Трубопроводы на заболоченных участках
Проблемы
Болота занимают огромные площади в России. Это равнинные участки земли, которые когда-то были либо озерами, либо заболачивались из-за избыточного переувлажнения. Для болот характерно наличие мощного слоя обводненных органических отложений — торфа. Генезис болот сказывается на его разрезе: у заросших озер под слоем торфа находится слой погребенного ила, заболоченные же участки такого слоя лишены. Строение болота имеет важное значение при проектировании прокладки траншей.
Болота могут быть полностью заполнены торфом, растекающимся под нагрузкой, на поверхности воды при этом будет так называемая плавающая сплавина — эластичная растительная субстанция.
Наличие насыщенного водой торфяного слоя мощностью около 0,5 метра уже служит основанием для перевода данной территории в разряд заболоченной. Все это требует применения специальной техники, способной работать на обводненных участках, или особой подготовки трассы трубопровода. Также на болотах возникает специфическая проблема всплывания трубопровода, уложенного в обводненном торфяном массиве, либо его погружения в слабых грунтах.
Решения
Прокладка трассы трубопровода в болотистой зоне требует проведения углубленных инженерно-геологических и гидрологических изысканий.
В зависимости от стадии развития болота и его происхождения различаются и условия работы техники. В частности необходимо выбрать, какую технику можно будет использовать на конкретных участках: на широких гусеницах, обычную на специальных щитах или же на понтонах.
Если позволяют климатические условия, то прокладку траншеи рекомендуется проводить в зимнее время, когда создаются условия для движения по поверхности болота разнообразной техники. При этом разрабатывается комплекс мер по уменьшению промерзания полосы будущей траншеи.
Кроме этого, проходку траншей возможно проводить взрывным способом с применением шнуровых зарядов длиной 100–200 метров, в результате чего в торфяном массиве образуется траншея, достаточная для спуска в нее трубопровода непосредственно с поверхности воды.
Трубопроводы, которые в рабочем состоянии будут легче воды, в зоне распространения обводненных болот или на периодически затопляемых участках необходимо проводить с анкеровкой или балластированием. Балластирование может осуществляться формированием бетонной рубашки в заводских условиях, нанесением бетона на месте или приложением внешних грузов. При этом требуется учесть повышенную жесткость забалластированных плетей, не допуская излишних изгибов.
Способ применения ввинчивающихся в грунт анкеров наиболее предпочтителен на участках, расположенных на большом удалении от железных дорог или иных коммуникаций, обеспечивающих регулярный подвоз массивных грузов.
В ряде случаев трубопровод может быть уложен на насыпь из минерального грунта, которая равномерно распределяет нагрузку от трубопровода по поверхности торфяных масс. Еще одним способом улучшения несущих способностей заболоченной территории является установка так называемых песчаных свай, то есть сооружение в торфяном слое вертикальных колонн из уплотненного песка.
Технология прокладки трубопроводов в болотах, особенно глубоких и обводненных, может приближаться и к технологии работ на обычных равнинных участках с минеральными грунтами, и к технологии подводных работ, что требует особо тщательной проработки маршрута и возможных инженерных решений.
Особенности строительства трубопроводов в условиях болот
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.
На болотах и заболоченных участках должна предусматриваться подземная прокладка трубопроводов. Как исключение, при соответствующем обосновании, допускается укладка трубопроводов по поверхности болота в теле насыпи (наземная прокладка) или на опорах (надземная прокладка). При этом должна быть обеспечена прочность трубопровода, общая устойчивость его в продольном направлении и против всплытия.
Прокладку трубопровода на болотах следует предусматривать, как правило, прямолинейно с минимальным числом поворотов.
Применительно к трубопроводному строительству болота классифицируются следующим образом:
I тип – болота, заполненные торфом устойчивой консистенции, допускающие работу и неоднократный проход строительных машин и механизмов с удельным давлением на грунт 0,02¸0,03 МПа;
II тип – болота, целиком заполненные торфом неустойчивой консистенции, допускающие работу машин и механизмов с удельным давлением на грунт до 0,01¸0,02 МПа;
III тип– болота, допускающие работу только плавучих машин и механизмов.
