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

Подождите немного. Документ загружается.

При соответствующем технико-экономическом обосновании допус-

кается располагать переходы через реки и каналы выше по течению от ука-

занных объектов, при этом должны разрабатываться дополнительные ме-

роприятия, обеспечивающие надежность работы подводных переходов.

Переходы магистральных трубопроводов через реки относятся к ка-

тегории пассивных гидротехнических сооружений, не предназначенных и

не способных влиять на ход развития руслового процесса. Подводные тру-

бопроводы сами подвержены влиянию русловых деформаций и требуют

учета характера, темпов, интенсивности и возможного диапазона плановых

и глубинных деформаций за период их эксплуатации.

Сложные условия выполнения подводно-технических и строительно-

монтажных работ на подводном переходе обусловливают высокую стои-

мость его сооружения. Эти условия могут существенно отличаться не

только на различных участках одной реки, но и на разных створах одного и

того же участка. Так могут отличаться размеры поймы, поперечные профи-

ли створов русла и инженерно-геологические характеристики грунтов, в

значительной мере определяющие объемы и стоимость выполняемых зем-

ляных работ.

Альтернативные варианты прокладки трубопровода по тому или

иному створу или участку перехода могут отличаться не только затратами

на непосредственное строительство подводного перехода, но и затратами

на сооружение трубопровода на участках, примыкающих к подводному пе-

реходу. Последнее обстоятельство может быть обусловлено необходимо-

стью для некоторых вариантов прокладки пересечения стариц и некоторым

удлинением трассы. Поэтому вариант сооружения с минимальными затра-

тами перехода на одном участке может быть связан с увеличением стоимо-

сти строительства трубопровода на подходе к этому участку. И наоборот,

вариант сооружения перехода на другом участке может характеризоваться

большими затратами, но уменьшением стоимости строительства трубопро-

вода на подходе к этому участку.

Для выбора оптимального участка и створа перехода может исполь-

зоваться такой обобщенный критерий, как приведенные затраты. Однако

учитывая, что задача носит локальный характер, и различные варианты

обычно мало отличаются по длине трассы, в качестве критерия в большин-

стве случаев можно использовать капитальные затраты на прокладку тру-

бопровода в русловой и пойменных частях перехода, а также на участках,

прилегающих к нему.

После проведения камеральных и полевых изысканий при формули-

ровании задачи на генеральном направлении трассы и на подходах к реке

можно выявить точки (узлы), через которые может быть проложен трубо-

провод (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Граф задачи выбора оптимального створа подводного

перехода

Эти точки могут быть соединены дугами, каждой из которых после

анализа условий строительства, может быть поставлена, стоимость соору-

жения соответствующего участка трубопровода C

, где ij – номера точек

(узлов) начала и конца дуги. Задача сводится к нахождению такого пути,

соединяющего начальную и конечную точки графа, который соответство-

вал минимуму суммарных затрат

)( ji

на сооружение трубопровода по

этому пути.

Задача является многовариантной и для ее решения можно использо-

вать динамическое программирование, рекуррентные соотношения которо-

го записываются в виде

{

}

,)(min)(

1 ijnn

Cifjf +=

(2.2)

...);3,2(

,0)1(

(2.3)

где h – номер шага вычислений, соответствующий номеру сечения

графа.

Себестоимость строительно-монтажных работ существенно зависит

не только от выбора участка и створа перехода, но и от заглубления трубо-

провода, определяющего объем выполняемых подводных земляных работ.

Стоимость выполнения подводных земляных работ достигает 50% от об-

щей стоимости строительства перехода. Причины этого кроются не только

в значительной стоимости выполнения единицы объема подводных земля-

ных работ, обусловленной применением дорогостоящей техники, но также

и в необходимости выполнения этих работ в больших объемах, что связано

со значительной шириной траншеи по дну, достигающей 6 – 10 м, и незна-

чительным заложением откосов, равным иногда 1/3. Объем земляных ра-

бот зависит не только от указанных параметров, но и от глубины подвод-

ной траншеи, которая может достигать на реках со значительными сезон-

ными и многолетними переформированиями русла 6 м и более.

