Сооружение подводных нефтегазопроводов

План акватории для проектирования трубопроводов морского рейдового причала должен включать участки с глубинами до 50 м и протяженностью 500 м и более от конца трубопровода.

На основании поперечных профилей (нормальных к створу Трубопровода) в конце подводного трубопровода проектируют расстановку рейдового оборудования.

4.1 Назначение инженерно-геологических изысканий

Инженерно-геологические изыскания проводят для установления геологического строения, геоморфологических и гидрогеологических характеристик участка строительства морского трубопровода. На основании инженерно-геологических изысканий устанавливают физико-механические свойства грунтов: гранулометрический состав, плотность, объемную массу сухого грунта и в естественном состоянии, влажность, угол внутреннего трения и сцепление грунта, сопротивление сдвигу, нижний и верхний пределы пластичности и консистенцию глинистых грунтов,

Изучают состав, мощность и условия залегания донных отложений (мощность слабых илистых и рыхлых несвязных грунтов, глубину залегания плотных грунтов и скальных пород), физико-геологические процессы и явления.

Особое внимание уделяют определению устойчивости берегового и подводного склонов, развитию физико-геологических явлений (береговых процессов, обвалов, оползней, карстов и др.).

Грунтовые условия акватории существенно влияют на выбор варианта и конструктивное решение морского трубопровода. От свойств грунтов зависят величина и способ заглубления трубопровода в грунт, переформирование морского дна, конструкция берегоукрепления и методы закрепления трубопровода, несущая способность судовых якорей, устойчивость трубопровода на всплытие вследствие изменения свойств грунтов и плотности воды при шторме, размыве и засыпке траншеи.

Материалы инженерно-геологических изысканий должны быть достаточными для прогнозирования деформации рельефа дна и берегов в створах трубопровода на весь период его эксплуатации.

5. АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Структура скальных пород морского дна

Инженерно-геологические изыскания акватории на участках строительства трубопроводов наиболее эффективно проводить с помощью акустических методов в сочетании с исследованием свойств образцов грунтов, взятых со дна акватории с помощью специальных пробоотборников.

Качество получаемой информации с помощью акустических методов в значительной степени зависит от частотного спектра выходного сигнала. Низкочастотный спектр по сравнению с высокочастотным обладает большей глубиной проникания акустической энергии в грунт. Высокочастотные спектры 40 кГц и выше полностью отражаются от дна или проходящего косяка рыбы и поэтому используются в эхолотах для промеров глубин и обнаружения косяков рыбы. При частоте сигнала 12 кГц глубина проникания в груду достигает 10 м, если дно сложено из мягких осадочных пород. При более низкой частоте сигнала в диапазоне 60--120 Гц глубина проникания может достичь нескольких тысяч метров. С увеличением глубины проникания ухудшается разрешающая способность системы. Поэтому в каждом конкретном случае можно выбрать либо увеличение глубины проникания, но ухудшение разрешающей способности, либо увеличение четкости вследствие уменьшения глубин. Установлено, что только при определенном сочетании мощности и частоты сигнала можно получить систему с оптимальной разрешающей способностью.

Для строительства подводных трубопроводов целесообразно применять акустические приборы, обеспечивающие глубину проникания до 5--10 м.

Физико-механические свойства пород, слагающих морское дно, значительно влияют на качество съемки. Некоторые породы частично отражают и частично пропускают звуковые волны, другие породы, почти не отражая, полностью пропускают или поглощают их.

Твердые скальные породы в основном акустически непрозрачны, неконсолидированные осадочные породы с большим содержанием воды и глинистые отложения свободно пропускают звуковые волны, а торфы и другие органические отложения полностью поглощают их.

Проведение геологических исследований с использованием акустических методов позволяет определить вид, мощность и протяженность залегания осадочных пород, отличить илы и глины от песка и твердых пород, а также с достаточной точностью получить данные о глубине залегания скальных пород.

Ширина обследуемой полосы морского дна вдоль трассы трубопровода зависит от глубины моря и должна быть достаточной для установления условий заякоривания земснарядов, трубоукладочных барж и трубозаглубителей. На больших глубинах ширина обследуемой полосы может колебаться от нескольких сотен метров до двух километров.

В дополнение к акустическим исследованиям проводится анализ образцов грунта, взятых с морского дна с помощью специальных устройств: виброзонда, виброгрунтоотборника, поршневого гравитационного прибора и др.

5.2 Принцип действия акустических аппаратов

Виброзонд состоит из свинчивающихся секций двух- или трехдюймовых труб длиной по 1,5 м, имеющих грунтовые ловушки. Под действием вертикальных колебаний происходит разжижение грунта и виброзонд погружается па необходимую глубину, с которой и отбирают пробы грунта грунтовыми ловушками. Затем зонд поднимают (периодически включая и выключая вибратор) и извлекают образцы грунта из грунтовых ловушек, расположенных на различных глубинах. Виброзонд может погружаться в грунт на 10 м и более. Применение виброзонда наиболее эффективно при залегании на морском дне насыщенных песчаных и песчано-гравелистых отложений, илистых грунтов текучепластичной и пластичной консистенции, виброзонд можно использовать и для отбора проб крупнообломочных и глинистых грунтов.

При применении подводного виброгрунтоотборника вибратор располагается под водой. Длина виброгрунтоотборника 3,4 м, длина труб для отбора грунта 3 м. Для отбора проб связных грунтов применяют трубы с боковыми прорезами, а песчаных грунтов - трубы без прорезов. Наконечник виброгрунтоотборника имеет лепестки для удержания грунта на трубе при ее подъеме.

6. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗЕМСНАРЯДОВ

6.1 Особенности производства подводных земляных работ

Специфические особенности производства земляных работ при строительстве подводных трубопроводов обусловливают целесообразность применения машин и оборудования, наиболее эффективных для различных условий практики.

Выбор технических средств для устройства подводных траншей зависит в основном от объемов и сроков выполнения работ, вида, состояния и свойств грунтов, глубины водоема, скорости течения, размеров траншеи, условий доставки техники в район строительства и времени года.

