4
Содержание
Введение
1. Описание трубопровода
2. Патентно-информационный обзор
3. Техническое предложение
4. Расчет трубопровода
Заключение
Список литературы
Введение
Магистральные трубопроводы -- это капитальные инженерные сооружения, рассчитанные на длительный срок эксплуатации и предназначенные для бесперебойной транспортировки на значительные расстояния природных и искусственных газов (в газообразном или сжиженном состоянии), нефти, нефтепродуктов, воды, твердых и сыпучих тел, взвешенных в потоке воздуха или воды, от мест их добычи, переработки, забора (начальная точка трубопровода) к местам потребления, (конечная точка).
В настоящее время все вновь строящиеся, а также реконструируемые магистральные трубопроводы и отводы от них условным диаметром до 1400 мм включительно с рабочим давлением не выше 100 кгс/см2 должны проектироваться с учетом основных положений строительных норм и правил (СНиП IT-45--75).
Эти нормы не распространяются на трубопроводы, прокладываемые внутри городов и населенных пунктов, на участках вечномерзлых. грунтов, в районах морских акваторий, а также в районах с повышенной сейсмичностью интенсивностью 8 баллов и более для подземных и 6 баллов и более для надземных трубопроводов [ 5 ] .
1. Описание трубопровода
Строительство трубопроводов на болотах имеет существенное отличие от строительства на равнине, сложенной плотными грунтами, только в период, когда поверхность болота не промерзла на глубину, обеспечивающую нормальную работу механизированных колонн. Поэтому технологию строительства на болотах необходимо рассматривать для двух состояний болот -- промерзшего и талого. Технологические операции, выполняемые при строительстве трубопроводов на болотах, приведены на рис.1.
Схема (рис. 1) содержит укрупненные операции, некоторые из которых могут выполняться в едином комплексе. Так, работы по сварке, изоляции и укладке объединяются в одну или две операции (одновременно осуществляются изоляция и укладка). Если траншея устраивается с плавсредств, а укладка ведется методом сплава, то подготовки трассы не производится. Рассмотрим виды работ, составляющих укрупненные операции.
Подготовка трассы может быть выполнена в зависимости от состояния болота (мерзлое, талое). В зависимости от типа болота, его естественного состояния и других факторов при подготовке трассы выполняется одна из операций схемы. Выемка торфа проводится в тех случаях, когда работы принято вести по минеральному грунту. Торф убирается на всю глубину болота бульдозером, экскаватором или землеройным устройством.
Отсыпка песка производится при большой глубине болота. При этом отсыпается массивная песчаная подушка. Отсыпка песка производится с берега болота автосамосвалами или гидронамывом. Песчаные сваи устраивают с целью уменьшения количества песка. Осушение проводят с помощью водоотводных дренажных канав. Эта операция может быть эффективна только на болотах верхового типа.
Рисунок 1 - Структурная схема строительства трубопровода на болоте, установленным на плавсредстве
Промораживание осуществляется в тех случаях, когда необходимо как можно быстрее проморозить болото. Достигается это снятием снежного покрова с поверхности болота легкими бульдозерами со специальными отвалами. Выпускать на промороженное болото механизированную колонну можно только убедившись в достаточной прочности промерзшего грунта.
Рисунок - 2 Схема подготовки трассы
Устройство лежневой дороги осуществляется как на талом, так и на мерзлом болоте для прохождения тяжелых строительных машин.
Устройство траншеи взрывом проводится при относительно небольшой ширине труднопроходимого болота глубиной до 2--3 м. В качестве взрывчатого вещества (ВВ) используют пироксилиновый порох, уложенный в упаковку в виде шнура из хлопчатобумажной ткани диаметром 12--18 см. Непрерывный заряд пироксилинового пороха, помещенный в воду, хорошо детонирует от взрыва промежуточного заряда бризантного ВВ. В результате образуется траншея глубиной до 2 м и шириной 5--6 м. Разработка траншеи бульдозером и экскаватором производится в тех случаях, когда глубина слоя торфа не превышает 0,5--1 м. Бульдозер снимает слой торфа в полосе шириной 4--5 м до минерального грунта. Отставая от бульдозера на 15--30 м, по минеральному грунту ведет разработку траншеи на необходимую глубину экскаватор, оборудованный обратной лопатой. Разработка траншеи экскаватором имеет несколько вариантов. Экскаватор, установленный на салазки из труб, выполняет работу следующим образом.
Экскаватор, оборудованный обратной лопатой или драглайном, устанавливают и закрепляют на салазках, изготавливаемых из четырех-пяти труб диаметром 500--800 мм, длиной 7--8 м. Число труб и их длина должны соответствовать необходимой опорной площади, определяемой таким образом, чтобы давление на болото от салазок и экскаватора было меньше допустимого. Салазки тросом, проложенным через болото перед началом работы, соединяют с одним (двумя) трактором. По мере разработки траншеи по указанию экскаваторщика трактор постепенно протаскивает салазки. Между машинистом экскаватора и машинистом лебедки или трактористом должна быть налажена четкая связь. Рассматриваемый вариант схемы может применяться при ведении работ на болотах всех типов. Если траншею разрабатывают экскаватором, установленным на понтоне, свободно плавающем в заполненной водой траншее, то сначала у края болота разрабатывают котлован, который должен быть таких размеров, чтобы в него можно было спустить понтон. Затем на понтоне устанавливают и надежно закрепляют экскаватор, оборудованный драглайном. Экскаватор вынимает грунт впереди понтона, перемещающегося по траншее с помощью якорей. Особое внимание перед началом работ должно быть уделено расчету устойчивости экскаватора на понтоне.
Рисунок 3 - Схема земляных работ
Сварка трубопровода в нитку, изоляция и укладка выполняются по различным технологическим схемам для замерзшего, и талого состояния болота. При замёрзшем болоте, когда становится возможным движение по нему механизированных колонн, технология строительства ничем не отличается от технологии на равнинной местности. Сварка из изолированных и неизолированных труб и секций выполняется так же, как и в нормальных условиях [ 2 ].
Укладка является наиболее разветвленной технологической операцией. Укладка может производиться как оснащенного балластом трубопровода (для газопроводов), так и небалластированного. Протаскивание подготовленного трубопровода осуществляется следующим образом. На берегу полностью подготовленный к укладке трубопровод, длина которого на 30-- 40 м больше ширины болота, размещается в створе перехода на спусковой дорожке (водной, ледовой, роликовой, рельсовой) или на спланированной грунтовой полосе. Протаскивание производится с помощью тягового троса, заранее проложенного в подготовленной в болоте траншее. Укладка протаскиванием целесообразна в тех случаях, когда проезд кранов-трубоукладчиков по поверхности болота невозможен, а балластировка труб или не требуется (например, на нефтепроводе), или сделана на берегу (например газопровод с навешанными на трубы кольцевыми грузами или бетонированными трубами).
Рисунок 4 - Структурная схема сварки, изоляции и укладки [ 5 ]
При отрицательной плавучести трубопровод сразу протаскивается по дну, а при положительной внутрь трубы заливают воду, и трубопровод опускается на дно. Протаскивание с наращиванием секций отличается от предыдущего варианта тем, что оно осуществляется постепенно, после наращивания каждой секции длиной 100-- 200 м. Укладка методом, сплава имеет несколько разновидностей, но суть всех одинакова: трубопровод выводят в траншею на плаву, перемещая его с берега. Различны только способы спуска труб c берега в траншею. Общая длина сплавляемого трубопровода, как показывает опыт, может достигать нескольких километров. Этот метод очень эффективен на труднопроходимых болотах при условии, что траншея подготовлена заранее, например, в зимнее время одноковшовым экскаватором. Поскольку трубопровод перемещается по поверхности воды, то сила толкания невелика и достаточно для этой цели одного тягача или трубоукладчика. Укладка трубопровода методом сплава с опор имеет две разновидности. Трубопровод, полностью подготовленный к укладке (обязательно защищенный футеровкой или бетонированный), спускают в траншею по роликовому пути или в подвешенном состоянии на троллеях трубоукладчиками. В первом случае требуется строительство роликового или узкоколейного пути, во втором -- использование нескольких трубоукладчиков [ 5 ] .
Укладка трубопровода сплавом с одновременной изоляцией осуществляется с помощью трубоукладчиков и роликовых опор. Трубопровод укладывают в траншею, заполненную водой, с одновременным нанесением на трубы изоляционного покрытия. Этот способ получил название способа непрерывного сплава. Укладка выполняется в следующем порядке: сваривают плети труб длиной по 120--150 м; общая длина их должна превышать ширину пересекаемого болота; очищают и изолируют при помощи очистной и изоляционной машин первую плеть -- головную (80--90 м) и спускают ее с берега в траншею; к головной плети приваривают следующую плеть, очищают, изолируют ее и спускают в траншею, одновременно протаскивая первую дальше по траншее. Таким образом может быть спущен в траншею трубопровод любой длины. Изоляция при этом не имеет разрыва. В зависимости от способов ее нанесения технология производства работ может несколько видоизменяться [ 5 ] .
