6

Таблица 5. Значение коэффициента Ку

V =,

где Кпот= 1 - 0,005·Ln - коэффициент, учитывающий потери грунта в процессе перемещения призмы и зависящий от длины перемещения

,

Ln= 25 м- расстояние на которое перемещается грунтовая призма;

Кр =1,37 - коэффициент разрыхления (табл. 2);

V =

Длина пути резания грунта:

где ц0 = 40 - угол естественного откоса для глин,

принимаем ц0 = 30-40;

Продолжительность одного цикла:

, где

.

- соответственно продолжительность работы машины при резании грунта, его перемещении и заднего холостого движения машины;

где LР, LП - длины путей резания и перемещения, м;

Vр = 2 6 км/ч - скорость движения при резании бульдозера, принимаем

Vр= 6 км/ч = 6•1000м / 3600с = 1,68 м/с

Vп= 6,811,9 км/ч - скорость движения при перемещении бульдозера, принимаем Vп = 10 км/ч = 10•1000м / 3600с = 2,8 м/с

Vз.x. = 8,414,2 км/ч - скорость движения при обратном ходе бульдозера, принимаем Vз.x = 12 км/ч = 12•1000м / 3600с = 3,36 м/с

- время переключения передач (), принимаем 6 с;

t0- время опускания отвала (t0 = 2 - 4 с), принимаем t0 = 3 с;

t = 24,75+25,71+42,38+6+3=101,84 с

2.3.3 Производительность при планировочных работах

,

где L - длина планируемого участка (L = 10 км);

- угол установки отвала в плане, = 63;

b1 - величина перекрытия прохода (b1 = 0,5 м);

n - число проходов по одному месту (n = 1 2), принимаем 1;

Vср-рабочая скорость движения бульдозера при резании, Vр= 1,68 м/с;

tпов - время поворота бульдозера (tпов = 10 - 15 с), принимаем tпов = 10 с.

2.3.4 Расчет количества бульдозеров

Разработку траншеи будем вести одноковшовыми экскаваторами циклического действия. Выбираем одноковшовый экскаватор Hitachi ZX280 5G (Рисунок 6).

Рисунок 6. Одноковшовый гусеничный экскаватор Hitachi ZX280 5G

3.2 Расчет одноковшовых экскаваторов

1.Техническая производительность одноковшовых экскаваторов:

,м3/ч, (26)

где q- вместимость ковша, м3 (таблица 6);

Кр -коэффициент разрыхления породы, принимаем равным 1,37 (таблица 2);

Кн - коэффициент наполнения ковша для влажной глины (обратная лопата), принимаем равным исходным данным (таблица 7);

tц - продолжительность цикла.

256 м3/ч

2. Эксплуатационная производительность определяется по формуле:

где

КУ - коэффициент, зависящий от уровня квалификации машиниста экскаватора (в нашем случае - средняя, табл. 1), принимаем 0,94;

КВ - коэффициент использования экскаватора в смену принимаем 0,75 (при отсыпке в отвал).

Теоретическая производительность применяется только как часовая:

234м3/ч (28)

3.Мощность необходимая при сопротивлении грунта копанию:

, (29)

А - удельное сопротивление грунта копания, затрачиваемой на разработку 1 м3 грунта, А=300 кПа, так как грунт VI категории;

tк - продолжительность копания, с;

tц - продолжительность рабочего цикла;

km - коэффициент использования двигателя при копании с учетом привода вспомогательных устройств, принимаем 0,75;

з - коэффициент полезного действия привода и рабочего оборудования, принимаемый для экскаваторов с гидравлическим приводом 0,64.

112,85 кВт = 153,4 л.с

3.2.1 Расчет количества экскаваторов

С учетом эксплуатационной производительности экскаватора и количества рабочих дней, выделяемых на разработку траншеи, количество часов работы равно:

(31)

Определяем количество единиц техники:

, (32)

Для разработки траншеи принимаю 11 единиц техники экскаваторов Hitachi ZX280 5G.

4.Машины для засыпки траншеи

Траншею после укладки в нее изолированного трубопровода засыпают грунтом. Засыпка траншеи является одной из важных технологических операций, от качества выполнения которой в значительной степени зависит срок службы трубопровода.

Для того чтобы не повредить изоляцию трубопровода, первый покрывающий его слой грунта должен быть мягким, не содержащим крупных камней или мерзлых комьев.

Засыпка траншеи должна производиться по возможности равномерно, без мгновенного сбрасывания большого объема грунта, что может привести как к повреждению изоляции, так и к смещению участков трубопровода к стенкам траншеи, вызывающему возникновение в трубопроводе дополнительного изгибающего момента, ухудшающего последующее его напряженное состояние в период эксплуатации.

Применяемый для засыпки траншеи тип машин определяет не только ее качество, но и оказывает существенное влияние на технологию работ и ширину полосы, отведенной для строительства.

До сих пор для засыпки траншей широко используются бульдозеры, а на некоторых труднопроходимых или лесистых участках трассы -- одноковшовые экскаваторы. Применение таких универсальных машин, как одноковшовые экскаваторы, является неэкономичным при производстве линейных работ, а использование бульдозеров, хотя и обеспечивает требуемый темп работ, но не отвечает перечисленным выше технологическим требованиям к процессу засыпки.