Подводные земляные работы' выполняются как дноуглубительной техникой общего назначения (земснарядами), так и различными машинами, созданными специально для трубопроводного строительства.

6.2 Классификация дноуглубительной техники

Земснаряды классифицируются по следующим основным признакам:

1) по способу отделения грунта от дна и его подъема над уровнем воды;

2) по способу транспортирования извлекаемого грунта от снаряда к месту отвала;

3) по средствам перемещения снаряда при грунтозаборе;

4) по способу передвижения снаряда с одного участка работ на другой;

5) по производительности;

6) по роду энергетической установки;

7) по району выполнения дноуглубительных работ.

По способу отделения грунта от дна и его подъема над уровнем воды дноуглубительные снаряды подразделяются на снаряды с гидравлическим способом отделения и подъема грунта, называемыё землеосными снаряды с механическо-гидравлическим способом отделения и подъема грунта (землесосы с механическим или механическо - гидравлическим способом разрыхления грунта), снаряды с механическим сп6собом отделения и подъема грунта (многоковшовые и одноковшовые)

По способу транспортирования извлекаемого грунта от снаряда к месту отвала дноуглубительные снаряды подразделяются на рефулерные, трюмные, шаландовые, рефулерно-шаландовые, длиннолотковые и транспортерные.

Рефулерные снаряды транспортируют грунт по грунтопроводу к месту подводного или берегового отвала.

Трюмные снаряды транспортируют грунт к месту отвала в грунтовом трюме, который разгружается на месте свалки или через разгрузочные отверстия в днище трюма собственной грунтонасосной установкой.

Шаландовые погружают грунт в трюм шаланд, которые своим ходом или на буксире транспортируют грунт к месту отвала.

Рефулерно-шаландовые могут транспортировать грунт от снаряда рефулерным и шаландовым способом.

Длиннолотковые снаряды транспортируют грунт к месту отвалило длинному наклонному лотку, куда для улучшения перемещения грунта подается вода.

По средствам перемещения снаряда при грунтозаборе различают якорные, свайно-якорные снаряды, перемещаемые собственной гребной установкой.

Для перемещения якорные снаряды оборудуются рабочими якорями, якорными канатами и оперативными лебедками. Якорь завозят на определенное расстояние и при помощи канатов и лебедок снаряд перемещается в нужном направлении.

Свайно-якорные снаряды кроме рабочих якорей имеют также свайные аппараты.

По способу передвижения с одного участка работ на другой снаряды подразделяют на самоходные, и перемещаемые буксирами.

По производительности различают снаряды малой , средней и большой производительности; по роду энергетической установки (приводящей в движение снаряд) -- паровые, дизельные, дизель-электрические, дизель-гидравлические, газотурбинные и электрические дноуглубительные снаряды; по району выполнения дноуглубительных работ -- снаряды, морского и речного типов. Морские земснаряды отличаются от речных конструкцией корпуса и лучшей остойчивостью, позволяющей выполнять работы в условиях волнения.

7. РАЗРАБОТКА ТРАНШЕЙ ЗЕМЛЕСОСНЫМИ СНАРЯДАМИ

7.1 Устройство и работа земснарядов

Землесосные снаряды целесообразно применять на несвязных грунтах небольшой крупности (песках и мелком гравии). Принцип работы землесосов по извлечению грунта со дна акватории заключается в отсасывании со дна акватории смеси частиц грунта с водой, называемой пульпой. Схема землесосного снаряда показана.

Основной рабочий орган землесоса -- центробежный насос, создающий вакуум и всасывающий пульпу через грунтозаборное устройство (сосун) 1. Сосун может изменять свое положение (опускаться или подниматься) при помощи подъемного устройства. По сосуну пульпа поступает в грунтовый насос 3, который подает ее в напорный грунтопровод 4. Глубина всасывания современных землесосных установок изменяется от 2--3 до 40--50 м, а производительность -- 80--3000 м3/ч.

Сосуды закрываются решеткой для предотвращения попадания больших камней либо длинных предметов, которые могут повредить рабочее колесо центробежного насоса.

Современные землесосные снаряды имеют специальные гидравлические, механические и комбинированные устройства для разрыхления грунта.

7.2 Применение земснарядов для разработки плотных и связных грунтов

Для разработки плотных несвязных и связных грунтов конструкции всасывающих устройств оснащаются механическими разрыхлителями грунта -- фрезерными и роторно-ковшовыми.

Для легкоразмываемых грунтов целесообразно использовать гидравлические разрыхлители, которые обеспечивают подачу в сосун пульпы с более высоким содержанием грунта.

Гидравлические разрыхлители делятся па три типа: размывающие грунт, размывающие и подгоняющие грунт к сосуну и гпдродиффузионные.

Наиболее эффективны разрыхлители гидродиффузионного действия, они обеспечивают консистенцию пульпы до 30--40%.

7.3 Назначение комбинированных рыхлителей

К комбинированным, рыхлителям относятся фрезерно-гидравлические. Эти рыхлители значительно повышают производительность землесосов и расширяют область их применения. Фрезерно-гидравлический рыхлитель состоит из фрезы и системы гидравлических насадок, одна из которых (лобовая насадка) предназначена для разрыхления грунта в передней части забоя, а остальные насадки находятся на ножах фрезы и предназначены для смыва грунта с ножей фрезы, разрыхления и подгонки его к сосуну.

С увеличением глубины разработки подводного грунта производительность землесосных снарядов значительно сокращается. Повышение производительности землесосных снарядов достигается применением эжектирующих устройств на всасывающей линии землесоса.

8. ТРУБОЗАГЛУБИТЕЛЬНЫЕ СНАРЯДЫ

8.1 Целесообразность применения трубозаглубительных снарядов

При устройстве траншей с предварительной разработкой грунта и последующей укладкой трубопровода требуется разработка излишнего объема грунта, превышающего иногда в несколько раз его полезный объем, необходимый для заглубления трубопровода.

