Сооружение подводных трубопроводов
..pdfЯнзг т |
32 E l |
|
( 1 .66) |
|
9Р3Э2 |
|
|
Здесь |
EJ |
жесткость |
поперечного сечения трубопровода; 0 |
угол поворота оси трубопровода; р - минимальный радиус упругого изгиба трубопровода.
Вес балластировки на воздухе определяется по формуле
Яъ |
_____ |
(1.67) |
|
У б~Ув^н. в ’ |
|
вде |
уъ плотность воды, |
принимаемая по данным изысканий; |
Уб - нормативная средняя плотность материала пригрузки. Масса засыпки подводных трубопроводов при расчете их
балластировки не учитывается. Расчетная интенсивность на грузки от упругого отпора основания определяется обычно с использованием простейших расчетных схем - трубопровод рас сматривают как балку на двух опорах с защемленными или сво бодными концами. Такое упрощение вносит погрешность в расчет балластировки для переходов через водные преграды, имеющие сложный пересеченный продольный профиль подводной траншеи. Определенные допущения используются также при определении значений дп.
При нахождении диэг, дп более точное решение может быть получено с использованием в качестве расчетной схемы под водного трубопровода балки на упругом основании, описываемой известным дифференциальным уравнением продольно-поперечного изгиба:
qix) |
- |
EJ |
+ N{x) |
, |
(1.68) |
|
|
|
dx4 |
dx2 |
|
ще |
EJ |
- |
соответственно |
ордината и абсцисса точки |
продоль |
ного профиля дна траншеи; д - поперечная распределенная на
грузка в |
трубопроводе; N(x) |
продольное эквивалентное уси |
лие в сечении с абсциссой дс, определяемое по формуле |
||
N - (jKTm |
- aAtE)F. |
(1.69) |
Здесь fi - коэффициент Пуассона; <гвд - кольцевые напряжения в стенке трубы; а - коэффициент линейного расширения материала трубы; At - расчетный температурный перепад; Е - модуль упругости материала труб; F - площадь поперечного сечения стенки трубы.
С учетом того, что положительные значения поперечной на грузки должны быть равны отпору основания, т.е. сумме зна чений дп и gw, а при отрицательных значениях поперечной нагрузки сумма дп и дизг должна быть принята равной нулю, можно получить следующее выражение
4'
f |
g(x); |
q(x) |
> 0 |
QlI + Яялг |
0; |
q(x) |
(1.70) |
\ |
< 0. |
Для предотвращения подъема трубопровода на криволинейных участках в вертикальной плоскости под воздействием внутрен него давления и изменений температуры стенки трубы, значения А* должны определяться в соответствии с проектным очертанием оси трубопровода на данном переходе при расчетном отрица тельном температурном перепаде на вогнутых кривых и при расчетном положительном перепаде на кривых, обращенных вы пуклостью вверх.
Нахождение значений поперечной нагрузки, определяемое выражением (1.68), может быть выполнено после замены про изводных конечно-разностными приближениями:
d 2у |
т у ( х - а ) - 2 у ( х ) + у (х+а) . |
(1.71) |
|
dx2 |
а 2 |
||
|
|||
d * у |
т v ( x - 2 a ) - 4 у ( x - a ) + 6 v ( x ) - 4 v ( x + a ) + v (х+2а) |
(1.70) |
|
d x 4 |
а* |
||
|
еде а - шаг по оси абсцисс.
Численные результаты могут быть получены на персональной или мини-ЭВМ с помощью составленной на БЕЙСИКе программы. Исходными данными для расчета являются высотные отметки дна подводной траншеи, заданные в равноотстоящих по горизонтали точках, значения продольной силы в указанных точках, рас стояние между точками по горизонтали и жесткость трубопро вода. Расчет, выполняемый например на ЭВМ ’’Искра-226”, тре бует немного времени. Сопоставление результатов численных расчетов на ЭВМ контрольных примеров с частными аналити ческими решениями позволило сделать вывод о высокой точности результатов. Далее приводится пример расчета (табл. 1.2). Расчет выполнен для трубопровода диаметром 1220 мм с тол щиной стенки 15 мм.
