Материал: Глава 15

• монтаж трубопровода и оснащение его балластными грузами или понтонами (при необходимости);

• устройство и оборудование спусковой дорожки;

• проверка готовности подводной траншеи (промеры глубин и проверка отметок дна траншеи, водолазное обследование);

• приварка оголовка и прокладка тяговых тросов с закреплением их на оголовке;

• протаскивание всей нитки трубопровода или отдельных его секций (плетей со сваркой межсекционных стыков и их контролем);

• контроль положения уложенного трубопровода в соответствии с проектом.

Длина протаскиваемых плетей определяется проектом производства работ в зависимости от ширины водной преграды, мощности тяговых средств и конструкции спускового устройства. Вся длина протаскиваемого трубопровода (полностью или секциями) должна превышать ширину водной преграды с тем, чтобы последующая стыковка труб на береговых участках производилась насухо, без перемычек.

При протаскивании трубопровода необходимо определить величины тяговых усилий.

С целью уменьшения тягового усилия при перемещении берегового участка трубопровода во время протаскивания используют различные спусковые дорожки.

Спусковая дорожка должна обеспечивать беспрепятственную транспортировку трубопровода в течение всего периода работ по протаскиванию.

В зависимости от длины укладываемой нитки (плети) трубопровода, его диаметра и массы, а также рельефа прибрежного участка спусковая дорожка может быть устроена следующим образом:

• береговая траншея, заполненная водой;

• с роликовыми опорами на спланированном участке в створе перехода;

• рельсовый путь с тележками;

Водная спусковая дорожка, представляющая собой траншею, разработанную на берегу водоема и заполненную водой. Данная конструкция спусковой дорожки применяется при наличии низкого и ровного берега. В створе перехода разрабатывают траншею, заполняют ее водой, опускают в траншею сваренный трубопровод и транспортируют по ней к месту укладки. Длина водной спусковой дорожки берется равной длине протаскиваемого трубопровода. Однако следует отметить, что данный способ имеет большие недостатки.

При строительстве ПП в зимних условиях для протаскивания трубопровода применяют ледовые спусковые дорожки. Такой вид спусковой дорожки может найти применение для транспортировки секций трубопроводов длиной 100 - 200 м.

При использовании грунтовой и ледяной спусковых дорожек следует принимать меры по защите изоляционного покрытия.

Кроме перечисленных выше конструкций спусковых дорожек нз практике широко применяют специальные спусковые дорожки: роликовые и рельсовые.

Роликовая спусковая дорожка монтируется из инвентарных роликовых опор (разработаны Гипроречтрансом). Такая опора представляет собой рамную конструкцию с находящимися на ней опорными (средними) и боковыми роликами. На первые передается сила тяжести трубопровода, а вторые предотвращают соскальзывание трубопровода с опоры при его протаскивании. Опоры укладывают на шпальное основание.

Комплекс оборудования для рельсового пути включает: сборно-разборный рельсовый путь длиной 500 м, тележки грузоподъемностью 15 и 25 т, понтонные устройства и опоры. Тележка состоит из двух одинаковых рамных устройств коробчатого сечения с трубчатым коромыслом. Трубопровод, установленный на тележке, поддерживается отрезком каната, пропущенного через коромысло и снабженным быстросъемным устройством. Благодаря такой конструкции обеспечивается быстрое удаление тележек с трубопровода.

Протаскивание отдельных плетей трубопроводов по спланированной грунтовой дорожке без специальных спусковых устройств допускается только при обязательной тщательной планировке берегового участка.

Спусковую дорожку в плане трассируют, по возможности, прямолинейно. Вертикальная трассировка ее на перепаде отметок от берега до подводного участка должна быть выполнена криволинейно с учетом допускаемого радиуса упругого изгиба трубопровода.

Длина спускового пути должна обеспечивать монтаж трубопровода на полную длину его подводного участка или длину отдельных плетей, если протаскивание ведется с последовательным наращиванием плетей трубопровода.

Минимальный радиус кривизны спускового пути и соответствующий ему радиус упругого изгиба трубопровода определяется с учетом возможных силовых воздействий, вызывающих продольные напряжения в трубопроводе на спусковом пути.

При ограниченных размерах строительной площадки и невозможности прямолинейной трассировки спусковой дорожки ось трассы ПП должна сопрягаться с осью дорожки по кривой с радиусом допустимого изгиба трубы, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Разгружающие понтоны применяются для уменьшения веса (при отрица­тельной плавучести) участка трубопровода, находящегося под водой.

Для укладки трубопроводов рекомендуется использовать специальные понтоны грузоподъемностью 5 и 10 т, снабженные устройством для полуавтоматической отстроповки. Применяются и другие конструкции понтонов имеющих достаточную прочность для сопротивления гидростатическому давлению воды.

