Расстояние между анкерными устройствами принимается наименьшим из условий: максимальной нагрузки на анкерное устройство, несущей способности анкерного устройства по грунту, устойчивости от всплытия, продольной устойчивости, прочности и недопущения развития пластической деформации. После определения расстояний между анкерными устройствами осуществляется проверка трубопровода по прочности и деформациям согласно СНиП 2.05.06 - 85. При этом необходимо учитывать напряжения от изгибающих моментов, возникающих в сечениях трубопровода в местах установки анкерных устройств.

Закрепление трубопроводов анкерными устройствами выполняют, как правило, непосредственно после укладки трубопровода на проектные отметки до его засыпки. Работа выполняется в следующем порядке:

- доставка комплектов на трассу специальным автотранспортом;

- проверка ширины дна траншеи в местах установки анкеров (ширина траншеи по дну должна быть не менее 2,2 диаметра трубопровода);

- отбраковка поврежденных при транспортировке комплектов;

- разметка мест установки анкерных устройств;

- раскладка комплектов вдоль закрепляемого участка трубопровода;

- удаление воды из траншеи;

- погружение анкеров.

Машина для погружения анкеров, перемещаясь вдоль уложенного в траншею трубопровода, погружает сначала анкер у противоположной стенки траншеи через уложенный трубопровод. Затем, изменяя вылет стрелы в перпендикулярном к траншее направлении, она забивает второй анкер. Технология забивки значительно упрощается, если работа производится двумя установками. Причем одна установка, не изменяя вылета стрелы, погружает анкеры у противоположной стенки траншеи, а другая, также, не изменяя вылета, погружает анкеры у ближайшей стенки. Этим экономится время на изменение вылета стрелы и дополнительные перемещения установки.

В зависимости от прочности грунтов на МПА устанавливаются различные дизель-молоты. При погружении анкеров в грунты II группы применялись дизель-молоты марки С-995, в грунты III группы - марки С-996. При толщине замерзшего верхнего слоя дна траншеи более чем 0,4 м применяется специальный лидер-пробойник.

После погружения анкеров и монтажа силовых поясов производится окончательная засыпка карманов. При такой технологии валик грунта не успевает промерзнуть, и засыпка более надежно удерживает трубопровод. Кроме того, при такой последовательности производства работ легко организовать водоотлив из карманов. Отработанная технология и организация работ позволяет повысить темпы закрепления до 1 км в сутки, т. е. выйти на шаг сварочно-монтажных и изоляционно-укладочных бригад.

Проведенные испытания показали возможность применения свайных анкеров в низкотемпературных многолетнемерзлых грунтах с предварительным пропариванием, причем несущая способность анкеров в этом случае больше, чем в талом грунте. Если же проектом допускается оттаивание мерзлых грунтов при эксплуатации (транспортировка теплого газа), несущая способность анкеров снижается до их несущей способности в талых грунтах. Это следует учитывать при расчетах общей балластировки трубопровода.

Практика строительства газопроводов большого диаметра в Западной Сибири показала эффективность применения свайных анкерных устройств, обеспечивающих сокращение затрат металла, цемента и резко снижающих объем перевозок. Такой же вывод можно сделать и по использованию винтовых анкеров. Подсчитано, что применение винтовых анкерных устройств взамен железобетонных утяжелителей позволит снизить объем грузоперевозок (на 100 км газопровода) на 265 тыс. т, соответственно высвободить около 4,4 тыс. железнодорожных платформ, снизить сметную стоимость строительства на 40 - 48 млн. руб. (в ценах 1998 г.).

По расходу металла свайные анкеры менее эффективны, чем винтовые анкеры. Поэтому их следует устанавливать там, где необходимо обеспечить значительное удерживающее усилие: на входе и выходе из болота, где переход выполнен вогнутой кривой, на углах поворота трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях, на горячих участках трубопровода.

