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

Подождите немного. Документ загружается.

В формулах (2.20) Е

- модуль упругости, МПа; I - момент инерции

сечения трубопровода на рассматриваемом участке, см

; b - угол поворота

оси трубопровода, рад; r - минимальный радиус упругого изгиба оси тру-

бопровода.

Если результаты расчета подтверждают возможность всплытия тру-

бопровода, то предусматриваются:

− на русловом участке перехода - железобетонные кольцевые грузы

из обычного или тяжелого бетона, шлаколитные кольцевые гру-

зы, чугунные грузы или железобетонные покрытия труб, наноси-

мые в заводских и полевых условиях;

− на пойменных участках - одиночные грузы или закрепление тру-

бопроводов анкерными устройствами; тип и конструкция железо-

бетонного покрытия труб или отдельных грузов, монтируемых на

трубопроводе, устанавливаются в проекте перехода и согласовы-

ваются со строительной организацией.

Отдельные балластные грузы и покрытия должны проектироваться с

учетом прочного их закрепления на трубопроводе при его укладке спосо-

бом протаскивания и на весь период эксплуатации перехода.

2.6.2. Расчет тягового усилия при укладке подводного

трубопровода способом протаскивания дюкера

При разработке технологии укладки трубопровода способом протас-

кивания по дну необходимо определить следующие параметры [15]:

− массу (вес) трубопровода с грузами, без грузов, с понтонами в во-

де и на суше;

− силу воздействия потока воды на трубопровод (лобовое сопро-

тивление);

− возникающие тяговые усилия и максимально допустимое тяговое

усилие;

− продольные напряжения, возникающие в трубопроводе в процес-

се укладки.

Основным параметром укладки трубопровода протаскиванием по

дну подводной траншеи с помощью троса является тяговое усилие, кото-

рое зависит от способа балластировки, вида спусковой дорожки, стадии

протаскивания.

Расчетная величина тягового усилия (Т

) определяется по предельно-

му сопротивлению на сдвиг протаскиваемого трубопровода из условия

³ mТ

, (2.21)

где m - коэффициент условий работы тяговых средств, принимаемый

1,1 при протаскивании лебедками и 1,2 - тягачами; Т

nр

- предельное сопро-

тивление трубопровода на сдвиг.

Рассмотрим основные расчетные случаи.

При протаскивании по поверхности грунта (движение установившее-

ся, равномерное) тяговое усилие (Т

) определяется по формуле:

nр

= k G

тp

¦ + T

, (2.22)

где k - коэффициент трогания с места (в практике обычно принима-

ется 1,5 - 2); G

тp

- вес снаряженного трубопровода; ¦ - коэффициент тре-

ния при скольжении; T

- сила трения тягового троса о грунт.

¦ = tg j

р,

где j

- расчетное значение угла внутреннего трения грунта (табл.2.5).

Таблица 2.5

Значение тангенса угла внутреннего трения грунта

Грунт

Песок

Супесь

Суглинок

Глина

Гравий

Галька

tg j

0,6 0,5 0,4 0,3 0,6 0,6

Усилие протаскивания при страгивании трубопровода с места

В момент страгивания тяговое усилие обычно бывает больше тягово-

го усилия при равномерном движении. Это обусловлено несколькими фак-

торами: сцеплением грунта (с), пассивным отпором грунта за счет различ-

ных выступов на поверхности трубы (футеровка, балластировка отдельны-

ми грузами), сопротивлением, обусловленным сцеплением трубопровода с

грунтом в момент страгивания.

В общем усилие протаскивания трубопровода по грунту в момент

страгивания (Т

nр

) определяется из условия

nр

= (q tg j

+ ас') × l +E

пас

+ Т

доп

, (2.23)

где q - вес единицы длины снаряженного трубопровода; j

- расчет-

ное значение угла внутреннего трения грунта (табл. 2.6.); а - длина части

окружности трубы, врезающейся в грунт; с' - восстанавливающаяся часть

сцепления при скольжении трубопровода по грунту (определяется экспе-

риментально, при отсутствии экспериментальных данных с' можно при-

нять равным 0,1 структурного сцепления грунта с); l - длина трубопровода;

пас

- пассивный отпор грунта вследствие шероховатости поверхности тру-

бы; Т

доп

- дополнительное сопротивление, обусловленное сцеплением тру-

бопровода с грунтом в момент страгивания.

