Технология прокладки морских трубопроводов

Подводные трубопроводы: как это работает

Как это возможно — уложить сотни километров стальных труб на огромную глубину, на дно со сложным рельефом? Как добиться, чтобы вся эта конструкция выдерживала огромное давление, не смещалась, не была уничтожена коррозией, выдерживала удары корабельных якорей и рыболовного снаряжения и, наконец, просто работала как надо? Самым свежим примером сооружения подводного мегатрубопровода стал знаменитый «Северный поток», пролегший по балтийскому дну и соединивший российскую и немецкую газотранспортные системы. Две нитки труб, каждая длиной более 1200 км — почти 2,5 млн тонн стали, поглощенных морем по воле человека. Именно на примере «Северного потока» мы попытаемся вкратце рассказать о технологиях создания подводных трубопроводов.

Как укутывают сталь

Две нитки газопровода состоят из 199 755 двенадцатиметровых труб, сделанных из высокосортной углеродистой стали. Но коль скоро речь идет о соприкосновении с такой химически агрессивной средой, как морская вода, металлу нужна защита. Для начала на внешнюю поверхность трубы наносят трехслойное покрытие из эпоксидного состава и полиэтилена — это делается прямо на заводе-производителе. Там же, кстати, трубу покрывают и изнутри, правда, задача внутреннего покрытия не в защите от коррозии, а в повышении пропускной способности газопровода. Красно-коричневая эпоксидная краска дает очень гладкую, глянцевую поверхность, снижающую, насколько это возможно, трение молекул газа о стенки трубы.

Можно ли укладывать такую трубу на морское дно? Нет, ее требуется дополнительно защищать и усиливать против давления воды и электрохимических процессов. На трубы устанавливают так называемую катодную защиту (наложение отрицательного потенциала на защищаемую поверхность). С определенным шагом к трубам приваривают электроды, соединенные между собой анодным кабелем, который связан с источником постоянного тока. Таким образом, процесс коррозии переносится на аноды, а в защищаемой поверхности проходит только неразрушающий катодный процесс. Но главное, что еще предстоит сделать с трубой, прежде чем она будет готова опуститься на дно, — это обетонирование. На специальных заводах внешнюю поверхность трубы покрывают слоем бетона толщиной 60−110 мм. Покрытие армируется приваренными к корпусу стальными стержнями, в бетон добавляется наполнитель в виде железной руды — для утяжеления. После обетонирования труба приобретает вес около 24 т. У нее появляется серьезная защита против механических воздействий, а дополнительная масса позволяет ей стабильно лежать на дне.

Коварное дно

Но надо помнить, что дно даже такого сравнительно неглубокого моря, как Балтийское, не предоставит само по себе удобного и безопасного ложа для газопровода. Есть два фактора, которые неизбежно приходилось учитывать проектировщикам и строителям «Северного потока»: антропогенный и природный.

История судоходства в североевропейском регионе насчитывает тысячелетия, и потому на дне моря скопилось немало всевозможного мусора, а также обломков затонувших кораблей. XX век внес свой страшный вклад: на Балтике в ходе мировых войн велись активные боевые действия, устанавливались сотни тысяч морских мин, а по окончании войн в море же утилизировались боеприпасы, в том числе и химические. Поэтому, во-первых, при прокладке маршрута газопровода требовалось обходить выявленные скопления опасных артефактов, а во-вторых, тщательно обследовать зону прокладки, включая так называемый якорный коридор (по километру влево и вправо от будущей трассы), то есть зону, в которой бросали якоря суда, задействованные в строительстве. В частности, для мониторинга боеприпасов применялись корабли, оснащенные эхолокационным оборудованием, а также специальным донным роботом (ROV), связанным кабелем с базовой донной станцией TMS. При обнаружении боеприпасов (морские мины весьма чувствительны к движению) их подрывали на месте, предварительно обеспечив безопасность судоходства в заданном районе и приняв меры по отпугиванию крупных морских животных.

Второй фактор, природный, связан c особенностями рельефа дна. Дно моря сложено из различных пород, оно имеет выступающие гребни, впадины, расселины, и опускать трубы прямо на все это геологическое разнообразие не всегда возможно. Если допустить большое провисание нитки газопровода между двумя естественными опорами, конструкция может со временем разрушиться со всеми вытекающими из этого неприятностями. Поэтому донный рельеф для прокладки необходимо искусственным образом исправлять.

Если требовалось выровнять рельеф дна, использовалась так называемая каменная наброска. Специальное судно, нагруженное гравием и мелкими камнями, с помощью трубы, нижний конец которой оборудован соплами, «прицельно» заполняло полости дна, придавая ему более подходящий профиль. Иногда вместо камней вниз опускались целые бетонные плиты. Другой вариант — выкапывание в дне траншеи для прокладки труб. Логично предположить, что создание траншей предшествовало прокладке труб, однако далеко не всегда это происходило именно так. Существует техническая возможность стабилизации положения нитки на дне уже тогда, когда трубопровод проложен (при условии, что глубина моря в данной точке не превышает 15−20 м). В этом случае с судна на дно опускается траншеекопатель, имеющий роликовые захваты. С их помощью трубопровод приподнимается со дна, и под ним пропахивается траншея. После проведения этой операции трубы укладываются в получившееся углубление.

Сыпать тяжелый грунт на дно можно не всегда: масса гравия продавливает мягкие породы. В этом случае для «спрямления» рельефа используют более легкие опоры из металлических или пластиковых конструкций.

Подводная буква

Теперь, пожалуй, самое интересное: как трубы оказываются на дне? Разумеется, сложно себе представить, что каждая отдельная 12-метровая труба приваривается к нитке газопровода прямо в море на глубине. Значит, эту процедуру необходимо проделывать до укладки. Что, собственно, и происходит на борту трубоукладочного судна. Тут необходимо ненадолго вернуться к конструкции самой трубы и заметить, что после нанесения на нее антикоррозионной защиты и утяжеляющего бетонирования оконцовки труб остаются открытыми и незащищенными, — иначе сварка была бы затруднена. Поэтому участки соединений защищаются от коррозии уже после сварки. Сначала монтажные стыки изолируются с помощью полиэтиленового термоусадочного рукава, затем закрываются металлическим кожухом, а полость между кожухом и рукавом заполняется полиуретановой пеной, придающей месту стыка необходимую механическую прочность.

