Иванов В.А., Кузьмин С.В. и др. Сооружение подводных переходов магистральных трубопроводов Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

160

стоянный расход воды, соответствующий максимальной производительно-

сти насосов.

3.8.2. Укладка трубопровода с плавучих опор

Укладка трубопровода с плавучих опор целесообразна только при

очень больших глубинах, на которых нельзя применять укладку трубопро-

вода способом свободного погружения, или при значительных размерах

вертикальных отводов. При укладке плети с плавучих опор трубопровод

можно опускать с незначительным изгибом между опорами и практически

при любых глубинах, так как нагрузка от веса трубопровода передается на

плавучие опоры [19].

В качестве плавучих опор можно использовать плавучие краны, пла-

вучие опоры на базе инвентарных понтонов и барж. Все виды плавучих

опор оснащаются грузоподъемными и якорными лебедками. Число плаву-

чих опор, расстояния между ними и их грузоподъемность определяются

расчетом. Грузоподъемность плавучих опор должна не менее чем в 1,5

раза превышать отрицательную плавучесть укладываемого трубопровода.

При укладке трубопровода с плавучих опор трубопровод, заполнен-

ный водой или забалластированный грузами, опускается в подводную

траншею путем стравливания удерживающих его тросов, которые присое-

динены к подъемным устройствам на плавучих средствах. Для уменьше-

ния массы трубопровода в воде (отрицательной плавучести) к плети трубо-

провода прикрепляют разгружающие понтоны. Число и подъемная сила

этих понтонов, зависящая от массы трубопровода в воде и расстояния меж-

ду опорами, определяются расчетом.

Укладку трубопровода с плавучих опор путем заполнения водой осу-

ществляют в следующей последовательности (рис. 3.28):

− смонтированный трубопровод, оснащенный понтонами, переме-

щают со стапеля и устанавливают параллельно берегу выше ство-

ра подводной траншеи; один его конец стропуют тросом лебедки,

установленной на берегу в створе перехода, а другой конец удер-

живают якорем или береговым анкером;

− подводят к трубопроводу плавучие опоры, устанавливая их по

его длине на расчетных расстояниях, и при помощи стропов-по-

лотенец и тросов, закрепленных на барабанах лебедок или гаках

плавкранов, соединяют с плавучими опорами;

− подводят к трубопроводу плавучие площадки, предназначенные

для удержания трубопровода в створе, и концы тросовых оттяжек

крепят к трубопроводу;

161

− трубопровод вместе с плавучими опорами и плавучими площад-

ками буксирными катерами заводят в створ; концы трубопровода

выводят на берега; в процессе заводки трубопровода с плавучих

опор и плавучих площадок забрасывают якоря, используемые для

удержания плавучих опор в створе, а также плавучих площадок

на заданном расстоянии от створа;

− при укладке нефтепровода после проверки положения его в ство-

ре и готовности грузоподъемных средств заполняют водой; при

этом весь вес погруженного в воду трубопровода должен быть

передан на понтоны, которые удерживают трубопровод от погру-

жения на дно; после заполнения некоторых понтонов водой или

их отстроповки часть веса трубопровода будет передаваться на

грузоподъемные средства, при помощи которых трубопровод

опускается на дно в проектное положение; после водолазного об-

следования уложенного трубопровода отстрапливают понтоны и

тросы.

Если имеются гнутые отводы, то их вертикальное положение при

спуске обеспечивают плавучие краны. Для заполнения водой погружаемой

плети приоткрывают задвижку на одном конце плети или используют на-

сосную установку; воздух вытесняется через открытые вантузы, располо-

женные по обоим концам трубопровода. Чтобы не допустить поступление

воды в вантузы, по мере погружения трубопровода на патрубки вантузов

надевают шланги, которые выводят на плавучие опоры.

Укладку трубопровода начинают с опор, расположенных на участке

с наибольшей глубиной в створе перехода. По мере опускания трубопрово-

да на этом участке включают в работу соседние, расположенные ближе к

берегам опоры с таким расчетом, чтобы радиус кривой изгиба плети не

превышал допустимого. В процессе укладки осуществляют постоянный

контроль за положением трубопровода при помощи тросов, маркирован-

ных через каждый метр и закрепленных на нем, при этом свободные концы

тросов выводятся на плавучие опоры.

