Подводные переходы
Федеральное государственное образовательное учреждение
Торжокский политехнический колледж
ПОДВОДНЫЕ ПЕРЕХОДЫ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
КП.130502.Н-30.11.ПЗ
Студент (Захаров М.А.)
Консультант (Матвеева А.А.)
2011
СОДЕРЖАНИЕ
Лист
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Общая часть 6
- Общие сведения о подводных трубопроводах и требования к их проектированию 6
- Конструктивные схемы подводных переходов 8
- Земляные работы при сооружении подводных трубопроводов 11
- Сварочно-монтажные работы при сооружении подводных трубопроводов 20
- Очистка, изоляция, футеровка и балластировка подводных трубопроводов 22
- Способы укладки подводных трубопроводов 27
- Расчетная часть 35
- Расчет устойчивости подводного перехода, выбор балластирующих грузов 35
- Расчет толщины стенки подводного трубопровода 37
- Заключительная часть 39
- Техника безопасности при строительстве подводных переходов 39
- Охрана окружающей среды при строительстве подводных переходов 43
Список использованой литературы 46
ВВЕДЕНИЕ
В общем случае
магистральный трубопровод
-большим диаметром;
-большим давлением;
-большой протяженностью;
-наличием перекачивающих станций.
Структура и развитие газопроводной сети в РФ определяются географическим размещением районов добычи газа и ее потребителей. Основное требование к транспортировке газа – рациональное освоение ее потоков (т.е. сооружение газопроводов достаточной пропускной способности).
Сооружение
магистральных газопроводов превратилось
в самостоятельную отрасль
Строительство магистральных трубопроводов осуществляется в различных природно-климатических зонах страны, в том числе и в труднодоступных районах со сложными грунтовыми условиями.
При строительстве магистральные трубопроводы пересекают большое количество естественных и искусственных препятствий. Такие пресечения называют переходами. В зависимости от вида препятствий переходы подразделяются на подводные, воздушные и подземные.
Проектирование
различных переходов
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Общие сведения о подводных трубопроводах и требования к их проектированию
Подводным переходом называется гидротехническая система сооружений одного или нескольких трубопроводов, пересекающая водные преграды, при строительстве которой применяются специальные методы производства подводно-технических работ. К подводным следует относить трубопроводы, уложенные по дну или ниже отметок дна водоема.
Трубопроводы, прокладываемые на пойменных участках рек, следует также относить к категории подводных, т.к. при эксплуатации во время паводка они будут находиться под водой. При проектировании и строительстве таких трубопроводов необходимо соблюдать те же требования, что и при сооружении подводных трубопроводов.
Трубопроводы, прокладываемые через ручьи и речки шириной до 10 м, глубиной менее 1,5 м не относятся к подводным переходам, т.к. при их сооружении и ремонте не требуется специальное подводно-техническое оборудование.
В состав подводного перехода входят:
- участок основной и резервных ниток, ограниченный для многониточных переходов запорной арматурой, установленной на берегах водоема, а для однониточных – горизонтом высоких вод (ГВВ), не ниже отметок 10% обеспеченности;
- берегоукрепительные сооружения, предназначенные для предохранения трубопроводов от размывов, оползней и т.д.
- сооружения для регулирования русловых деформаций в районе перехода;
- защитные сооружения от аварийного выхода перекачиваемых продуктов;
- информационные знаки ограждения охранной зоны ПП на судоходных и сплавных водных путях;
- вертолетные площадки;
- специальные защитные сооружения, предотвращающие повреждения трубопровода тормозными устройствами плотов, якорями на судоходных и сплавных реках;
- плановые магистрали (базисные линии для наблюдения за размывом берегов, базисы, по концам которых устанавливаются угломерные инструменты, контрольные отводы и другие устройства, закрепленные на местности долговременными опорными знаками).
Трубопроводы на подводных переходах через реки и водоемы классифицируются по различным признакам. Главными из них являются ширина и глубина водной преграды.