Далее происходит укладка S-образным способом. Сваренная из труб плеть приобретает в процессе укладки форму, напоминающую латинскую букву S. Плеть под небольшим углом выходит из кормы корабля, достаточно резко опускается вниз и достигает дна, где принимает горизонтальное положение. Труднее всего представить себе, что нить из стальных, покрытых бетоном 24-тонных труб способна к таким резким изгибам без разрушения, однако все происходит именно так.

Разумеется, для того чтобы плеть не сломалась, применяются разнообразные технологические хитрости. За трубоукладочным судном на десятки метров тянется стингер — специальное ложе, уменьшающее радиус наклона уходящей вниз плети. На судне также установлено натяжное устройство, прижимающее трубы книзу и снижающее нагрузки на изгибы. Наконец, система позиционирования точно контролирует положение судна, исключая рывки и резкие смещения, способные повредить трубопровод. Если укладку почему-либо требуется прервать, вместо очередной трубы к плети приваривают герметичную заглушку с креплениями и плеть «сбрасывают» на дно. При возобновлении работ другой корабль подцепит заглушку тросом и вытянет плеть обратно наверх.

Газопровод-водопровод

И все же без подводной сварки не обошлось. Дело в том, что каждая из ниток «Северного потока» состоит из трех секций. Различие между секциями — разная толщина стенок используемых труб. Пока газ идет от терминала в российской бухте Портовая к приемному терминалу на немецком берегу, давление газа постепенно падает. Это дало возможность использовать в центральной и финальной секциях более тонкостенные трубы и таким образом экономить металл. Вот только обеспечить соединение разных труб на борту трубоукладочных судов не представляется возможным. Сочленение секций происходило уже на дне — в гидроизолированной сварочной камере. Для этого на дно опускались трубоподъемные механизмы, которые отрывали от дна и точно позиционировали друг напротив друга плети отдельных секций. Для той же цели применялись надувные мешки с переменной плавучестью, обеспечивавшие вертикальные перемещения труб. Термобарическая сварка велась в автоматическом режиме, однако наладка оборудования сварочной камеры — сложнейшая водолазная операция. Для ее проведения под воду опускалась водолазная камера, где могла проходить декомпрессию целая бригада водолазов, и специальный колокол для спуска ко дну. Сварка секций проводилась на глубине 80−110 м.

Суда-трубоукладчики. Способы укладки трубопровода

В настоящее время актуальным стал вопрос о прокладке второй нитки «Северного потока» (Nord Stream). Прокладка трубопровода по морскому дну предусматривает работу судов–трубоукладчиков.

Суда-трубоукладчики используют различные способы укладки трубопровода. К таким основным способам относятся способы укладки трубопроводов методом S-Lay, J-Lay и Reel-Lay. Каждый из этих методов имеет свои особенности. На рис.1-6 приведена схема укладки трубопроводов каждым из методов, со своими достоинствами и недостатками.

Tensioners – устройство для создания усилий натяжения трубопровода; S-lay barge – баржа-трубоукладчик, работающая по методу S-lay; Stinger – стингер (опускная стрела): Sagbend region – район изгиба трубопровода; Seabed – морское дно; Touchdown point – точка касания трубопроводом дна; Unsupported span – неподдерживаемый участок; Waterline – уровень воды; Overbend region – участок опасный с точки зрения возможного перелома трубопровода.

Укладка трубопровода методом S-lay, в основном, практикуется на мелководье, и скорость укладки данным методом составляет примерно 6,5 км/день. Изгибающие моменты при таком методе укладки становятся главным фактором. Поэтому необходим длинный натяжное устройство больших размеров.

Метод неприемлем для укладки трубопроводов на больших глубинах. Натяжное устройство и стингер необходимы для снижения изгибающих моментов.

Перед укладкой трубопровода на дно каждый сегмент трубопровода сваривается, инспектируется и покрывается защитным слоем, проходя через станции сварки, инспекции, нанесения покрытия на борту судна.

Смонтированный трубопровод опускается с кормы судна, усилие натяжения обеспечивается натяжным устройством, а сам трубопровод поддерживается спускной стрелой, причем кривизна спуска трубопровода строго контролируется. Затем трубопровод изгибается под действием собственного веса, и укладывается на дно.

Рис.3. Судно для укладки трубопровода методом J-Lay


Рис.3. Судно для укладки трубопровода методом J-Lay. Источник

В то время как метод укладки трубопровода S-lay приемлем только для мелководья, метод укладки J-lay может быть использован на глубинах. Это возможно благодаря относительно короткому участку провисающего трубопровода и меньшим требуемым усилиям натяжения при укладке.

Монтаж и укладка проводится практически вертикальным способом, причем трубопровод укладывается на морское дно с одинарным радиусом изгиба. Скорость укладки составляет 3,2 км/день. При укладке каждый сегмент трубы сначала поднимается в вертикальное положение, и затем они свариваются один с другим.

Инспектирование и нанесение покрытий также проводится на борту судна. При движении судна по маршруту трубопровод медленно опускается на дно. Поскольку трубопровод в отличие от метода S-lay, имеет только один изгиб, риск структурных повреждений за счет излома трубопровода минимален.

Water – уровень воды; Touchdown point – точка касания дна трубопроводом; Tensioner – устройство для создания усилий натяжения; Stinger – стингер; Reel – барабан; Reel–Lay Barge – баржа для укладки трубопровода методом Reel–Lay; Pipeline – трубопровод.

Метод укладки трубопровода с барабана Reel-lay считается наиболее эффективным. Скорость укладки составляет 3,5 км/час. Он приемлем для укладки трубопроводов с диаметром трубы менее 18 дюймов и коэффициентом соотношения диаметра трубы к толщине стенок (D/t) между 20 и 24.

