Сооружение подводных трубопроводов

нению с глубиной рыхления первого слоя. Это обусловлено ухудшением качества контакта зарядов при взрывании после­ дующих слоев с поверхностью дна, полученной после взрывания зарядов первого слоя.

Число зарядов для рыхления одного слоя можно определить по формуле:

Масса накладного заряда при дроблении негабаритных кусков породы, валунов и других крупных предметов рассчитывается но формуле:

где кк ” 1,5-3 - удельный расход ВВ на дробление склальных пород, кг/м3; V - объем негабаритного куска, м.

В качестве ВВ для накладных зарядов применяют мощные взрывчатые вещества, такие, как тротил, аммонит № бЖВи др.

При взрывании предметов удлиненной формы, таких как топ­ ляки, брусы, металлические предметы и пр., масса заряда оп­ ределяется по формуле:

коэффициент для перебивания удлиненных предметов аммонитом № 6ЖВ, 10"1 кг/м3:

Накладные заряды на дно опускают на проволоке или шнуре вдоль створа, размеченного на берегу; для придания отрица­ тельной плавучести их снабжают балластом. При небольших од­ новременного взрывания площадях поверхности скального грунта заряды крепят в узлах предварительно изготовленной метал­ лической сетки с прямоугольной ячейкой, соответствующей раз­ меру сетки накладных зарядов. Решетки с зарядами готовятся

на берегу и затем доставляются к месту укладки и опускаются на дно.

При наличии на скальном массиве слоя наносов, производит­ ся предварительная расчистка дна с помощью гидромонитора или плавучего земснаряда. При послойном взрывании накладных за­ рядов образующаяся поверхность дна выемки представляет собой неровную плоскость. Для получения сравнительно ровного рельефа накладные заряды могут быть сближены. Эффективность действия накладных зарядов повышается при наличии над заря­ дами засыпки из глины, ила или другого пластичного грунта.

Для разработки подводных траншей на реках или водоемах в условиях, исключающих применение плавучих черпаковых меха­ низмов и буровзрывной техники, могут применяться удлиненные линейнопротяженные заряды, образуемые гирляндой уложенных на близком друг к другу расстоянии сближенных сосредоточенных накладных зарядов, которые размещаются вдоль оси траншеи. При одновременном инициировании по всей длине участка тран­ шеи, глубина рыхления увеличивается в 1,5-1,6 раза по срав­ нению с глубиной рыхления одиночными зарядами, а получаемая поверхность выемки не содержит перемычек, характерных для взрыва одиночных зарядов. Гирлянды зарядов опускают с плав­ средств или протаскивают в створе траншеи тяговым средством с противоположного берега.

Удлиненные заряды позволяют получать траншею глубиной до 0,8 м за один прием. Перед повторным применением накладных зарядов предварительно разрыхленный грунт удаляется из тран­ шеи.

3.4.4. Рыхление грунта кумулятивными зарядами

Кумулятивные заряды ВВ могут применяться как для устрой­ ства в массиве дна траншей, щелей, так и для доработки образованных другим способом выемок до проектных размеров и дробления негабаритных кусков.

Для образования глубоких выемок в скальном дне применяют специальные кумулятивные заряды, изготовляемые из отслужив­ ших бочек из-под дизельного топлива и других горючесмазочных материалов. Пустые бочки емкостью около 200 л разрезаются надвое по окружности посередине высоты. Ко дну каждой части вдоль периферии приваривается выпуклостью вверх металличе­ ский шаровой сегмент или конус. Пространство ниже выемки предохраняется от попадания воды. Сегмент или конус заполня­ ется ВВ, покрывается слоем пластичной глины, поверх которой делается засыпка гравия. Для удобства спуска и подъема ци­ линдры снабжаются металлическими ручками.

Масса ВВ на один кумулятивный заряд определяется по фор­ муле:

ще q - удельный расход ВВ, кг/м3; S - площадь рыхления, м3; Ллр - приведенная глубина рыхления, м.