Граничная длина подводного перехода определяется из следующих факторов:
- для многониточных переходов - участок, ограниченный камерами пуска приёма ОУ, установленных на берегах;
- для однониточных переходов - участок, ограниченный запорной арматурой и уровнем вод не ниже отметок 10 % обеспеченности.
В соответствии со СНиП 2.05.06-85 подводные переходы через водные преграды в зависимости от условий работы, диаметра трубопровода и судоходности водной преграды относятся к категориям I, II и В.
В соответствии со СНиП 1.02.07-87 подводные переходы подразделяются по группам сложности в зависимости от ширины водного объекта (таблица 1).
Таблица 1- Группы сложности подводных переходов
Группа сложности |
Характеристика условий пересече- ния водного объекта |
Малые переходы
Средние переходы
Большие переходы |
Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой до 30 м при средних глубинах 1,5 м. Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой от 31 м до 75 м при средних глубинах 1,5 м. Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения более 75 м. Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения менее 75 м, но зона затопления которых составляет более 500 м (10% вероятности пре- вышения уровня воды при 20 – дневном стоянии) |
1.2 Конструктивные схемы подводных переходов
Подводный переход, как правило, представляет в плане двух- или трех трубную систему. Число труб может быть и большим.
При меженном (среднем) уровне воды 75 м и более пересечение водной преграды рекомендуется осуществлять с обязательной укладкой резервной нитки трубопровода.
В порядке исключения при ширине рек более 75 м допускается при соответствующем обосновании укладка однониточного перехода. На рисунке 1 показана схема подводного перехода.
На границах перехода устанавливаются отключающие устройства 1 (задвижки на нефтепроводах, краны на газопроводах). Резервную нитку 3 подключают к основной 2 и обычно включают в работу при возникновении аварийной ситуации на основной или при капитальном ее ремонте.
Подводный трубопровод заглубляется в грунт ниже возможной границы размыва дна реки и ее берегов. В этом случае не производится крепления дна; берега же реки обычно закрепляются. Если же трубопровод не может быть уложен ниже границ размыва, то участки на которых возможен размыв, крепятся в обязательном порядке. В пределах длины подводного перехода желательно укладывать трубопроводы без кривых вставок предварительного гнутья, так как это усложняет условия строительства и статическую работу материала труб. Такие вставки вводят в трубопровод обычно при наличии высоких и крутых берегов (рисунок 2). Вставка 1 установлена в надводном, а 2 – в подводном береговом участке трубопровода.
Основная 2 и резервная 3 нитки уложены в траншеях, которые засыпаны грунтом. Иногда с целью повышения надежности трубопровода над ними делают каменную отсыпку или укладывают железобетонные плиты, которые предохраняют трубы от механического повреждения.
Рассмотрим основные элементы
конструкций поперечного
Подводный трубопровод в поперечном сечении может оформляться различными способами, в зависимости от назначения. Нефте- и нефтепродуктопроводы обычно только изолируют и покрывают футеровкой (рисунок 3, а), а иногда применяют двухтрубную конструкцию (рисунок 3, г). Газопроводы могут сооружаться в виде однотрубной (рисунок 3, б, в) и двухтрубной (рисунок 3, г) конструкции.
При первой схеме (рисунок 3, а) трубу 1 покрывают изоляцией 2 и футеровкой 3. При схеме (рисунок 3, б) трубу 1 покрывают изоляцией 2, футеровкой 3, а затем навешивают утяжеляющие грузы 4 и скрепляют их болтами 5. Балластировка может производиться также бетоном 6 (рисунок 3, в).
Двухтрубная система (рисунок 3, г) с заполнением межтрубного пространства представляет собой две трубы 1 и 7, расположенные одна внутри другой. Пространство между ними заполняется цементно-песчаным раствором 6 или иным тяжелым заполнителем, свободно проникающим в межтрубное пространство. При этом применение утяжеляющих грунтов не требуется. Наружную трубу 7 покрывают изоляцией 8. Для протаскивания внутренней трубы ее оснащают катками 9.
1.3 Земляные работы при сооружении подводных трубопроводов
Подводное исполнение переходов предполагает значительный объем земляных работ. По данным различных источников, стоимость подводных земляных работ составляет от 50 до 70 % стоимости строительства ПП.
В состав земляных работ входят:
− срезка крутых береговых склонов;
− разработка траншей на русловых, береговых и пойменных участках;
− засыпка траншей;
− укрепление берегов;
− устройство водоотводных канав, перемычек;
− планировка береговых строительных площадок и др.
Технология устройства подводных траншей для трубопроводов отличается от технологии подводных земляных работ при строительстве других гидротехнических сооружений, так как подводные траншеи представляют собой узкопрофильную выемку, направленную поперек течения. Эти особенности производства земляных работ при строительстве подводного трубопровода обусловливают применение специальных машин и оборудования.
Выбор и рациональное использование технических средств для разработки подводных траншей на реках и водоемах зависят от грунтовых условий по трассе перехода, глубины грунтозабора, объемов работ и возможностей доставки техники на строительный объект.
Подводные переходы магистральных нефтепроводов, строительство которых осуществляется в различных геологических условиях, характеризуются большим разнообразием грунтов, слагающих русла рек в зоне заглубления трубопроводов. На переходах встречаются грунты смешанного типа. В остальных случаях в пределах русла реки грунты однородного
состава представлены в основном песками различной крупности, песчано-гравелистыми и гравелисто-галечниковыми отложениями.
Оборудование для подводной разработки грунта в зависимости от принципа силового воздействия на грунтовой массив подразделяется на три вида.
К механическому оборудованию относятся многочерпаковые, штанговые и грейферные земснаряды, канатно-скреперные установки, скалодробильные и скалоуборочные машины, экскаваторы и др.
Гидравлическое оборудование включает гидромониторные снаряды, землесосные установки, гидроэжекторные и пневматические грунтососы.
Разработка траншей на прибрежных участках выполняется бульдозерами и экскаваторами с учетом обводненности грунтов и правил техники безопасности. Механический способ разработки тяжелых и скальных грунтов основан на применении различных плавучих и подводных технических средств, обеспечивающих рыхление твердых грунтов и их извлечение. Рыхление твердых грунтов различной прочности может осуществляться путем их механического дробления до заданных фракций или механического срезания.
Извлечение взрыхленного скального или плотного грунта производится теми же ковшовыми плавучими механизмами.
Качественное и рациональное выполнение подводных земляных работ существенно зависит от параметров траншеи. Основные факторы, обеспечивающие соблюдение заданных параметров траншей, подразделяются на три группы:
− факторы, характеризующие гидрологические и геологические условия сооружения перехода (ширина и глубина меженного русла, водный режим, характеристика грунтов, слагающих дно, интенсивность транспортировки наносов и др.);
− факторы, характеризующие конструкцию, технологию монтажа и укладки подводного трубопровода (диаметр труб, требования к их изготовлению и монтажу, способ укладки);
− факторы, определяющие технологию разработки подводных траншей (способ разработки, конструктивные особенности земснарядов, схема рабочих перемещений, способ ориентации и др.).
Земляные работы проводятся в соответствии с проектом производства работ, в котором предусматриваются способы и последовательность разработки грунта, типы и мощность механизмов, а также меры по соблюдению техники безопасности. [1]
Разработка
подводных траншей может
Трубозаглубительные снаряды применяют при возможности предварительной укладки трубопровода по естественному рельефу дна с допустимыми радиусами изгиба и при отсутствии скальных грунтов. Наиболее целесообразно трубозаглубительные снаряды применять при ширине переходов более 1 км и при глубинах свыше 20 м.
Канатно-скреперные установки применяют:
− при малом объеме работ до 10 тыс. м3, когда другие земснаряды применять нецелесообразно;
− при разработке траншеи в предварительно разрыхленных грунтах;
− при глубине подводной траншеи до 3 м;
− при скорости течения менее 0,7 м/с на реках, дно и берега которых сложены мелкозернистыми и среднезернистыми песками;
− при средней дальности разработки до 150 м.
До начала разработки траншей на подводных переходах:
− проверяют и закрепляют проектные створы и реперы;
− измеряют глубины водной преграды и определяют соответствие фактического профиля дна реки проектному;
− выполняют обследование участка реки или водоема на проектную ширину подводной траншеи поверху для выявления случайных препятствий.