Читайте также  До запорной арматуры отопление ответственность

Главное преимущество такого метода перед предыдущими в том, что весь производственный процесс, включая сварку, инспектирование и нанесение покрытий проводится на берегу, а не борту судна, что значительно сокращает затраты производственного времени и средств.

Перед укладкой трубопровод наматывается на барабан большого диаметра, смонтированный на борту судна. С этого барабана и производится укладка трубопровода на дно.

Aligner Wheel – выравнивающий барабан; 3000 mT Main Crane – главный кран грузоподъемностью 3000 т; 4×1200 mT Storage reels – четыре барабана для хранения трубопровода весом по 1200 т; 2×1250 mT Carousels – два подпалубных поворотных барабана для трубопроводов весом по 1250 т; 60 mT PLET (pipeline end termination) handling system and work station – оборудование весом 60 т для работы с оконечным устройством трубопровода и рабочая станция; Moon pool 19 m L x 8 m W – шахта со свободной водной поверхностью размерами: длина 19 м, ширина 8 м; 2×600 mt Winches – две лебедки с натяжным усилием 600 т; 2x20mT Storage Reel – два барабана для хранения трубопровода весом по 20 т; 125 mT Secondary Winch – вспомогательная лебедка с усилием 125 т; 2 WROVs TMS (Thether Management System) – два подводных телеуправляемых аппарата (ПА) c устройством контроля кабеля ПА; Helipad Sikorsky 61N&S92 – вертолетная площадка для вертолетов марки Sikorsky 61N и S92; Optional J-Lay Module – опционный модуль для укладки труб методом J-Lay; 2x400mT Tensioners – два устройства для создания усилий натяжения по 400 т; Rigidpipe Straightening – спрямляющее устройство; 80mT Crane – кран грузоподъемностью 80 т.

Наличие на борту судна ПА обеспечивает возможности инспекции и при необходимости проведения подводных работ. ПА является необходимым компонентом оборудования судна-трубоукладчика. Шахта со свободной водной поверхностью с размещенным спускоподъемным оборудованием также представляет собой сложное инженерное сооружение.

Прокладка магистральных трубопроводов

Трубопроводный транспорт – самый эффективный способ доставки жидкостей и газов. Магистральные трубопроводы предназначены для передачи веществ от места добычи или переработки конечному потребителю. Они обладают высокой пропускной способностью, могут удовлетворить потребность целого города или нескольких стран в каких-либо продуктах, например, транснациональный газопровод «Ямал–Европа».

Магистраль – сложная инженерная система, включающая в себя подающие, обратные и резервные линии с напорными и приемными станциями, распределительными пунктами, запорной и регулирующей арматурой. Одна трасса может состоять из 2-8 линий с ответвлениями.

При прокладке транзитных трубопроводов поставка веществ осуществляется до объекта, на котором продукты распределяются и транспортируются до источников потребления. Транзиты существенно снижают затраты на строительство крупных международных проектов и коммунальных инженерных сетей.

Этапы строительства трубопровода:

  • Георазведка;
  • Проектирование;
  • Внетрассовые подготовительные работы;
  • Трассовые подготовительные работы;
  • Строительство (траншеи, опоры, монтаж);
  • Наладка;
  • Запуск.

Магистраль может достигать в длину несколько тысяч километров. Для строительства требуется провести обследование ближайших зон для поиска наиболее безопасных и выгодных решений. Кроме этого важно обеспечить необходимые условия: временные дороги, площадки для транспорта и разгрузок, создание сварочно-изоляционных баз и баз механизации. Строительная и охранная зона очищается от леса и кустарника.

Правила прокладки трубопроводов

Проектирование и строительство производится с соблюдением многочисленных стандартов ГОСТ, ОСТ, требований пожарной и экологической безопасности, охраны труда. Для каждого участка организуют диспетчерскую службу. Технологии укладки трубопроводов предусматривают сварку плетей или секций в промышленных условиях или на месте.

Способы прокладки трубопроводов:

  • Надземный (на опорах, на эстакадах);
  • Подземный (траншейный, бестраншейный, канальный, бесканальный);
  • Подводный (переходы в зависимости от ландшафта и грунта).

На выбор влияет бюджет проекта, свойства и давление транспортируемого вещества, характеристики местности, климатические условия. Рассмотрим особенности каждого способа.

Прокладка трубопроводов в земле

Благодаря скрытому положению магистрали защищены от промерзания, механических повреждений, сохраняют архитектурный облик населенных пунктов, не мешают автомобильному потоку. Все взрывоопасные вещества транспортируются только под землей. В этом случае конструкции требуется защита от подвижек грунта, грунтовых вод, блуждающих токов, химической коррозии.

Канальный способ подразумевает укладку в лотки. При изменении температуры трубы свободно перемещаются, поэтому в лоток закладывают сыпучие изоляционные материалы. Защитные конструкции необходимы в местах пересечения с автомобильными и железными дорогами, при размещении компенсаторов. Вблизи ТЭЦ для постоянного доступа и осмотра организовывают каналы в которых могут перемещаться люди.

При бесканальном способе неизбежно соприкосновение с грунтом, для защиты от подвижек организовывают песчано-грунтовую подушку. Укладка стальных труб в грунт производится траншейным и бестраншейным методом (горизонтальное бурение).

Надземная прокладка трубопроводов

Под открытым небом трубы располагают на железобетонных опорах. Эстакада представляет собой мост или многоярусное сооружение из свай. В сейсмических районах возможно крепление трасс к подвижным подвесным опорам.

Возведение трубопроводных систем над землей невозможно:

  • в местах с горными ландшафтами, пучинистыми грунтами;
  • при высоком уровне грунтовых вод;
  • в районах вечной мерзлоты;
  • в промышленных зонах с большим количеством подземных коммуникаций.