При укладке трубопроводов протаскиванием по дну необходимо предусмотреть меры, предотвращающие зарывание оголовка в грунт, что может послужить причиной обрыва троса. Для этого используют понтоны, закрепленные в головной части трубопровода.

Прокладку тягового троса для протаскивания трубопровода необходимо вести точно по створу перехода. Сечение и длина троса рассчитываются в зависимости от тягового усилия, возникающего при транспортировке трубопровода.

При укладке трубопроводов протаскиванием по дну для фиксирования величины тягового усилия в тросе используют динамометры.

15.3.9.2. Укладка трубопровода свободным погружением.

Укладка трубопровода свободным погружением производится погружением трубопровода путем перемещения распределенной нагрузки, которая осуществляется заполнением трубопровода водой, последовательным отсоединением или перемещением понтонов и т.д.

Способ укладки трубопровода свободным погружением рекомендуется при следующих условиях:

• пересекаемая водная преграда несудоходна или в месте перехода возможен перерыв судоходства на время установки трубопровода;

• поверхностная скорость течения невелика (до 0,6 - 0,8 м/с) и не требуются сложные устройства для удержания плавающей нитки трубопровода в створе перехода;

• трассировка перехода на берегах предусматривает прокладку трубопровода с кривыми вставками.

Способ укладки свободным погружением с заполнением полости водой применяется для трубопроводов, имеющих положительную плавучесть.

Для укладки трубопроводов, положительная плавучесть которых обеспе­чивается закреплением понтонов, можно применять способ свободного погру­жения путем последовательного открепления понтонов.

Технологический процесс укладки трубопроводов без понтонов способом свободного погружения с заполнением их водой должен разрабатывается в ППР и включает:

• монтаж трубопровода на спусковой дорожке или стапеле (при этом спо­собе укладки трубопровода монтажный стапель можно располагать вне створа перехода);

• оснащение трубопровода разгружающими понтонами в соответствии с ППР, а также вентилями для выпуска воздуха и заливки воды в трубопровод;

• спуск трубопровода на воду;

• буксировка трубопровода к месту укладки (если монтаж выполняется не в створе сооружения);

• установка плавающего трубопровода в створе перехода;

• погружение плавающего трубопровода в проектное положение.

При разработке технологии укладки трубопроводов способом свободного погружения необходимо определить:

• вес трубопровода в различном положении в воде и его массу на суше;

• силу воздействия потока воды на трубопровод, необходимость закрепляющих устройств (боковых оттяжек) и их расчет;

• допустимую глубину погружения трубопровода при заполнении его водой;

• напряжения, возникающие в трубопроводе от воздействия всех нагрузок на трубопровод в процессе погружения на дно (напряжения от изгиба в вертикальной плоскости и гидродинамического давления);

• количество и мощность буксирующих средств, необходимых для буксировки трубопровода и заведения его в створ перехода.

При укладке трубопровода способом свободного погружения через судоходные реки строительная организация должна согласовать дату и продолжительность перерыва в судоходстве на период укладки трубопровода с соответствующими организациями речного флота.

Перед укладкой трубопровода свободным погружением выше и ниже по течению должны дежурить катера. Трубопровод заводят в створ перехода и расчаливают в продольном направлении тросами и лебедками, закрепленными на берегах. Чтобы трубопровод не мог сместиться под действием потока воды, используют тросовые оттяжки к лебедкам на плавучих опорах, буксиры или плавучие краны. Количество удерживающих лебедок и плавучих опор определяют расчетом в зависимости от скорости течения и величины гидродинамического давления, а также ветровых нагрузок.

По мере погружения трубопровода, раскрепляющие оттяжки необходимо постепенно стравливать, не допуская отклонений трубопровода от проектного створа.

Заполнение трубопровода водой является наиболее ответственной операцией и выполняется под наблюдением инженерно-технического персонала, контролирующего положение трубы в различных стадиях ее погружения.

Трубопровод заливают водой с помощью любого имеющегося насоса средней производительности через шланг, подсоединенный к патрубку, вваренному на концевой части трубы; вентили для выпуска воздуха вваривают с обоих концов плети. Закачку воды в трубопровод следует вести до тех пор, пока полностью не выйдет воздух из воздушного патрубка, во избежание воздушных мешков.

Заливочные средства должны быть предварительно оттарированы и объем залитой воды должен учитываться в процессе наблюдения за положением трубопровода.

15.3.9.3. Укладка трубопроводов с плавучих опор

При значительной протяженности на большой глубине воды в водоеме, когда способы протаскиванием и свободного погружения не обеспечивают укладку трубопровода, применяют способ укладки с плавучих опор.