Для укладки трубопровода с плавучих опор необходимы следующие

плавучие средства и оборудование:

− катера буксирные;

− плавучие опоры;

− водолазная станция на водолазном боте;

− насосная установка;

− лебедки;

− шлюпки;

− понтоны;

− стропы-полотенца.

162

Рис. 3.28. Схема укладки трубопровода с плавучих опор

1 – тормозные лебедки; 2 – трубопровод на стапеле; 3 – стапель;

4 – трубопровод в момент спуска на воду; 5 – трубопровод на плаву;

6 – трубопровод од водой; 7 – трубопровод на дне траншеи; 8 – плавучая опора;

9 – 11 – положения трубопровода в период его заводки в створ

163

3.8.3. Укладка трубопровода в зимних условиях

Укладывать трубопровод на подводном переходе в зимних условиях

можно одним из следующих способов [15]:

− протаскиванием трубопровода по дну;

− опусканием трубопровода способом свободного погружения;

− опусканием трубопровода с промежуточных опор, установлен-

ных на льду.

Возможным является применение комбинации способов, например

протаскивания и опускания трубопровода. Основными факторами, опреде-

ляющими выбор рационального способа укладки, являются:

− конструкция и назначение трубопровода;

− топографические и геологические условия, гидрологический ре-

жим реки или водоема;

− ледовые условия в районе подводного перехода;

− технические средства строительной организации, используемые

для производства работ.

При возможности укладки подводного трубопровода несколькими

способами выбирают наиболее экономичный из них с учетом местных ус-

ловий. В зимних условиях использование таких способов укладки, как про-

таскивание по дну, погружение с поверхности воды с заполнением ею

внутренней полости трубопровода, опускание с опор, оборудованных

подъемными устройствами, имеет специфические особенности, обуслов-

ленные необходимостью выполнения строительно-монтажных работ на по-

верхности льда.

Время пребывания груза на льду должно быть ограничено, так как

груз с течением времени погружается в лед. Максимально допустимое вре-

мя пребывания груза на льду (в сутках) можно опреде

лить по

формуле 3.17.

,)1(200

РР

РP

(3.17)

где Р – масса груза, находящегося на льду, т; Р

– допускаемая масса

груза для льда данной толщины, т; Θ – безразмерный коэффициент, завися-

щий от условий работы льда, определяется согласно табл. 3.19.

Основным способом укладки трубопроводов в зимних условиях яв-

ляется протаскивание (рис. 3.30).

164

Таблица 3.19.

Стоянка грузов на расчищенном от снега или покрытом водой льду при

любой температуре; стоянка долговременных сооружений

Стоянка грузов на расчищенном от снега льду при температуре ниже

-5° С

Стоянка грузов на расчищенном от снега льду при температуре -10° С 1

Стоянка грузов на расчищенном от снега льду при температуре -10° С или

на расчищенном льду при температуре -15° С

Кратковременная стоянка грузов на расчищенном от снега льду при тем-

пературе ниже -15° С

При плавных очертаниях дна и берегов, в пределах минимально до-

пустимого радиуса упругого изгиба трубопровода, этот способ применяет-

ся для укладки трубопроводов диаметром до 1420 мм.

По сравнению с другими способами укладки в зимних условиях он

требует минимального объема ледорезных, ледокольных и льдоуборочных

работ, которые выполняются при укладке тягового троса, устройстве вход-

ной и выходной майн, производстве водолазных работ, а также при необ-

ходимости устройства анкерных опор во льду.

Для уменьшения тяговых усилий при протаскивании трубопровода

на береговом участке устраивают спусковой путь в виде ледяной дорожки

или рельсового пути с тележками. При устройстве пускового пути срезку

берегов по допустимому радиусу и планировочные работы целесообразно

выполнять в осенний период до промерзания грунта.

