1.4. Конструкции переходов через естественные и искусственные преграды

На рис. 1.8 представлены схемы надземной прокладки переходов трубопроводов через естественные и искусственные преграды.

а)	б)
в)	г)
д)	е)

Рис. 1.8. Надземная прокладка отдельных участков магистральных трубопроводов: Балочные системы: а – однопролетный трубопровод; б – многопролетный трубопровод в обычных грунтах; в – многопролетный трубопровод в земляных призмах; г – трубопровод с П или Г – образным компенсатором; д – вантовый переход; е – трапециевидный

Надземные трубопроводы защищают от атмосферной коррозии лакокрасочными, стеклоэмалевыми и металлическими покрытиями. Металлические опоры и другие металлические конструкции трубопроводов обязательно защищаются покрытиями от коррозии, кроме того, на них устанавливаются средства электрохимической защиты.

В настоящее время сооружение подводных переходов газонефтепроводов выполняется открытым и закрытым способом.

Основной особенностью при прокладке трубопровода открытым способом является учет воздействия на трубу водного потока реки. Подводные трубопроводы подвергаются воздействию водного потока в случае если трубопровод не заглублен в грунт или в период его укладки в траншею. На характер влияния скорости потока на трубопровод влияют различные факторы: шероховатость, рельеф дна, форма потока и наличие ледяного покрова.

Сооружение подводных переходов траншейным (открытым) способом прокладки трубопроводов выполняется следующими методами [15]:

• укладкой трубопровода с поверхности воды;

• протаскиванием трубопровода по дну водной преграды;

• опусканием трубопровода с помощью опор или плавучих кранов;

• укладкой трубопровода с трубоукладочных барж;

• свободного погружения трубопровода.

Метод укладки трубопровода с поверхности воды заключается в том, что подготовлен­ный к укладке трубопровод устанавливают на плаву над подготов­ленной заранее траншеей, а затем погружают его на дно затоплени­ем при положительной плавучести или отсоединением специаль­ных понтонов, удерживающих трубопровод на поверхности воды. Трубопровод сваривают в нитку, испы­тывают на прочность и герметичность, изолируют, футеруют, осна­щают понтонами, крепят тросы, которыми трубопровод будет удер­живаться в створе перехода. Затем после установки в створ опуска­ют трубопровод в траншею.

По мере погружения трубопровода, раскрепляющие оттяжки необходимо постепенно стравливать, не допуская отклонений тру­бопровода от проектного створа. В дальнейшем трубопровод заливают водой с помощью насоса через шланг, вваренный на концевой части трубы. Закачку воды в трубопровод производят до тех пор, пока полностью не выйдет воздух из воздушного патрубка, во избежание воздушных мешков.

При методе протаскивания трубопровода по дну водной преграды плеть протаскива­ют с одного берега к другому по дну подводной траншеи с помощью тягового троса, предварительно проложенного в траншее по специальной спусковой дорожке (рис. 1.9) [9].

а) Водная преграда 1 3 2 4

б) Водная преграда 5 3 1

Рис. 1.9. Схема протаскивания трубопровода по дну водной преграды: а - без изменения направления движения; б - с поддержкой трубопровода трубоукладчиками; 1 - трубопровод; 2 - трос; 3 - трактор; 4 -траншея; 5 - трубоукладчик

Метод укладки трубопровода с трубоукладочных барж используется при прокладке трубопровода на больших глубинах, для укладки секций труб большого диаметра, а также для укладки трубопровода с криволинейными вставками, когда невозможно применять способ укладки протаски­ванием его по дну или свободным погружением.

Для прокладки подводного перехода применяют метод наращивания трубопровода в водной среде исполь­зуют специальные трубоукладочные суда. Сооружение подводного перехода с трубоукладочных барж можно осуществить двумя методами (рис. 1.10). Пер­вый, S - методом, так как участок трубопровода, находящийся ме­жду точкой касания дна и стингером, принимает форму S - образной кривой. Для строительства глубоководных (морских) тру­бопроводов большого диаметра применяется J - образный метод, который по­лучил свое название также по форме изогнутого участка укладываемого тру­бопровода [7].

а) 1 2 3

б 4 )

Рис. 1.10. Методы укладки подводного трубопровода с барж: а - J метод; б - S метод; 1 - трубопровод; 2 – водоем; 3 – баржа; 4 – стингер

Метод свободного погружения трубопровода заключается в том, что 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.

К закрытому способу строительства подводных переходов относятся наклонно-на­правленное бурение и микротоннелирование. Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диаметра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов.

Сущность метода наклонно-направленного бурения состоит в следующем: по створу перехода под руслом реки пробуривается скважина, по которой с одного берега на другой протягивается нефтепровод. Процесс сооружения подводных переходов методом наклонно-направленного бурения является технологией, сопряженной с высо­кой степенью риска.

Выбор спо­соба наклонно-направленного бурения при строительстве подводных переходов трубопроводов, зависит от характеристики водных пре­град, конструктивных параметров бурового оборудования и протаскиваемого трубопровода, типа буровых установок и технологии бу­рения.

Технология наклонно-направленного бурения состоит из 4 этапов изображенных на рис. 1.11.