При протаскивании трубопровода с гладкой поверхностью (бетон-

ные покрытия) Е

пас

= 0. В остальных случаях Е

пас

. определяется по форму-

ле (2.24):

+°×+

+°×

×=

452

ест

tgctg

NaEппа

(2.24)

где N - число грузов; t - толщина стенки груза; а - длина хорды

погруженной в грунт части груза; Y

ест

- объемный вес грунта в естествен-

ном состоянии.

Если выступающие элементы - футеровочные рейки, то N - число

реек по всей длине трубопровода; t - толщина футеровки. При наличии

грузов футеровка не учитывается.

Таблица 2.6

Значения а для грузов

Условный диаметр

трубопровода, мм

Толщина стенки

груза t, см

Длина хорды а,

см

400

500

600

700

800

1000

10 (15, 20)

15 (20)

50 (60, 70)

60 (70, 80)

65 (75, 85)

70 (80, 90)

85 (95)

90 (100)

В табл. 2.7 приведены значения а для грузов; для футерованного тру-

бопровода без грузов а принимается равным 0,3D

, где D

- наружный диа-

метр снаряженной трубы.

Дополнительное сопротивление (Т

доп

), обусловленное сцеплением

трубопровода с грунтом в момент страгивания, представлено в табл. 2.7.

Таблице 2.7

Дополнительное тяговое усилие (Т

доп

) в зависимости

от связности грунта, кН

Диаметр трубопрово-

да, мм

Песок

Супесь Суглинок Глина

Гравий,

галька

800 мм

1000 мм

1200 мм

12,5

При вынужденных остановках протаскивания на глинистых грунтах

усилие страгивания иногда оказывается больше начального, это объясняет-

ся присосом трубопровода к грунту. Сила присоса зависит от площади

опирания на грунт, времени, в течение которого он находится в покое, и

вида грунта. На песчаных грунтах присос практически отсутствует. На

глинистых грунтах присос следует учитывать при остановках протаскива-

ния не менее 1 ч. Сила присоса характеризуется удельной силой q

на 1 м

площади опирания. В плотных глинах и суглинках q

= 0,03 тс/м

, в вязких

= 0,06 тс/м

Таким образом, при повторном страгивании

nр

= (q tg j

+ ас')× l +E

пас

+ q

, (2.25)

где F

- площадь опирания трубопровода на водонасыщенный глини-

стый грунт, F

al.

Подставляя наибольшее из усилий, вместо Т

nр

определяют расчетное

тяговое усилие Т

, на которое рассчитывают диаметр тягового троса и под-

бирают тяговые средства:

Rн ×

, (2.26)

где Т

- расчетное тяговое усилие; n - коэффициент перегрузки, при-

нимаемый для случая протаскивания по грунту равным 2 и по специаль-

ным дорожкам (кроме грунтовых) - 1,3; m - коэффициент условий работы,

принимаемый равным 1,1; k - коэффициент однородности для троса, при-

нимаемый для новых тросов равным 1 (для тросов, имеющих обрывы про-

волок, - 0,8); t - коэффициент тросового соединения.

Значения коэффициента тросового соединения при различных типах

закрепления на трубопроводе приводятся ниже

При изгибе троса вокруг подвижного блока: 0,43

При изгибе троса вокруг коуша: 0,67

При изгибе троса, продетого в отверстие в планке: 0,35

При изгибе троса через крюк простой петлей: 0,20

При изгибе троса через крюк закидной петлей: 0,70

При наличии на тросе расправленных узлов: 0,50

При наличии оплетки: 0,75

При сжатии троса специальными сжимами: 0,50

При наличии простого и двойного штыков: 0,50

При штыковых и полуштыковых узлах при установке менее 2х

сжимов:

0,70

При наличии на тросе прямого узла для

восьмерки на металле:

0,40

При наличии на тросе прямого узла для двойной восьмерки на

металле:

0,70

При определении R

в формуле (2.26) нужно принимать наименьшее

значение t при рассмотрении фактических условий закрепления и изгибов

троса.

Тяговые усилия некоторых механизмов, применяемых при протаски-

вании трубопровода, приведены в приложении табл. 5 и 7.

Усилие протаскивания при скольжении по дну подводной траншеи

(независимо от способа балластировки)

nр

= f

тр.в

, (2.27)

где f

- коэффициент трения трубопровода о грунт в воде, ориентиро-

вочно f

= 0,8 tgj

; G

тр.в

- общий вес снаряженного трубопровода в воде.