Разработка подводных траншей земснарядами и гидромониторами
Любой способ разработки подводного грунта предусматривает рабочее перемещение земснарядов по прорези траншейным или папильонажным способом. При использовании траншейного способа земснаряд двигается вдоль разрабатываемой прорези; после продвижения на определенное расстояние вперед он возвращается назад в исходное положение, перемещается в сторону и разрабатывает следующую параллельную выемку (рисунок 4).
Этот способ применяют при наличии достаточных для перемещения земснаряда глубин. При папильонажном способе земснаряд перемещается поперек траншеи с постепенными подачами вперед.
В зависимости от конкретных условий работы применяются следующие виды папильонирования:
− параллельный;
− крестовый;
− веерный;
− багермейстерский.
Разработка подводной траншеи производится в следующем порядке:
− передний становой якорь размещают в створе укладки становых якорей у буя, соответствующего разрабатываемой карте;
− земснаряд устанавливают на линии нижнего дополнительного створа у правой или левой границы створа;
− земснаряд при помощи папильонажных тросов, передвигаясь от левой границы к правой и ориентируясь на буи соседней карты, производит разработку карты подводной траншеи; при достижении границы карты земснаряд делает передвижку поста.
Перед началом разработки подводной траншеи выполняются следующие работы:
− инструментальная разработка бровочных линий;
− установка створных знаков на разбивочных линиях со световыми излучателями для ориентирования по ним в темное время суток; в условиях плохой видимости должны быть установлены, на расстоянии друг от друга не более 50 м, плавучие вехи или буи, освещаемые в темное время суток;
− удаление обнаруженных водолазами подводных препятствии;
− устройство анкеров, используемых в качестве якорей;
− установка сигналов в соответствии с действующими правилами судоходства.
В состав работ, выполняемых непосредственно при разработке подводного грунта, входят:
− установка земснаряда в створе траншеи с выкладкой якорей для рабочих тросов;
− разработка подводного грунта в прорези с поддержанием оптимального режима работы;
− перекладка якорей;
− контроль глубины разработки траншеи;
− обеспечение нормальной эксплуатации оборудования и механизмов путем проведения технических обслуживаний и ремонтов.
Наибольшую производительность землесосные снаряды с грунтовыми и водоструйными насосами дают при разработке несвязных грунтов небольшой крупности, таких как песок и мелкий гравий.
Большим преимуществом землесосных снарядов является возможность транспортирования разрабатываемого грунта на небольшое расстояние от траншеи, что в ряде случаев необходимо из-за недопустимости перекрытия русла реки или судового хода грунтом.
Разработка гидромониторными снарядами
Разработка подводного грунта гидромониторным снарядом производится путем разрушения грунта гидродинамической силой струи, формируемой гидромониторным насадком, и последующего выноса грунта струёй и течением за бровки траншеи. Способ разработки подводного грунта гидромониторными снарядами наиболее прост. При его использовании отсутствуют затраты на подъем грунта и его последующее транспортирование. Разработка грунта этим способом более эффективна при большой скорости течения, способствующей интенсивному выносу размытого грунта.
К недостаткам гидромониторных снарядов, снижающим их производительность и ограничивающим применение, относятся:
− быстрое затухание гидродинамической струи по мере увеличения расстояния от среза гидромониторного насадка до разрабатываемого грунта;
− оседание на дно траншеи части грунта, взвешенного струей, при отсутствии течения;
− необходимость неоднократных промывов одних и тех же масс грунта при большой ширине и глубине траншеи;
− отсутствие постоянных и непрерывно действующих средств контроля за эффективным использованием гидромониторного снаряда в процессе работы, если они выполняются без участия водолазов;
− значительное удорожание работ при разработке траншей гидромониторами малой мощности с использованием труда водолазов.
Производительность и эффективность использования гидромониторных снарядов зависит от конструкции применяемых насадков.