Ледяную дорожку можно устраивать тогда, когда берег представляет

сравнительно ровную площадку с небольшим уклоном. В этом случае в

осенний период устраивают неглубокую, траншею с таким расчетом, что-

бы ее можно было заполнить водой на 30 – 40 см.

Траншею отрывают с отвалом в одну сторону и заполняют водой по-

сле небольшого промерзания грунта. Для устройства ледяной дорожки на

криволинейном участке его поливают распыленной струёй воды.

Чтобы предотвратить сползание трубы с ледяной дорожки на участ-

ках, где спусковая дорожка выходит на естественные отметки, по бокам

дорожки устраивают ограничительные земляные валики. Удобнее их де-

лать при рытье траншеи в осенний период.

Устраивать спусковой путь в виде канала, заполненного водой, в

зимних условиях нецелесообразно, так как это связано с большим допол-

нительным объемом ледокольных работ. Зимой в снегу устраивают про-

резь, по границам которой отсыпают валики из снега; между ними намора-

живают лед толщиной 15 – 20 см.

165

Рис. 3.29. Схема укладки трубопровода зимой

способом протаскивания по дну

1 – трубопровод; 2 – ледяная дорожка; 3 – лед; 4 – тяговый трос; 5 – майна; 6 - лебедка

Наличие ледяной дорожки позволяет уменьшить величину тягового

усилия, необходимого для протаскивания трубопровода на береговом уча-

стке, не менее чем в 2,5 – 3 раза.

Прокладку тягового троса по дну траншеи выполняют одновременно

с устройством во льду прорези, разрабатываемой ледорезной машиной.

Чтобы сократить объем ледорезных работ, в некоторых случаях трос укла-

дывают на дно подводной траншеи в позднеосенний период до образова-

ния ледяного покрова на непроточном водоеме.

Тяговый трос можно прокладывать по дну траншеи следующими

способами:

− при недостаточной прочности льда – протаскиванием тягового

троса по льду предварительно уложенным тонким тросом с по-

следующим опусканием тягового троса в прорезь;

− при достаточной прочности льда – протаскиванием тягового тро-

са по льду трактором с последующим опусканием его в прорезь,

выполненную ледорезной машиной.

При значительной ширине водной преграды для уменьшения тягово-

го усилия при протаскивании трубопровода и облегчения работы с тросом,

166

часть его, идущую к тяговым устройствам, можно прокладывать по по-

верхности льда, а остальную – по дну подводной траншеи. При необходи-

мости укладки двух тяговых тросов для протаскивания одного трубопрово-

да работы выполняют в следующей последовательности: укладка первого

троса, обтяжка его и закрепление на оголовке трубопровода; укладка вто-

рого троса, обтяжка его и закрепление на оголовке трубопровода.

Для укладки тросов используют общую прорезь во льду. Правиль-

ность укладки тягового троса на дне траншеи по ее оси проверяют водола-

зы.

Длину входной и выходной майн назначают такой, чтобы глубина

воды у кромки майны (в м) удовлетворяла условию 3.18.

,5,0+++=

ЛПб

hDDh

(3.18)

где D

– диаметр забалластированного трубопровода, м; D

– диаметр

разгружающих понтонов, м; h

– толщина льда, м.

Анкерные опоры во льду могут потребоваться для направляющих

блоков или полиспастов при протаскивании трубопровода. Конструкция

анкера представляет собой прямое бревно диаметром 30 – 40 см, длиной

около 4 м с прикрепленным к нему тросом. Бревно опущено через неболь-

шую майну под лед и развернуто перпендикулярно направлению тягового

троса. При толщине льда 0,5 – 0,6 м такой анкер способен выдержать гори-

зонтальную нагрузку до 400 кН. Если несущая способность и прочность

одной анкерной опоры недостаточна для восприятия необходимого тягово-

го усилия, устанавливают несколько анкеров.

В зимний период трубопровод протаскивают теми же машинами и

механизмами, что и в летних условиях. При использовании тяговой лебед-

ки для протаскивания трубопровода с большим усилием тяговый трос про-

пускают через блок, закрепленный на оголовке (рис. 3.30). При большой

длине перехода трубопровод можно протаскивать в несколько этапов

(рис. 3.31).