Усилие страгивания трубопровода с места после временной

(1…1,5 ч) остановки протаскивания.:

При сплошном обетонировании:

пр

= f G

тр.в

+ q

прис

S , (2.28)

где q

npuc

- интенсивность присоса трубопровода ко дну подводной траншеи

(в суглинках и плотных глинах q

npuc

= 0,3 кН/м

, в вязких глинах -

0,6 кН/м

; S - площадь поверхности контакта трубопровода с грунтом.

При балластировке одиночными грузами:

= f

тp.в

+ E

пac

+ q

npuc

S, (2.29)

где S' - площадь поверхности контакта трубопровода и пригрузов с

грунтом; Е

пас

- пассивный отпор грунта.

(

)

+°×+

+°×

××=

452

вгр

pвгр

пас

tgctg

tYY

NaE

В формуле (2.28) значение сцепления грунта в воде для гладкого

трубопровода равно с

гр.в

= 0,05 с

гр

, для футерованного трубопрово

да

гр.в

=0,1 с

гр

По результатам расчетов выбирается максимальное усилие протаски-

вания [15].

2.6.3. Расчет тягового усилия при протаскивании

трубопровода по роликовой дорожке

Тяговое усилие при протаскивании трубопровода по роликовой до-

рожке определяется исходя из следующего условия:

рд

= (К× CT'

+ Т

) + Т

) - L

, (2.30)

где К - коэффициент страгивания - принимается равным 1,5 - 2,0;

- длина участка трубопровода, опирающегося на спусковую дорожку, м;

- сопротивление, создаваемое трением качения колеса тележки по рель-

сам, Н;

(

)

тел

kтелтр

fGG

; (2.31)

- сопротивление, создаваемое трением скольжения в подшипниках

осей тележки, Н;

(

)

тел

телcтелтр

rfGG

; (2.32)

- добавочное сопротивление, создаваемое трением колес о рельсы,

принимаемое

)''(5,0'

213

TTT +×=

, (2.33)

= G

кан

· f

кан

, (2.34)

где G

тр

- вес снаряженного трубопровода (с учетом изоляции и балла-

стировки), кг; G

тел

- вес тележки, кг; G

кан

- вес каната, кг; R

тел

и r

тел

- радиу-

сы соответственно ролика и его оси, см; f

- коэффициент трения качения;

- коэффициент трения скольжения осей в подшипниках (f

= 0,05); пеан -

коэффициент трения каната о грунт (f

кан

= 1,0).

Если не имеется достаточно мощных лебедок, то для протаскивания

трубопровода иногда применяют систему талей.

3.1. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА

СТРОИТЕЛЬСТВА

Общая организационно-техническая подготовка выполняется в соот-

ветствии с Правилами о договорах подряда на капитальное строительство.

К основным работам по строительству ПП разрешается приступать

только после отвода площадки для его строительства, устройства необходи-

мых ограждений строительной площадки и создания разбивочной геодезиче-

ской основы. При подготовке к строительству ПП инженерно-технический

персонал изучает проектно-сметную документацию, условия строительства,

разрабатывает проект производства работ на строительство ПП, возводит

временные сооружения и т. д.

Как отмечалось ранее, основные положения организации строительства

переходов разрабатываются проектной организацией и формулируются в

проекте организации строительства подводных переходов [4, 5, 19].

Заказчик до начала работ по сооружению перехода выполняет сле-

дующие организационно-технические мероприятия:

− заключает подрядные договора и оформляет финансирование;

− оформляет документы по отводу земель с согласованием условий

рекультивации с землепользователем;

− решает вопросы материально-технического обеспечения.

Кроме того, до начала строительства ПП заказчик передает по акту

подрядной строительной организации створ ПП, закрепленный геодезиче-

скими знаками с необходимым числом реперов за пределами зоны произ-

водства работ, и документацию в сроки, опережающие строительство.

Строительная организация до начала работ на переходе выполняет

следующие организационно-технические мероприятия:

− заключает по необходимости договора субподряда;

− решает вопросы материально-технического обеспечения;

− составляет проект производства работ и согласовывает его с

заказчиком.

Подрядная организация до начала строительства перехода должна

иметь утвержденную проектно-сметную документацию.