Тем не менее практика показала, что нередко происходят размывы

подводных трубопроводов, заглубленных на 0,5 м ниже прогнозируемого

предельного профиля размыва русла реки, определенного с использовани-

ем детерминированных методов прогнозирования, базирующихся на со-

вмещении продольных профилей створов и нахождении огибающих этих

профилей с учетом развития руслового процесса, описываемого гидромор-

фологической теорией. Анализ данных эксплуатации подводных трубопро-

водов показывает, что основной причиной, вызывающей их предаварийное

состояние, является переформирование русел и берегов рек, в результате

чего размытые участки трубопроводов подвергаются силовому воздейст-

вию потока воды.

Для прогнозирования русловых деформаций используют количест-

венные показатели руслового процесса: скорость и направление перемеще-

ния гряд, побочней, осередков, излучин, а также изменения высотных от-

меток русла реки. Количественные показатели устанавливают на основа-

нии специальных исследований и сопоставления русловых съемок разных

лет. Такие русловые съемки могут быть выполнены в различные моменты

времени, в том числе в периоды спокойного развития русла реки, напри-

мер, в меженный период. Однако существуют периоды, характеризующие-

ся интенсивным переформированием и значительными береговыми и ру-

словыми деформациями, обусловленными гораздо большей скоростью те-

чения воды. Такие переформирования наблюдаются, например, во время

ежегодного весеннего паводка, когда не только возрастают скорости де-

формаций, но и увеличиваются конечные размеры этих деформаций, в том

числе глубины размывов дна реки.

Следует иметь в виду, что кроме относительно засушливых лет, ха-

рактеризующихся незначительным выпадением атмосферных осадков,

меньшим стоком рек и соответственно незначительными деформациями

русел рек, в иные годы вследствие выпадения обильных осадков могут

происходить наводнения со всеми вытекающими отсюда последствиями, в

том числе особо большими размывами берегов и дна рек.

Поэтому прогноз переформирований русла реки, основанный на об-

работке данных подводной съемки, выполненной в период спокойного раз-

вития русла реки, обладает очевидно меньшей достоверностью. Однако

любой прогноз переформирования русла, основанный, например, на веро-

ятностном моделировании, учитывающем потенциальную возможность

возникновения редких, но значительных по размерам деформаций русла,

хотя и будет обеспечивать большую достоверность, но тем не менее не по-

зволит исключить погрешность, так как переформирование русла реки

обусловлено посредственно через размеры стока реки погодными условия-

ми, долгосрочное прогнозирование которых не отличается высокой точно-

стью.

Детальный анализ причин, приводящих к переформированию русла

реки, довольно сложен и обычно не бывает исчерпывающим. К факторам,

в наибольшей мере определяющим характер переформирований русла ре-

ки, следует отнести гидрологический режим водотока, зависящий, как уже

отмечалось, от выпадения атмосферных осадков и других случайных вели-

чин, инженерно-геологические характеристики русла, а также рельеф мест-

ности, по которой протекает река. Установление причинно-следственных

связей между этими факторами и характеристиками переформирования

русла представляет определенные затруднения, что обусловливает целесо-

образность привлечения для описания процесса переформирования теории

случайных функций.

В рамках этой теории описание переформирования русла может быть

выполнено различным образом. В простейшем случае, опустив из рассмот-

рения такие факторы, как время эксплуатации трубопровода и характери-

стики русла на большом удалении от перехода, поперечный профиль русла

реки в створе перехода может быть описан одномерной случайной функци-

ей Z(x). Аргумент х является неслучайной абсциссой точки профиля, а зна-

чения ординаты Z будут случайными для одного и того же значения абс-

циссы и различных моментов времени, обусловленных случайным процес-

сом переформирования русла реки. Функциональные зависимости, описы-

вающие профиль дна реки по створу перехода в различные моменты вре-

мени, будем называть реализациями случайной функции [15].