Величина Апр зависит от глубины водного слоя и может быть определена по формуле:

ще Ар - глубина слоя рыхления, м; А» - глубина слоя породы, эквивалентного слоя воды, м,

кг/м3; Ав - глубина слоя воды.

Величину удельного расхода воды рекомендуется брать в 4 раза больше расчетного удельного расхода зарядов рыхления, представленного в табл. 3.14. Для обеспечения надежности ре­ зультатов взрыва величина Ар при расчете массы заряда может быть увеличена на 25%.

Инициирование зарядов производится боевиками-патронами ВВ, инициируемыми электродетонаторами. При применении куму­ лятивных зарядов данной конструкции в воде распространяется гидроударная «тпм большой силы. Для снижения ее интенсивно­ сти применяют контейнер для кумулятивного заряда, состоящий из двух пустых емкостей различного объема из-под горючесма­ зочных материалов. Заряд ВВ и забойка (глина, гравий) нахо­ дятся в разрезанной пополам меньшей емкости, которая разме­ щается кооксиально внутри большой и герметично приваривается по периметру срезов к ней. Воздушное пространство, содер­ жащееся между стенками емкостей, обеспечивает демпфирующее действие на гидроударную волну и снижает ее интенсивность.

Снижение величины амплитуды гидроударной волны в верти­ кальном направлении достигается в результате укладки на поверхность забойки из глины перед засыпкой гравия кусков пенопласта. Для придания отрицательной плавучести такому устройству контейнер снабжается скобами, к которым крепится балласт.

Применение кумулятивных зарядов целесообразно для устрой­ ства каналов, глубоких траншей. Глубина рыхления скальных грунтов достигает нескольких метров, качество дробления хо­ рошее, выход негабарита небольшой.

Для подработки откосов подводных траншей, а также для дробления негабарита применяют удлиненные кумулятивные заря­ ды (УКЗ), выполняемые в виде двугранного угла из ВВ, облицо­ ванного металлом. Для получения кумулятивной струи заряд по­ мещают на фокусном расстоянии от поверхности грунта, а про­ межуток между этой поверхностью и зарядом гидроизолируют для образования установочного пространства. Это может быть до­ стигнуто посредством размещения между поверхностью грунта и облицовкой заряда надувного эластичного водонепроницаемого

элемента (подушки), который при надувании газом растягивает­ ся, благодаря чему вода вытесняется из зоны ударной волны и устанавливается необходимое фокусное расстояние.

Для удлиненного кумулятивного заряда, изготовленного из гексопласта и облицованного стальным профилем, глубина про­ бивания грунта кумулятивной струей (в м) может быть опреде­

также уступов на откосах подводной траншеи могут применяться стандартные кумулятивные заряды типа ЭКП и ЭКН с использова­ нием мер по гидроизоляции зарядов и кумулятивных выемок.

3.4.5.Способы снижения действия взрыва на окружающую среду

Ведение взрывных работ под водой сопровождается рядом яв­ лений, учет которых необходим для рационального применения взрывных технологий. Поскольку при устройстве подводных траншей под трубопроводы взрывные волны распространяются не только по породе, но и в воде, необходимо управлять процес­ сом взрыва и ограничивать его вредное воздействие на окружа­ ющую среду. Для снижения опасного воздействия на подводные объекты применяют различные способы и устройства.

Заглубление заряда ВВ в дно приводит к снижению макси­ мального давления на фронте ударной волны, возникающей при его подрыве. Это снижение, наряду с уменьшением расхода ВВ для производства взрывных работ, свидетельствует о безуслов­ ном преимуществе загубленных зарядов над накладными. По различным данным максимальное давление в подводной ударной волне от взрыва скважинных (шпуровых) зарядов вдоль вертика­ ли, проходящей через их ось, составляет на одних и тех же расстояниях до 20% давления от взрыва свободно подвешенных зарядов равной массы.