13.2.4.3. Закрепление трубопроводов балластировкой грунтом с использованием синтетических материалов

При балластировке и закреплении газопроводов расходуются огромные материально-технические ресурсы, велики трудовые затраты, загружается железнодорожный и автомобильный транспорт. Поэтому ведется интенсивный поиск новых решений. Созданы принципиально новые конструкции, к числу которых относится балластировка газопроводов грунтом с использованием нетканых синтетических материалов (НСМ). Нетканые синтетические материалы отечественного производства получают из полиамидных нитей в процессе формообразования их из расплава вторичного полиамида или из вторичной переработки лавсана и капрона. Они должны обладать антигнилостными свойствами, несгораемостью, нейтральной реакцией на воздействия окружающей среды, долговечностью (не менее 30 лет эксплуатации). Помимо стандартных испытаний образцы материалов должны пройти исследования на водонасыщение, периодическое замораживание и оттаивание, испытания на загиб (на угол 90° по радиусу 250 мм), на предельную разрывную нагрузку при длительном нагружении водонасыщенного образца. Исследования различных отечественных и импортных нетканых синтетических материалов показали перспективность применения для балластировки трубопроводов материала на базе полипропилена.

Конструкции балластирующих устройств с применением НСМ апробированы при прокладке газопроводов в сложных природно-климатических условиях Сибири. На рис. 13.7 изображена схема балластировки трубопроводов, прокладываемых на мерзлых грунтах, не теряющих несущей способности при оттаивании, и на участках прогнозируемого обводнения.

Рис. 13.7. Схема балластировки трубопроводов, прокладываемых на многолетнемерзлых грунтах, не теряющих несущей способности при оттаивании, и на участках прогнозируемого обводнения.

1 - трубопровод; 2 - траншея; 3 - металлический штырь; 4 - прослойка из НСМ; 5 - балластировочный материал; 6, 9 - грунтозадерживающая перегородка; 7 - свободный край прослойки из НСМ; 8 - берма

Прослойка из НСМ укладывается в траншею и облегает трубопровод, стенки и дно траншеи. Свободные края прослойки укладываются на берму траншеи и закрепляются металлическими штырями диаметром 12 - 15 мм. По краям прослойки поперек трубопровода устанавливается грунтозадерживающая перегородка из НСМ, которая по контуру боковых стенок и дна траншеи, а также по поверхности трубопровода жестко соединяется (сваривается) с основной прослойкой из НСМ.

Для закрепления трубопроводов в качестве пригрузки используется местный или привозной грунт. В зависимости от вида и состояния грунта трубопровод балластируется сплошь по всей длине или отдельными участками (перемычками). Длина участка принимается равной 25 - 30 м; расстояние между перемычками в среднем составляет 0,8 - 1 его длины. На рис. 13.8 изображена схема второго варианта балластировки газопроводов с применением НСМ на периодически обводняемых участках трассы. Здесь в отличие от первой схемы прослойка поверх засыпки перекрывает траншею. Край конца прослойки соединен сваркой по всей длине балластирующего устройства с прослойкой из НСМ, прилегающей к боковой стенке траншеи.

Рис. 13.8. Схема балластировки трубопроводов с применением НСМ на периодически обводняемых участках трассы 1 - трубопровод; 2 - траншея; 3 - металлический штырь; 4 - свободный край прослойки из НСМ; 5 - балластировочный материал; 6 - грунтовый валик; 7 - прослойка из НСМ

Рис. 13.9. Схема балластировки трубопроводов на болотах с устойчивой структурой и консистенцией торфяного грунта 1 - трубопровод; 2 - траншея; 3 - бандаж; 4 - прослойка из НСМ; 5 - балластировочный материал; 6 - замок; 7 - грунт засыпки

Вариант третьей схемы балластировки приведен на рис. 13.9. Свободные края прослойки свариваются между собой в верхней части. Такой тип балластировки рекомендуется для болот I типа с устойчивой консистенцией торфяного грунта и при укладке трубопровода на минеральное дно. Применение НСМ позволяет фиксировать грунтовую балластировку над трубопроводом, вовлекать дополнительный объем грунта, заключенный между трубой и стенкой траншеи. НСМ свободно пропускает воду в обе стороны от трубопровода и вдоль траншеи, но предотвращает вынос грунта, так как не пропускает частицы размером более 50 мкм.