Прокладка трубопроводов под водой

В зависимости от технологической задачи: переход через небольшой водоем или многокилометровая морская магистраль – применяются разные методы. Сначала дно тщательно обследуют и создают траншеи. В местах, где присутствуют скальные породы, производят разработку. Наиболее сложный метод подразумевает организацию роликовых дорожек с якорями и плавучими опорами. На специальном судне целый трубопровод или отдельные секции перемещают к месту монтажа с высокой точностью и без повреждений.

В небольших водоемах применяется протаскивание. Кран или другая подъемная техника, установленная на берегу, тянет трубу по дну. Для уменьшения вероятности повреждений используют комбинации понтонов и утяжеляющих грузов. На противоположном берегу трубоукладчики поднимают плеть над поверхностью земли, в ходе чего повышается вероятность незапланированных изгибов. Иногда допустимо свободное погружение. На участках торфяных болот возможно сооружение плавающей конструкции.

Методы укладки морских трубопроводов

Первые суда для прокладки морских трубопроводов появились в конце 40-х годов прошлого века [8]. С небольших барж в мелководных районах трубы, собранные на муфтах, погружались на дно. Практика показала, что укладка подводных трубопроводов способом свободного погружения даже с созданием в трубопроводе растягивающего усилия не дает возможности выполнить укладку трубопровода на глубину более 10-15 м и при волнении моря более двух баллов [9].

Необходимость увеличения диаметров укладываемого трубопровода, глубины укладки, производительности укладки и возможности укладки при более сильном волнении вызвало необходимость создания специальных судов.

Около 70% специализированных судов и все многоцелевые трубоукладочные суда применяют способ наращивания трубопровода на горизонтальной монтажной линии с последующим спуском его под натяжением по стингеру. Изогнутый участок трубопровода, находящийся между точкой касания морского дна и натяжным устройством ТУС, принимает форму S-образной кривой (рисунок 2.1), поэтому данный способ получил название S-метода укладки трубопровода.

Рисунок 2.1 S-метод укладки трубопровода

Наибольшие напряжения могут возникнуть на выпуклом или вогнутом участках S-образной кривой изогнутого трубопровода (рисунок 2.5-б).

Напряжения на вогнутом участке регулируются с помощью натяжного устройства, размещенного на ТУС, а напряжения на выпуклом участке трубопровода уменьшаются использованием стингера. С увеличением диаметра трубопровода или глубины моря необходимо применять более мощные системы натяжения и увеличивать габариты стингера (радиус кривизны и длину). Конструкции стингеров различных радиусов и расстояние от свободной поверхности воды до нижнего конца стингера (h) для трубоукладочного судна «Solitaire» показаны на рисунке 2.2.

Радиус 100 м, h=99 м Радиус 150 м, h=75 м
Радиус 225 м, h=52 м Радиус 300 м, h=39 м

Рисунок 2.2 Схема стингера трубоукладочного судна Solitaire

Применение S-метода укладки ограничивается максимальными напряжениями (относительными деформациями), зависящими от параметров укладываемого трубопровода (изгибной жёсткости, отрицательной плавучести), глубины моря (гидростатического давления воды), величины натяжения трубы, радиуса кривизны и длины стингера, а также от воздействия волн и течений.

Наиболее совершенные трубоукладочные суда со стингером осуществляют укладку S-методом трубопроводов диаметром до 1220 мм на глубину моря до 300 м и диаметром до 800 мм на глубину до 700 м со скоростью укладки 3…5 км/сут.

Перспективным способом укладки на большие глубины является укладка с трубоукладочной баржи с изгибом трубопровода по J-образной кривой (так называемый J-метод укладки). В верхней части упругая линия трубопровода принимает форму, приблизительно прямой линии с углом наклона к горизонтали от 40 до 90°, что значительно больше по сравнению с S-образной формой укладки. На барже трубопровод опирается на спусковую наклонную рампу и не имеет изогнутого (с выпуклостью, обращенной вверх) участка (рисунок 2.3). Кривизна в провисающей части трубопровода контролируется созданием натяжения. Основное отличие J-метода укладки от S-метода заключается в отсутствии стингера и в вертикальном расположении верхнего конца трубопровода в процессе укладки при больших глубинах моря, что обусловливает отсутствие напряжений от изгиба на верхнем конце трубопровода. С уменьшением глубины моря угол наклона верхнего конца трубопровода относительно горизонтали уменьшается, и поскольку угол наклона рампы ограничен минимальным значением, то минимальная глубина моря, при которой возможно применение J-метода, значительно больше, чем при S-методе.

Рисунок 2.4 — J-метод укладки трубопровода

Наращивание трубопровода происходит в вертикальном положении. При использовании этого метода на транспортировочную рампу подается одна трубная секция или предварительно сваренная из нескольких секций плеть, которая затем передается на наклонную рампу и приваривается к основному трубопроводу в специальной сварочной камере. Все операции по формированию сварного шва на главной технологической линии: сварка, контроль шва, изоляция выполняются в сварочной камере, предварительная сварка плети осуществляется либо на самом судне на вспомогательной технологической линии или на берегу. Этот метод особенно эффективен при глубоководной укладке труб большого диаметра.

Одной из особенностей сварочного процесса при укладке трубопроводов J-методом является то, что полный цикл операции приварки трубной секции к спускаемой плети, контроль и изоляция сварного шва выполняются на одном посту.

При укладке J-методом напряженно-деформированное состояние глубоководных трубопроводов зависит от параметров укладываемого трубопровода (изгибной жёсткости, отрицательной плавучести), глубины моря (гидростатического давления воды), величины натяжения трубы и воздействия волн и течений. Эпюра изгибающего момента по длине укладываемого глубоководного трубопровода показана на рисунке 2.5-а.