Метод микротоннелирования основан на строительстве тоннеля, проходящего под естественной или искусственной преградой, с помощью дистанционно управля­емых щитовых тоннелепроходческих установок (рис. 1.12).

При строительстве тоннелей большого диаметра и значительной протяженности используется технология прокладки, предусматривающая формирование тоннеля из сегментных железобетонных элементов – тюбингов.

При таком способе прокладки появляется возможность прокладывать трубопроводы в грунтах любой категории – от неустойчивых суглинков и водоносных песков до скальных пород. Метод микротоннелирования значительно уменьшает влияние прокладки трубопроводов на окружающую среду. Технология позволяет сразу же получить готовую обделку тон­неля с гладкой водонепроницаемой поверхностью, не требующей отделки тоннеля.

1 Этап. Бурение пилотной скважины 2 1 3 4 a в	2 Этап. «Обратное» расширение пилотной скважины 1 5 6
3 Этап. Калибровка пилотной скважины 1 6 10 2	4 Этап. Протаскивание плети рабочего трубопровода 1 9 8 7 6
Рис. 1.11. Технология наклонно-направленного бурения: 1 – буровая установка; 2 – буровая колонна; 3 – буровая головка; 4 – траектория бурения; 5 – расширитель; 6 – опора; 7 – калибратор; 8 – оголовок для протаскивания; 9 – режущая головка; 10 – плеть рабочего трубопровода; α – угол забуривания; β – угол выхода

Рис. 1.12. Метод микротоннелирования: 1,2 - железобетонная труба; 3 - грузоподъемное устройство; 4 - ограждение; 5 - мобильный контейнер управления; 6 - контейнер отстойник; 7 - лестница для спуска обслуживающего персонала; 8 - технологические площадки; 9 - пресс рама; 10 - опорная стена; 11 - бетонная подушка;12 - трубопроводы гидротранспорта 13 – бетонная подушка; 14 - зумф для сбора воды;15 - микрощит

Переходы трубопроводов через железные и автомобильные дороги следует предусматривать в местах прохождения дорог по насыпям либо в местах с нулевыми отметками и в исключитель­ных случаях — при соответствующем обосновании в выемках дорог.

Участки трубопроводов, прокладываемых на переходах через железные и автомобильные дороги всех категорий с усовершенст­вованным покрытием капитального и облегченного типов, следует предусматривать в защитном футляре (кожухе) из стальных труб или в тоннеле, диаметр которых определяется условием производства работ и конструкцией переходов (рис. 1.13) [9].

Газопровод Нефтепровод 1 5 6 2 7 3 4 В приямок

Рис. 1.13. Схема перехода трубопровода под автомобильной и железной дорогой:

1 - вытяжная свеча; 2 - отводная труба; 3 - защитный кожух (футляр); 4 - отводной колодец с патрубком; 5 - опорно-направляющее кольцо; 6 - уплотнение сальникового или манжетного типа; 7 – трубопровод

Защитные кожухи предназначены для предохранения рабочего трубопровода на переходах от воздействия внешних нагрузок, со­здаваемых движущимся транспортом, а также от агрессивного воз­действия грунтовых вод и блуждающих электрических токов. Кро­ме того, они предохраняют земляное полотно дороги от разруше­ния в случае разрыва рабочего трубопровода, а также позволяют при необходимости заменять или ремонтировать трубопровод без нарушения интенсивности движения автомобильного или железнодорожного транспорта.

В зависимости от интенсивности движения, категорийности дорог, диаметра трубопровода, методов производства работ, грун­товых условий укладку трубопроводов осуществляют следующими способами:

• открытым. При таком способе прокладки трубопровод укладывают в траншею, устроенную в насыпи дороги, с перекрытием движения транспорта и устройством объезда для движения транспорта;

• закрытым, без перекрытия движения транспорта. При этом для укладки футляра (кожух) через дороги применяют методы бес­траншейной проходки.

Открытый способ используется там, где имеется возможность временно прекратить движение транспорта или устроить времен­ные объезды, т. е. на дорогах с низкой интенсивностью движения.

Закрытый способ (бестраншейная проходка) применяется без ограничений, т. е. независимо от категории дорог, интенсивности движения транспорта, категории грунтов и диаметра трубопровода.

При закрытом способе прокладки кожухов (футляры) приме­няют три основных метода проходки: прокол, продавливание и горизонтальное буре­ние.

Методы прокалывания применяют для прокладки защитных кожухов диаметром до 530 мм в суглинистых и глини­стых грунтах нормальной влажности, не содержащих твердых включений. При этом прокладываемый кожух, снабженный нако­нечником, вдавливается в грунт под воздействием напорных уси­лий.

Продавливание является наиболее универсальным методом прокладки кожухов, при использовании которого наилучшим обра­зом обеспечивается сохранность дорожной насыпи и полотна. Этот способ продавливания характеризуются тем, что проклады­ваемые защитные кожухи вдавливают в массив грунта открытым концом, снабженным кольцевым ножом с наружными или внутрен­ними скосами.

Горизонтальное бурение применяют для трубопроводов сред­них и больших диаметров (530 - 1420 мм). Проходку скважин ведут установками горизонтального бурения.