В зависимости от типа болот участки трубопровода относят к той или иной категории в соответствии с требованиями СНиП 2.05.06-85, т.е. тип болота определяет не только технологическую схему ведения строительных работ, но и те требования, которые должны предъявляться к прочности и устойчивости трубопроводов.
Перед выполнением основных работ по сооружению трубопроводов на болотах выполняются подготовительные работы, которые зависят от состояния (мерзлое, талое) и типа болот.
В случае мерзлого грунта производится расчистка трассы, промораживание грунта и устройство лежневой дороги.
В случае талого грунта подготовка трассы заключается в следующем:
— выемка торфа бульдозером или экскаватором, установленном на плавсредстве;
— отсыпка грунта производится при большой глубине болота; отсыпка производится с берега автосамосвалом или гидронамывом;
— песчаные сваи устраивают с целью уменьшения количества песка по сравнению с предыдущей схемой;
— осушение болот с помощью водоотливных дренажных канав.
Земляные работы по рытью траншей в зависимости от состояния грунта могут выполняться по-разному. Земляные работы в мерзлом грунте осуществляются как и на равнине в обычном грунте. В талом грунте земляные работы выполняются следующим образом:
— взрывом – при небольшой ширине труднопроходимого болота глубиной до 2¸3 м;
— бульдозером и экскаватором – когда глубина слоя торфа не превышает 0,5¸1 м, бульдозер снимает слой торфа до минерального грунта, а экскаватор, оборудованный обратной лопатой, разрабатывает траншею на необходимую глубину;
— экскаватором со щитов, на салазках или на понтоне;
Сварка трубопровода в нитку, изоляция и укладка выполняются по различным технологическим схемам для замерзшего и талого состояния болот. При замерзшем болоте, когда становится возможным движение по нему механизированных колонн, технология строительства ничем не отличается от технологии на равнинной местности. В случае талого грунта сварка и изоляция трубопровода осуществляется на одном из берегов болота. Укладка же может выполняться по одному из приведенных ниже вариантов:
1. Протаскивание подготовленного трубопровода, которое 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 сделана на берегу. При отрицательной плавучести трубопровод сразу протаскивают по дну, а при положительной – внутрь трубы заливают воду, и трубопровод опускается на дно.
2. Укладка методом сплава: трубопровод выводят в траншею на плаву, перемещая его с берега. Общая длина сплавляемого трубопровода может достигать нескольких километров. Этот метод очень эффективен на труднопроходимых болотах при условиях, что траншея подготовлена заранее, например, в зимнее время.
Участки газопроводов, прокладываемые в подводной траншее через болота или заливные поймы, а также в обводненных районах, должны быть рассчитаны против всплытия (на устойчивость положения).
При утяжелении трубопровода грунтом последний обрабатывают специальным связывающим материалом – отходом переработки нефти. Грунт, смешанный с таким материалом, через некоторое время образует прочный конгломерат и схватывается как с трубой, так и со стенками траншеи.
Закрепление трубопровода анкерами выполняется тремя основными способами – завинчиванием анкеров, забивкой и выстреливанием их из гарпунной пушки (рис. 6.2). Длина анкеров – 3¸7 м. Трубопровод крепится к анкерам специальным силовым поясом, представляющим металлическую ленту шириной от 20 до 70 см. Под ленту подкладывают мягкий материал для более равномерного распределения давления на изоляционное покрытие. Недостатком анкерных креплений является то, что они создают в трубопроводе дополнительные напряжения и могут нарушить сплошность изоляционного покрытия.
Рис. 6.2. Схема закрепления трубопровода с помощью анкеров
ЛЕКЦИЯ 11. СТРОИТЕЛЬСТВО МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА БОЛОТАХ
11.1. Подготовка трассы и разработка траншеи.