а) J-метод укладки б) S-метод укладки

Рисунок 2.5 — Эпюры изгибающих моментов, возникающих при укладке трубопровода

Совместное воздействие изгибающего момента, наружного гидростатического давления и продольного усилия создаёт опасность потери устойчивости поперечного сечения трубы в виде локального смятия и последующего за ним лавинного смятия. Лавинное смятие заключается в распространении возникшего дефекта вдоль всего глубоководного участка трубопровода. Скорость распространения волны смятия может достигать 100 – 150 м/с. Лавиноопасный процесс смятия может самопроизвольно остановиться только при существенном снижении внешнего гидростатического давления воды. Для защиты глубоководных трубопроводов от лавинного смятия необходимо увеличивать толщину стенки трубы или устанавливать ограничители лавинного смятия (вставки трубы с увеличенной толщиной стенки) с определённым шагом вдоль всего глубоководного участка трубопровода. Однако, как показывают расчёты, по мере увеличения глубины моря рост толщины стенки для глубоководных трубопроводов может быть весьма значителен, что создаст непреодолимые трудности при их изготовлении на заводе, сварке и укладке на дно моря. Ограничители лавинного смятия не позволяют полностью исключить явление лавинного смятия, но локализуют его в пределах участка между двумя соседними ограничителями.

Проблема исследования напряженно-деформированного состояния и потери устойчивости поперечного сечения трубопроводов больших диаметров (D>1219 мм) при укладке на глубины моря более 500 м является недостаточно изученной.

Способы прокладки трубопроводов – открытый и закрытый, правила выполнения работ

Прокладка труб отличается своей сложностью и трудоемкостью, чтобы качественно ее произвести, необходимо выполнить большой объем подготовительных работ. В статье пойдет речь о коммунально-сетевых трубопроводах.

Существуют магистральные, технологические и коммунально-сетевые трубопроводы. Все они отличаются по своему назначению. Магистральные трубопроводы используются для перемещения жидких и газообразных веществ на большие дистанции. Технологические предназначены для обслуживания объектов промышленного типа. По ним транспортируют сырье, топлива и аналогичных веществ. Коммунально-сетевые трубопроводы используются для перемещения газа, воды и проведения канализаций.

Необходимые материалы

Выбор материала труб — весьма ответственная задача. Если подойти к ней недостаточно тщательно, то в дальнейшем это скажется на эксплуатационных качествах трубопровода. Чаще всего для их прокладки используются металлы и полимеры. Хорошо проявляет себя сталь и чугун. Еще демонстрирует высокие показатели качественная медь. Это то, что относится к металлам. Среди полимерных материалов выбор гораздо шире: множество видов полиэтилена, полипропилен и так далее. Определенной популярностью пользуются укрепленные стекловолокном и алюминием трубы.

У всех из представленных материалов имеются определенные особенности, благодаря которым они и стали популярными. На отечественном рынке наиболее востребованы стальные трубы для монтажа трубопровода. Связано это с низкой стоимостью материалов. Но у нее ряд недостатков: такие трубы подвержены коррозийному воздействию, требуют покраску, монтаж отличается своей сложностью.

Как уже было упомянуто выше, медные трубы также используют в трубопроводах. Данный материал отличается долгим сроком эксплуатации, но еще и дороговизной. Медные трубы устойчивы к коррозии, зарастанию сечения, переносят высокие и низкие температуры, а также их перепады. Такой трубопровод прослужит очень долго, но и затраты на него будут соответствующие.

Среди полимерных материалов чаще всего выбирают полипропилен. Такие трубы стоят относительно дешево, при этом обладают высокими эксплуатационными характеристиками и долговечные.

Существует два используемых сейчас типа прокладки трубопроводов наружного устройства: открытый (вскапывание земли) и закрытый (его еще называют бестраншейный. Он реализуется проколами, продавливанием, бурениями или проходкой. Рассмотрим их все более подробно.

Открытый способ прокладки трубопроводов

В основном открытый метод прокладки трубопровода применяется в обстоятельствах, когда отсутствует необходимое оборудование для реализации закрытого. Поскольку данный вариант относится к компромиссным, он обладает рядом недостатком: необходимость больших расходов, разрушения ландшафта с последующим его восстановлением, временная приостановка работы предприятий, находящихся в зоне работ, затруднение перемещения и так далее.

Открытый метод прокладки трубопровода и канализаций заключается в выкапывании траншей нужной глубины с их последующим укреплением и размещением самих труб. Задача состоит из нескольких этапов.

  • Выкапывание траншеи, ее выравнивание;
  • Укрепление траншеи;
  • Отсыпка подушки;
  • Укладка трубопровода;
  • Укрывание труб;
  • Закрытие траншеи;
  • Восстановление ландшафта территории или дорожного покрытия.

Прокладка открытого трубопровода связана с крупными расходами и большим объемом работ. Поэтому чаще всего используется закрытый метод. Он сохраняет окружающую среду, более экономичный, а еще не препятствует жизнедеятельности населенного пункта.

Закрытые технологии широко применяются внутри городов, но также задействованы и за их пределами. Таким методом прокладываются коммуникации под водными сооружениями, в природных заповедниках, а также под рельефами, в районе которых не получится реализовать открытый трубопровод. К ним относятся болота, овраги, каньоны и так далее.

Горизонтально направленное бурение

Закрытая прокладка трубопровода — высокотехнологичный процесс, реализуемый благодаря использованию буровых комплексов. Раздел посвящен описанию горизонтально направленного бурения (подробнее: «Преимущества прокладки труб методом ГНБ – как выполняются работы»). Это оптимальный вариант укладки труб закрытым способом.

Процесс горизонтально направленного бурения:

  1. Бурение пилотной скважины. На этом этапе задействовано навигационное оборудование, придающее ей направление.
  2. Расширение скважины до необходимых размеров.
  3. Укладка труб.

Пилотную скважину еще называют экспериментальной. Ее бурение является самым важным этапом в прокладке закрытых труб. Для этого используется буровая головка с интегрированным излучателем. Она крепится к гибкой приводной штанге. Благодаря этому рабочие смогут контролировать процессом бурения. В такой системе присутствует отверстие, куда подается специальный раствор, охлаждающий установку снижающий трения и защищающий скважину от разрушений.

В буровой головке имеется передатчик. Он отсылает сигналы на локатор, так она и управляется. Основная ответственность лежит на операторе. Он регулирует положение головки, контролируя весь процесс бурения. Его задача — не допустить отклонение в скважине от проектной траектории. Горизонтально направленное бурение — сложный процесс с высоким уровнем автоматизации. Для реализации данного метода необходимо точное планирование и современное оборудование.