Методом снижения интенсивностей гидроударных волн являет­ ся создание так называемой зоны кавитации. Этот метод осно­ ван на явлении интенсивного затухания взрывных волн в зоне кавитации (разрыва сплошности воды), образующейся между оча­ гом взрыва и зоной искусственного понижения плотности среды. Со стороны основного заряда ВВ перед инженерным сооружением, подлежащим защите, например трубопроводом, устанавливается воздушно-баллонный экран и вспомогательный заряд ВВ. В ка­ честве вспомогательного заряда ВВ может быть использована одно- и многослойная сетка детонирующего шнура или листовое водостойкое ВВ, например, гексопласт 87. Эта сетка или лист

ВВ может размещаться непосредственно на поверхности скаль­ ного грунта, в котором находятся скважины, заряженные ос­ новным зарядом ВВ.

После инициирования основного заряда с задержкой во вре­ мени производится инициирование вспомогательного заряда до подхода к нему взрывной волны от основного заряда. При взры­ ве вспомогательного заряда взрывная волна, отражаясь от зоны понижения плотности, создает зону кавитации. Взрывная волна основного заряда, проходя через возникшую многофазную кави­ тационную среду, снижает свою интенсивность.

При ведении подводных взрывных работ заряд ВВ может по­ крываться металлическим защитным кожухом. Защитный кожух может быть выполнен из двух концентрических полостей с цент­ ром в месте расположения устья скважины. Внутренняя полость, заполненная свободно поступающей водой, играет роль забойки, увеличивающей полезную часть энергии взрыва, передаваемую разрыхляемому грунту. Воздушная прослойка, содержавшаяся, в кожухе, снижает интенсивность ударной волны при выходе в воду.

Эффективную защиту окружающей среды от действий ударной волны осуществляют устройства, содержавшие пену различного состава. Защитное устройство выполняется в виде двух эла­ стичных оболочек, например, полиэтиленовых мешков, - внешней и внутренней. Внутренняя содержит поверхностно-активное пе­ нообразующее вещество и пережата посередине отрезком провод­ ника с высоким удельным электрическим сопротивлением. Вну­ тренняя заключена во внешней оболочке, частично заполненной водой. Электрические проводники, подключенные к концам от­ резка, пережимающего внутреннюю оболочку, через отверстие в горловине внешней выводятся на поверхность и подключаются к источнику тока.

Перед взрывом скважинных зарядов устройство снабжается балластными грузами и затапливается на поверхность дна, над зарядами. Для введения защиты в действие через пережимающий отрезок провода пропускается электрический ток, внутренняя оболочка разрушается и пенообразующее вещество вступает в контакт с водой, содержащейся во внешней оболочке, образуя пену. После заполнения пеной внешней оболочки производится взрыв технологического заряда ВВ.

Интенсивность ударной волны может гаситься с помощью ус­ тройства в виде буферного мата, который укладывается на по­ верхность скального грунта, покрывая участок с заряженными скважинами. Устройство имеет вид квадратной в плане плоской коробки, изготовленной из гибкой проволочной сетки и на­ полненной упругими шарообразными телами с удельным весом несколько больше удельного веса воды. Хорошая гибкость мата обеспечивает плотное его прилегание к поверхности дна. Эф­ фект гашения взрывной волны обеспечивается за счет ее поглощения упругими шарообразными телами. После взрыва бу­

ферный мат поднимается краном и может быть повторно исполь­ зован.

Для защиты подводного объекта от действий ударной волны устанавливают воздушную пузырьковую завесу между охраняемым объектом и местом взрыва. По замкнутому и полузамкнутому контуру в заданном месте на дне водоема укладываются сталь­ ные перфорированные трубы и перед взрывом в них подается сжатый воздух. При наличии ила или неровностей дна трубы ус­ танавливаются над его поверхностью. Пузырьковая завеса, об­ разованная с использованием труб диаметром 30-50 мм с толщи­ ной стенок 2-5 мм, двумя рядами отверстий диаметром 2 мм с шагом 25 мм по 80 на 1 м трубы при расходе воздуха на 1 м 0,5-1,1 м3/мин позволяет получить снижение давления ударной волны в 17-20 раз, удельного импульса в 8-10 раз и плотности потока энергии в 240 раз. При этом степень снижения характе­ ристик ударной волны не зависит от места установки завесы между зарядом и охраняемым объектом. В случае расположения завесы вблизи заряда взрыв не должен повреждать трубы.