2.4. СОСТАВ ПРОЕКТА НА СТРОИТЕЛЬСТВО

ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ

Проект на строительство ПП включает следующие разделы [19]:

− рабочую документацию (чертежи);

− общую пояснительную записку;

− ситуационный план и профиль перехода;

− основные технологические и конструктивные решения;

− материалы и изделия, применяемые в проекте на строительство;

− организацию строительства;

− охрану окружающей среды;

− оценку степени промышленного риска;

− регламент эксплуатации ПП.

Общая пояснительная записка включает:

− основание для разработки проекта;

− назначение подводного перехода;

− его расположение;

− исходные данные для проектирования (топографический план

или схема с нанесенной трассой трубопровода на подходе к вод-

ной преграде и створы перехода);

− наличии автомобильных и железных дорог;

− расстояния до ближайших пристаней, населенных пунктов;

− условия судоходства, сроки навигации и другие сведения, кото-

рые могут иметь значение при строительстве перехода;

− количество установленных реперов с привязкой их в Балтийской

системе;

− технико-экономические показатели, полученные в результате раз-

работки проекта, выводы и предложения по реализации проекта;

− сведения о проведенных согласованиях проектных решений;

− подтверждение соответствия разработанной проектной докумен-

тации государственным нормам, правилам, стандартам, исход-

ным данным, а также техническим условиям и требованиям, вы-

данным органами государственного надзора (контроля) и заинте-

ресованными организациями при согласовании места размещения

ПП; оформленные в установленном порядке согласования об от-

ступлениях от действующих нормативных документов.

Ситуационный план - крупномасштабный топографический план

участка перехода с указанием планового положения трубопровода; межен-

ных бровок берегов, притоков, ручьев, оврагов, балок (в полосе съемки

участка перехода) контуров населенных пунктов, земельных угодий, рас-

тительности и береговых сооружений, расположенных около бровок бере-

гов и участка перехода.

На продольных профилях трубопровода наносятся:

− ситуационный план;

− промерные отметки дна (абсолютные отметки поверхности зем-

ли); величины заглубления по участкам трубопровода;

− пикетаж горизонта высоких вод (ГВВ), величины горизонта вод

при 1% и 10% обеспеченности;

− горизонты вод при ледоходе и в меженный период, а также гра-

ницы крепления берегов.

На чертеже продольного профиля приводят в табличной форме пере-

чень и объемы всех основных работ при строительстве перехода.

2.4.1. Разработка проектно-сметной документации

При разработке проектно-сметной документации (ПСД) на строи-

тельство подводного перехода необходимо руководствоваться законода-

тельными и нормативными актами РФ и субъектов РФ.

Основным документом, регулирующим правовые и финансовые от-

ношения, взаимные обязательства и ответственность сторон, является до-

говор, заключаемый заказчиком с проектными, проектно-строительными

организациями и другими юридическими лицами. Неотъемлемой частью

договора должно быть задание на проектирование, выдаваемое по утвер-

жденной форме.

ПСД на строительство подводного перехода разрабатывается в одну

стадию - рабочий проект. Сметная документация составляется для техни-

ко-экономической оценки проекта, оформления финансирования и взаимо-

расчетов за выполнение работы.

Сметная документация включает в себя:

- сводный сметный расчет;

- объектные и локальные сметы;

- сметы на проектные и изыскательские работы.

2.4.2. Основные требования оценки безопасности

подводных переходов

Экологическая безопасность магистральных трубопроводов зависит

от их технического состояния, а также от природных и социально-эконо-

мических условий территории, на которой они размещены.

Экологический ущерб возникает в результате изменений окружаю-

щей природной среды, происходящих вследствие воздействия подводных

трубопроводов. Активность природных процессов (подвижка грунта, па-

водки, деформация русел и т.п.) со своей стороны также снижает устойчи-

вость трубопроводов, пересекающих водоёмы и водотоки.

Учитывая значительное влияние подводных переходов на окружаю-

щую среду, в Российской Федерации ввели в действие ряд нормативных

документов, которые предусматривают государственный мониторинг вод-

ных объектов, в том числе специально уполномоченными государственны-

ми органами в области охраны окружающей природной среды, создание

соответствующих банков данных, с целью оценки и прогнозирования из-

менений состояния водных объектов.