Направленный прокол

Метод направленного прокола заключается в использовании пневмопробойников для проходки скважин. В них затем затягиваются трубы, диаметр которых не превышает 400 мм. У пневмопробойника цилиндрический корпус. В нем находится ударник и воздухораспределительная система. На корпус выпускается сжатый воздух, а затем наносятся удары, так он двигается.

Ключевой особенностью метода прокола считается быстрота его реализации за счет скорости работы пробойника. Кроме того, в небольшой степени уплотняется друг от друга. Больше всего преимущества дают о себе знать при прокладке нескольких трубопроводов неподалеку или вблизи с инфраструктурой.

Метод продавливания

Метод продавливания предназначен для укладки металлических труб большого диаметра (от 800 мм). А одной из его главных особенностей является отсутствие необходимости выкапывания траншеи. Данный способ используется для трубопроводов не длиннее 80 метров. Суть метода заключается в том, что гидравлические домкраты вдавливают стальной футляр с ножом на конце в землю. Она высыпается в трубы, далее их необходимо вычищать вручную.

Данный метод широко используется при укладке трубопроводов под различными сооружениями, автострадами и рельсами. Также он задействован при проведении водо-, нефте- и газопроводов, монтаже канализаций. Помимо того, что таким способом можно использовать трубы большого диаметра, имеются и другие преимущества: относительно небольшие расходы и скорость работ.

Бурошнековое бурение

Существует способ укладки трубопроводов с помощью специального оборудования — шнековых буровых машин. При этом бурение идет в приемный котлован из рабочего. А значит, не требуется выход на поверхность. Данный метод подходит для прокладки трубопроводов закрытым способом до ста метров из стальных, бетонных или полимерных труб (100 – 1700 мм в диаметре). Он отличается высокой точностью, максимальное отклонение не будет превышать 30 мм. Сам трубопровод получится ровным, без провисаний. Такой метод часто используется при монтаже самотечных канализаций, при укладке труб под железнодорожными путями или в зоне коммуникаций домов.

Монтаж внутренних трубопроводов

В СНиП 3.05.01-85 регламентирован устройство внутренних трубопроводов. Документ действует также на системы водоснабжения, климатическое оборудование, отопление, водостоки и аналогичные коммуникации.

Основные принципы работы

Если планируется реализовывать трубопровод диаметром не больше 50 мм, то используются стальные трубы. В остальных случаях больше подходят чугунные. Водопровод должен располагаться от других коммуникаций на расстоянии от полутора метров. Если он проходит через стену здания, то его необходимо защитить от возможных осадок. Магистральные водопроводы в зданиях с большим человекопотоком проводят в подвалах, на промышленных объектах его размещают на техническом этаже или в чердачном помещении. Читайте также: «Как выполняется прокладка магистральных трубопроводов, какие трубы используются».

При прокладке горизонтальных трубопроводов необходимо сохранять уклон до 0.005 градусов в сторону ввода. Делается так для стока воды из труб при ремонте. Водопроводы проводятся вместе с установкой различной арматуры: смывные и водоразборные краны, смесители, вентили, обратные клапаны и задвижки.

При прокладке труб необходимо оставлять расстояние в 15 – 20 мм от стен с небольшим уклоном к водоразборным кранам. В крайних низких магистралях сети размещаются пробки для выпуска воды. Максимальное отклонение стояков от вертикали составляет 2 мм на метр сети. Если магистраль проходит через стены или перекрытия, то эти участки дополнительно укрепляются гильзами из кровельной стали.

Особенности

Водоотвод можно реализовывать через местную систему либо централизованно. Первый вариант используется для удаления сточных вод объемом не больше 12 кубических метров в сутки, когда отсутствует городская канализация. При этом необходимо большое внимание уделять безопасности окружающей среды. Нельзя откачивать загрязненную воду, которая может нанести вред почве. И необходимо придерживаться суточного ограничения.

Для прокладки внутренней канализации в основном используют пластмассовые или чугунные трубы (подробнее: «Как выполняется прокладка канализационных труб – пошаговое руководство с примерами»). В некоторых ситуациях также берут асбестоцементные трубы. Процедура начинается со сборки вертикальных стояков. При подключении унитаза диаметр стояка должен равняться 100 мм. К другим источникам подходит и 50 мм. Вытяжные трубы размещают над канализационными стояками, диаметр которых больше на 50 мм. А выходить они должны на 70 см над кровлей.

Чтобы канализационные трубы можно было прочищать внутри здания, они оборудуются ревизиями. Их размещают в местах соединения или поворота. Размещаются они на удалении не более 12 м, если труба 50 мм диаметром, когда 100 мм, то расстояние составляет 15 м. Отпуск сохраняется также под санитарными приборами.

От смотрового колодца размещают выпуск канализации. Для его реализации проделывают отверстие в основании сооружения диаметром 40 см. Когда труба уже проведена, его заделывают с помощью глины и цемента. Расстояние выпуска между колодцем и стояком не должно быть больше 10 м, если диаметр трубы равен 50 мм. Если же он 150 мм, то длина становится 20 м.

Размещаются смотровые колодцы на поворотах магистрали либо рядом с местами присоединения. При этом расстояния между ними должно начинаться от 40 метров. Закладываются смотровые колодцы из железобетонных колец. Глубина конструкции зависит от особенностей канализации.

Исходя из уровня промерзания грунта, определяется глубина прокладки наружной канализации (детальнее: «Какая глубина прокладки канализационной трубы будет оптимальной в каждом конкретном случае»). Канализационные трубы укладываются таким образом, что раструбы проходят навстречу течению воды. Они размещаются на плотный грунт либо заготавливается песчаная подушка в 10 см для их прокладки.