Увеличение объема земляных работ обусловливается: конструктивными особенностями земснарядов, разрабатывающими траншеи с минимальной шириной, значительно превышающей оптимальную (в 5--10 раз больше диаметра трубопровода); необходимостью выполнения запасов по глубне и ширине траншеи на заносимость (особенно на переходах через широкие водные преграды со значительными расходами донных наносов); неровностью разработки дна; непрямолинейностью в плане и технологическими особенностями укладки трубопровода.

Укладка трубопровода на дно водоема с последующим заглублением трубозаглубителями не требует разработки дополнительного (бесполезного) объема грунта. Применение трубо-заглубительных снарядов увеличивает производительность заглубления трубопроводов, значительно сокращает сроки и стоимость выполнения земляных работ. Поэтому этот способ более эффективен по сравнению со способом устройства траншей с последующей укладкой трубопровода.

Наилучшие условия для использования трубозаглубителей -- использование их при сооружении морских трубопроводов и переходов через водоемы значительной протяженности. Применение трубозаглубительных снарядов становится затруднительным, если дно водоема сложено скальными грунтами, крупными камнями и валунами и если имеются кривые вставки и повороты трассы в плане.

8.2 Принцип действия трубозаглубительных снарядов

Трубозаглубительный снаряд состоит из плавучей базы и трубозаглубителя - рабочего органа. На плавучей базе размещаются насосы, компрессоры, энергетические установки, крановое оборудование или лебедки для установки трубозаглубителя на трубопровод и подъема его на палубу, якорные лебедки, лебедки для перемещения снаряда, приборы контроля и управления и вспомогательные помещения.

Основное назначение рабочего органа - заглубление трубопровода путем разработки и удаления грунта из-под трубопровода. Трубозаглубитель состоит из несущей конструкции, опорных и фиксирующих катков, рабочих элементов (гидромониторные насадки, фрезы, груптососы) и стабилизаторов устойчивости положения.

Несущая конструкция гидравлических трубозаглубителей выполняется трубчатой, внутренняя полость ее используется для подачи воды к рабочим элементам. Несущая конструкция воспринимает вес трубозаглубителя и передает его на трубопровод или на опорные полозья. Размеры и вес несущей конструкции зависят от диаметра трубопровода, типа и расположения рабочих органов.

Для уменьшения нагрузок на трубопровод от трубозаглубителя используют разгружающие понтоны. Фиксирующие катки удерживают трубозаглубитель от смещений и перекосов в горизонтальной плоскости, расстояния между катками зависят от диаметра и могут регулироваться.

Для обеспечения устойчивости положения трубозаглубителя от гидродинамического воздействия потока, реактивных сил при разработке грунта применяются стабилизаторы.

В качестве стабилизаторов используют опорные полозья или загружающие понтоны.

8.3 Рабочие органы трубозаглубительных снарядов

Рабочие органы трубозаглубительных снарядов подразделяются на четыре типа: струйные, гидроэжекторные и пневматические, фрезерно-гидравлические, бестраншейные (гидродиффузионные).

Струйные трубозаглубители представляют собой систему гидравлических струй. Высоконапорные струи, формирующиеся в насадках, размывают грунт и удаляют за пределы траншеи. Эффективность заглубления трубопровода повышается с увеличением числа насадок и подачи сжатого воздуха. Подача сжатого воздуха в виде струй способствует увеличению выноса грунта из траншеи. Струйные трубозаглубители могут разрабатывать связные и несвязные грунты.

Гидроэжекторные и пневматические трубозаглубители применяются для разработки песчано-гравийных грунтов, суглинков и неплотных глин и наиболее эффективны на размываемых грунтах. Разрабатываемый водяными и воздушными струями грунт отсасывается гидроэжекторами или пневматическими грунтососами и подается по подводному рефулерному трубопроводу. Трубозаглубители этого типа имеют в несколько раз меньшие мощности и производительность по сравнению со струйными трубозаглубителями.

Фрезерно-гидравлические трубозаглубители рыхлят грунт с помощью фрез, расположенных с двух сторон от трубопровода. Вращение фрез осуществляется с помощью гидро- или электропривода. Наличие фрезерного рыхлителя способствует образованию насыщенной пульпы, которая подается на отсос в трубу-сосун и транспортируется по пульпопроводу на поверхность воды или выбрасывается за бровку траншеи по отводной трубе. Фрезерно-гидравлические трубозаглубители по сравнению с гидроэжекторными могут разрабатывать более тяжелые связные грунты.

9. ОРГАНИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ПОДВОДНЫХ ТРАНШЕЙ

9.1 Подготовительные работы разработки подводных траншей

Перед началом разработки подводных траншей выполняют подготовительные работы. Проводят промеры глубин по проектным створам. Если отметки дна выше указанных в проекте, глубину траншей увеличивают до отметок, указанных в проекте. Если фактические отметки профиля дна ниже проектных, то трубопровод заглубляется согласно проекту, с пересчетом прежних проектных отметок заложения трубопровода. При значительных расхождениях проектных и фактических профилей дна все необходимые в проекте изменения оформляются актом с участием представителей заказчика и проектной организации.

Выполняют обследование участка дна реки или водоема в створе перехода в полосе шириной, равной ширине траншеи по верху, с целью выявления засоренности его посторонними пред метами (топляки, пни, металлический лом, камни, затонувшие суда, остатки гидротехнических сооружений и др.), а также очистку зоны обследования от предметов, которые могут помешать нормальной работе земснарядов.

Производят разбивку трассы перехода и установку створных знаков и водомерного поста. Обозначают места отвала грунта установкой вех и светящихся буев. Разрабатываемый грунт не должен мешать судоходству и нарушать установившийся режим речного потока в районе перехода.

Разработка подводных траншей должна выполняться высокопроизво-дительными земснарядами, гидромониторными и гидроэжекционными установками. Применение малопроизводительных ручных гидромониторов и грунтососов, скреперных установок и гидромониторных установок, работающих на размыв, допускается лишь как исключение в случае нецелесообразности использования более производительных земснарядов.

9.2 Типовые технологические карты производства работ

Разработка подводных траншей земснарядами выполняется по типовым технологическим картам производства работ.

Трубопроводы должны быть уложены в траншею сразу же после окончания земляных работ, так как возможно занесение траншеи наносами.