Для искусственного снижения плотности среды на пути гид­ роударной волны может использоваться экран, состоящий из ря­ да наполненных воздухом полиэтиленовых баллонов. Экран уста­ навливается на таком расстоянии от охраняемого объекта, что­ бы он попадал в ’Чень”, создаваемую экраном после взрыва. Воздушно-баллонный экран обеспечивает устойчивое снижение интенсивности взрывных волн в 3-4 раза в широком диапазоне расстояний, что позволяет использовать его при ведении взрывных работ в непосредственной близости от охраняемого объекта. Защитные свойства такого экрана существенно воз­ растают, если в него ввести двухфазную среду: воду и газовы­ деляющее вещество, например карбид кальция. За счет выделе­ ния пузырьков газа, поверхности которых дают дополнительные границы раздела, на которых происходит дополнительное отра­ жение и преломление ударной волны, можно достигнуть сниже­ ния интенсивности ударной волны в 20-40 раз.

Для снижения интенсивности ударной волны может быть ис­ пользован следующий простой способ. Над устьем скважины, за­ ряженной ВВ, укладывается металлическая или бетонная плита площадью 3,5-4 м2, способная уравновесить давление газов взрыва. Плита может транспортироваться по дну с помощью троса и лебедки, устанавливаемой на берегу, или устанавли­ ваться и подниматься с помощью плавучего крана.

3.5. РАЗРАБОТКА ПОДВОДНЫХ ТРАНШЕЙ ЗИМОЙ

При сооружении подводных переходов магистральных трубо­ проводов в зимнее время приходится выполнять большие объемы ледокольных работ, связанных с устройством майн для переме­ щения механизмов, разрабатывающих подводные траншеи, выпол­

нения водолазных обследований и спуска трубопроводов. Работы по устройству майн (ледокольных прорезей) являются наиболее трудоемкими при строительстве подводных трубопроводов в зим­ них условиях. Устройство майн обычно должно быть выполнено в короткий срок, потому эти работы должны быть максимально механизированы. Возможны следующие способы устройства майн: механический с применением ледорезных машин; взрывной; теп­ ловой.

Выбор способа образования майн зависит от льдотермических условий реки или водоема, объема работ и назначения майны. По назначению майны делятся на два типа:

1.Широкие майны сравнительно небольшой длины, предназна­ ченные для работы плавтехсредств (земснарядов); эти майны необходимо поддерживать в течение длительного периода работы механизмов по мере их продвижения в створе перехода;

2.Узкие длинные прорези, предназначенные для укладки подводных трубопроводов и рассчитанные на непродолжитель­ ный период использования.

Для устройства майн первого типа могут применяться меха­ нический и тепловой способы. Взрывной способ для устройства майн первого типа неприменим.

Устройство майн второго типа наиболее целесообразно осу­ ществлять механическим способом. Взрывной способ допускается применять только в исключительных случаях.

Механический способ образования майн является основным при строительстве подводных переходов в зимних условиях. При производстве работ применяют два типа ледорезных машин:

ледорезная фрезная несамоходная машина ЛФМ = 0,25-1,1 при толщине ледяного покрова от 0,25 до 1,1 м и малых объ­ емах работ (рис. 3.12, б);

двухбаровая машина БР-000-00 - при толщине льда от 1 до 2,2 м и больших объемах работ (рис. 3.12, а).

В состав ледорезных работ, выполняемых механическим спо­ собом, входят: очистка льда от снега; разбивка створа и ус­ тановка вешек на льду; установка ледорезной машины в ство­ ре; резка льда ледорезной машиной; извлечение карт льда из майны; удаление карт льда от майны.

При производстве работ ледорезной машиной ЛФМ = 0,25-1,1 ее устанавливают в створе перехода у начала прорези. Для этого во льду по створу на расстоянии 55-60 м от машины ус­ танавливается анкер, за который крепится тяговый трос ледо­ резной машины. Для устройства анкера (мертвяка) во льду про­ бивается лунка и под лед заводится отрезок бревна или метал­ лическая труба длиной до 1,5 м. Резка льда осуществляется при помощи шнека, подключенного к электродвигателю. Скорость перемещения ледорезной машины должна соответствовать скоро­ сти резания льда. Машина делает до 50 м реза, затем анкер перестанавливается на 60 м для последующего производства ле­ дорезных работ. Для устройства майны шириной 1,5 м и более

Рис. 3.12. Ледорезные машины:

а - типа БР-ООО-ОО; б типа ЛФМ-0,25-1,1; 1 - трактор Т-100М; 2 противовес; 3 механизм управления барами; 4 - бары; 5 - лед; 6 - дви­ гатель; 7 - редуктор отбора мощности; 8 - фреза; 9 - сани

прорезаются две параллельные борозды, после чего лед между бороздами делится на карты поперечными прорезями.

Удаление карт льда из манны производится автокраном с по­ следующим перемещением их бульдозером на расстояние до 20 м. Удаляют карты льда из майн также путем затопления их под лед вниз по течению. Для этого карты погружают при помощи гру­ за, укрепленного на стреле крана. Если толщина льда непозволяет использовать тяжелый трубоукладчик, то работы по спуску карт выполняют в следующем порядке: устанавливают направляющие; через отверстие пропускают подо льдом трос,

(рис. 3.13). При незначительной толщине лед между бороздами может быть разбит ледорубами или пешнями на карты и удален из майны путем затопления вниз по течению с помощью багров.

При производстве работ двухбаровой машиной БР-000-00 лед прорезается баром, снабженным кулачковой цепью. Поворачи­

/z

Рис. 3.13. Схема спуска карт под воду:

(подача). В результате во льду прорезается прорезь (штроба) шириной 1400 мм и размельченный лед выносится режущей цепью. Баровая машина имеет два одновременно работающих бара. При одновременной работе двух баров за одну проходку машиныраз­ рабатывается две прорези и образуется майна шириной 0,8 м. При устройстве майны шириной 1,5 и более метров разрабатыва­ ются две параллельные прорези одним баром, после чего попе­ речными прорезями полоса льда делится на карты с учетом воз­ можности удаления карт из майны трубоукладчиком или автокра­ ном. Для подъема карт из майны применяются специальные стро­ пы.

Ледорезные работы при глубине воды подо льдом более 0;5 м допускается выполнять после определения приведенной толщины ледяного покрова, способного выдержать нагрузку работающей ледорезной техники. При удалении карт льда трубоукладчик не должен находиться ближе 1 м от края майны. Нельзя оставлять извлеченные из прорези карты льда вблизи майны во избежание перегрузки и возможного разрушения ледяного покрова.

Взрывной способ образования майн по сравнению с механиче­ ским имеет недостатки: при взрыве образуются трещины, снижа­ ющие несущую способность ледяного покрова; битый лед в виду шуги, образующийся после взрыва, практически невозможно уда­ лить.

Для разрушения ледяного покрова и поддержания небольших участков водной поверхности в незамерзающем состоянии с ус­ пехом могут исползоваться потокообразователи, представляю­ щие собой винтовой насос, работающий от электродвигателя, заключенного в плавающий или герметичный затопленный корпус. В результате вынужденной циркуляции воды придонные относи­ тельно теплые слои воды поднимаются на поверхность и пре­ пятствуют замерзанию акватории.

При разработке грунта земснарядами в конце зимнего пе­ риода производят предварительное ослабление прочности ледя­ ного покрова зачернением или засолением его поверхности. Эти