Прокладка трубопроводов на многолетнемерзлых, просадочных и пучинистых грунтах

Многолетнемерзлые (вечномерзлые) грунты занимают сравнительно большую территорию - 23% земной поверхности (в России -47% - это районы Крайнего Севера, Кавказ, Южный Урал и др.). Особенностями строительства и эксплуатации трубопроводов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, определяющими технологические и конструктивные решения, являются отрицательные Т окружающей среды (воздух, грунт) и резкое изменение физико-механических свойств большинства грунтов при их оттаивании.

Грунты всех видов называются мерзлыми, если они имеют отрицательную или нулевую Т и содержат в своем составе лед; эти грунты называются многолетнемерзлыми (вечномерзлыми), если они находятся в мерзлом состоянии в продолжение многих (от трех и более) лет. В районах распространения многолетнемерзлых грунтов поверхностный слой грунта, подвергающийся сезонному промерзанию и оттаиванию, называется сезоннопромерзающим - оттаивающий летом и промерзающий зимой, но без слияния с толщей многолетнемерзлого грунта; сезоннооттаивающим - оттаивающий летом и промерзающий зимой до полного слияния с толщей многолетнемерзлого грунта.

В многолетнемерзлых грунтах естественны такие особенности: наледь - выход в зимнее время речной или другой воды на поверхность земли; солифлюкция - медленное вязкое течение грунта по склону рельефа, вызванное процессом сезонного его промерзания-оттаивания; термокарст - провальные формы рельефа, образующиеся вследствие оттаивания подземного льда и льдистых вечномерзлых грунтов; пучение - увеличение в объеме слоя влажного грунта в процессе его промерзания, проявляющееся в подъеме поверхностного слоя; морозобойные трещины - вертикальные трещины, в грунте образующиеся вследствие его сезонного промерзания или резких и больших температурных колебаний в зимнее время. Глубина сезонного оттаивания изменяется от 0,2 до 3,5 м (максимально - супесь без растительного покрова), сезонного промерзания - от 0,6 до 5 м.

Проектирование трубопроводов, предназначенных для прокладки в районах вечномерзлых грунтов, следует осуществлять в соответствии с требованием СНиП 2.02.04-88. «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», при этом при выборе трассы следует избегать участки с подземными льдами, наледями и буграми пучения проявлений термокарста, косогоров с льдонасыщенными, глинистыми и переувлажненными пылеватыми грунтами. Первый принцип, при котором вечномерзлые грунты (ВМГ) следует использовать в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации тр-да. С целью уменьшения воздействия морозного пучения на тр-ды или на их опоры заменяют грунт, устраивают компенсационные участки, проводят техническую мелиорацию грунтов, прокладку тр-дов с учетом ожидаемых деформаций, применяют противопучинистые устройства для обеспечения устойчивости положения тр-дов. Выбор конструктивной схемы прокладки на участках многолетнемерзлых грунтов во многом будет предопределяться просадочностью этих грунтов при оттаивании. Категории тр-дов, прокладываемых на ВМГ, принимают в зависимости от категории просадочности ВМГ при оттаивании и способа прокладки тр-дов. При прокладке тр-дов на косогорах с поперечным уклоном более 8° предусматривают срезку или подсыпку грунта и устройство полок. При этом срезку ВМГ допускается осуществлять только на непросадочных или малопросадочных участках при отсутствии мерзлотных процессов. На участках ВМГ, где возможно развитие мерзлотных процессов, необходимо для устройства полок проводить подсыпку грунта с проведением спец мероприятий по повышению устойчивости полок. С целью уменьшения напряжений в тр-де при его непрерывных осадках предусматривают специальные мероприятия: устройство теплоизоляции, замену грунта, укладку тр-да с учетом ожидаемой деформации, применение опор для фиксации положения тр-да, применение геотекстильных материалов, охлаждение грунта или перекачиваемого продукта, прокладку «труба в трубе».

14. Строительство переходов через естественные и искусственные препятствия. Методы прокладки.

Трубопроводы при своем прохождении пересекают большое количество различных искусственных и естественных преград. Такие преграды называются переходами. В зависимости от вида препятствий переходы подразделяют на подводные, воздушные и подземные.

Существует множество методов прокладки трубопроводов через естественные и искусственные препятствия и конструкций таких переходов. Выбор метода (или конструкции) в каждом конкретном случае должен основываться на рассмотрении совокупности условий прохождения и требований к переходу - технических, экономических, экологических и др.

Основные методы прокладки перехода трубопровода:

1. Траншейные методы: в грунте, в защитном кожухе в канале, под защитными плитами со, специальной засыпкой, с бетонным покрытием и др. Ограничение применения – в ходе строительства нарушается поверхность и грунтовая толща, возникают воздействия на пересекаемый объект.

2. Бестраншейные методы: прокол, продавливание, горизонтальное бурение, наклонно-направленное бурение, тоннельная проходка (микротоннелирование или с применением горнопроходческих комбайнов). Ограниченная длина перехода, ограничения, связанные с геологическими условиями.

3. Надземная прокладка (воздушные переходы): самонесущие, на опорах, подвесные переходы, и наземная прокладка: по поверхности грунта в насыпи или в другой защитной оболочке. При этом переход подвержен внешним воздействиям.

4. Прокладка по дну водоема с механической защитой или без нее. Должна быть обеспечена защита перехода от контактов с судами, якорями, рыболовецкими снастями.