Земляные работы и укладка трубопровода должны быть закончены до начала паводка.

Разработка траншеи обычно начинается на нижней по течению реки нитке перехода. При разработке траншеи верхней нитки возможно использование разрабатываемого грунта для засыпки расположенной ниже траншеи. Если два или более трубопроводов укладывают после окончания разработки всех траншей, то сначала разрабатывают верхнюю по течению траншею, а затем в порядке очередности расположенные ниже траншеи. В этом случае разрабатываемый грунт не будет сноситься по течению и засыпать ранее разработанные траншеи.

9.3 Габариты подводных траншей

Габариты траншеи зависят от вида, состояния и размываемости грунтов, типа руслового процесса и способа разработки траншеи.

Крутизна откосов траншей определяется по материалам изысканий.

Поэтому, несмотря на высокую производительность земснарядов, используемых на дноуглубительных работах, применение их для разработки подводных траншей не всегда экономически целесообразно.

Глубину подводной траншеи следует принимать из условия заглубления трубопровода ниже предельной границы размыва дна реки на 0,5 м, считая до верха трубы.

При разработке траншей землесосными снарядами недоборы грунта по глубине не допускаются, величина допускаемых переборов зависит от производительности снарядов и определяется по СНиП Ш-8--76.

При разработке грунта ковшовыми снарядами принимается запас по глубине траншеи на неровность дна 15--30 см в зависимости от типа земснаряда и вида грунта.

10. ВЫБОР ГАБАРИТОВ ТРАНШЕИ

10.1 Выбор габаритов траншеи

При назначении габаритов траншеи на переходах через реки с интенсивными донными наносами и легкоразмываемыми грунтами следует учитывать изменение поперечного профиля траншеи (уполаживание откосов и повышение отметок дна траншеи). Деформация поперечного профиля траншеи происходит в результате оползания откосов и воздействия руслового потока.

Оползание откосов происходит в основном в течение нескольких суток после образования траншеи: откосы уполаживаются и глубина траншеи уменьшается при неизменном поперечном сечении траншеи. При большой скорости разработки траншеи (применении высокопроизводительных снарядов) угол заложения мгновенного откоса (сразу же после окончания разработки) может быть в несколько раз меньше угла заложения установившегося откоса (после оползания откосов).

10.2 Действие руслового потока на деформацию подводных траншей

Бездействие руслового потока на деформацию подводных траншей зависит от скорости течения, глубины потока, крупности песчаных частиц и проявляется в виде размыва низового откоса и занесения траншеи наносами.

Если скорости течения реки меньше неразмывающих скоростей, траншея остается сравнительно устойчивой и деформации ее незначительны. При скоростях течения выше неразмывающих профиль поперечного сечения траншеи изменяется во времени и траншея заносится наносами. Наносы откладываются на верховом откосе с одновременным размывом и уполаживанием низового откоса траншеи.

Заносимость траншеи учитывается при ее разработке путем увеличения глубины и ширины по дну, рациональной последовательностью разработки отдельных участков траншеи (участок, подвергающийся интенсивному заносу, разрабатывается в последнюю очередь) или повторной проходкой земснаряда по траншее непосредственно перед укладкой трубопровода.

Подводные траншеи засыпают песком, гравием или теми же грунтами, из которых сложено русло. Перед засыпкой траншеи проверяют высотные отметки уложенного трубопровода. Фактические отметки верха трубы не должны превышать 10 см проектных отметок. Засыпку траншей можно выполнять земснарядами, предназначенными для разработки траншей. Вид грунта, а также способ засыпки траншеи определяются проектом.

11. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ

11.1 Проектные работы при строительстве подводных переходов

До начала сооружения подводного перехода выполняются определенные организационные мероприятия и подготовительные работы. Строительство переходов ведется по планам и графикам, увязанным во времени с сооружением трубопровода на сухопутной трассе, для исключения возможных задержек при продувке и испытании магистрального трубопровода. Обычно сооружение подводного перехода опережает работы по укладке трубопровода на линейных участках трассы.

Основные положения организации строительства переходов разрабатываются проектной организацией и формулируются в проекте организации строительства (ПОС) подводных переходов магистрального трубопровода. ПОС включает: календарный план строительства перехода с указанием очередности и сроков выполнения основных и подготовительных работ, а также распределения капитальных вложений и объемов работ по этапам строительства и по времени; строительный генеральный план с условными обозначениями основной ситуации, расположением постоянных и временных сооружений; сводную ведомость объемов строительно-монтажных работ; графики потребности в строительных конструкциях, изделиях, материалах и оборудовании, основных машинах и механизмах и рабочих кадрах; пояснительную записку, содержащую описание характеристики перехода, обоснование методов производства работ, обоснование потребности в необходимых материально-технических ресурсах и источниках их покрытия.

Строительная организация до начала работ по сооружению перехода выполняет в соответствии с утвержденным техническим проектом следующие организационно-технические мероприятия: уточняет сроки и способы производства работ, заключает подрядные и субподрядные договора и оформляет финансирование работ, составляет проект производства работ (ППР) на строительство перехода. Исходными данными для разработки ППР являются сводная смета, ПОС, рабочие чертежи; данные о сроках поставки труб, сварочных, изоляционных и других материалов и оборудования, о наличии материально-технических ресурсов

В состав ППР на строительство подводного перехода входят: календарный график производства работ, график поступления на объект труб, балластных грузов и основных материалов, график потребности в строительных машинах, механизмах и плавучих средствах, типовые проекты временных технологических сооружений (причалов, складов, линий энергоснабжения и связи, водоснабжения), технологические схемы и карты производственных операций (сварки и изоляции труб, разработки траншеи и укладки трубопроводов), график движения рабочей силы, перечень мероприятий по технике безопасности, пояснительная записка с необходимыми расчетами и обоснованиями принятой технологии строительства перехода.

