Сооружение нефтепровода в горных условиях
Содержание
1 Введение
2 Технологическая часть
2.1 Подготовительные работы
2.3 Изоляционно-укладочные работы
3 Расчетная часть
3.1 Гидравлический расчет
3.2 Выбор оптимального диаметра
Список использованных источников
1 Введение
Как показывает практика, строительство трубопроводов в условиях сильно пересеченной и горной местности–весьма сложная в инженерно-техническом и организационном отношениях задача, осложняющими факторами при этом являются:
- значительное число горных рек и ручьев;
- продольные склоны местности, достигают αп=30о и более на участках большой протяженности;
- косогорные участки с поперечными уклонами αк = 40о и более;
- наличие скальных пород;
- заселенность трассы на значительном протяжении;
- наличие селевых потоков и оползней.
В зависимости от перечисленных факторов прокладку трубопроводов осуществляют открытым или закрытым способом.
Закрытый способ (бестраншейная проходка) применяют обычно без ограничений инженерно-геологическими гидрологических условий, но необходимо учитывать его высокую стоимость. Этот способ широко распространен в мировой практике трубопроводного строительства, в России также все большее применение получают бестраншейные методы прокладки, такие как микротоннелирование и тоннельная проходка.
Микротоннелирование используется не только при прокладке трубопроводов в сильнопересеченной и горной местности, но и при строительстве переходов через другие естественные и искусственные препятствия. Более подробно этот метод рассмотрен в предыдущем разделе.
При разработке
организационно-
в границах осуществления данного проекта.
При выполнении работ в горах все строительные подразделения должны быть обеспечены:
- надежной радиосвязью с руководителем потока;
- средствами экстренной медицинской помощи (аптечками, носилками);
- средствами индивидуальной защиты (шлем, спецобувь);
- запасом питьевой воды;
- дополнительным комплектом огнетушителей.
Работы в горных условиях должны выполняться в период наименьшей вероятности появления селевых потоков, горных паводков, камнепадов, продолжительных ливней и снежных лавин.
В случае появления оползневых процессов или обнаружения несоответствия характеристик грунтов проектным данным во время строительства все работы должны быть прекращены и на место вызваны представители проектной организации и заказчика для принятия соответствующего решения.
Рассмотрим более подробно технологическую последовательность производства отдельных видов работ, выполняемых открытым способом, которая в принципе остается такой же, как и в нормальных условиях.[3,4]
2 Технологическая часть
2.1 Подготовительные работы
Выделяют
три последовательно
В обследование трассы входит обязательная аэрофотосъемка в полосе 200-500 м, визуальное кручение трассы, инструментальные измерения.
В результате выполнения этих работ устанавливают:
- состояние грунтов к моменту начала работ;
- оползневые участки, их конфигурацию, размеры, состояние (активное, спокойное), возможности активизации, а также переноса трассы;
- варианты транспортирования труб и других материалов по трассе;
- участки, пересеченные селевыми потоками;
- возможность перемещения техники по крутым подъемам, спускам, косогорам;
- характеристику лесокустарникового покрытия трассы.
На участках с αп > 15º валку деревьев следует производить только вершиной к подошве склона.
На уклонах с αп > 22º, а в зимнее время с αп > 15º тролевые хлысты вдоль склона тракторами не допускают.
При строительстве трубопроводов на косогорных участках с поперечными уклонами αп > 8º необходимо устраивать полки (рисунок 1) со съездами и въездами на нее не реже, чем через 100 м.
Наиболее экономичными являются полки в виде полувыемов-полунасыпи (рисунок 1 а, б), при этом насыпной грунт полки используется для устройства проезда на период производства строительно-монтажных работ и последующей эксплуатации нефтепровода.
Критерием устойчивости отвала является угол поперечного уклона, не превышающий угла внутреннего трения насыпного (разрыхленного) грунта.
Расчет устойчивости насыпной части полки выполняют с учетом воздействия не нее работающих машин.
Рисунок 1 - Конструкция полок на косогорных участках трассы
Ширину полки необходимо назначать из условий производства работ, возможности устройства траншеи и механизированной прокладки кабеля связи с нагорной стороны породы, а также с учетом местных условий. При прокладке двух параллельных ниток раздельные полки или прокладка на одной полке (нефтепродуктопроводы) – расстояние между нитками 3 м.