11.2. Укладка трубопровода в траншею
11.3. Закрепление трубопровода
Введение
Болотом называют избыточно увлажненные участки земной поверхности, покрытые слоем торфа, мощностью от 0,5 до нескольких метров. Физико-механические характеристики болотистых грунтов чрезвычайно разнообразны, не только на различных болотах, но и на разных участках одного и того же болота. По болотам, целиком заполненных торфом можно прокладывать трубопроводы непосредственно по поверхностному слою торфа, в слое торфа или по минеральному грунту.
Болота по условиям производства работ при прокладке магистрального трубопровода подразделяются на типы:
2) болота, допускающие работу и проход болотной техники по временным слоям, щитам снижающим давление до 0,1 кг/см 2 ;
3) болота, допускающие работу специальной техники только с понтонов или с плавучих средств.
Строительство 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: промерзшего и талого.
Технологические операции при строительстве на болотах:
6.Закрепление и засыпка
7.Очистка и испытание
Подготовка трассы и разработка траншеи
Подготовка трассы может быть выполнена в зависимости от состояния болота: мерзлое или талое.
Талый грунт: выемка торфа, отсыпка песка, песчаные сваи, осушение, устройство лежневой дороги (т. е. бревна по болоту).
Для мерзлого грунта: возможно устройство лежневой дороги, промораживание, расчистка трассы.
В зависимости от типа болота его естественного состояния и других факторов, осуществляется та или иная технологическая операция.
Выемка торфа проводится когда работу принято вести по минеральному грунту, торф убирается бульдозером или другим устройством на всю глубину.
Отсыпка песка производится при большой глубине болота, при этом отсыпается массивная песчаная подушка. Отсыпка песка производится с берега болота самосвалами или гидронамывом. Песчаные сваи устраивают с целью уменьшения количества песка.
Осушение болот проводят с помощью водоотводных дренажных каналов.
Промораживание осуществляется в тех случаях, когда необходимо как можно быстрее проморозить болото. Достигается это снятием снежного покрова с поверхности болота бульдозером. Выпускать на промороженное болота механизированную колонну можно только убедившись в достаточной прочности промерзшего грунта.
Разработка траншей бульдозером и экскаватором проводится в тех случаях, когда глубина слоя в торфе не превышает 1м. Бульдозер снимает слой торфа в полосе шириной 4-5 м до минерального грунта, отставая от бульдозера на 15-30 м по минеральному грунту идет экскаватор, оборудованный обратной лопатой и разрабатывает траншею на необходимую глубину.
Разработка траншеи экскаватором имеет несколько вариантов:
— экскаватор установлен на салазки из труб (рисунок 11.1) выполняет работу следующим образом: экскаватор, оборудованный обратной лопатой, устанавливается и закрепляется на салазках, изготавливаемых из 4-5 труб диаметром 500-800мм. Число труб и их длина должны соответствовать необходимой опорной площади определяемой таким образом, чтобы давление на болото от салазок с экскаватором было меньше допустимого. Салазки проложенным через болото тросом протаскиваются присоединенным на противоположном берегу болота трактором (лебедкой). Рассматриваемый вариант схемы может применяться на болотах всех видов;
Рис. 11.1 – Схема разработки траншей экскаватором с салазок: 1 – одноковшовый экскаватор с обратной лопатой; 2 – салазки; 3 – трос; 4 – бульдозер (тягач)
— экскаватор установленный на понтоне свободно плавающим в траншее, то сначала у края болота разрабатывают котлован, который должен быть таких размеров, чтобы в него можно было спустить понтон, затем на понтон устанавливают и закрепляют экскаватор. Экскаватор разрабатывает грунт впереди себя (рис 11.2);
— экскаватор ведет разработку со сланей, периодически перекладывая их по ходу движения.
 |
Рис. 11.2 – Схема разработки грунта экскаватором на понтоне: 1 – траншея; 2 – плавучий понтон; 3 – экскаватор; 4 – якорь