Материал: Глава 13

Примечание: Оценка стоимости основных фондов дана в ценах 1990 года.

Для разработки мерзлых и плотных грунтов рекомендуется применять комбинированный поточно-механизированный метод, позволяющий наиболее эффективно использовать землеройные машины. При этом могут применяться следующие технологические методы:

- разработки траншей одноковшовыми экскаваторами и бульдозерами-рыхлителями;

- разработки траншей роторными экскаваторами и бульдозерами;

- разработки траншей последовательно несколькими роторными экскаваторами; разработки роторными экскаваторами с применением бульдозеров и одноковшовых экскаваторов.

Метод разработки траншей одноковшовыми экскаваторами и бульдозерами-рыхлителями рекомендуется применять в любых грунтовых условиях (кроме незамерзающих болот), в которых нельзя использовать роторные траншейные экскаваторы с целью повышения темпов разработки траншей и производительности труда механизаторов

Наибольшая эффективность применения этого способа достигается при разработке прочных, мерзлых и скальных грунтов с предварительным рыхлением. Сущность метода состоит в том, что бульдозер-рыхлитель наряду с традиционным назначением, заключающимся в выполнении подготовительных и вспомогательных работ, используется непосредственно для разработки траншеи. При этом способе продольными проходами бульдозера-рыхлителя разрабатывается пионерная траншея, в которой затем перемещается один или несколько одноковшовых экскаваторов, дорабатывающих ее до проектного профиля. Метод разработки траншей роторными экскаваторами и бульдозерами рекомендуется для разработки траншей при прокладке трубопроводов больших диаметров. Применение указанного способа позволяет расширить область применения роторных экскаваторов и обеспечить разработку траншей глубиной более заводских характеристик применяемых роторных траншейных экскаваторов.

Сущность метода работы комплекса машин заключается в поточной разработке траншеи землеройными машинами, каждая из которых выполняет определенную операцию, разрабатывая часть профиля траншеи. Вначале роторным экскаватором разрабатываются пионерная траншея заданной глубины, затем эта траншея расширяется продольными проходами бульдозера с образованием траншеи шириной, равной величине его отвала. После этого второй экскаватор перемещается по траншее, образованной бульдозером и дорабатывает ее до проектного профиля.

Для разработки траншей под трубопроводы диаметрами 1220 - 1420 мм применяют комплекты машин, которые состоят из двух роторных экскаваторов ЭТР-231, ЭТР-253А или ЭТР-254 и бульдозера. Эти комплекты можно применять в случае отсутствия экскаваторов с изменяемой шириной гусеничного хода, использование которых позволит разрабатывать траншеи комплектами, состоящими из двух-трех роторных экскаваторов без применения бульдозеров. Для эффективной разработки траншей под трубопроводы диаметром до 1220 мм комплекты машин могут состоять из двух экскаваторов типа ЭТР-204 и ЭТР-223 и бульдозера. Проектный профиль траншеи формируется в процессе прохождения второго экскаватора. Такая технологическая схема позволяет разрабатывать траншеи глубиной, превышающей максимальную глубину копания роторных экскаваторов.

Метод разработки траншей комплексом роторных экскаваторов предусматривает непрерывную поточно-механизированную разработку траншей, комплектами роторных экскаваторов, каждый из которых разрабатывает определенную часть профиля траншеи. Применение данной технологии позволяет:

- обеспечить заданные темпы разработки траншей;

- ликвидировать образование технологических перемычек между захватками работы роторных экскаваторов и тем самым высвободить одноковшовые экскаваторы для их разработки;

- устранить сменные переезды машин с одного участка на другой, что имеет место при обычной технологической схеме разработки;

- снизить непроизводительные затраты труда и расход ресурсов.

В мерзлых и вечномерзлых грунтах в зимних условиях траншею с применением комплексов роторных экскаваторов разрабатывают по следующим трем схемам:

I схема - при плотности мерзлого грунта до 250 - 300 ударов по плотномеру ДОРНИИ применяют последовательный метод с использованием нескольких роторных экскаваторов, т. е. поочередный проход нескольких экскаваторов (схема последовательной разработки траншеи для трубопровода диаметром 1420 мм роторным экскаватором ЭР-7Е, ЭТР-231 и ЭТР-253 или одного экскаватора на всю глубину копания траншеи ЭТР-253, ЭТР-254);

II схема - при плотности грунта до 300 - 350 ударов по плотномеру ДОРНИИ следует применять комплексный метод (например, роторный универсальный экскаватор ЭТР-231 со сменными роторами для трубопровода диаметром 1420 мм или ЭТР-254-01, а затем ЭТР-254 или ЭТР-307); эта схема состоит из следующих операций: первым экскаватором отрывают пионерную траншею; вторым экскаватором расширяют траншею и углубляют ее; третьим экскаватором расширяют траншею до проектного профиля;

III схема - при плотности грунта более 300 ударов по плотномеру ДОРНИИ во II схему должны быть дополнительно включены два - три рыхлителя марки ДП-9С, Д-9 или Д-652А для предварительного рыхления мерзлого грунта в траншеи.