Допускается прокладка двух нефтепроводов (нефтепродуктопроводов) IV класса в одной траншее (диаметр 300 мм и менее).
Разработку грунта (не требующую предварительного рыхления) при сооружении полок на косогорах с поперечным уклоном αк = 8-18о следует производить бульдозерами (рисунки 2,3).
Разработку грунта при устройстве полок на участках с поперечным уклоном до 15о можно выполнять также продольными проходами бульдозера по схеме (рисунок 3). Бульдозером вначале производят срезку и разработку грунта у линии перехода полувыемки в полунасыпь. После срезки в призме I и перемещения его в насыпную часть полки разрабатывается грунт в призме II, а затем в призмах III и IV до полной разработки профиля полувыемки.
Рисунок 2 - Схема разработки полок на склонах поперечными проходами бульдозера
I, II, III, IV – призмы разработанного грунта
Рисунок 3 - Схема разработки полок на склонах продольными проходами бульдозера.
На поперечных уклонах αк > 18о разработка полок бульдозером продольными ходами малопроизводительна, а поперечными ходами невозможна из-за сползания бульдозера под откос. Поэтому полки устраивают одноковшовым экскаватором, оборудованным прямой лопатой или экскаватором совместно с бульдозером.
Экскаватором (тип Э-505) полку отрабатывают за один проход при высоте забоя до 6 м и за два прохода при большей высоте забоя (рисунок 4а). Такая схема разработки целесообразна при крутизне косогора 45о и больше.
На уклонах αк = 18-40º применяют другую схему работ: разработку полки осуществляют экскаватором и бульдозером (рисунок 4б). Экскаватор разрабатывает за один проход часть полки на наибольшую высоту забоя для прямой лопаты, а оставшийся грунт снимает бульдозер поперечными ходами.
При разработке полки одним экскаватором необходима планировка подошвы полки бульдозером, так как после экскавации поверхность получается неровной, с большими не разрыхленными глыбами (в скальных грунтах). По такой поверхности не могут проходить даже тракторы, не говоря уже об экскаваторах.
На поперечных
и продольных уклонах разработка
полки имеет некоторые
а–экскаватором; 1–первый проход экскаватора; 2–второй проход экскаватора; б–экскаватором и бульдозером; 1–часть полки, отрабатываемой экскаватором; 2–часть полки, отрабатываемой бульдозером
Рисунок 4 - Схема устройства полки.
На участках с продольными (не превышающими αпр) и поперечными (до 25–30о) уклонами отработку полки можно осуществлять с помощью бульдозеров продольными ходами без закрепления. Если продольный уклон не превышает 8о, а поперечный – 25– 30о, то бульдозер может работать и поперечными ходами. Однако в этом случае резко возрастает изнашиваемость ходовой части. Следует отметить, что вообще при работе на скальных грунтах ходовая часть (особенно гусеницы) тракторов, бульдозеров изнашиваются очень быстро. Гусеницы рвутся, края башмаков их стираются и ломаются.
На продольных (больше предельных, но не превышающих 30о) и поперечных (до 15о) уклонах полки можно разрабатывать бульдозерами продольными ходами послойно без закрепления.
Если поперечные уклоны больше 15 –16о, а продольные больше αпр, то разработка полок бульдозерами становится крайне сложной. В таких условиях полки разрабатывают экскаватором, который закрепляют одним или двумя тракторами (или бульдозером).
Земляные работы по разработке траншей следует вести с опережением вывозки труб на трассу. Землеройные машины при разработке траншей должны перемещаться по тщательно спланированной полке; при этом одноковшовые экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, могут перемещаться так же, как и при сооружении траншей в скальных грунтах на равнинной местности, по настилу из металлических или деревянных щитов.
Отвал грунта из траншеи необходимо размещать у бровки откоса полувыемками с правой стороны полки по ходу разработки траншеи. Если отвал грунта располагается в зоне поезда, то грунт планируют по полке и утрамбовывают бульдозерами.
При разработке схемы доставки труб на труднодоступные горные участки предусматривают промежуточную перевалку труб с автотрубовозов на высокопроходимый гусеничный транспорт.