Одним из самых крупных недостатков процесса засыпки траншеи бульдозером является то, что сбрасываемый в траншею грунт предварительно не разрыхляется, а это может, как уже говорилось, привести к повреждению изоляции уложенного трубопровода и смещению его с оси траншеи.

Все вышесказанное обусловило появление специальных машин для засыпки траншей - траншеезасыпателей. Нашей промышленностью были созданы следующие типы траншеезасыпателей: скребковый, шнековый и роторный.

Траншеезасыпатели скребкового типа, в условиях Западной Сибири не применяются в силу климатических особенностей.

Для проекта я принимаю засыпку траншеи бульдозерами.

5.Транспортные машины

По назначению автомобили разделяются на бортовые, автосамосвалы, тягачи и специализированные (автоцистерны, битумовозы, автоцементовозы и т. д.).

Выбор транспортного средства для доставки грузов на строительную площадку, перевозки их в пределах этой площадки или по трассе трубопровода обусловливается характером и количеством перемещаемых грузов, временем, отведенным на их доставку, состоянием дорог и другими обстоятельствами.

Современные грузовые автомобили обладают хорошей маневренностью, сравнительно большой скоростью передвижения, достаточно проходимы, пригодны для работы с прицепами и полуприцепами, могут быть оснащены специальными кузовами для перевозки различных грузов, в том числе контейнеров, и дополнительными механизмами, облегчающими их погрузку и разгрузку. В современных автомобилях применяются карбюраторные, газовые, дизельные и газотурбинные двигатели.

Существует большое разнообразие типов грузовых автомобилей. К грузовым автомобилям средней грузоподъемности относятся обычные бортовые грузовики и специализированные грузовые автомобили. Они имеют грузоподъемность до 8 т. Кабина водителя всегда отделена от грузового отделения (как правило, закрытого). У этих автомобилей двухосный задний мост, а на обеих осях с каждой стороны по два колеса. Бортовые грузовики перевозят грузы или используются на специальных работах. К специализированным грузовым автомобилям относятся рефрижераторы, мусоросборщики, бетоновозы и т.п. Нефтяные и другие жидкие продукты перевозят в автоцистернах. Для перевозки сыпучих материалов (песка, гравия, щебенки) обычно используются самосвалы, которые имеют открытый сверху ковш, разгружаемый опрокидыванием. К специализированным автомобилям относятся и грузовые платформы для перевозки крупных механизмов, рулонов бумаги или стального профиля.

Тяжелые грузовые автомобили - это автомобильные поезда, состоящие из тягача и прицепа (полуприцепа) с пятью осями и 18 колесами. На тягаче расположены двигатель и кабина водителя. Тягач имеет три оси: одну - впереди и две со сдвоенными колесами с каждой стороны - сзади. Грузовое отделение представляет собой, по существу, просто кузов, который за несколько минут можно присоединить к тягачу или отсоединить от него. У полуприцепа две оси со сдвоенными колесами сзади. Для поддержки отсоединенного от тягача полуприцепа у него впереди имеются две специальные опоры. Тягач с прицепом обычно имеет длину до 17 м и может везти до 20 т. Он может доставить прицеп на грузовую станцию, оставить его там для разгрузки и погрузки и вернуться за ним в нужное время, привезя новый прицеп. В результате эффективнее используется труд водителя и меньше простаивает тягач. Прицеп может быть сделан в виде рефрижератора, цистерны или грузовой платформы. Тягач с двумя прицепами может достигать длины 20 м и перевозить до 30 т груза. Для таких автомобильных поездов приходится выбирать специальные маршруты, на которых мосты и дорожное покрытие способны выдержать повышенную нагрузку.

5.1 Топливозаправщики

Учитывая протяженность разработки траншеи при строительстве магистрального нефтепровода, постоянно возникает необходимость в топливной дозаправке машин. Для доставки на место строительства, хранения, перекачивания светлых и темных нефтепродуктов используют автотопливозаправщики.

Топливозаправщик АТЗ-11 на шасси Камаз 43118-3027-50 предназначается для нефтепродуктов - их хранения и транспортирования по дорогам всех видов в любой местности, а также заправки разных видов техники.

Технические характеристики топливозаправщика Камаз 43118-3027-50 оптимально подходят для выполнения его функций. Он оснащён счётчиком, топливораздаточным пистолетом, а также насосом, осуществляющим наполнение цистерны и её слив. У цистерны могут быть несколько (2 либо 3) изолированных отсека, предназначенных для разных видов топлива. В таком случае у каждого отсека имеется собственное отдельное устройство для учёта отпуска топлива. Местом расположения расширительной горловины является задняя часть цистерны. Горловина цистерны, которая изготовлена в качестве меры полной вместимости, оснащена смотровым окном, позволяющим контролировать полноту налива жидкости.

Выбираем топливозаправщик АТЗ-11 на базе Камаз 43118-3027-50

Рисунок 7. Автотопливозаправщика АТЗ-11

Таблица 8. Характеристика автотопливозаправщика АТЗ-11

5.2 Машины для перевозки крупногабаритной техники