Способ укладки с плавучих опор заключается в том, что трубопровод, заполненный водой или забалластированный грузами, погружается на дно путем стравливания удерживающих его стальных канатов, которые соединены с подъемными устройствами опор.

Укладку трубопровода с плавучих опор осуществляют в следующей по­следовательности:

смонтированный трубопровод перемещают с берегового стапеля и уста­навливают параллельно берегу выше створа перехода;

к трубопроводу подводят плавучие опоры, рассредоточивая их по длине на расчетных расстояниях друг от друга, затем при помощи стропов-полотенец и канатов трубопровод соединяют с подъемными устройствами плавучих опор; к трубопроводу подводят плавучие площадки, предназначенные для удержания трубопровода в створе, и концы канатных оттяжек крепят к трубопроводу;

катерами трубопровод с плавучими площадками и опорами заводят в створ и закрепляют площадки якорями;

при укладке трубопровод заполняют водой и удерживают на подъемных устройствах плавучих опор, затем стравливают канаты опор, обеспечивая по­степенное погружение трубопровода на дно.

15.3.9.4. Укладка трубопровода с трубоукладочного судна

Укладка подводных трубопроводов с использованием плавучих кранов имеет ограниченное применение. В основном этот способ применяется для укладки секций труб большого диаметра, имеющих фланцевые соединения, также для укладки трубопровода с криволинейными вставками, когда невозможно применять способ укладки протаскиванием трубопровода по дну или свободным погружением.

При разработке проекта организации строительства для укладки трубопровода с баржи определяют: форму упругой линии, изгибающий момент и напряжения в сечениях трубопровода для заданной глубины укладки в зависимости от параметров спусковой рамы и натяжных устройств.

Плавучие краны используются для заведения в створ трубопровода с вертикальными отводами и удержания их в вертикальном положении при строительстве трубопроводов через сравнительно широкие водные препятствия. При пересечении небольших водотоков криволинейный трубопровод можно укладывать кранами-трубоукладчиками.

Плавучие краны, воспринимая вес отводов, уменьшают напряжения, возникающие в трубопроводах при укладке их путем залива воды или при заполнении понтонов.

15.4. Строительство подводных переходов методом наклонного бурения

15.4.1. Сущность метода

Метод наклонного бурения называют по-разному: наклонно-направленное бурение, горизонтальное бурение, горизонтально-направленное бурение, направленно-управляемое горизонтальное бурение, метод «крота и др. Однако сущность метода состоит в следующем: по створу перехода под руслом реки, примерно, повторяя очертание её поперечного профиля, пробуривается скважина, по которой с одного берега на другой протягивается трубо­провод.

Бурение скважины производится в два или три этапа (рис. 15.4). На первом этапе пробуривается пилотная скважина, диаметр которой меньше диаметра прокладываемого трубопровода. Далее (обычно с противоположного берега) производится расширение (бурением) пилотной скважины до диаметра укладываемой трубы и через готовую скважину протаскивается трубопровод.

Рис. 15.4. Сооружение подводных переходов методом наклонно-направленного бурения

Этап 1 - бурение пилотной скважины; этап 2 - расширение пилотной буровой скважины; этап 3 - протаскивание трубопровода перехода в расширенную скважину; этап 4 - протаскивание трубопровода перехода в обсадные трубы расширенной скважины

1 - буровая установка; 2 - бурильные трубы; 3 - буровая головка; 4 -профиль прокладки подводного перехода; 5 - обсадные трубы базовой скважины; 6 - буровая головка для расширения скважины; 7 - обсадные трубы расширенной скважины; 8 - обсадные трубы или стенки скважины; 9 - оголовок для протаскивания; 10 - вертлюг; 11 - трубопровод перехода; 12 - роликовые опоры; 13 - расширитель; 14 - стенки скважины; 15 -

Метод наклонного бурения возник как новый способ прокладки труб под препятствиями, наносящий наименьший экологический ущерб окружающей среде, человеку и самому препятствию и экономически более выгодный по сравнению с традиционными методами.

К основным преимуществам метода наклонного бурения в сравнении с траншейным относятся:

• меньшая суммарная стоимость, в основном, за счет уменьшения эксплуатационных затрат;

• меньшее время выполнения строительных работ;

• большая надежность и меньший риск аварий;

• •большая экологическая безопасность;

• меньшее воздействие на водный объект, на смежные сооружения;

• меньший объем мониторинга после строительства.