На объектах
большой протяженности и при
наличии отдельных особо
При разработке транспортной схемы для горных участков трассы и при ее реализации в процессе строительства предусматривают установку по маршруту следования трубовозов специальных информационных щитов и дорожных знаков, в частности ограничивающих скорость, указывающих места разъездов, предупреждающих об опасных поворотах, уклонах и сужениях дороги.
До наступления неблагоприятного по метеоусловиям строительства вдоль маршрута следования трубовозов предусматривается развертывание дополнительной системы радиосвязи.
Строительство в горных условиях ведется преимущественно из одиночных труб длиной 12 или 18 м с заводским противокоррозионным покрытием; это обусловлено трудностью доставки на трассу длинномерных секций.
а–габаритная полоса движения плетевоза на повороте; 1-траектория движения тягача; 2-траектория движения прицепа; Ввх Ввых-ширина соответственно входного и выходного проезда; б–номограмма для определения ширины полотна дороги на прямоугольном повороте.
Рисунок 4 - Основные размеры полосы криволинейного движения транспортных средств при поезде прямоугольных поворотов.
Трубы и гнутые отводы в зависимости от профиля дороги могут транспортироваться автомобильными или тракторными трубовозами, коники которых должны быть оборудованы устройствами для перевозки труб с противокоррозионным покрытием.
На участках с уклонами αп до 15о выполняются трубовозами на колесном ходу, при этом важно в зависимости от рельефа определить вертикальную и горизонтальную вписываемость, без касания трубы о грунт и возможности поворота (рисунки 4,5).
На участках с уклонами αп > 15º применяются машины на гусеничном ходу.
На участках трассы с крутизной склона αп > 20º трубы и секции, как правило, транспортируют по объездным или специально сооруженным подъездным дорогам; на особо труднодоступных участках трассы и пересеченной местности необходимо предусматривать дежурные трактора-тягачи или тракторные самоходные лебедки.
Рисунок 5 - Зависимость допускаемой величины свеса от профиля дороги.
На продольных уклонах свыше 35о трубы укладывают на салазки и транспортируют лебедками.
На участках с сильно пересеченной местностью трубы транспортируются с перевалкой. Для этого организуется промежуточная площадка для перегрузки труб с автотрубовоза на тракторный трубовоз (площадка перевалки).
На крутых уклонах транспортировка труб может осуществляться двумя или тремя соединенными друг с другом тракторами. При этом вместо колесных прицепов могут быть использованы салазки (в особенности на спусках).
При больших длинах уклонов для доставки труб сверху вниз или снизу вверх могут быть использованы канатные подъемники с подвеской труб на несущем канате.
На участке, где весьма затрудняется футеровка труб на берме траншеи или в траншее, трубы могут доставляться в зафутерованном виде.
При погрузке труб на трубовозы и особенно их разгрузке на горных участках трассы с повышенной требовательностью относятся к мерам, направленным на исключение самопроизвольного скатывания транспортного средства (тягача и прицепа-роспуска) под уклон; для обеспечения надежной фиксации колесной техники на уклоне пользуются стопорными башмаками или специальными инвентарными упорами.[1,4]
2.2 Земляные и скальные работы
Разработку траншей на участках трассы с продольными уклонами до 15º, если нет поперечных косогоров, следует выполнять одноковшовым экскаватором без специальных мероприятий. При работе на продольных уклонах от 15 до 36º должна быть осуществлена предварительная анкеровка экскаватора. Число анкеров и метод их закрепления следует определять расчетом в соответствии с проектом производства работ.
На продольных уклонах до 22º разработка грунта одноковшовым экскаватором допускается в направлении как снизу вверх, так и сверху вниз по склону.
На участках с уклоном более 22º допускается вести работы при прямой лопате только в направлении сверху вниз по склону ковшом вперед по ходу работ, а при обратной лопате–только сверху вниз по склону ковшом назад по ходу работ.
Разработку траншей на продольных уклонах до 36º в грунтах, не требующих рыхления, следует производить одноковшовым или роторным экскаваторами; в предварительно разрыхленных грунтах одноковшовыми экскаваторами.
Работа роторных экскаваторов разрешается на продольных уклонах до 36º при движении их сверху вниз. При уклонах от 36 до 45º применяется анкеровка экскаваторов.