Технология выполнения работ по балластировке трубопроводов с использованием НСМ зависит в основном от грунтовых условий и конструкции балластирующих устройств. Вначале производятся грубая планировка бермы траншеи, очистка ее от снега и крупных комьев земли. Рулоны НСМ подвозятся к месту монтажа высокопроходимым автотранспортом и складируются. Непосредственно на месте балластировки рулоны НСМ раскатываются и разрезаются на полотнища требуемой длины. На балластировку 1 м газопровода диаметром 1420 мм расходуется около 15 м² НСМ. Полотно разрезают ножом. Обычно прослойку НСМ монтируют одновременно из трех полотен, уложенных с нахлестом не менее 10 - 15 см. На монтаже занято 6 рабочих. Края полотен, заготовок и перегородок соединяют между собой сваркой оплавлением с помощью паяльной лампы или газовой горелки.

Засыпка трубопровода осуществляется, как правило, местным разрыхленным грунтом траншеезасыпателем или бульдозером. На болотах, где нет минерального грунта, засыпку ведут привозным грунтом. При использовании для засыпки бульдозера свободный край полотнища НСМ со стороны отвала вначале присыпают грунтом толщиной примерно 20 см для предохранения полотнища от порыва и сползания в траншею. В зависимости от ширины строительной полосы бульдозер засыпает карманы из НСМ прямопоперечными параллельными, косопоперечными параллельными или косоперекрестными проходами. Трубопроводы, забалластированные грунтом с использованием НСМ, проверяются на устойчивость по СНиП 2.05.06—85. Проверяется также на прочность полотнище НСМ.

Использование для балластировки минерального грунта в сочетании с нетканым синтетическим материалом обеспечивает значительный экономический эффект по сравнению с железобетонными пригрузами.

13.2.4.4. Балластировка трубопроводов закрепленными грунтами

В качестве пригруза как конструктивного элемента в виде балластных перемычек или в сочетании с железобетонными утяжелителями используют минеральные грунты, улучшенные путем добавок к ним вяжущих компонентов (тяжелые крекинг-остатки, битумы и т. д.). Грунты с использованием технической минерализации называются закрепленными.

Балластировка трубопроводов закрепленным грунтом может применяться в сочетании с утяжеляющими грузами, скорлупами, сплошным обетонированием и анкерными устройствами, в частности, на вертикальных вогнутых кривых, где необходима пригрузка для изгиба трубопроводов, и на выпуклых кривых, где требуется пригрузка для предотвращения выпирания труб из грунта.

В качестве средств закрепления и стабилизации строительных свойств грунтов в условиях обводненной местности рекомендуются материалы, содержащие тяжелые фракции продукта МТ-10, представляющего собой смесь остатка термического крекинга и легкого газойля в соотношении 1:1 или 3:1 с 10% добавкой строительного битума БН-90/10. Добавление битума увеличивает прочность и стабилизирует водонасыщение закрепленных грунтов.

В зависимости от вида и состояния грунта можно применять два варианта балластировки с использованием закрепленных грунтов:

- перемычки из закрепленного грунта без армирующей сетки;

- перемычки из закрепленного грунта с армирующей сеткой.

Сварная сетка во втором варианте предназначается для обеспечения прочности перемычки на сжатие в условиях водонасыщенных грунтов при больших откосах траншей с целью максимального использования несущей способности закрепленного грунта. В зависимости от глубины заложения трубопровода армирование может выполняться с одним или несколькими рядами сварной сетки.