На пойменных участках перехода допускается Использовать для обеспечения устойчивости положения трубопровода против всплытия не только грузы, но и более экономичные анкерные устройства. Расчетная несущая способность анкерного уст
ройства определяется по формуле |
|
|
Б.** - |
гтшпРж, |
(1.73) |
еде z |
- число анкеров в одном анкерном устройстве! |
- |
коэффициент условий работы анкерного устройства, принимаемый
равным 1 при |
2 - 1 или при z ) 2 и DH/Dt » 3; А при z > 2 |
и 1 « А,/£>.% |
3 |
Номер |
Абсцисса |
Ордината точ |
Нагрузка qM3T, Нагрузка $п, Н/м |
точки |
точки, м |
ки, м |
Н/м |
1 |
0 |
165 |
0 |
0 |
2 |
20 |
163,68 |
0 |
104,7 |
3 |
40 |
162,52 |
545,8 |
180,7 |
4 |
60 |
161,7 |
654,1 |
233 |
5 |
80 |
161,27 |
491,7 |
256,7 |
6 |
100 |
161,26 |
627 |
259,1 |
7 |
120 |
161,7 |
654,1 |
234,2 |
8 |
140 |
162,54 |
572,9 |
180,7 |
9 |
160 |
163,68 |
0 |
102,3 |
10 |
180 |
165 |
0 |
0 |
Pm. - расчетная несущая способность анкера, равная |
|
Л™ - - ф*“ - |
(1.75) |
* Н |
|
Здесь Д, - наружный диаметр трубы; А |
- максимальный линей |
ный размер габарита проекции одного анкера на горизонтальную плоскость; ФаНх - несущая способность анкера, определяемая расчетом или по результатам полевых испытаний; кн - коэф фициент надежности анкера, принимаемый равным 1,4, если несущая способность анкера определена расчетом, или 1,25, если несущая способность анкера определена по результатам полевых испытаний.
При прокладке трубопровода по пересеченному продольному профилю подводной траншеи средства закрепления (грузы или анкеры) должны обеспечивать не только устойчивость положения трубопровода против всплытия, но и изгиб в соответствии с продольным профилем траншеи. Отметим, что приложение на выпуклых вверх участках трубопровода средств закрепления сверх того числа, которое обеспечивает устойчивость против всплытия, не приносит какого-либо ощутимого эффекта, так как изгиб трубопровода хши этом не происходит. В данной связи возникает задача выбора оптимального числа и оптимального размещения средств закрепления.
Введем в рассмотрение расчетный участок [О, L], уклады ваемый на дно траншеи с пересеченным продольным профилем. Пусть на трубопровод действуют распределенная нагрузка q от веса трубы и продукта, распределенная, в общем случае, на грузка от средств закрепления г(х), а также отпор основания
Р(х).
Уравнение равновесия трубопровода, как балки на упругом
основании, |
может |
быть |
записано, для |
рассматриваемого случая, |
в следующем виде |
|
|
|
|
EJ |
+ Р(хУ - |
q + |
г(х). |
(1.76) |
d x A
Отпор основания может быть определен с использованием модели Винклера
Р(х) - [Л(х) - y(x)]KD, |
(1.77) |
ще ЛОс), у(х) соответственно высотные отметки дна тран шеи, на которое укладывается трубопровод, и нижней образую щей трубопровода; К - коэффициент постели; DH - диаметр трубопровода.
Полагая, что стоимость закрепления пропорциональна его удерживающей способности, постановку рассматриваемой задачи оптимального закрепления трубопровода можно записать в виде
min |
L |
(1.78) |
J* r ( x ) d x , |
||
r(x) |
0 |
|
y(x) < |
hix) |
(x |
€ |
[0, |
L]), |
||
EJ |
|
|
+ KD< [h(x) |
y(x)] - q + r(x), |
|||
dx4 |
|
|
|
|
|
|
|
> |
1 |
0 |
X |
1 о |
£ |
|
|
dx2 |
|
|
|
|
|
|
|
dx3 |
- |
о |
(ДС |
- |
0, |
L). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.79)
(1.80)
(1.81)
(1.82)
Здесь ограничение (1.79) учитывает требование прилегания трубопровода к основанию, а граничные условия (1-81), (1.82) отражают требования отсутствия на концах расчетного участка перерезывающих сил и изгибающих моментов.