Внутренние трубопроводы с диаметром сечения от 50 до 200 мм прокладываются с уклоном от 0.008 до 0.035 градусов. Для дворовых коммуникаций (125, 150 мм) требуется уклон от 0.007 градусов. Для его определения используется специальный прибор — электронный нивелир. Между трубой и стенками траншеи насыпают песок, а затем его утрамбовывают. Так удается защитить трубопровод от возможных деформаций.

Важно помнить о правилах монтажа при монтаже открытых и закрытых технических коммуникаций. Их несоблюдение может привести к раннему выходу из строя трубопровода, возникновению протечек, крупных засоров и прочих проблем. Также нельзя забывать о требованиях безопасности.

СНиП III-42-80 : Прокладка трубопроводов в особых природных условиях

9.1. Болота по характеру передвижения по ним строительной техники делятся на следующие типы:

1-й — болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократное передвижение болотной техники с удельным давлением 0,02—0,03 МПа (0,2—0,3 кгс/см2) или работу обычной техники с помощью щитов, сланей или дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,02 МПа (0,2 кгс/см2);

2-й — болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и передвижение строительной техники только по щитам, сланям или дорогам, обеспечивающим снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,01 МПа (0,1 кгс/см2);

3-й — болота, заполненные растекающимся торфом и водой с плавающей торфяной коркой, допускающие работу только специальной техники на понтонах или обычной техники с плавучих средств.

9.2. Подземная прокладка трубопроводов в зависимости от времени года, методов производства работ, степени обводненности, несущей способности грунта и оснащенности строительного участка оборудованием осуществляется следующими способами:

укладкой с бермы траншеи или лежневой дороги;

протаскиванием по дну траншеи;

укладкой в специально создаваемую в пределах болота насыпь.

Способ прокладки трубопровода определяется проектом.

9.3. Прокладку трубопроводов на болотах и обводненных участках следует производить преимущественно в зимнее время после замерзания верхнего торфяного покрова; при этом необходимо предусматривать мероприятия по ускорению промерзания грунта на полосе дороги для передвижения машин, а также выполнять мероприятия по уменьшению промерзания грунта на полосе рытья траншеи.

9.4. Для устройства основания и засыпки наземного трубопровода запрещается использовать мерзлый грунт с комьями размером более 50 мм в поперечнике.

9.5. При сооружении подземных трубопроводов на болотах, обводненных участках трассы и участках с высоким уровнем грунтовых вод допускается укладка трубопровода непосредственно на воду с последующим погружением на проектные отметки и закреплением. Методы укладки и конкретные места балластировки таких трубопроводов определяются проектом и уточняются проектом производства работ.

9.6. Засыпка трубопроводов, уложенных в траншею на болотах в летнее время, осуществляется: бульдозерами на болотном ходу; одноковшовыми экскаваторами на уширенных гусеницах, перемещающихся вдоль трассовой дороги; одноковшовыми экскаваторами на сланях с перемещением непосредственно вдоль траншеи; с помощью легких передвижных гидромониторов путем смыва грунта в траншею, а в зимнее время после промерзания грунта—бульдозерами, одноковшовыми экскаваторами и роторными траншеезасыпателями.

9.7. Работы в горных условиях следует выполнять в период наименьшей вероятности появления на каждом участке производства работ селевых потоков, горных паводков, камнепадов, продолжительных ливней и снежных лавин.

9.8. На период строительства должны быть организованы службы безопасности, оповещения, аварийно-спасательная, медобслуживания и др. При появлении признаков возможного стихийного бедствия (сель, паводок, лавина и т.д.) или предупреждении об этом спецслужб люди и машины должны быть немедленно вывезены в безопасное место.

9.9. При работе на продольных уклонах более 15° следует производить анкеровку машин. Количество анкеров и метод их закрепления определяются проектом.

Допускается работа бульдозера на продольных уклонах до 35° без анкеровки.

При работе в скальных грунтах на продольных уклонах более 10° устойчивость экскаваторов должна проверяться на скольжение.

9.10. На участках трассы, пересекающих горные реки, русла и поймы селевых потоков, не допускаются разработка траншей, вывозка и раскладка труб и секций трубопроводов в задел.

9.11. Направление валки деревьев на склонах крутизной до 15° назначается в зависимости от наклона дерева и способа дальнейшей транспортировки хлыстов.

На уклонах крутизной свыше 15° валка деревьев должна производиться только вершиной к подошве склона.

9.12. На уклонах с крутизной более 22°, а в зимнее время более 15° трелевка хлыстов деревьев вдоль склона тракторами не допускается.

9.13. При строительстве трубопроводов на косогорных участках с поперечным уклоном более 8° должны устраиваться полки со съездами и въездами согласно проекту.

Для возможности разъезда встречных машин на полках должны предусматриваться устройства съездов (въездов) не реже, чем через 600 м, или уширения протяженностью не менее 15 м.

9.14. В случае появления оползневых процессов или обнаружения несоответствия состава грунта проектным данным во время производства работ все работы необходимо прекратить и на место вызвать представителей проектной организации и заказчика для принятия соответствующих решений.

9.15. При срезке склонов балок и оврагов разработанный грунт должен удаляться в места, предусмотренные проектом.

9.16. Разработку грунта (не требующего предварительного рыхления или после рыхления) при сооружении полок на косогорах с поперечным уклоном от 8 до 18° следует производить бульдозерами; с поперечным уклоном более 18°—одноковшовыми экскаваторами с прямой лопатой; при необходимости работу экскаватора можно совмещать с работой бульдозера.

9.17. Рыхление скальных грунтов при разработке полок следует выполнять взрывами шпуровых зарядов, исключающих возможность появления трещин в породах, прилегающих к месту взрыва.

Масса допустимого эквивалентного заряда одновременно взрываемой группы одиночных шпуровых зарядов должна определяться проектом производства работ.

Применение массовых взрывов на выброс для образования полок не допускается.

9.18. Рыхление скальных грунтов взрывами шпуровым методом производится одновременно под траншеи для трубопровода и кабеля связи.

Разработка траншеи под кабель связи производится после засыпки трубопровода.

Крутизна откосов траншей в скальных грунтах устанавливается проектом.