Кроме того, в подготовительный период подрядная строительная орга-

низация осуществляет следующие мероприятия:

− принимает от заказчика створ ПП в натуре с закрепляющими зна-

ками; передача трассы оформляется актом с приложением плана и

профиля трассы ПП и ведомости геодезических знаков;

− проверяет наличие основных реперов и устанавливает временные,

необходимые на период строительства перехода;

− выполняет контрольную нивелировку основных и привязку к ним

временных реперов;

− осуществляет проверку и разбивку углов поворота и кривых трас-

сы в пределах перехода с выносом разбивочных знаков за пре-

делы участков работы землеройных механизмов и отвалов грунта;

− уточняет ширину водоема при расстояниях между урезами воды: до

200 м — по тонкому тросу между берегами; более 200 м - при

помощи геодезических инструментов с разбивкой берегового

базиса;

− закрепляет в натуре все характерные точки проектного профиля в

пределах незатопляемой части перехода с выносом знаков за

пределы зоны производства земляных работ (рис. 3.1.); при b до

1000 м L должно быть не менее 50 м, по две вехи на каждом

берегу; при b свыше 1000 м L = 50 м, по три вехи на каждом

берегу;

− устанавливает временный водомерный пост, с привязкой его к ре-

перу;

− подготавливает строительно-монтажную площадку.

Проект производства работ является основным документом по орга-

низации и проведению строительства ПП. Специальные разделы ППР мо-

гут быть разработаны субподрядными организациями.

Исходными данными для разработки ППР являются сводная смета,

ПОС, рабочие чертежи, данные о сроках поставки труб, сварочных, изоля-

ционных и других материалов, оборудования, а также о наличии матери-

ально-технических ресурсов.

В состав ППР на строительство ПП входят:

− план строительно-монтажной площадки с указанием расположе-

ния технологических сооружений, складских, жилых и бытовых

помещений;

− календарный график производства работ, а также нормативное

время работы строительных машин;

− график поступления на объект труб, балластных грузов и основ-

ных материалов;

− график потребности механизмов и плавучих средств;

− типовые проекты временных технологических сооружений и

устройств (причалов, складов, линий энергоснабжения и связи,

водоснабжения);

− технологические карты (схемы) на выполнение отдельных

производственных операций (сварки и изоляции секций и

плетей труб, рытья траншей и укладки подводных трубопрово-

дов) с включением схем операционного контроля качества, опи-

санием методов производства, указанием трудозатрат и по-

требности в материалах, оснастке, приспособлений и средств

защиты работающих, а также последовательности демонтажных

работ при реконструкции ПП;

− график движения рабочей силы; требования и мероприятия по

технике безопасности;

− пояснительная записка.

Рис. 3.1. Закрепление створа перехода

1 – линия визирования для нахождения в створе; 2 – створные вехи высотой не менее

4 м одинакового сечения, стоящие строго вертикально по отвесу; 3 – УГЗУ – 1;

4 – ось створа; 5 – река; 6 – дополнительные створы; b – ширина зеркала воды;

L – расстояние между створными вехами

При строительстве технически несложных ПП составляют упро-

щенные проекты производства работ, которые состоят из календарного

графика производства работ, строительного генерального плана, привязки

к данному объекту типовых технологических схем по основным видам

работ и краткой пояснительной записки с расчетами и обоснованиями

технологических решений.

При разработке ППР на строительство двухниточных ПП преду-

сматривается организация работ, при которой отдельные виды работ вы-

полняются последовательно по каждой нитке для исключения перерывов

во времени между строительством первой и второй ниток ПП.

Основные производственные операции (по монтажу трубопровода и

подготовке подводной траншеи) должны быть выполнены по времени с

таким расчетом, чтобы укладка трубопровода велась сразу после оконча-

ния работ по устройству траншеи.

При строительстве нескольких ПП в одном речном бассейне целесо-

образно организовать централизованные базы для выполнения сварочно-

монтажных и изоляционных работ с последующей доставкой секций тру-

бопровода на строительные площадки.

Проект производства работ необходимо разрабатывать с учетом

природоохранных требований и требований по охране труда.

При составлении ППР в зимних условиях окончание строительства

переходов на реках средней полосы РФ намечают обычно до апреля.

Работы, производимые со льда, должны быть закончены в марте, посколь-

ку к началу апреля прочность льда значительно уменьшается.

Для выполнения строительно-монтажных работ используют вре-

менные и вспомогательные сооружения:

− трубосварочный стенд;

− склад ГСМ;

− склад материалов открытого хранения;

− склад материалов закрытого хранения;

− механическую мастерскую;

− электростанцию;

− причалы для плавучих средств и паромную переправу;

− площадку для стоянки машин и механизмов;

− временное хранилище для ампул с радиоактивными элементами;

− водомерный пост;

− объекты санитарно-гигиенического и бытового назначения.

Состав временных сооружений, необходимых для производства ос-

новных работ при строительстве ПП, определяется в проекте организации

строительства, уточняется в ППР и согласовывается с заказчиком.