Для повышения производительности гидромониторных снарядов и уменьшения удельного расхода воды:
− выполняют предварительное рыхление плотных связных грунтов;
− добиваются соответствия
между производительностью
− используют для размыва наиболее работоспособную часть струи;
− ведут разработку грунта послойно, уступами высотой, обеспечивающей максимальную производительность гидромонитора;
− не допускают резкого перебрасывания струи по забою, так как при такой переброске ослабляется установившийся процесс размыва грунта и увеличивается оседание грунта в забое.
Разработка подводного грунта гидромониторами выполняется при относительно нешироких траншеях на засоренных грунтах и грунтах V и VI групп.
Гидромониторные снаряды могут перемещаться по прорези траншейным или папильонажным способом. На тяжелых связных грунтах применяется траншейный способ. Параллельный папильонаж применяется при значительных скоростях течения, когда грунт, взвешенный струёй гидромонитора, относится за пределы траншеи течением.
Разработка подводного грунта гидромонитором включает две основные операции: устройство забоя и вынос грунта из прорези гидромоторной струей.
Разработка подводных траншей скреперным и ковшовым оборудованием
Канатно-скреперные установки, применяемые для устройства подводных траншей, состоят из скреперного ковша, лебедки, приводной силовой станции и комплекта тросов и блоков (рисунок 5. б, в).
Разработка подводных
траншей канатно-скреперными
На реках небольшой глубины разработка русловой траншеи может осуществляться экскаватором, установленным на плавучей площадке, а при ширине реки до 60 м русловый участок траншеи может разрабатываться двумя экскаваторами-драглайнами со сцепленными ковшами (рисунок 5, а).
Засыпка грунтом трубопроводов, уложенных в подводные траншеи
Трубопроводы, уложенные в траншеи, засыпаются грунтом до проектных отметок, назначаемых с учетом предохранения трубопроводов от всякого рода механических воздействий для создания таких русловых условий, которые предшествовали строительству подводного перехода. Уложенный на дно траншеи и испытанный трубопровод перед засыпкой должен быть осмотрен водолазом. В процессе водолазного обследования устанавливаются:
− местные подмывы, провисания и сдвиги трубопровода от оси трассы, а также его отклонения от проектных отметок;
− нарушения антикоррозийной изоляции и футеровки;
− правильность положения балластных грузов на трубопроводе.
В местах обнаруженных дефектов устанавливаются буйки и принимаются меры по ликвидации этих дефектов. В тех местах, где трубопровод неплотно прилегает к грунту, делается его подбивка песком или гравием, как правило, при помощи гидромонитора, так, чтобы все пустоты под трубопроводом были полностью заполнены. Засыпать трубопроводы разрешается после устранения всех дефектов и проверки соответствия отметок верха трубопровода проектным. Превышение фактических отметок трубопровода не должно быть больше 10 см.
Засыпка траншей может производиться плавучими земснарядами, гидромониторными установками, а в случае отсутствия подводных резервов грунта – с шаланд, барж-площадок. Если разработка подводной траншеи выполнялась экскаватором, установленным на понтоне, то и засыпка может выполняться этим же механизмом.
Способ засыпки траншей выбирают в зависимости от производства работ в зимний или летний период, ширины траншеи, глубины воды, скоростей течения и объемов работ.
При засыпке траншей любым способом должны приниматься меры по уменьшению потерь грунта от сноса течением. В этих целях засыпка должна производиться по трубам и лоткам, концы которых опускаются непосредственно к трубопроводу.
1.4 Сварочно-монтажные работы при сооружении подводных трубопроводов
На строительстве ПП МН применяют те же методы сварки, что и на суше. [2]
До начала сварочно-монтажных работ необходимо получить следующую документацию:
− сертификаты и паспорта на трубы и сварочные материалы;
− список сварщиков;
− заключение о результатах механических испытаний допускных контрольных сварных соединений;
− журнал регистрации результатов механических испытаний, допускных и контрольных стыков.
Сварочно-монтажные работы в зависимости от их объемов выполняют в несколько этапов: поворотная сварка труб в секции из трех труб на стенде; сварка секций труб в плеть; сварка плетей в нитку трубопровода.