Решение сформулированной задачи целесообразно выполнять численными методами. Разделим участок [О, Ц на п равных частей таким образом, чтобы отрезки а - Lin были достаточно малыми. Обозначим через ху ур hj, /у Pf соответствующие
значения переменных для /-й точки (/ - 0, л). С испояьзованием конечно-разностных приближений производных, опустив из рассмотрения члены, не влияющие на минимум, постановку рас сматриваемой задачи можно представить в следукиДО* виде
m |
i n i , , |
|
|
|
|
0 8 3 ) |
г, |
У-. ' |
|
|
|
|
|
Уу |
< hj, (/ - |
0, |
п) |
|
|
|
|
% 2 - % 1 |
+ |
ЬУ] - % 1 |
+ /}-2> |
+ |
|
+ KDttyj - |
Ay) - |
q + /у (/ - |
.0, л), |
(1.85) |
||
Jfc |
- 2yi + зь - |
О, |
|
|
( 1.86) |
|
уо - |
3yi + |
Ъуг - У - 0, |
|
(1.87) |
>п ‘ |
2уп-1 |
+ Уп-2 ш ° ’ |
|
(1.88) |
Уп ~ К - 1+ К -2 - Уп-3 |
- 0. |
(1.89) |
||
|
||||
Отметим, что в целевой функции и ограничениях искомые значения /у jy Pj образуют линейные функции. Постановка
(1.83)-(1.89) представляет собой задачу линейного программи рования относительно л, Р„ Решение ее может быть вы
полнено симплекс-методом с использованием программ, имею щихся в математическом обеспечении ЭВМ.
Полученные в результате счета значения интенсивностей воздействия средств закрепления для счетных точек Xj поз
воляют определить, с учетом конструктивного исполнения, оптимальное число средств закрепления и оптимальное их раз мещение на расчетном участке.
Для достаточно малых а, удовлетворяющих условию а ^ ^ Л/max г^, ще R - максимальная удерживающая сила средства
закрепления, намеченного к использованию. Введем ярусную функцию
< р .-Е |
(1.90) |
причем <ро — 0. Здесь Е |
- оператор ’’целая часть от дробного”. |
Тогда целочисленная индексная функция, принимающая зна чение равное 1, если в рассматриваемой точке х. должно быть
установлено средство закрепления, и нулю - в противном случае, может быть определена в виде
(i - |
1, п - |
1) |
FП - |
1. |
(1.92) |
Найденные |
значения F. определяют координаты размещения |
|
средств закрепления.
Оптимальное число средств закрепления может быть найдено с округлением в большую сторону по формуле
п
N - 1 + Z 1 (1.93)
/ - 1
Рассмотренный метод позволяет сократить за счет опти мального размещения число используемых средств закрепления - грузов или анкеров.
В ограниченных, в силу технологических сложностей, размерах для обеспечения устойчивости положения трубопровода против всплытия применяется его обетонирование. Вес балласта в воде, необходимый для компенсации положительной плавучести газопровода, определяют по формуле
(Цбял = |
(&нз(7в - |
(7тр) (1 + |
А/-А) > |
(1.94) |
ще in |
- ширина |
прорези |
в бетонном покрытии; А |
длина |
обетонированного участка.
Наружный диаметр бетонного покрытия, при котором обес печивается вес балласта qe™
(1.95)
ще А - внутренний диаметр бетонного покрытия.
Глава 2. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
2.1. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА
Основные положения организации строительства разрабаты вают в проекте организации строительства подводных переходов магистрального трубопровода в части подводных земляных работ в соответствии с требованиями СНиП по строительству земляных сооружений. При разработке проекта используют материалы инженерных изысканий и учитывают техническую оснащенность строительной организации, передовой опыт и достижения в об ласти подводно-технических работ, в применении прогрессивных материалов и конструкций.
Проект организации строительства подводного перехода включает:
ситуационный план перехода с указанием и привязкой к местности основных геодезических знаков;
план строительно-монтажной площадки с указанием участка отвода земли заказчиком для размещения временных сооружений и отвалов грунта;
календарный план строительства перехода, включающий оче редность и сроки выполнения подводных земляных работ, со гласованные с органами охраны рыбных запасов, водных ресур сов и другими организациями, а также сроки, необходимые для выполнения мероприятий по рекультивации земель;
технологические схемы разработки подводных и береговых траншей с распределением отвалов грунта;
технологические схемы укладки подводного трубопровода; ведомость объемов работ с разбивкой, для крупных пере
ходов, по периодам строительства; мероприятия по охране окружающей среды.
Пояснительная записка к проекту организации строительства содержит обоснование способов производства подводных земля ных работ и укладки подводного трубопровода, в том числе выполняемых в зимних условиях, с указанием потребности в основных технических средствах и механизмах. Указанный в проекте организации строительства способ укладки подводного трубопровода должен быть обоснован расчетом его напряженного состояния при укладке.
При строительстве на подводном переходе трубопровода в защитном кожухе способ и технологическую схему укладки ко жуха и трубопровода разрабатывают в проекте организации строительства с учетом принятой конструкции опорных уст ройств трубопровода, сальниковых и других уплотнений.
Практика показывает, что сроки строительства подводных переходов и общая стоимость строительно-монтажных работ за висят от многих факторов, среди которых важнейшими яв ляются:
технические характеристики трубопровода (диаметр, длина русловой части, число ниток и т.д.);
топографические, инженерно-геологические и гидрологиче ские характеристики пересекаемой водной преграды;
климатические и погодные условия строительства; инфраструктура района строительства (наличие автомобиль
ных и железных дорог, удаленность перехода от железнодорож ных станций и опорных пунктов);
использование прогрессивных организационных и технологи ческих схем строительства;
наличие необходимых технических (машины и оборудование) и трудовых ресурсов (число и квалификация специалистов).
Увеличение сроков перебазировки жилого городка, доставки машин, оборудования и материалов, выполнения основных строи тельно-монтажных работ по сооружению подводного перехода приводят к низкой производительности труда, перерасходу за работной платы и в конечном итоге к убыточности строитель ства. Поэтому рассмотренные факторы должны быть тщательным образом учтены при разработке проекта организации строитель ства.
До начала работ на переходе в соответствии с утвержденным техническим проектом строительная организация:
заключает подрядные и субподрядные договоры; решает вопросы поставки на строительно-монтажную площад
ку необходимых материалов и оборудования; разрабатывает проект производства работ на строительство
перехода.
В состав проекта производства работ на строительство подводного перехода входят:
план строительно-монтажной площадки с указанием распо ложения технологических сооружений, складских жилых и быто
вых помещений; |
работ; |
календарный график производства |
|
график поступления на объект |
труб, балластных грузов |
и других материалов; |
|
график потребности в механизмах, оборудовании и плавучих средствах;
типовые проекты временных технологических сооружений и устройств (причалов, складов, линий электроснабжения и свя зи, водоснабжения);
технологические карты производственных операций (сварки и изоляции секций и плетей труб, рытья траншей и укладки подводных и пойменных трубопроводов);
график движения рабочей силы; требования и мероприятия по технике безопасности;
пояснительная записка с необходимыми расчетами, обосно ваниями принятой технологии строительства перехода и ука заниями по обеспечению контроля качества выполнения работ.
Проект производства на строительство несложного перехода может содержать только:
план строительно-монтажной площадки; календарный график работ;
привязку к данному объекту типовых технологических, схем по основным видам работ;
краткую пояснительную записку с расчетами и обоснованиями технологических решений.
Проект производства работ определяет технологическую по следовательность работ по строительству подводного перехода, которая должна быть документально отражена в календарном графике строительства перехода. При разработке проекта про изводства работ на строительство двухниточного перехода предусматривают такую организацию работ, при которой от дельные виды работ, такие, как рытье траншеи, сварка и изо ляция трубопровода выполняются последовательно по каждой нитке для исключения перерыва по времени между строительст вом первой и второй ниток трубопроводов.
Основные производственные операции по монтажу трубопро вода и подготовке подводной траншеи должны быть спланированы таким образом, чтобы укладка трубопровода велась сразу после окончания работ по устройству подводной траншеи.
Монтажную площадку обычно размещают в створе перехода. При выборе местоположения монтажной площадки учитывают на личие подъездных путей и возможности энергоснабжения от местных линий электропередач.
При строительстве нескольких подводных переходов в одном речном бассейне организовывают централизованные базы для вы-
волнения* сварочно-монтажных и изоляционных работ с после дующей доставкой (буксировкой) секции (плетей) трубопровода на строительно-монтажные^.площадки. При транспортировке изо лированных секций (плетей) трубопровода принимают необходи мые меры для защиты трубопровода и в частности его изоляции от повреждений.