Федеральным законом Российской Федерации "О промышленной

безопасности опасных производственных объектов" безопасность опреде-

лена как свойство сооружений, позволяющее обеспечивать защиту жизни и

здоровья обслуживающего персонала, населения и окружающей природ-

ной среды на протяжении коммерческого периода использования трубо-

провода.

Обеспечение экологической безопасности магистральных трубопроводов в

период их эксплуатации является важной государственной проблемой.

Правительственной комиссией по оперативным вопросам в феврале 1996 г.

было поручено Минтопэнерго совместно с рядом министерств, в том числе

Госкомприродой и Госгортехнадзором, провести экологическое обследова-

ние трубопроводов.

В марте 1997 г. Правительством Российской Федерации утверждено

"Положение о введении государственного мониторинга водных объектов".

В результате экологического обследования конкретных объектов

проводится инвентаризация, которая включает ранжирование элементов

технической системы магистральных трубопроводов, оказывающих сверх-

нормативные воздействия на компоненты природной среды на прилегаю-

щих к ним участках обследования (количественные и качественные пока-

затели поверхностных и подземных водных объектов, водохозяйственных

систем и сооружений, береговой зоны и т.д.).

Определение степени экологического ущерба основывается на оцен-

ке произошедшего или ожидаемого воздействия магистральных трубопро-

водов на окружающую природную среду.

Оценка риска аварий подводных переходов представляет собой ис-

ключительно сложную задачу. Она требует учета большого числа различ-

ных факторов, способных оказать влияние на объект. Совершенно не ясно,

как должен быть выражен критерий количественной оценки риска, кото-

рый бы суммарно учитывал вероятность опасного воздействия, его эколо-

гические, экономические и прочие последствия. Нa какое воздействие сле-

дует обращать внимание в первую очередь: на то, которое менее вероят-

ное, но наносит значительный ущерб, или на то, которое более вероятное,

но чревато меньшим ущербом. Нe ясен и порядок ранжирования воздейст-

вий. Закономерное сомнение вызывает и предложение оценивать некото-

рые факторы риска в баллах. Такая оценка в отдельности для каждого фак-

тора допустима, но невозможно привести их к единому показателю.

Анализ аварий трубопроводов, проработавших более 20 лет, показы-

вает, что их старение влияет на увеличение числа отказов. Это прежде все-

го связано со снижением защитных свойств изоляционных покрытий, с на-

коплением и развитием дефектов в трубах и сварных соединениях, процес-

сами усталости металла. Снижаются пластические и вязкостные свойства

металла и сварных соединений.

Само по себе старение металла труб ни в коей мере не исключает

дальнейшего использования трубопроводов, однако условия их последую-

щей эксплуатации, в частности уровень рабочего давления и температуры

перекачиваемого продукта, должны учитывать степень деформационного

старения металла.

Для обеспечения безопасной эксплуатации подводных переходов не-

обходимо знать не только показатели физического старения трубы, но и

деградацию других ее элементов, фактическое состояние повреждений,

профилактики, ремонта, модернизации, организации управления долговеч-

ностью всего объекта.

Надежность и безопасность подводных трубопроводов характеризует

ряд факторов техногенного и природного характера, приведенных в

табл. 2. 3. Факторы для упрощения сведены в группы, которые могут ха-

рактеризовать степень возможного риска и степень планирования меро-

приятий как по каждому из факторов воздействия, так и по отдельной

группе в целом.

Такие же техногенные факторы риска на подводных трубопроводах,

как обнажение трубы и критическая длина провисающих участков, по тео-

рии надежности относятся к дефектам второстепенной неисправности.

Второстепенная неисправность — это ухудшение нормального со-

стояния сооружения, которое не влияет на выполнение основных функций

трубопровода. При приближении длины провисающего участка трубы к

критическому значению ситуация на подводном переходе приравнивается

к аварийной. Она зависит от характера гидрологической ситуации не толь-

ко на рассматриваемом переходе, но и на соседних, которые могут быть

расположены в одном технологическом коридоре и принадлежать другим

предприятиям.

Важным элементом системы безопасности является выбор критиче-

ских элементов, их ранжирование по критериям безопасности.

Таблица 2.3

Факторы надежности и безопасности подводных переходов

Группа факторов Факторы

Дефекты тела трубы

и сварных швов

Потери металла; его расслоение; задиры;

продольные и поперечные трещины; де-

фекты геометрии трубы, вмятины, гофры

Внешние антропогенные

механические воздействия

Глубина заложения трубопровода; уровень

антропогенной активности; степень защи-

ты наземного оборудования; согласования

со сторонними организациями проведения

работ в охранной зоне.

Коррозия Нормативная обеспеченность средствами

ЭХЗ; состояние изоляционного покрытия;

коррозионная активность грунта; наличие

подземных металлических сооружений и

энергосистем вблизи трассы трубопрово-

да; стресс-коррозия (коррозия под напря-

жением); биокоррозия.

Качество труб Технология изготовления и марка стали

труб; поставщик труб; продолжительность

эксплуатации трубопровода

Качество строительно-монтажных

работ

Категория участка по сложности произ-

водства работ; контроль качества строи-

тельных и сварочно-монтажных работ;

технология и сезон строительства.

Конструктивно-технологические

факторы

Толщина стенки трубы; надежность защи-

ты от гидравлических ударов; надежность

телемеханики; система контроля утечек;

наличие деталей полевого изготовления;

наличие на участке линейной арматуры и

наземных узлов разветвленной конфигура-

ции.

Природные воздействия Несущая способность грунтов; наличие

оползней, карста; водная и ветровая эро-

зия; сейсмичность района

Эксплуатационные факторы Эксплуатационная документация; состоя-

ние охранной зоны; частота патрулирова-

ния трассы; периодичность и качество ди-

агностики и ремонта; квалификация работ-

ников; организация обучения персонала;

качество связи; система оповещения; план

ведения аварийных работ; техоснащен-

ность.

Для оценки безопасности подводных переходов магистральных тру-

бопроводов могут служить предельные значения количественных и качест-

венных показателей состояния сооружения и условий его эксплуатации,

соответствующие допустимому уровню риска аварии и утвержденные в ус-

тановленном порядке органами исполнительной власти, осуществляющи-

ми государственный надзор за безопасностью сооружений.

Эти критерии нашли отражение в строительных нормах и правилах,

ведомственных руководящих документах, государственных стандартах.

2.4.3. Порядок разработки, согласования и утверждения

проектной документации

Разработка проектной документации на строительство подводного

перехода осуществляется при наличии материалов инженерных изыска-

ний, срок давности которых не превышает 2-х лет, и утвержденных комис-

сией по выбору створа участка ПП, других проектных материалов и зада-

ния на проектирование.

Разработанная ПСД согласовывается с органами государственного

надзора, бассейновым управлением пути (на судоходных реках), органами

рыбоохраны и другими заинтересованными органами.

Проекты (рабочие проекты) на строительство ПП независимо от ис-

точников финансирования и форм собственностиподлежат государствен-

ной экспертизе в соответствии с порядком, установленным в СНиП II.01-

95.

Утверждение рабочих проектов на строительство подводных перехо-

дов производится за счет собственных финансовых ресурсов - непосредст-

венно заказчиком, компенсационные мероприятия, а также рекомендации

по охране окружающей среды оформляются проектной организацией в ви-

де раздела, который входит в состав техдокументации, представляемой на

согласование органам Минприроды и рыбоохраны.

Для определения лимитов капитальных вложений, необходимых для

осуществления компенсационных мероприятий, привлекаются в установ-

ленном порядке рыбохозяйственные проектные организации. Компенсаци-

онные затраты с лимитами строительно-монтажных работ включаются в

сметную документацию на производство подводных работ и подлежат обя-

зательному представлению в органы рыбоохраны. Денежные средства, за-

траченные на определение ущерба, не включаются в общую стоимость

компенсационных мероприятий. В нее включаются только затраты на вы-

полнение проектно-изыскательских работ.

Заказчик после утверждения проекта обращается с ходатайством в

соответствующий орган власти об изъятии предварительно согласованного