15.Подземные переходы трубопроводов через железные и автомобильные дороги Одними из наиболее серьезных искусственных препятствий являются железные и автомобильные дороги. Угол пересечения трубопровода с дорогами должен быть, как правило, 90⁰. Прокладка трубопровода через тело насыпи не допускается. Участки трубопроводов, прокладываемых на переходах через железные и автомобильные дороги всех категорий с усовершенствованным покрытием капитального и облегченного типов, должны предусматриваться в соответствии со СНиП 2.05.06-85 в защитном футляре (кожухе). Концы футляра должны выводиться на расстояние:

а)при прокладке трубопровода через железные дороги: от осей крайних путей - 50 м, но не менее 5 м от подошвы откоса насыпи и 3 м от бровки откоса выемки; от крайнего водоотводного сооружения земельного полотна (кювета, нагорной канавы) - 3 м;

б)при прокладке трубопровода через автомобильные дороги от бровки земляного полотна - 25 м, но не менее 2 м от подошвы насыпи.

Схема перехода трубопровода под автомобильной и железной дорогами: 1 - сальниковое уплотнение, 2 - отводная труба, 3 - вытяжная свеча, 4 - защитный футляр; 5 - опоры, 6 - отводной колодец, 7 – тр-д, Н - глубина заложения футляра, а - граница защитного футляра, b - расстояние до установки свечи при прокладке нефте- и продуктопроводов через автодороги категорий III, III-п,IV-п и IV-5 м от бровки земляного полотна. Заглубление кожухов под железными дорогами должно быть не менее 2 м от подошвы рельса до верхней образующей футляра, под автодорогами – не менее 1,4 м от верха покрытия дороги до верхней образующей футляра. Диаметр защитного кожуха D_K определяется в зависимости от диаметра трубопровода в миллиметрах:

 

и во всех случаях должен быть больше наружного диаметра трубопровода не менее чем на 200 мм. В зависимости от интенсивности движения, категорийности дорог, диаметра тр-да, методов производства работ, грун­товых условий укладку тр-дов осуществляют следующими способами: открытым, при котором 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, III — V категорий. При строительстве переходов через автодороги открытым спо­собом необходимо оградить место производства работ и установить соответствующие предупреждающие и указательные знаки. Ширина вскрываемой полосы покрытия автодороги делается больше ширины траншеи по верху обычно на 0,3 — 0,4 м. При наличии неустойчивых грунтов по мере разработки тран­шеи ее стенки крепят досками или инвентарными щитами. При пересечении дорог в сложных географических и гидроло­гических условиях может быть применено строительство тоннелей открытым способом. 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, горизонтальное бурение и продавливание. На сложных участках могут применяться следующие методы: наклонно-направленное бурение, микротоннелирование, тоннельная проходка. 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. Наконечник монтируют на переднем конце прокладываемого кожуха для уменьшения сопротивлений, возникающих при деформации грунта, и снижения сил трения при движении кожуха в грунте. Это достигается тем, что наружный диаметр наконечника при­нимают на 20 — 50 мм больше диаметра прокладываемого кожуха благодаря чему между стенкой скважины и кожухом создается некоторый зазор. Этот метод не рекомендуется применять при неглубоком заложении (менее 2 м) кожуха во избежание образования вертикального выпора грунта и нарушения полотна дороги. Прокол, как правило, осуществляется путем статического силового воздействия, создаваемого гидродомкратами. Продавливание яв-ся наиболее универсальным методом прокладки кожухов, при использовании которого наилучшим образом обеспечивается сохранность дорожной насыпи и полотна. Методы продавливания характеризуются тем, что прокладываемые защитные кожухи вдавливают в массив грунта открытым концом, снабженным кольцевым ножом с наружными или внутрен­ними скосами. При этом грунт, поступающий в полость кожуха, разрабатывают и удаляют ручным или механическим способами. Как правило, продавливание кожухов осуществляют с помощью гидродомкратов. Прокладку кожуха этими методами производят звеньями длиной 6- 12 м путем их наращивания сваркой. Горизонтальное бурение применяют для трубопроводов средних и больших диаметров (530 - 1420 мм) в грунтах I - IV категорий. Проходку скважин ведут установками горизонтального бурения. Этот метод не рекомендуется применять на слабых (водонасыщенных и сыпучих) грунтах во избежание просадки дорожного полотна. Особенность прокладки кожухов методом горизонтального бурения в том, что разработка грунта по площади сечения скважины несколько опережает продвижение защитного кожуха в скважину. Наклонно-направленное бурение (ННБ) может быть применено на сложных участках пересечения с автомобильными и железными дорогами с высоким уровнем грунтовых вод и на болотных участках, а также при ширине переходов более 100 м. Этот способ позволяет проложить трубопровод, например, за пределам плоскости скольжения оползающих грунтов и зоны затопления Ограничения, существующие для этого метода, связаны, прежде всего, с геологическими характеристиками района прокладки а также с необходимостью выдерживания радиуса упругого изгиба прокладываемого трубопровода. Микротоннелирование (МТ) применяется в наиболее сложных и стесненных условиях прокладки трубопроводов в любых категориях грунтов без ограничений. Основной особенностью данного метода является высокая стоимость строительства. Тоннельная проходка применяется в сложных горных условиях со скальными грунтами и осуществляется различными отечественными и зарубежными горнопроходческими комбайнами с возведением сборной или монолитной железобетонной обделки (термин общепринятый в тоннелестроении). Методы тоннельной проходки широко распространены в мировой практике трубопроводного строительства.

Схема продавливания защитного кожуха с ручной выработкой грунта из кожуха:

1- рабочий котлован; 2 - насос; 3-гидродомкрат, 4 - нажимной патрубок; 5- нажимная заглушка; 6- продавливаемый кожух, 7 - корневой нож, 8- приемный котлован; 9 - направляющая рама; 10 - упорная плита, 11- упорная стенка.