Строительно-монтажная площадка должна быть спланирована и иметь достаточную территорию для размещения сварочных ста пелей, спусковых устройств и других сооружений, необходимых для производства работ, связанных со строительством подвод ного перехода. При необходимости строительства подводного перехода в летнее время через реку с широкими залитыми или сильно заболоченными поймами, строительно-монтажную площадку сооружают путем намыва грунта средствами гидромеханизации.
Для выполнения строительно-монтажных работ на подводном переходе предусматривают устройство следующих временных
ивспомогательных технологических сооружений: трубосварочного стенда; паромной переправы и причалов для плавучих средств; механической мастерской; электростанции;
площадки для стоянки машин и механизмов; водомерного поста;
склада открытого хранения труб, балластных грузов, ме
талла; склада материалов закрытого хранения: метизов, изоляцион
ных материалов, электроматериалов; временного хранилища для ампул с радиоактивными материа
лами; жилых вагончиков и объектов санитарно-гигиенического и
бытового назначения: душевой, раздевалки, сушилки, прачеч ной, санузла, медсанчасти.
Нелегкая обстановка жизни и работы строителей подводных трубопроводов, вынужденных продолжительное время находиться в отрыве от семей и^ удобств, обусловливает необходимость максимального улучшения жилищно-бытовых условий. Организация жилья, питания, культурного отдыха, развлечений, квалифици рованной медицинской помощи в трассовых условиях является особенно сложным в условиях отдаленных местностей, ще боль шей частью и ведутся работы. Недостаточное обеспечение эле ментарных жилищно-бытовых условий, может привести к снижению производительности труда и затягиванию строительства.
При выборе места для жилого городка необходимо проверить с участием медицинских работников санитарные условия мест ности, состояние возможных источников водоснабжения, убе диться в отсутствии вредных насекомых: клещей, малярийных комаров и т.д. Предпочтение следует отдавать сухим, доста точно озелененным местам. Типовой план размещения жилых и прочих вагончиков в необходимых случаях должен быть откор
ректирован с учетом местных условий. Нецелесообразно раз мещать в непосредственной близи от жилого городка производ ственные площадки и стоянки транспорта.
Состав временных сооружений, выполняемых в минимальных объемах, необходимых для производства основных работ при строительстве 'перехода, определяется при разработке проекта организации строительства и уточняется проектом производства работ по согласованию с заказчиком. Для сокращения сроков строительства под бытовые, хозяйственные и вспомогательные помещения используют инвентарное оборудование: передвижные дома-вагончики, брандвахты, трубосварочные стенды, сборно разборные складские и хозяйственные помещения и т.д.
Все сооружения на строительно-монтажной площадке должны быть размещены с обязательным соблюдением требований сани тарного надзора и пожарной безопасности»
Транспортные схемы разрабатывают с учетом местных усло вий, избегая, по возможности, перевалку материалов, достав ляемых на строительство перехода. При строительстве на судо ходных реках и водохранилищах, в случае необходимости раз грузки барж с трубами и материалами, предусматривают устрой ство временных причалов с разгрузочными устройствами. На строительстве переходов через широкие водные преграды пре дусматривают временную радиотелДюнную связь.
Строительство подводных трубопроводов в зимних условиях, особенно в северных районах, несмотря на усложнение техно логии и увеличение трудоемкости выполнения работ осуществ ляется для ликвидации сезонности и сокращения сроков соору жения переходов. Организация и технология подводно технических работ в зимних условиях определяется характе ристиками водной преграды, температурным режимом и, главным образом, состоянием ледяного покрова.
Специфика строительства подводных переходов в зимних условиях связана с образованием при низкой отрицательной температуре воздуха ледяного покрова на реках и водоемах. Поэтому организационные и технологические схемы разработки траншей и укладки подводных трубопроводов, применяемые в зимний период существенно отличаются от схем производства этих работ в летний период при открытой водной поверхности водной акватории и положительных температурах.
Наличие ледяного покрова вынуждает обычно выполнять толь ко подготовительные работы, связанные со строительством временных сооружений и доставкой на строительно-монтажную площадку материалов, оборудования и механизмов, а также мон таж и сварку труб, земляные и изоляционно-укладочные работы на пойменных участках. В этом случае подводные работы вы полняются при положительной температуре воздуха с использо ванием механизмов, установленных на плавучих средствах.
Трудности, связанные с разработкой подводных траншей в зимний период, недостаточная механизация ледокольных работ,