При производстве взрывных работ по устройству траншей и полок для вторых ниток трубопроводов величину зарядов следует назначать с учетом сейсмического воздействия на действующий трубопровод.

9.19. Разработку траншей на продольных уклонах до 35° в грунтах, не требующих рыхления, следует производить одноковшовыми или роторными экскаваторами, в предварительно разрыхленных грунтах — одноковшовыми экскаваторами. При продольных уклонах более 35°— бульдозерами (ширина траншей по дну принимается равной ширине ножа бульдозера) или специальными приемами, разрабатываемыми в проекте и в проекте производства работ.

На уклонах более 22° для обеспечения устойчивости одноковшовых экскаваторов их работа допускается при прямой лопате только снизу вверх по склону, ковшом вперед по ходу работ, а при обратной лопате—только сверху вниз по склону, ковшом назад по ходу работ.

Работа роторных экскаваторов должна во всех случаях производиться сверху вниз.

9.20. В местах сварки потолочных стыков и захлестов в траншее необходимо устраивать уширения в сторону верхнего откоса косогора, принимая необходимые меры против обрушения стенок траншей.

9.21. Вывозка труб на полки до разработки траншей не допускается.

При расположении отвала грунта из траншей в зоне проезда для обеспечения работы машин должна выполняться предварительная планировка отвала по полке.

9.22. При работах по очистке, изоляции и опусканию трубопровода раздельным или совмещенным методом на продольных уклонах свыше 15° должны приниматься меры против продольного смещения трубопровода, трубоукладчиков, очистных и изоляционных машин.

Количество трубоукладчиков в колонне при очистке и изоляции трубопроводов на уклонах более 30° должно быть больше не менее чем на 1 трубоукладчик по сравнению с их количеством при нормальных условиях производства работ.

9.23. Сборку и сварку труб и секций трубопроводов в нитку на уклонах до 20° следует производить снизу вверх по склону, подавая трубы или секции сверху вниз, при большей крутизне — на промежуточных горизонтальных площадках или на горизонтальных площадках вершины гор с последующим протаскиванием подготовленной плети трубопровода.

9.24. Сборка и сварка плетей трубопровода на поперечных лежках, уложенных над траншеей, допускается на участках с крутизной косогора более 18°, где использование полунасыпи для пропуска механизмов невозможно; в этих случаях сварка труб в секции может также производиться на соседних с косогором удобных участках с последующей доставкой секций трубопровода к месту укладки.

9.25. Проходческие и общестроительные работы по устройству тоннелей, а также их временное крепление необходимо производить в соответствии с требованиями СНиП II-44-78, СНиП III-44-77.

9.26. После производства взрывных работ в тоннелях следует устраивать искусственную вентиляцию.

9.27. Монтаж трубопроводов в тоннелях должен производиться протаскиванием постепенно наращиваемой снаружи тоннеля плети по постоянным или временным опорам.

9.28. Предварительное гидравлическое испытание трубопровода следует производить непосредственно в тоннеле.

9.29. Рытье траншей в грунтах II типа просадочности разрешается после окончания предусмотренных проектом работ, обеспечивающих сток поверхностных вод и предотвращение попадания их в траншею как в период строительства, так и в период эксплуатации.

Рытье траншей в грунтах II типа просадочности должно выполняться с расчетом немедленной (не более одной смены) укладки и засыпки трубопровода.

9.30. В грунтах I типа просадочности рытье траншей ведется как на обычных непросадочных грунтах.

9.31. Засыпка траншей грунтом II типа просадочности должна производиться с уплотнением до естественной плотности грунта.

9.32. В барханных и грядовых песках по всей ширине строительной полосы должна выполняться планировка с целью удаления подверженных выдуванию частей барханов до уровня межгрядовых понижений, а также обеспечения беспрепятственного прохода строительных колонн и транспортных средств.

Удаляемая часть барханов должна складываться в межгрядовых понижениях вне строительной полосы. Объем планировки устанавливается проектом.

9.33. В сухих сыпучих песках, во избежание заносов траншей, их рытье следует производить с заделом не более чем на одну смену.

9.34. На поливных землях работы, как правило, должны производиться в периоды полного прекращения поливов, в другие промежутки времени — по согласованию с землепользователем.

9.35. До начала работ по сооружению трубопроводов на поливных землях должны быть проведены мероприятия по предохранению строительной полосы от поливных вод, а также по пропуску через нее воды, поступающей из каналов и других сооружений пересекаемой оросительной системы.

9.36. Насыпи на сорах следует возводить в два этапа, сначала на высоту до проектной отметки низа трубы с обеспечением сквозного проезда по насыпи, затем, после укладки трубопровода в проектное положение, насыпь необходимо досыпать до проектной отметки.

9.37. Для производства строительно-монтажных работ должны использоваться машины, как правило, в северном исполнении, предназначенные для работы при низких температурах и в специфических условиях вечномерзлых грунтов.

9.38*. При составлении технологических карт (схем) на разработку траншей на конкретных участках необходимо учитывать прочностные свойства вечномерзлых грунтов, параметры траншеи, оснащенность землеройной и буровой техникой, ее производительность, а также установленные темпы работ.

9.39*. При механической обработке торцов труб под сварку минусовые допуски размеров конструктивных элементов подготавливаемых кромок не допускаются.

При необходимости вварки в трубопровод патрубков (прямых вставок) форма подготавливаемых кромок труб и патрубков должна соответствовать требованиям ГОСТ 16037—80 и технических условий на трубы.

9.40*. В проектах производства работ на строительство подводных переходов на участках вечномерзлых грунтов должны быть учтены:

характеристики вечномерзлых грунтов (состав, структура залегания, температурный режим, наличие подземных льдов и термокарстов, наличие наледей и их режим и др.);

состояние вечномерзлых грунтов после оттаивания;

температурный режим района;

мощность, характер и время образования снежного покрова;

толщина, прочность и несущая способность ледяного покрова;

продолжительность летнего периода;

необходимость сохранения растительного покрова на пойменных участках залегания ледонасыщенных грунтов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: