Строительство подводных переходов

Содержание

 

Введение. Характеристика подводного перехода

1. Технологическая часть
2. Расчет устойчивости подводного трубопровода. Проверочный расчет пригрузов
3. Исходные данные
4. Особенности сооружения подводных переходов
5. Подготовительные работы
6. Земляные работы
7. Трубоукладочные баржи
8. Работы заключительного периода

Список использованных источников

 

 

 

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА

 

К подводным переходам относятся участки магистральных трубопроводов, пересекающие естественные и искусственные водоемы (реки, озера, водохранилища) по их дну. Границы подводного перехода определяются уровнем, до которого вода в водоеме поднимается не чаще 10 раз за 100 лет.

Схема подводного перехода показана на рис. 1. Она включает основную 2 и резервную 3 нитки трубопровода, а также береговые задвижки (на газопроводах - краны) 1. В случае возникновения аварийной ситуации на основной нитке, она отключается запорными устройствами 1, а транспортируемый продукт пускается по резервной нитке (дюкеру). При ширине водной преграды в межень (в среднем) менее 75 м резервную нитку допускается не сооружать.

Магистральные трубопроводы прокладывают, как правило, с заглублением в дно водоемов. Земляные работы под водой выполняют с помощью специальных землеройных машин (земснарядов, гидромониторов и т.д.). Широко распространена разработка подводных траншей скреперными установками, приводимыми в движение с обеих сторон реки либо лебедками, либо тракторами с помощью канатов. В отдельных случаях (при глубине водоемов не более 2...3 м) разработку подводной траншеи ведут экскаватором, установленным на понтоне, перемещаемом в свою очередь с помощью лебедок, которые наматывают тросы, закрепленные якорями на берегу.

Перед укладкой трубопровод сваривают, наносят на него изоляционное покрытие, футеруют матами из деревянных реек, после чего его балластируют.

Балластировка, или утяжеление трубопровода производится с целью предотвращения его всплытия. Для этого используют одиночные чугунные или железобетонные пригрузы, а также сплошные покрытия из бетона или асфальтобетона. В настоящее время широко распространены чугунные пригрузы в виде двух полумуфт, скрепляемых болтами. Они жестко фиксируются на трубопроводе через определенные расстояния. Железобетонные пригрузы различны по конструкции. Часть из них имеет седлообразную форму и жестко на трубе не фиксируются. Другие разным образом закрепляются на трубе. Однако применение одиночных пригрузов требует увеличения размеров отрываемой траншеи. Наиболее перспективным является применение анкеров, утяжеление труб сплошным покрытием из бетона или заполнение утяжеляющим раствором межтрубного пространства (при схеме прокладки типа «труба в трубе»).

Подготовленный к укладке трубопровод состоит из одной или нескольких секций, общая длина которых на несколько десятков метров превышает ширину водной преграды между урезами воды.

    

 

Рисунок 1. Схема подводного перехода: 1 - отключающие устройства (задвижки - на нефтепродуктопроводах, краны - на газопроводах); 2 - основная нитка трубопровода; 3 - резервная нитка трубопровода.

В настоящее время применяется три способа укладки трубопроводов в подводные траншеи: протаскивание по дну, погружение с поверхности воды трубопровода полной длины и погружение с поверхности воды последовательным наращиванием секций трубопровода. Первые два способа аналогичны применяемым при строительстве трубопроводов на болотах и обводненных участках трассы. В последнем случае трубопровод заглубляют по мере присоединения к нему все новых секций.

Дюртюлинское ЛПУМГ эксплуатирует 5 подводных переходов, включающих 11 ниток, в том числе через судоходную р.Белая. Общая протяженность всех подводных переходов составляет 68,84 км, в том числе по ширине водной преграды – 6,3 км.

Подводный переход магистрального газопровода Челябинск –Петровск диаметром 1020х16 мм через р.Белая был сооружен в 1980 году, в том числе две резервные нитки в 1979 году и 1981 году. Строительство производилось под контролем Горьковского управления “Оргэнергогаз” и БДСГ “Баштрансгаз”.

Протяженность перехода: основной нитки – 660 м (длина подводной части составляет 382 м); первой резервной нитки - 550 м (длина подводной части составляет 240 м); второй резервной нитки – 610 м (длина подводной части составляет 360 м).

Газопровод изолирован в два слоя пленкой “Поликен 980-20”, а так же два слоя антикоррозийной обертки “Бишоф”. Футеровка ниток произведена деревянными рейками, размерами 2000х60х50. Балластировка осуществлена с помощью чугунных кольцевых пригрузов марки СЧ-21-40.

Береговая линия укреплена гибкими железобетонными плитами и железобетонными решетками с засыпкой ячеек грунтом.

Неисправных переходов в составе основных, в соответствии с “Регламентом по техническому обслуживанию подводных переходов магистральных газопроводов через водные преграды” РД 51-3-96, нет.

В 2010 году выполнено приборное обследование подводных переходов МГ Челябинск-Петровск через р.Белая. Работы проводились специалистами ООО ”ЭКОНГинжиниринг”. По результатам обследования нарушений требований НТД не выявлено.

 

 

1.2. Расчет устойчивости подводного трубопровода. Проверочный расчет пригрузов

 

К подводным переходам относятся участки трубопроводов, пересекающих естественные или искусственные водоемы (реки, озера, водохранилища), шириной 10 м и более по зеркалу воды в межень и глубиной свыше 1,5 м.

Подводные переходы трубопроводов через водные преграды проектируют на основании данных гидрологических, инженерно-геологических и топографических изысканий с учетом условий эксплуатации в районе строительства ранее построенных подводных переходов, существующих и проектируемых гидротехнических сооружений, влияющих на режим водной преграды в месте перехода, перспективных дноуглобительных и выправительных работ в заданном районе пересечения трубопроводом водной преграды, требований по охране рыбных ресурсов и окружающей среды.

Границами подводного перехода трубопровода, определяющими длину перехода, являются для многониточных переходов – участок, ограниченный запорной арматурой, установленный на берегах.

Створы переходов через реки выбирают на прямолинейных устойчивых плесовых участках с пологими не размываемыми берегами русла при минимальной ширине заливаемой поймы.

Створ подводного перехода необходимо, как правило, предусматривать перпендикулярным динамической оси потока, избегая участков, сложенных скальными грунтами. Устройство на перекатах, как правило, не допускается.

 

1.3 Исходные данные

 

По нормативной литературе для трубы диаметром 1020х16 мм выписываем необходимые данные:

- Площадь сечения, F=504 см2;

- осевой момент сопротивления W=12480 см3;

- осевой момент инерции I=636600 см4;

- удельный вес металла  трубы qm=3960 Н/м.

При расчете устойчивости против всплытия подводного трубопровода, пересекающего реки, необходимо учитывать вертикальную и горизонтальную составляющие силового гидродинамического воздействия потока воды на трубу в процессе укладки трубопровода на дно траншеи.

Горизонтальная составляющая гидродинамического воздействия на единицу длины трубопровода

 

,

где - гидродинамический коэффициент обтекания трубы водным потоком; - средняя скорость течения воды в слое на уровне уложенного на дно подводной траншеи трубопровода, м/с; - удельный вес воды с учетом растворенных в ней молей, принимаемых равным (1,025-1,15)104Н/м3.

Коэффициент определяется в зависимости от числа Рейнольдса

 

,

,

.

 

По экспериментальным данным, при Re<105; для гладких труб и для бетонированных или офутерованных труб при 105<Re<107.

 

.

 

Вертикальную составляющую воздействия гидродинамического потока на единицу длины трубопровода Py рассчитывают по формуле

 

,

 

где - гидродинамический коэффициент подъемной силы, .

 

.

 

Интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода по формуле

 

,

где - угол поворота оси трубопровода в вертикальной плоскости на выпуклом и вогнутом рельефе (в радианах); - радиус кривизны рельефа дна траншеи, который должен быть больше или равным минимальному радиусу упругого изгиба оси трубопровода из условия прочности; E – модуль Юнга, E=2,06 1011 Па.

 

.

Выталкивающая сила воды по формуле

 

.

 

Для расчета устойчивости подводного трубопровода с учетом гидродинамического воздействия потока жидкости следует иметь в виду следующее.

Вертикальная составляющая Py действует в том же направлении, что и выталкивающая сила воды.

Горизонтальная составляющая действует на трубу, сдвигая её в сторону от оси траншеи. Для противодействия за счет дополнительной нагрузки q создается сила трения

 

,

 

где k – коэффициент трения трубы о грунт при поперечных перемещениях трубопровода, для илистых и суглинистых грунтов k=0,4.

Отсюда

 

.

 

Величина вводится в формулу так же с положительным знаком.

Тогда требуемый вес балластировки в воде будет определен по формуле

 

,

где – коэффициент надежности по нагрузке, для чугунных грузов ; qтр – расчетный вес единицы длины трубопровода в воздухе с учетом изоляции при коэффициенте надежности по нагрузке nсв=0,95; qдоп - с учетом возможного опорожнения трубопровода (по СНиП 2.05.06-85*) может быть принятой равной нулю.

 

,

.

 

Соответственно формула для расчета веса балластировки в воздухе принимает вид

 

,

 

где - удельный вес материала пригруза.

При укладке подводных трубопроводов необходимо производить проверку устойчивости трубы против смятия под действием внешнего гидростатического давления воды по формуле

 

,

 

где – средний диаметр трубы, ; - глубина водоёма; - глубина заложения трубопровода от дна водоёма до верхней образующей.

 

.

 

0,016 м>0,00545 м, следовательно, устойчивость трубы против смятия обеспечивается.

Балластировку подводных трубопроводов в пределах участка подводно-технических работ выполняют кольцевыми чугунными грузами, жестко фиксируемых на трубопроводе.

Расстояние между одиночными чугунными грузами рассчитывают по формуле

 

,

 

где , - средняя масса и объем одного груза соответственно.

Выбираем чугунный кольцевой груз диаметром 1020 мм: Р груза=2000 кг, R1=630 мм, R2=560 мм, R3= 550 мм, А=723 мм, В= 610 мм, С=1300 мм.

 

.

 

Число пригрузов, необходимое для балластировки участка трубопровода длиной L, определяют по формуле

 

.

 

Дробное число N округляют в большую сторону до ближайшего целого числа.

 

1.4.Особенности сооружения подводных переходов

 

На своем протяжении магистральные трубопроводы пересекают большое число самых различных по характеру и протяженности естественных и искусственных препятствий (крупные и мелкие реки, железные и автомобильные дороги, водохранилища, овраги, ручьи и др.). Сооружение переходов должно опережать сооружение нитки трубопровода. Строительство переходов ведется специализированным потоком (бригадой), оснащенным необходимыми машинами и механизмами. Через крупные реки сооружают подводные и надводные переходы. Наиболее часто в практике строительства трубопроводов применяют подводные переходы через крупные реки. Подводный переход состоит из русловой части, проходящей под основным руслом реки, и пойменной части, проходящей через заливаемые в паводки примыкающие к основному руслу поймы. Как в пойменной, так и в русловой части переход выполняется подземным способом в траншеях. Подводные траншеи необходимы во избежание повреждения подводного трубопровода судами (например, при бросании якорей) и, что более важно, во избежание непосредственного гидродинамического воздействия воды на трубопровод. Применяют две конструкции подводных переходов - двухниточную и однониточную типа "труба в трубе". Двухниточный переход состоит из основной и резервной ниток, располагаемых в подводных траншеях на определенном расстоянии друг от друга. За пределами пойменного участка сооружают колодцы с кранами, позволяющими отключать или включать резервную нитку подводного перехода. Резервная нитка перехода сооружается для бесперебойной работы трубопровода при отказе основной нитки перехода. Однониточный переход для повышения надежности его работы выполняют трехслойным, в виде двух концентрически расположенных труб, зазор между которыми заполняют мелкозернистым бетоном (цементно-песчаной смесью). Хотя при такой конструкции перехода расход стальных труб не сокращается, но снижается объем земляных работ по разработке подводных траншей, что делает его более экономичным.