В мерзлых грунтах любой прочности для всех диаметров трубопроводов траншею разрабатывают также буровзрывным способом с выемкой разрыхленного грунта одноковшовыми экскаваторами Э-652, ЭО-4121, ЭО-4123.

Для рыхления грунтов используют шпуровые или скважинные заряды. Бурение шпуров и скважин осуществляют бурильными машинами БМ-276, БМ-253, БМ-254, при малых объемах - пневматическими перфораторами и мотобурами.

Разработку траншей в мерзлых грунтах (особенно для трубопроводов малых диаметров) можно осуществлять одноковшовыми экскаваторами с предварительным рыхлением грунта стоечными тракторными рыхлителями.

13.2.3. Разработка траншей в условиях болот и обводненной местности

Болота в зависимости от характера передвижения по ним строительной техники подразделяются на три типа:

I тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократное передвижение болотной техники с давлением 0,02 - 0,03 МПа или работу обычной техники на еланях, щитах либо по дорогам, обеспечивающим снижение давления на поверхность залежи до 0,02 МПа;

II тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и передвижение строительной техники только по щитам, еланям либо по дорогам, обеспечивающим снижение давления на поверхность торфяной залежи до 0,01 МПа;

III тип - болота, заполненные растекающимся торфом и водой, плавающей торфяной коркой (сплавиной) или без сплавины, допускающие работу только специальной техники на понтонах или обычной техники с плавучих средств.

К заболоченным относятся участки, грунты которых имеют значительное водонасыщение и торфяной покров менее 0,5 - 0,6 м, а к обводненным - участки, покрытые водой и не имеющие торфяного покрова. Глубокие болота большой протяженности с низкой несущей способностью проходят, как правило, в зимний период, а мелкие небольшие - летом.

В зависимости от несущей способности грунта и объемов траншеи разрабатывают:

- на болотах I типа в любое время года и II типа в зимних условиях экскаваторами ЭО-4121, ЭО-4123 с обратной лопатой на уширенных гусеницах или на обычных- гусеницах с применением перекидных еланей или щитов;

- на болотах II - III типов (за исключением сплавинных болот) в летних условиях траншеи разрабатывают специальными болотными экскаваторами (Э-652БС, ЭО-4221, МПТ-72 и др.) или обычными экскаваторами, установленными на понтонах.

Для прокладки магистральных трубопроводов на болотах всех типов методом сплава или протаскивания траншеи разрабатывают взрывным способом. В зависимости от типа и глубины болота, а также степени залесённости трассы применяют способы удлиненных, сосредоточенных или скважинных зарядов. В зависимости от типа болота, способа прокладки, времени строительства и используемой техники различают следующие основные методы земляных работ:

- разработку траншей с предварительным выторфованием;

- разработку траншей с применением специальной болотной модификации и плавающей техники, понтонов, щитов, еланей или пено-саней, снижающих давление на поверхность грунта;

- разработку траншей с применением энергии взрыва;

- разработку траншей в зимнее время.

Схема разработки траншей с предварительным выторфованием применяется на участках с глубиной торфяного слоя до 1 м с устойчивым подстилающим основанием. Ширина образуемой посредством выторфования выемки должна обеспечивать нормальную работу экскаватора для разработки траншеи в минеральном грунте на полную глубину. Траншея устраивается бульдозером или экскаватором на глубину 0,15 - 0,2 м ниже проектной отметки с учетом возможного оплывания откосов траншеи. Схему разработки траншей с применением специальной техники, понтонов, щитов или еланей применяют на слабонесущих болотах (II и III типов).

Для разработки траншей взрывным способом в зависимости от типа болота и размеров траншеи применяют различные технологические схемы.

На открытых и слабозалесенных болотах при разработке траншей и каналов глубиной до 3 - 3,5 м, шириной поверху до 15 м, мощностью торфяного слоя до ²/₃ глубины траншеи используют удлиненные шнуровые заряды (из отходов пироксилиновых порохов или водоустойчивых аммонитов). На глубоких болотах, покрытых лесом, разработку траншеи (глубиной до 5 м и шириной по верху до 20 м) целесообразно осуществлять сосредоточенными зарядами, размещенными вдоль оси траншеи. При этом отпадает необходимость в предварительной расчистке трассы от леса. Сосредоточенные заряды размещают в зарядных воронках, образуемых прострелкой небольших скважинных зарядов.