Интересны возможности метода ННБ при прокладке подводной трассы по кривой не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Например, при бурении скважины диаметром 304 мм и длиной 2300 м под дном р. Элизабет при максимальном заглубление 27,4 м у мыса Таннерз (штат Виргиния США) трасса имела в плане 3 кривых участка (см. рис. 15.5). Следует отметить, что работы осуществлялись фирмой UTEC Construction методом горизонтального наклонного бурения с разных берегов реки двумя самостоятельными скважинами со стыковкой под дном реки. При их проходки и соединении использовались системы наведения Paratrack II. При сближении двух буровых инструментов и их точного наведения один из них (с короткой стороны) стал вытягиваться назад, а головная часть другого была направлена в след удаляемому до выхода на противоположный берег. Основные проходческие работы без учета подготовительного этапа, были осуществлёны за 19 суток и прошли весьма успешно.

1 – место стыковки головок буровых инструментов; 2 – кривая 20⁰, радиус 560 м; 3 - кривая 20⁰, радиус 560 м; 4 - кривая 47⁰, радиус 330 м.

15.4.2. Расчёт продолжительности строительства подводного перехода

Время строительства подводного перехода методом наклонно-направленного бурения (ННБ) складывается из времени переезда бурового комплекса, его монтажа, бурения пилотного ствола, расширения пилотного ствола, калибровки пробуренного ствола и протаскивания трубопровода.

В строительстве подводного перехода при бурении, расширении и калибровке необходимо выделить следующие составляющие времени выполнения указанных операций:

t_мех - затраты времени на механическое бурение;

t_нав - затраты времени на навигацию (ориентирование) ствола скважины ННБ;

t_бр - затраты времени на приготовление бурового раствора;

t_л.осл - затраты времени на ликвидацию осложнений;

t_с.п.о. - затраты времени на осуществление спускоподъемных операций.

В связи с этим различают:

Затраты времени на техническое осуществление этапа строительства T_техн, определяемое зависимостью:

T_техн = t_мех + t_нав + t_бр (15.8)

Коммерческое время выполнения того или иного этапа строительства перехода T_комм

t_комм = t_мех + t_нав + t_бр + t_л.осл + t_с.п.о. (15.9)

Время строительства перехода T_в.с.п. определяется соотношением

T_в.с.п. = t_комм + t_п + t_монт + t_демонт, (15.10)

где t_п - время переезда;

t_монт - время монтажа бурового комплекса ремонт;

t_демонт - время демонтажа бурового комплекса.

Коммерческое время на наклонно-направленное бурение

T_{к.в.н.н.б} = t_комм^бур + t_комм^расш + t_комм ^калибр + t_комм^{протаск.} (15.11)

Время t_п, t_монт, t_демонт берется из средних статистических величин времени, затрачиваемых исполнителем на выполнение данных операций.

Коммерческое время строительства определяется по статистическим оценкам затрат времени на выполнение отдельных этапов строительства подводного перехода.

Статистическая оценка затрат на коммерческое время осуществляется на основании квалифицирования строящегося подводного перехода к определенной группе сложности и вычисления на этом основании времени строительства.

Строительство подводных переходов разбивается на три группы сложности. Они включают в себя следующие составляющие.

Для бурения пилотной скважины:

1. Коммерческое время строительства пилотной скважины вычисляется по формуле

t_демонт ^бур = А * L + В, (15.12)

где А и В - коэффициенты, зависящие от выбора группы сложности условий, в которых осуществляется строительство пилотного ствола; L - длина перехода.

2. Коммерческое время расширения определяется по формуле

t_комм^расш = С*V_oпп + D, (15.13)

где С и D - коэффициенты, зависящие от выбора группы сложности условий строительства подводного перехода; V_oпп - объем строящегося подводного перехода.

Выбор параметров бурения для расчётов в зависимости от грунтовой среды принимается по табл. 15.6.

Таблица 15.6 Выбор временных параметров для пилотного бурения

Временные параметры	Условия строительства подводного перехода методом ННБ
для бурения пилотной скважины
В = 30	В мягких, слабых породах (I-II группы прочнос- ти), которые рекомендуется проходить с использованием гидромониторного долота.
В = 45	В породах III-IV группы прочности, которые реко-мендуется проходить с использованием шарошечного долота типа МЗ, МС, МСЗ.
В = 150	Для прочных пород (более IV группы прочнос- ти), которые рекомендуется проходить с использованием долот типа С, СЗ, Т.
для одноступенчатого расширения пилотного ствола
В = 50	В мягких породах (I-II группы прочности), которые рекомендуется проходить с использованием расширителя Fly Cutter, Barrel Reamer;
В =166	В породах III-IV группы прочности, которые рекомендуется проходить с использованием расширителя Fly Cutter, Barrel Reamer для пород средней прочности;
В = 300	Для прочных пород (более IV группы прочности), которые рекомендуется проходить с использованием шарошечного расширителя.