11.2 Выбор и организация работы строительной площадки

При выборе строительной площадки следует учитывать наличие удобных подъездных путей к ней и к урезу воды, достаточную незатопляемую территорию для размещения основных вспомогательных сооружений и выполнения сварочно-монтаж-ных, изоляционно-укладочных и других работ. Если нет необходимой территории для строительной площадки на берегу у створа перехода, ее размещают на некотором расстоянии от него. В этом случае возможен метод укладки с буксировкой секций или плетей труб в створ перехода.

Повышение уровня индустриализации строительства подводных переходов можно достичь методом монтажа подводных трубопроводов из готовых элементов, выполненных в стационарных условиях. На централизованных строительных площадках или базах производится сварка, очистка, изоляция и балластировка сплошным бетонным покрытием секций (плетей) труб, которые затем транспортируются в створ перехода. В стационарных условиях в большей мере механизирован технологический процесс, легче осуществляется технический контроль, благодаря чему обеспечивается высокое качество работ и повышается надежность подводного перехода, снижаются трудовые затраты и сокращаются сроки строительства.

Перед началом строительно-монтажных работ строительная организация производит приемку створа перехода, закрепленного створными знаками и реперами, устанавливает временный водомерный пост с привязкой его к реперу; осуществляет проверку и разбивку углов поворота, закрепление на местности всех характерных точек проектного профиля с выноской разбивочных знаков за пределы зоны работы землеройных механизмов и отвалов грунта.

До начала разработки траншей выполняют контрольные промеры глубин в проектных створах. При значительных расхождениях данных контрольных промеров с проектными составляют акт с участием представителей заказчика и проектной организации и в рабочие чертежи вносят соответствующие коррективы.

Организация строительства подводных трубопроводов зависит от характеристики водной преграды, условий строительства, технологии укладки и может отличаться от приведенной выше.

12. БАЛЛАСТИРОВКА ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ЧУГУННЫМИ ГРУЗАМИ

12.1 Способы обеспечения устойчивого положения трубопроводов

Для обеспечения устойчивого положения подводных трубопроводов на дне водной преграды применяют различные способы их балластировки и закрепления. С увеличением диаметра трубопровода значительно возрастают затраты на балластировку и закрепление. От способов балластировки и закрепления трубопроводов существенно зависит качество и темпы сооружения переходов. Поэтому выбор рациональных способов и разработка новых более совершенных конструктивных устройств по балластировке и закреплению подводных трубопроводов имеют важное значение.

В начальный период строительства трубопроводов, когда диаметр подводных переходов был относительно невелик и они предназначались для перекачки жидких продуктов, трубопроводы прокладывались в основном без пригрузки. Подводные газопроводы и нефтепродуктопроводы диаметром более 529 мм балластировались чугунными грузами в соответствии с расчетом устойчивости на сдвиг и всплытие.

12.2 Балластировка чугунными грузами

Чугунные кольцевые грузы и в настоящее время еще широко применяются при строительстве подводных трубопроводов. Грузы изготовляются на заводах из серого чугуна в соответствии с нормалью НГ-1125 Гипрогаза и состоят из двух полуколец. Конструкция чугунного груза показана.

Перед установкой на трубопровод краном или трубоукладчиком производится раскладка половинок грузов вдоль зафутерованной плети. Расстояния между грузами определяют расчетом. Затем на выложенные половинки грузов укладывают зафутерованную трубу и навешивают на нее верхние половинки грузов, после чего половинки грузов соединяют болтами.

13. БАЛЛАСТИРОВКА ТРУБОПРОВОДОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ ГРУЗАМИ

13.1 Конструкции железобетонных грузов

В настоящее время железобетонные грузы широко применяются при строительстве подводных трубопроводов. Использование железобетонных грузов взамен чугунных позволяет экономить значительное количество металла и уменьшает затраты на балластировку трубопровода. По конструкции различают седло вые, шарнирные и кольцевые железобетонные грузы. Железобетонные грузы изготовляют в заводских условиях, в отдельных случаях при строительстве крупных подводных переходов их производство может быть организовано на полигонах вблизи строительной площадки перехода.

Для изготовления грузов применяют шлакопортландцемент марки 300--400, гравий или щебени изверженных пород. Меньшая объемная масса бетона по сравнению с чугуном вызывает увеличение размеров железобетонных грузов или более частое их расположение, усложняет работы по навеске грузов и протаскиванию трубопровода. В целях уменьшения размеров железобетонных грузов для их изготовления целесообразно применять тяжелые и особо тяжелые бетоны с рудосодержащими заполнителями.

13.2 Седловидные железобетонные грузы

Седловидные железобетонные грузы используют для балластировки пойменных и заболоченных участков подводных трубопроводов. Их устанавливают на уложенный в траншею трубопровод с помощью автокрана или крана-трубоукладчика. Для предохранения изоляции трубопровода от повреждений на участок установки груза приклеивают предохранительный коврик, состоящий из трех слоев бризола или рубероида с прослойками битума.

Балластировку трубопровода седловидными железобетонными грузами может выполнять звено в составе четырех человек: машинист 6-го разряда и машинисты трубоукладчиков: один 4-го разряда и два 3-го разряда. Звено выполняет подноску и резку бризола для прокладки под балласт, обслуживание битумоплавильного котла, наложение битумной мастики и полотен бризола на поверхность трубопровода, перемещение и установку грузов на трубопровод.

До начала работ по балластировке уложенного в траншею трубопровода грузы развозят вдоль траншеи и подготовляют битумную мастику в битумоплавильном котле. Схема организации работ по балластировке трубопровода показана.

Машинист М подводит кран-трубоукладчик к грузу, машинист Ti стропует груз стропом за монтажные петли и подает машинисту М команду приподнять груз. После осмотра машинистом Ti надежности строповки машинист М транспортирует груз к месту его навешивания на трубопровод. Машинисты Т2 и Т3 устанавливают перекидной мостик и наклеивают на поверхность трубопровода послойно битумной мастикой листы бризола. Машинисты 7\ и Т2 придерживают и направляют висящий груз в заданное положение, а машинист М краном-трубоукладчиком медленно опускает груз. При правильной установке груз отстропливают, и машинист перегоняет кран-трубоукладчик за следующим грузом. Во время навешивания и отстропки груза машинист Т3 подготавливает бризол, подносит его и битумную мастику к месту наклейки, предохранительного коврика.