Работы по балластировке трубопровода перемычками из закрепленного грунта выполняются специализированными бригадами. Перемешивать грунт с нефтепродуктом можно как на бровке траншеи, так и непосредственно в траншее над трубопроводом. В обоих случаях закрепленный грунт перемычек должен быть уплотнен. Практика строительства показала, что применение данного метода балластировки экономически целесообразно на обводненных участках и в поймах рек.

13.3. Монтаж труб и сварочные работы

13.3.1. Укладка трубопровода в траншею

Монтаж трубопровода в траншее осуществляется двумя основными способами:

1. Поэлементный метод с подачей звеньев труб трубоукладчиком в траншею, где каждое трубное звено устанавливается в проектное положение и приваривается к готовому участку трубопровода индивидуально;

2. Метод сборки и сварки труб на обочине траншеи с последующим перемещением полностью готового участка трубопровода (100 – 200 м) на дно траншеи с помощью нескольких трубоукладчиков, работающих синхронно в соответствии с отработанной схемой работы.

Первый метод обычно применяется при недостаточном количестве техники на участке строительства и на ремонтных работах, а второй при поточном методе нового строительства, оснащенного полным комплектом трубоукладочной техники.

Укладка трубопровода может выполняться из изолированных и неизолированных труб. Монтаж трубопровода из изолированных труб отличается от традиционной схемы выполнения этого вида работ, прежде всего тем, что в колонне отсутствуют машины для очистки и изоляции трубопровода, что существенно облегчает работу трубоукладчиков.

Например, при строительстве магистрали из изолированных труб отпадает необходимость в проходе по собранной плети трубопровода машин очищающих его поверхность, появилась также возможность уменьшить технологические высоты подъема трубопровода. Так, если строительство ведётся из неизолированных труб, то монтируемый участок трубопровода приходится приподнимать на 1,5 - 1,8 м, а при работе с изолированным трубопроводом эту высоту можно сократить до 0,9 - 1,1 м. Дальнейшее её уменьшение нецелесообразно, так как при этом появляются дополнительные трудности, связанные с обеспечением плавности пространственного изгиба трубопровода.

При уменьшении высоты подъема трубопровода до 0,9 -1,1 м при строительстве получаются следующие положительные результаты:

- суммарные нагрузки на трубоукладчики снижаются на 15—20%;

- число трубоукладчиков в колонне может быть сокращено с 6 -7 трубоукладчиков до 4 – 5.

Однако работы с изолированными трубами необходимо вести так, чтобы не повредить изоляцию (см. рис. 13.10). С этой целью в качестве грузозахватных средств, обеспечивающих непрерывную укладку изолированного трубопровода, используют либо троллейные подвески типа ТПП 1421 ХЛ с катками, облицованными полиуретаном, либо подвески типа ТПП 1423, оснащенные авиашинами.

Троллейные подвески целесообразно применять в тех случаях, когда зоны сварных стыков на трубопроводе изолированы с помощью термоусаживающихся материалов, отличающихся достаточно высокой прочностью. Подвески с авиашинами могут быть использованы при любом изоляционном покрытии стыков. Подготовленный к укладке трубопровод должен быть размещен на инвентарных лежках (опорах) высотой не менее 20 см.

Работы по изоляции стыков, как правило, выполняют заблаговременно, с опережением укладки на 500 - 1000 м. Одновременно с изоляцией стыков контролируется сплошность заводского изоляционного покрытия, а обнаруженные дефекты устраняются.

Рис. 13.10. Трубоукладчик ТГ502 поднимает изолированную трубную секцию с помощью специального захвата

Ось смонтированного трубопровода не должна быть удалена от оси траншеи более чем на 6 м. При нарушении этого условия трубопровод смещают к бровке траншеи при помощи трубоукладчиков. Непосредственно укладку целесообразно выполнять по схеме, предусматривающей объединение трубоукладчиков в несколько групп. Число трубоукладчиков в группе определяется расчетом, исходя из их грузоподъемности (при заданном вылете крюков) и номинальной нагрузки на данную группу.

13.2.5. Разработка траншей в горных условиях

Для прокладки трубопроводов в горных условиях траншеи в скальных грунтах разрабатывают различными способами в зависимости от уклонов трассы и характеристик грунта:

- на участках трассы с продольными уклонами до 15° в грунтах I - IV категории обычно применяют роторные экскаваторы;

- при больших уклонах, как правило, используют одноковшовые экскаваторы и бульдозеры;

- на участках с поперечным уклоном не более 8° допускается применять землеройные машины на гусеничном и пневмоколесном ходу.

На косогорах с поперечным уклоном более 8° для устойчивости машин при выполнении всех строительных процессов устраивают полки со съездами и подъездами.

На полках при продольных уклонах до 35° в грунтах, не требующих предварительного рыхления, используют одноковшовые экскаваторы с обратной лопатой или роторные экскаваторы; при уклонах более 35° применяют бульдозеры, причем ширина траншеи по дну должна быть равна ширине ножа бульдозера.

В скальных грунтах перед разработкой траншеи одноковшовыми экскаваторами необходимо предварительно рыхлить грунт взрывным способом. Рыхление скальных грунтов следует производить до вывоза труб на трассу. Для обеспечения необходимого дробления породы при рыхлении рекомендуется увеличивать перебор дна траншеи от 15 до 20%. Разработка траншеи в скальных грунтах ведется одноковшовыми экскаваторами с предварительным рыхлением грунта буровзрывным способом. Рыхление грунта под траншею осуществляется группой небольших зарядов, помещенных в пробуренные шпуры. Заряд ВВ в шпуре занимает 0,3 - 0,6 его глубины, а остальная часть заполняется забойкой. Массу заряда Q_з рассчитывают так, чтобы в результате взрыва образовалась воронка рыхления:

Q_з = Ah³, (13,3)

где А- удельный расход ВВ; h - кратчайшее расстояние от открытой поверхности грунта до центра заряда.

Заряды для рыхления при ширине траншеи до 2 м располагают вдоль нее в один ряд, а при большой ширине - в два ряда. Расстояние между зарядами в ряду определяется в зависимости от глубины заложения центра заряда, крепости породы, ее состояния. Обычно оно составляет 0,5 - 1 глубины траншеи. Для уточнения выбранного расстояния между зарядами проводят опытные взрывы. При устройстве полок чаще производят взрывы на выброс. Массу заряда Q_зп определяют по формуле

Q_зп = A (0,4 +0,6 п ³) ω³, (13,4)

где ω — линия максимального сопротивления взрыву; п - показатель взрыва, равный r/ω (r - радиус воронки).

Расстояние в ряду между зарядами «а» определяют по формуле

a = m ω, (13,5)

где т = 1 при п = 1 и m = 1,25 при п = 1,5; ω – тоже, что и в формуле 13.4

На участках трассы, сложенных скальными грунтами, при продольных уклонах до 20° устраивают подушки и присыпки трубопровода, а на участках трассы с продольными уклонами выше 20° производят обычно сплошную футеровку трубопровода деревянными рейками.

Для подсыпки мягкого грунта в траншею применяют бульдозеры, траншеезасыпатели и одноковшовые экскаваторы. По дну траншеи грунт можно разравнивать бульдозером на базе малогабаритного тягача. На участках с крутизной склона более 35°, когда работа одноковшовых экскаваторов крайне затруднительна, траншеи небольшой протяженности можно разрабатывать бульдозерами лотковым способом послойно сверху вниз.

Засыпают траншеи на крутых подъемах и спусках, как правило, путем перемещения бульдозеров вдоль или под углом к траншее. При расположении отвала грунта и подошвы откоса в виде полувыемки используют одноковшовые экскаваторы и скребковые траншеезасыпатели.