Экскаватор к каждому анкеру крепится отдельным тросом. Диаметр троса подбирается по расчетному усилию, равному весу экскаватора. Например, для экскаватора весом 30 т диаметр троса принимается 26–30 мм. Анкерные тросы прикрепляют к тумбе (раме) экскаватора или к балкам его ходовой части в специально предусмотренных для этих целей местах.
При перемещении якорей экскаватор анкерят ковшом и начинают разработку траншеи после постановки якорящих тракторов на тормоза. При использовании бульдозера в качестве подвижного анкера его устанавливают отвалом в сторону уклона и для увеличения стопорящей способности отвал бульдозера внедряют в грунт.
Работу одноковшовых экскаваторов при продольном уклоне свыше 22º и роторных экскаваторов при уклоне свыше 45º следует выполнять специальными приемами согласно проекту производства работ.
Работа бульдозера разрешается на продольных уклонах до 36º .
Засыпку трубопровода скальным грунтом в случае, если грунт распланирован по полке, необходимо производить бульдозером или роторным траншеезасыпателем, оставшийся грунт разравнивать по полосе строительства.
В том случае, если грунт находится у бровки со стороны откоса полувыемки, то допускается использование одноковшового экскаватора.
Засыпку трубопровода на продольных склонах необходимо производить с помощью бульдозера, который перемещается вдоль или под углом к траншее, а также можно осуществлять сверху вниз по склону траншеезасыпателем с обязательным его якорением на уклонах свыше 15º.
Для предотвращения смывания грунта при засыпке трубопровода на крутых продольных склонах (свыше 15º) необходимо устраивать перемычки.
При продольных уклонах αп > 36º на практике получил широкое распространение лотковый способ устройства траншей бульдозером (рисунок 6), при этом ширина траншеи по дну равна ширине ножа бульдозера. Слой грунта – 0,4 –0,6 м на всю длину.
Разработка траншеи ведется сверху вниз. Для подъема работающего бульдозера вверх используется буксирный трактор, размещаемый на верхней площадке. Буксирный трактор находится в постоянной сцепке с работающим бульдозером и перемещается синхронно с ним.
Разработанный грунт у подошвы уклона дополнительным бульдозером перемещается в отвал.
1–работающий бульдозер Д-27; 2–анкерный трос; 3–якорящий бульдозер или трактор; I, II, III–последовательно разрабатываемые слои грунта
Рисунок 6 - Разработка траншеи лотковым способом.
При αп > 36º, если уклон длиной 100 м и более, целесообразно устройство траншей выполнять канатными скреперными лебедками, например серии ЛС (рисунок 7), широко использующимися при разработке подводных траншей, лебедочный блок–диаметром 0,4 –0,6 м, тяговый канат – 24 –26 мм, вспомогательные – диаметром 16 –18 мм.
1–лебедка скреперная; 2–тяговый трос; 3–ковш; 4–вспомогательный канат; 5–поворотный блок; 6 – отвал грунта
Рисунок 7 - Разработка траншеи скреперной установкой.
В скальных
грунтах перед разработкой
Расстояние между шпурами в ряду а обычно составляет (0,5 -1,0)∙hT. При ширине траншеи по дну до В ≤ 2 м заряды располагаются в один ряд, при большой ширине – в два ряда.
В процессе устройства полок часто производят взрывы на выброс, получая профиль полки, близкий к проектному. Заряды размещают в один, два или три ряда в зависимости от крутизны косогора и ширины полки. Для размещения зарядов используют как шпуры, так и скважины цилиндрические полости диаметром 85–200 мм и длиной до 20 м.
Расстояние между рядами назначается таким образом, чтобы воронки взрывов смежных рядов перекрывали друг друга.
На крутых склонах от 45 до 60о все скважины бурят веером с одной стоянки буровой машины, для прохода которой вначале устраивают тропу шириной bT=4,5 м, используя шпуровые заряды (рисунок 8).
Рисунок 8 - Схема расположения скважин на крутых склонах
На продольных уклонах до 35о и поперечных уклонах до 8º бурение шпуров под ВВ производится буровыми станками с якорением.
При более
крутых уклонах шпуры бурят
Шпуры бурят вертикально, горизонтально и наклонно в зависимости от крутизны уклона. На уклонах до 45º рациональнее применять вертикальные шпуры, на уклонах свыше 45º–горизонтальные.
Разработка полки производится бульдозерами, одноковшовыми экскаваторами или в сочетании бульдозера с экскаватором, с предварительным рыхлением грунтов взрывом. Рыхление крупных валунов, кусков породы и перемычек в скальных грунтах на дне траншеи производится накладными зарядами.
Мягкий и мелкофракционный грунты при разработке полки и траншеи рекомендуется укладывать отдельно с тем, чтобы их использовать впоследствии для устройства постели траншеи и присыпки уложенного трубопровода.
Разработка
полки выполняется в
- снятие гумусного и рыхлого слоев почвы;
- рыхление грунта буровзрывными или механическими способами;
- разработка разрыхленного грунта;
- повторное рыхление грунтов (при необходимости)
- разработка разрыхленного грунта;
- формирование полки (планировка подошвы и откосов, уплотнение насыпной части полки)
Разработка траншеи в скальных породах выполняется в последовательности:
- очистка полосы от поверхностных крупных валунов;
- снятие плодородного и рыхлого слоев земли (если они имеются);
- рыхление коренного скального грунта;
- планировка разрыхленного грунта для проезда экскаватора;
- разработка траншеи в разрыхленном грунте;
- рыхление оставшихся крупных кусков породы и перемычек.
Для каждого объекта буровзрывных работ разрабатывается индивидуальный проект взрыва, состоящий из рабочих чертежей и ППР. Рабочие чертежи буровзрывных работ разрабатывает проектная организация, а ППР буровзрывных работ разрабатывает специализированная проектная организация, ведущая буровзрывные работы, или по её заказу специализированная проектная организация. Организации, разрабатывающие ППР буровзрывных работ, должны иметь лицензии Ростехнадзора России.
При взрывании грунтов на рыхление для последующей разработки одноковшовым экскаватором предельные размеры кусков в основной массе взорванной породы должны составлять 50 – 60 % от вместимости ковша экскаватора.
Для разработки взорванной породы бульдозерами основная масса ее должна быть раздроблена на куски размером, не превышающим половины высоты отвала бульдозера.
Если разрыхленный грунт используется для обваловки наземного трубопровода, то размеры кусков не должны превышать 30 см.
Мерзлые глинистые грунты, предназначенные для возведения насыпей временных дорог и обвалования трубопровода, должны быть раздроблены на куски размером не более 20 см.
В скальных грунтах на уклонах с большой крутизной во избежание вымывания грунта подсыпки и присыпки, которое может привести к повреждению его изоляции, следует устраивать перемычки в траншее с шагом 3–5 м из пенополимерных материалов, мешков с песком, глины.
В скальных
грунтах при укладке
В рабочих чертежах буровзрывных работ указываются безопасные расстояния по разлету взорванной породы, сейсмическому действию взрыва, действию воздушной волны и ядовитых газов, а также по детонации. Эти параметры рассчитываются по методикам, изложенным в «Единых правилах безопасности при взрывных работа».
В необходимых случаях для предотвращения повреждений близлежащих строений, сооружений, коммуникаций и других объектов устраиваются вокруг них укрытия, щиты, ограждения и т. п.
На каждом прорабском участке ведется журнал взрывных работ с указанием: пикетажа трассы, даты и времени суток взрыва, числа взорванных скважин (шпуров), количества ВВ, дальности разлета отдельных кусков породы, оценки результатов взрыва (качество дробления, процент негабаритов), отказов взрыва, характера и причины повреждения ближайших сооружений.
Данные журнала используются для корректировки параметров взрывных работ. Персонал, занятый на буровзрывных работах, должен пройти обучение, иметь соответствующее удостоверение и допуск работам на конкретном объекте.[3,4]
2.3 Изоляционно-укладочные работы
Зашита трубопроводов от коррозии должна обеспечивать их безаварийную (по этой причине) работу на весь период эксплуатации.
При всех способах прокладки, кроме надземной, трубопроводы подлежат комплексной защите от коррозии защитными покрытиями и средствами электрохимической зашиты, независимо от коррозионной агрессивности грунта.
При надземной прокладке трубопроводы защищают от атмосферной коррозии металлическими и неметаллическими покрытиями в соответствии с НД на эти покрытия.