Для разработки траншей глубиной до 2,5 м и шириной по верху 6 - 8 м эффективно использовать скважинные заряды из водоустойчивых ВВ. Этот метод можно использовать на болотах I и II типов, в том числе покрытых лесной растительностью. Скважины (вертикальные или наклонные) располагают вдоль оси траншеи на расчетном расстоянии друг от друга в один или два ряда в зависимости от проектной ширины дна траншеи. Диаметр скважин принимают 150 - 200 мм. Наклонные скважины под углом 45 - 60° к горизонту применяют при необходимости направленного выброса грунта на одну из сторон траншеи.

Число экскаваторов МТП-71, МТП-72 (ТЭ-ЗМ) для разработки траншей на болоте в летних условиях следующее: 6 единиц - для диаметра трубопровода до 529 мм включительно, 9 - для 720 мм, 11 - для 820 мм, 14 - для 1020 и 1220 мм, 24 - для 1420 мм.

13.2.4. Защита трубопровода от всплытия на обводненных участках

Современные магистральные трубопроводы большого диаметра и высокого давления имеют повышенную плавучесть и отличаются интенсивными деформациями и напряжениями продольного сжатия.

На болотах и обводненных территориях в слабонесущих и слабосвязных грунтах, т. е. там, где не обеспечено надежное защемление трубопровода, под воздействием продольных сил на выпуклых кривых трубопровод изменяет проектное положение и выходит на поверхность. Этому способствует и всплывание трубопровода на болотах или при высоком стоянии грунтовых вод. В результате возникновения высоких напряжений изгиба в стенках труб возможно образование гофров и как следствие - разрушение трубопровода. Для предотвращения таких явлений трубопроводы удерживаются в проектном положении с помощью пригрузки (балластировки), выполняемой различными способами.

Важную роль в обеспечении устойчивости трубопровода играют его конструктивные параметры и в первую очередь допустимый радиус упругого изгиба, который определяется температурным перепадом, внутренним давлением и физико-механическими свойствами металла труб. С уменьшением радиуса упругого изгиба при прокладке трубопровода на болотах и обводненных участках трассы увеличивается пригрузка, обеспечивающая его продольную устойчивость.

Для повышения устойчивости трубопроводов применяются балластировка и закрепление с помощью железобетонных пригрузов, анкерных устройств, минерального грунта и нетканых синтетических материалов, технической мелиорации грунтов.

13.2.4.1. Обеспечение устойчивости трубопроводов с помощью пригрузов

Существуют много конструкции пригрузов, которые используются в строительстве трубопроводов. С целью унификации и оценки их работоспособности, технологичности изготовления и монтажа, а также экономичности были проведены сравнительные испытания в полигонных и трассовых условиях. Испытания проводились по методике ВНИИСТа с оценкой пригрузов по 17 параметрам, в том числе по устойчивости в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, трудозатратам на монтаж пригруза на трубопровод, расходу металла, сложности изготовления, защемлению трубопровода пригрузом и др. Отдельные параметры определялись расчетным путем, другие - экспериментальным, остальные - по экспертной оценке.

Всесторонняя и объективная оценка пригрузов различных конструкций достигалась тем, что использовалась методика соединения всех значений параметров пригрузов в единую количественную оценку - суммарную желательность качества для утяжеляющих пригрузов.

По результатам сравнительных испытаний лучшие показатели оказались у пригруза марки УБО, который и был рекомендован для широкого внедрения. Пригрузы (утяжелители) марки УБО состоят из двух железобетонных блоков, двух металлических защищенных изоляционным покрытием соединительных поясов и предназначены для балластировки газопроводов диаметром от 529 до 1420 мм (рис. 13.2, табл. 13.3).

Железобетонные пригрузы изготавливаются из вибрированного тяжелого бетона класса 20 плотностью 2,3 т/м³. Марка бетона по морозостойкости М_рз 100, по водонепроницаемости W-4. Допускается изготовление блоков из вибрированного песчаного бетона плотностью не ниже 2 т/м³. Отпускная прочность бетона должна быть не ниже 70 %.

В последующие годы были разработаны новые конструкции пригрузов, которые в зависимости от местных условий, имеют по сравнению с блоком типа УБО некоторые преимущества, но в целом блок УБО получил в строительстве наибольшее распространение.

Рис. 13.2. Конструктивное решение пригруза типа УБО

1 – блок бетонный; 2 – пояс соединительный; 3 - трубопровод

Для монтажа утяжелителя на трубопроводе в трассовых условиях используется специальная траверса, при помощи которой пригруз собирается на бровке траншеи, а затем навешивается на трубу. Этот тип утяжелителя, несмотря на несколько трудоемкий монтаж, от­личают высокая устойчивость на трубе, малая металлоемкость и относительная простота изготовления. К его достоинствам следует отнести и то, что магистральные трубопроводы всех диаметров, подлежащие балластировке, могут быть обеспечены всего четырьмя типоразмерами железобетонных блоков.