Основной недостаток седловидного железобетонного груза -- расположение его центра тяжести выше оси трубопровода, что в некоторых случаях приводит к опрокидыванию груза. Кроме того, из-за недостаточной несущей способности груза в вершине седла возможна его поломка в процессе транспортных и погру-зочно-разгрузочных работ.

С целью устранения перечисленных недостатков были предложены конструкции поясных и шарнирных грузов. Поясной груз представляет собой два бетонных блока, соединенных стальными поясами. Блоки имеют общий центр тяжести, расположенный ниже оси трубы, что обеспечивает устойчивость против опрокидывания.

14. БАЛЛАСТИРОВКА МОНОЛИТНЫМ БЕТОННЫМ ПОКРЫТИЕМ

14.1 Назначение монолитного бетонного армирования

Балластировка подводных трубопроводов сплошным бетонным покрытием имеет ряд преимуществ по сравнению с балластировкой отдельными грузами. Монолитное армированное бетонное покрытие защищает антикоррозийную изоляцию и трубопровод от механических повреждений в период его строительства и эксплуатации, позволяет протаскивать трубопровод по любым типам спусковых дорожек и грунтам с полной гарантией сохранения изоляции, значительно уменьшает тяговое усилие при протаскивании, позволяет применять трубозаглуби-тельные установки для заглубления трубопровода в грунт.

Существует несколько способов нанесения монолитного бетонного покрытия на трубопровод: торкретирование, бетонирование в опалубке, вибропрокат и набрасывание.

14.2 Бетонирование трубопроводов торкретированием

Бетонирование торкретированием может выполняться двумя методами: цемент-пушкой с подачей под давлением сухой смеси с последующим увлажнением и с подачей готового цементно-песчаного раствора установкой «Пневмобетон».

Установка для бетонирования торкретированием с подачей сухой смеси состоит из цемент-пушки непрерывного действия серии С-320 производительностью сухой смеси 1,5 м3/ч или серии С-702 и С-630А производительностью 3 и 4 м3/ч с соплом и системой шлангов, компрессора ДК-9 или ЗИФ-55, растворомешалки серии С-220 со скиповым подъемником объемому 80-150 л, передвижной электростанции АСМД-7 мощностью 30 кВт. Для бетонирования установкой «Пневмобетон» используется то же оборудование, что и при подаче сухой смеси, за исключением цемент-пушки, вместо которой применяются растворонасосы С-263 подачей 3 м3/ч или С-317А подачей 6 м3/ч.

14.3 Бетонирование трубопроводов цемент-пушкой

При бетонировании цемент-пушкой смешение сухой смеси цемента (марка не ниже 500) и песка осуществляется в растворомешалке в течение 3-4 мин, затем смесь подается в бункер цемент-пушки, откуда под давлением воздуха по шлангу подается в сопло, где смешивается с водой. Количество воды регулирует торкретчик по внешнему виду наносимого раствора. Образовавшийся раствор с большой скоростью вылетает из сопла и покрывает поверхность трубопровода. При торкретировании сопло направляется перпендикулярно к поверхности с удалением от нее на 0,8-1,2 м. Для получения наибольшей плотности бетона и наименьшего отскока смеси давление в компрессоре поддерживается постоянным и равным 3,5-4 кгс/см2.

Для повышения прочности бетонное покрытие армируют сварными рулонными сетками из стальной проволоки диаметром 3-4 мм с размером ячеек 50х50 или 100x100 мм или металлическими плетеными сетками заводского изготовления из проволоки диаметром 2,5 мм с ячейками 25x25 мм.

Плетеную сетку наматывают спиралью на поверхность трубы с рулонов. Места соприкосновения смежных витков спирали, а также последующего рулона с предыдущим соединяют вязальной проволокой.

Арматурную сетку наматывают на изолированный трубопровод на специальные подкладки высотой 20-25 мм. После монтажа арматуры поверхность трубопровода очищают струей сжатого воздуха и увлажняют для лучшего сцепления с бетоном.

Бетонное покрытие наносят слоями толщиной 15-20 мм в несколько этапов: сначала первый слой на боковые поверхности трубопровода, затем на верхнюю часть трубы. После схватывания первого слоя наносят последующие боковые и верхние слои толщиной 20-30 мм до получения проектной толщины. После отвердения верхней половины покрытия плеть переворачивают для нанесения слоя раствора на нижнюю часть трубы. При расчетной толщине бетонного покрытия более 70 мм на затвердевший бетон устанавливают второй ряд арматурной сетки. Бетонирование выполняют до получения проектной толщины аналогично монтажу первого ряда сетки. Через 2 ч после окончания бетонирования поверхность трубы накрывают оберточной бумагой, рогожей или мешковиной. В сухую погоду покрытие поливают водой в течение 7 дней не реже 2 раз при температуре до 15° С и 3-4 раза - при температуре 20-30° С. В течение 5-7 суток бетон набирает необходимую прочность, после чего плеть трубопровода готова к укладке.

15. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ АНКЕРНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

15.1 Целесообразность закрепления трубопроводов винтовыми анкерными устройствами

Закрепление винтовыми анкерными устройствами целесообразно применять при сооружении трубопроводов через обводненные и заболоченные участки, глубокие болота, заливаемые поймы рек и на переходах через малые водные преграды. Анкерные устройства имеют незначительную собственную массу, их можно быстро доставить на удаленные участки переходов, применение анкерных устройств позволяет значительно снизить затраты на балластировку трубопроводов. Схема закрепления трубопровода винтовым анкерным устройством представлена.

Винтовое анкерное устройство состоит из двух или нескольких винтовых анкеров 1, соединительного хомута 3, футеровочного мата 5 и прокладки из нескольких слоев бризола 4, накладываемой на трубопровод 2.

Завинчивание анкеров в торф не допускается. Глубина завинчивания анкеров принимается равной пяти-восьми диаметрам его лопасти. Минимальная глубина заложения лопастей анкеров в минеральный грунт должна быть не менее пяти диаметров лопасти в глинистых грунтах и шести диаметров лопасти -- в песчаных.