2. Патентно-информационный обзор
Рисунок 5 - Анкерное устройство для закрепления трубопровода
Отверстия в плите уменьшают гидростатическое давление грунтовых вод на анкерное устройство и, следовательно, на трубопровод, а значит, благодаря этому значительно уменьшается выталкивающая трубопровод сила, в результате чего возрастает надежность и продолжительность работы трубопровода (без его разрушения и взрывов при всплытии и выбросе из траншеи), а также во много раз возрастает гидродинамическое сопротивление и происходит постепенное затухание (самокомпенсация) колебаний трубопровода, что также повышает надежность и долговечность его работы.
Наличие боковых (и в середине) железобетонной выпуклой плиты дополнительных ребер опирания (до середины трубопровода и ниже) позволяет уменьшить изгибающий момент плит, а следовательно, либо уменьшить их поперечное сечение, или повысить удерживающий момент, а значит, надежность работы трубопровода при его закреплении на слабых грунтах.
Наличие в плите уширения книзу обеспечивает повышение несущей способности и снижение материалоемкости.
Таким образом предлагаемое анкерное устройство обеспечивает низкую материалоемкость закрепления (балластировку) трубопровода, технологичность изготовления и установки, высокую несущую (удерживающую) способность в слабых грунтах, надежность трубопроводного строительства и долговечность эксплуатации трубопроводов (анкерное устройство дает трубопроводу достаточную для самокомпенсации степень свободы, чем уменьшает возможность разрывов работающих напорных трубопроводов под воздействием динамических нагрузок), а также минимальное техногенное воздействие на окружающую среду (экологичность применения), состоящее в сокращении количества карьеров по добыче природных материалов, уменьшении загрязнения атмосферы и воздействия на почвенный покров, благодаря сокращению количества транспортных средств на перевозках при монтаже устройства, а также в отсутствии препятствий для движения грунтовых вод (что позволяет не всплыть трубопроводу с разрушением верхнего слоя почвы, а лесам не погибнуть на заболоченных со стороны движения грунтовых вод территориях).
Рисунок 6 - Способ прокладки трубопроводов методом сплава в водоемах, болотах, на пойменных участках и понтон утяжелитель для его осуществления
Конструкция кольцевых чугунных грузов и железобетонных утяжелителей обеспечивает их прочное присоединение к трубопроводу, но и эти устройства имеют значительные недостатки. Так, перемещение трубопроводов, оснащенных кольцевыми грузами, по роликовой спусковой дорожке при укладке в обводненную или подводную траншею весьма затруднительно и сопряжено с повреждением изоляции. Монтаж этих грузов в процессе протаскивания трубопровода непосредственно за последней роликовой опорой около уреза воды весьма трудоемок, а на монтаж грузов и закрепление болтов затрачивается много времени.
Для постановки и закрепления кольцевых грузов под водой требуется значительный труд водолаза в условиях ограниченной видимости, а иногда и при полном ее отсутствии. Сплошное утяжеляющее покрытие, например обетонирование трубопровода, лишено недостатков, свойственных одиночным грузам, однако оно трудоемко, дорого, кроме того, с увеличением толщины покрытия возрастает суммарная жесткость трубопровода, прогиб которого будет меньше прогиба стального трубопровода без покрытия, что создает определенные трудности на участках выхода трубопровода на берег.
Изобретение обеспечивает технологичность укладки трубопровода в обводненных грунтах, болотах, при этом понтоны после заполнения их жидкой средой выполняют функцию утяжелителей, срок службы которых не менее срока службы трубопровода. Выполнение понтонов-утяжелителей из мягкого материала позволяет равномерно распределить их вес на большую поверхность трубопровода, что устраняет возникновение местных контактных напряжений в стенке трубопровода при сохранении неизменной его гибкости.
Недостатки способа состоят в следующем:
- установка железобетонных утяжелителей требует образования траншеи и водоотлива на месте установки, что практически сложно выполнить при большой протяженности болота;
- проектная пригрузка вызывает неравномерное заглубление трубопровода в обводненный торф по причине его переменной толщины, что способствует развитию изгибающих моментов, снижающих надежность эксплуатации трубопровода;
- жесткие и тяжелые железобетонные блоки создают локальные нагрузки на стенки трубы, вызывают в ней местные напряжения, также снижающие надежность эксплуатации;
- применение железобетонных утяжелителей связано с повышенными материальными и транспортными затратами и, как показывает практика эксплуатации, эти затраты не всегда оправданы по причине низкого качества утяжелителей.