На первом этапе на участке, длину которого определяют расчетом

тяговых усилий, трубопровод протаскивают напрямую без блока. Зажимы

троса закрепляют на таком расстоянии от оголовка, которое позволяет под-

нять их на лед.

На следующих этапах трубопровод протаскивают через блок.

Порядок работы при установке троса для протаскивания через блок

− тяговый трос от лебедки трактором подается к оголовку;

− трос в месте установки зажимов вытаскивают на лед и зажимы

снимают;

167

− к концу троса прикрепляют проводник длиной, равной примерно

десятикратной глубине реки;

− с помощью проводника трос трактором протаскивается к анкеру

и одновременно сматывается с барабана лебедки.

Рис. 3.30. Анкерные опоры во льду

а – одиночный анкер; б – анкерный куст с уравнительными блоками; 1 – бревно;

2 – анкерный трос; 3 – подкладка под трос; 4 – майна; 5 – уравнительный блок;

6 – уравнительный трос; 7 – тяговый трос

Для увеличения тягового усилия при первоначальном сдвиге трубо-

провода можно применять полиспаст, неподвижная обойма которого кре-

пится к опоре во льду, а подвижная – к оголовку трубопровода. После пер-

воначального сдвига трубопровода полиспаст отсоединяют.

Трубопровод протаскивают по льду без остановок во избежание при-

мерзания и, следовательно, увеличения коэффициента сдвига. Так, при пе-

рерывах в протаскивании в 1 – 5 суток коэффициент сдвига увеличивается

в 2 – 3 раза. Трубопровод, оставленный на льду, необходимо выкладывать

на лежки.

При большой протяженности водной преграды и отсутствии мощных

тяговых средств возможны комбинированные способы укладки, при кото-

рых работы выполняются в следующей последовательности (рис. 3.33):

− протаскивание части трубопровода по дну траншеи;

168

− протаскивание части трубопровода по льду;

− подъем конца трубопровода, уложенного на дно, и стыковка его с

концом трубопровода, лежащим на льду;

− опускание участка трубопровода, лежащего на льду.

Рис. 3.31. Схема протаскивания трубопровода

на переходах большой протяженности

1 – трубопровод; 2 – майна; 3 – тяговый трос подо льдом; 4 – тяговый трос на

льду; 5 – тяговая лебедка; 6 – анкер во льду; 7 – блок; I – IV – последовательные

положения оголовка трубопровода

Способ свободного погружения с заливом воды в трубопровод при-

меняют, как правило, для укладки нефтепроводов и других трубопроводов,

предназначенных для транспортирования жидкого продукта. В зимних ус-

ловиях целесообразность применения этого способа определяется скоро-

стью течения воды и ледовыми условиями. Преимущества способа свобод-

ного погружения по сравнению со способом протаскивания заключаются в

следующем:

− требуются небольшие тяговые усилия для вывода плавающего

трубопровода в створ для укладки;

169

− отпадает необходимость в разгружающих понтонах при допусти-

мых глубинах, определяемых расчетом;

− сокращаются средства такелажа и уменьшаются трудовые, затра-

ты на такелажные работы;

− можно точно опускать трубопровод по оси траншеи, а также од-

новременно укладывать несколько трубопроводов в одну

траншею.

Рис. 3.32. Комбинированный способ укладки трубопровода

1 – трубопровод; 2 – тяговый трос; 3 – тяговая лебедка; 4 – блок;

5 – анкер во льду; 6 – опоры для стыковки; 7 – наполнительный агрегат

Недостатком способа свободного погружения в зимних условиях по

сравнению со способом протаскивания является необходимость выполне-

ния большого объема ледорезных и льдоуборочных работ для устройства

майны.

При прокладке трубопровода способом свободного погружения в

зимних условиях применяют две основные технологические схемы выпол-

нения работ. Первая схема предусматривает:

− монтаж плетей трубопровода на берегу;