Расстояния между анкерными устройствами зависят от несущей способности анкера, допускаемых напряжений и деформаций трубопровода.

При строительстве трубопровода несущую способность анкеров уточняют по данным контрольных выдергиваний или по величине крутящего - момента, возникающего при завинчивании сваи. По крутящему моменту определяют несущую способность анкера на различной глубине завинчивания.

15.2 Производство работ при закреплении трубопровода винтовыми анкерными устройствами

При закреплении трубопроводов винтовыми анкерными устройствами выполняются следующие работы: доставка анкеров на трассу, изоляция стержней, подготовка футеровочных матов и хомутов, выполнение контрольных выдергиваний, завинчивание анкеров в грунт, погружение трубопровода на проектные отметки, наложение прокладки из нескольких слоев бризола и футеровочного мата и соединение хомута со стержнями анкеров.

Для выполнения контрольных выдергиваний на грузовой крюк крана-трубоукладчика навешивают динамометр и захватное приспособление. Максимальная нагрузка на анкер (предельное сопротивление основания анкера) определяется по максимальному показанию динамометра, которое возникает при резком возрастании перемещений вверх до 0,1 диаметра лопасти анкера и незначительном увеличении нагрузки.

Завинчивание анкеров в грунт может выполняться с помощью рычажных устройств вручную или специальными машинами. Ручной способ завинчивания анкеров отличается большой трудоемкостью и может быть рекомендован только в особых случаях.

Пневматические заглубители анкеров ПЗА-1 и ПЗА-2 позволяют завинчивать анкеры с диаметром лопасти 100--250 мм. Они состоят из рамы, пневматических вращателей, работающих от компрессора, и инвентарной штанги; создаваемый ими крутящий момент -- соответственно 100 и 250 кгс-м, а масса -- 30 и 50 кг.

16. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Тема: Физические свойства нефтей и нефтепродуктов. Плотность жидкости

Методические указания:

Физические свойства нефтей и светлых нефтепродуктов, имеющие существенное значение для организации технологического процесса их транспортировки по трубопроводам, характеризуются плотностью с, а также динамической м и кинематической н вязкостями.

Плотность жидкости. Плотность с представляет собой массу жидкости в единице объема. Размерность плотности дается формулой М/ L3 . Единицей измерения плотности в системе СИ служит 1 кг/м3. Например, плотность бензинов составляет 730 ? 760 кг/м3, керосинов 780-830 кг/м3, дизельных топлив 840 ? 850 кг/м3, нефтей - 840 ? 960 кг/м3.

При изменении давления и температуры плотность нефти или нефтепродукта также изменяется, поэтому с есть функция от давления p и температуры T , так что с = с(p,T). Для расчета плотности в зависимости от температуры используется формула

с(T) =с 20 [1 + о (20 ? T)]

в которой о (1/0С ) - коэффициент объёмного расширения; T ? температура (0С), а с20 ? плотность жидкости при нормальных условиях (T= 200C, p 0 = p атм = 0,1013, МПа.)

Для нефти и нефтепродуктов значения коэффициента о представлены в таблице 1.

Из формулы (1) следует, что в тех случаях, когда T > 200 С , с < с20 , а в тех случаях, когда T < 200 С , с > с20 .

Таблица 1 Значения коэффициента о для нефти и нефтепродуктов

Плотность с , кг/м3	Коэффициент о , 1/ 0C
700-719	0,001225
720-739	0,001183
740-759	0,001118
760-779	0,001054
780-799	0,000995
800-819	0,000937
820-839	0,000882
840-859	0,000831
860-879	0,000782
880-899	0,000734
900-919	0,000688
920-939	0,000645
780-799	0,000995

Для расчета плотности нефти или нефтепродукта в зависимости от давления используется формула

с (p ) = с 20 [1+ в (p ? p атм)] = с20 [1+]

в которой в (1/Па) называется коэффициентом сжимаемости, а K = 1 /в (Па) - модулем упругости жидкости.

Средние значения модуля K упругости для бензинов составляют ? 109 Па (1000 МПа); для керосинов, дизельных топлив и нефтей ?1,5?109 Па (1500 МПа).

Используется также обобщенная формула, учитывающая как барическое, так и тепловое расширение:

с (p, T ) =с20 [1+ о? (20? T) +]

Задачи

1. Плотность нефти при температуре 200С равна 845 кг/м3. Вычислить плотность той же нефти при температуре 50С.

Ответ. 855,5 кг/м3.

2. Плотность нефти при температуре 50С составляет 875 кг/м3. Вычислить плотность той же нефти при температуре 20 0С.

Ответ. 864,9 кг/м3.

3. Плотность зимнего дизельного топлива при температуре 12 0С составляет 840 кг/м3. Какова будет его плотность при температуре 18 0С?

Ответ. 835,6 кг/ м3.

4. Температура авиационного керосина ТС-1 с номинальной плотностью с20 = 825 кг/м3 опустилась на 8 0С. На сколько % увеличилась его плотность?

Ответ. На 0, 71 %.

Практическая работа №2

Тема: Физические свойства нефтей и нефтепродуктов. Вязкие свойства жидкостей

Методические указания:

Вязкие свойства жидкостей. Для характеристик свойств нефти и нефтепродуктов учитываются касательные напряжения ф, возникающие на площадках dу , разделяющих слои жидкости, движущиеся с различными скоростями u(y).

Если для характеристик свойств нефти или нефтепродукта используется модель вязкой ньютоновской жидкости, то касательное напряжение ф полагается пропорциональным разности скоростей этих слоев, рассчитанной на единицу расстояния между ними:

ф=м·du/dy

Касательное напряжение ф определяется как сила трения между слоями жидкости, разделенными выбранной площадкой, отнесенная к площади этой площадки:

[ ф ] ==

Единицей измерения ф в системе СИ является Паскаль (Па) или кг/(м ?с2 ).

Коэффициент м пропорциональности в законе (4) вязкого трения называется коэффициентом динамической вязкости.

Размерность этого коэффициента такова:

[ м ] = [ ф ] · T =M / L ·T

Единицей измерения м в системе СИ является Пуаз, при этом 1 Пз = 1/ 10 кг/(м ?с ). В частности, коэффициент динамической вязкости воды равен 0,01 Пз = 0,001 кг/(м ?с ) или 1 сантиПуаз.

Коэффициент н кинематической вязкости жидкости определяется как отношение м /с:

[ н ] =[ м/с ] =

Единицей измерения н в системе СИ является Стокс, при этом 1Ст = 10-4 м2/с. В частности, коэффициент кинематической вязкости воды равен 0,01 Ст = 10-6 м2/с = 1 санти Стокс (сСт). Кинематическая вязкость бензина составляет примерно 0,6 сСт; дизельного топлива - 4 ? 9 сСт; маловязкой нефти - 10 ?15 сСт и т.д.

Вязкость нефти и почти всех нефтепродуктов зависит от температуры. При повышении температуры вязкость уменьшается, при понижении - увеличивается.

Задачи

5. Уровень нефти (с20 = 850 кг/ м3) в вертикальном цилиндрическом резервуаре составлял утром 9 м, считая от дна резервуара. Определить, на сколько изменится этот уровень днем, когда средняя температура жидкости увеличится на 7 0С.

Ответ. Повысится на 5,23 см.

6. Температура нефти ( с20 = 870 кг/ м3) в вертикальном цилиндрическом резервуаре уменьшилась за сутки на 10 0С.

На сколько изменится уровень жидкости в резервуаре, если известно, что первоначально он составлял 6 м?

Ответ. Опустится на 4, 7 см.

7. Автомобильный бензин А-80 ( с20 = 730 кг/ м3) хранится при температуре T0= 150 С в горизонтальной цилиндрической цистерне с диаметром котла 5 м и протяженностью 50 м. Горловина цистерны представляет собой вертикальный цилиндр с диаметром 2 м и высотой 3 м. Уровень бензина в горловине цистерны находится на 1 м ниже ее верхнего края. Определить, на сколько этот уровень понизится, если температура топлива уменьшится на 50С.

Ответ. На 1,84 м.

8. Автомобильный бензин (с20 = 730 кг/м3) в цистерне бензовоза нагрелся на 25 0С, заполнив ее до нижнего среза горловины, в связи с чем объём топлива стал равен номинальному объёму цистерны 10 м3. Определить, какой объём

бензина будет зафиксирован в подземной емкости автозаправочной станции (АЗС) после слива цистерны, когда температура бензина уменьшится до температуры 15 0С окружающего грунта.

Ответ. 9,825 м3, т.е. на 175 л. меньше.

Практическая работа №3

Тема: Объемный расход жидкости

Методические указания:

Объемный расход Q ламинарного течения вязкой несжимаемой жидкости в горизонтальной трубе кругового сечения с радиусом r0 под действием разности давлений Дp определяется формулой Гагена-Пуазейля:

Q=

в которой L - длина трубы.

Расход аналогичного течения в вертикальной трубе, происходящего под действием силы тяжести, определяется формулой

где g ? ускорение силы тяжести ( g ? 9,81 м/c2).

Если шар с диаметром d0 весьма медленно движется в вязкой несжимаемой жидкости со скоростью v, то со стороны жидкости на него действует сила F, называемая стоксовским сопротивлением:

В ряде случаев для характеристики свойств высоковязкой нефти или нефтепродукта используют модели неньютоновских жидкостей. Примером модели неньютоновской жидкости является модель степенной жидкости Освальда. Для этой модели справедливо соотношение

где коэффициент k называется консистентностью, а n ? показателем. Если n < 1, жидкость называют псевдопластичной, если n > 1 - дилатантной

Объемный расход Q ламинарного течения степенной жидкости в горизонтальной трубе кругового сечения с радиусом r0 под действием разности давлений Дp определяется формулой:

Расход аналогичного течения в вертикальной трубе, происходящего под действием силы тяжести, определяется формулой

Другой моделью неньютоновской жидкости, используемой для характеристики свойств высоковязких нефтей, служит модель вязко-пластичной жидкости с предельным напряжением сдвига или модель жидкости Шведова- Бингама. Для нее справедливы следующие соотношения:

если ф > ф0

;если

; если ф < - ф0

Эти соотношения означают, что до тех пор, пока модуль касательного напряжения ф не превысит некоторой предельной величины ф0 , являющейся характеристикой данной среды и называемой предельным напряжением сдвига, течение такой среды не начинается (в этом случае du /dy = 0 ); и среда течет как вязкая жидкость, если | ф | ? ф0 (при этом du /dy ? 0 ).

Объемный расход Q ламинарного течения вязко-пластичной жидкости Шведова-Бингама в горизонтальной трубе кругового сечения с радиусом r0 под действием разности давлений Дp определяется формулой:

Для начала такого течения должно выполняться условие

или

Задачи

9. Каково изменение вместимости участка стального нефтепровода (D= 820 мм, д = 10 мм, L = 100 км) при увеличении среднего давления находящейся в нем нефти на 10 атм.?

Ответ. 19,7 м3.

10. Каково изменение вместимости участка стального нефтепровода (D = 820 мм, д = 10 мм, L =100 км) при увеличении средней температуры находящейся в нем нефти на 100С?

Ответ. 16,6 м3.

11. Давление дизельного топлива (с20 = 840 кг/ м3) в практически горизонтальном участке нефтепродуктопровода (D = 530 мм, д = 8 мм, L = 120 км) составляет 20 атм.

Вычислить массу топлива на этом участке, если известно, что температура жидкости равна 15 0С. Тепловым расширением трубопровода пренебречь.

Ответ. ? 21030 8 , т.

12. Давление дизельного топлива (с20=840 кг/м3) в практически горизонтальном участке нефтепродуктопровода (D = 530 мм, д = 8 мм, L = 120 км) составляет 20 атм.

Какую массу дизельного топлива нужно откачать из этого трубопровода, чтобы давление в нем снизилось до 10 атм.? Температуру считать постоянной, равной 150С; тепловым расширением трубопровода пренебречь.

...