Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

І.П. Гідзяк, М.І Гідзяк

ОРГАНІЗАЦІЯ І ТЕХНОЛОГІЯ БУДІВНИЦТВА ТРУБОПРОВОДІВ У СКЛАДНИХ УМОВАХ

Частина ІІІ

Конспект лекцій

Для студентів напряму підготовки 050304 “Нафтогазова справа”, спеціальності “Газонафтопроводи та газонафтосховища”

(спеціалізація “Спорудження газонафтопроводів і газонафтосховищ”)

2009

МВ 02070855 – 2318 – 2009

Гідзяк І.П., Гідзяк М.І. Організація і технологія будівництва трубопроводів у складних умовах. Частина ІІІ Конспект лекцій. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2009. – 291 с.

Конспекті лекцій містить методичні вказівки для вив-чення, засвоєння та виконання практичних занять із дисцип-ліни “Організація і технологія будівництва трубопроводів у складних умовах”. Розроблений відповідно до робочої програми навчальної дисципліни, чинного навчального плану підготовки фахівців за напрямом підготовки “Нафтогазова справа”, спеціальності “Газонафтопроводи та газонафто-сховища” (спеціалізація “Спорудження газонафтопроводів і газонафтосховищ”). Може бути використаний студентами денної та заочної форм навчання.

Рецензент: Завідувач кафедри

“Спорудження та ремонту газо-

нафтопроводів і газонафтосховищ”,

професор, доктор технічних наук В.Я. Грудз

© Гідзяк І.П., Гідзяк М.І., 2009

© ІФНТУНГ, 2009

З М І С Т

ВСТУП..........................................................................	8
1 БУДІВНИЦТВО ТРУБОПРОВОДІВ У ГІРСЬКІЙ МІСЦЕВОСТІ….................................................................	9
1.1 Особливості будівництва трубопроводів у гірських умовах…………………………..........................	9
1.2 Технологічна схема будівництва трубопроводу.	13
1.3 Геологічні процеси та особливості виконання інженерно-геологічних робіт на зсувних ділянках ……	14
1.3.1 Геологічні процеси, що ускладнюють освоєння територій під будівництво магістральних трубопроводів…………………………………………….	14
1.3.2 Процеси, що відбуваються на схилах………...	19
1.3.3 Процеси, які пов’язані із дією поверхневих та підземних вод…………………………………………….	22
1.3.4 Порядок та вимоги до проведення вишукових робіт……………………………………………………….	24
1.3.5 Стаціонарні спостереження за інтенсивністю розвитку поверхневих зсувних процесів……………….	31
1.3.6 Методи та устаткування, що використову-ються при інженерно-геологічних вишукуваннях…….	35
2 ОРГАНІЗАЦІЯ І ТЕХНОЛОГІЯ ВИКОНАННЯ ПІДГОТОВЧИХ РОБІТ.....................................................	38
2.1 Обстеження смуги відводу під будівництво трубопроводу...................................................................... 2.2 Перенесення траси в натуру, закріплення та відновленню її на місцевості……………………..	38 39
2.3 Розчищення смуги відводу від лісу та валунів...	45
2.4 Влаштування під’їзних доріг................................	49
2.5 Розрахунок стійкості насипу на схилі..................	51
2.6 Розрахунок основних параметрів буровибухо-вих робіт при будівництві трубопроводів в горах..........	54
3 ОРГАНІЗАЦІЯ І ТЕХНОЛОГІЯ ВИКОНАННЯ ЗЕМЛЯНИХ РОБІТ...........................................................	61
3.1 Влаштування поличок та траншей в м’яких ґрунтах……………………………………………………….	61
3.2 Влаштування поличок та траншей в скельних ґрунтах.................................................................................	69
3.3 Зворотна засипка трубопроводів..........................	75
4 ОРГАНІЗАЦІЯ І ТЕХНОЛОГІЯ ВИКОНАННЯ ЗВАРЮВАЛЬНО-МОНТАЖНИХ РОБІТ.........................	79
4.1 Монтаж на косогірських ділянках..…..................	79
4.2 Монтаж трубопроводів на вододілах...................	81
4.3 Способи монтажу трубопроводу на повздов-жніх схилах.........................................................................	82
4.4 Розрахунок напруженого стану трубопроводів на повздовжніх схилах в період їхнього монтажу..........	89
4.5 Визначення величини привантаження необхідного для пружного згину трубопроводу.............	94
4.6 Монтаж кривих вставок.........................................	98
4.7 Контроль якості зварних з’єднань........................	101
5 ІЗОЛЯЦІЙНО-УКЛАДАЛЬНІ РОБОТИ................	108
5.1 Розрахунок напруженого стану трубопроводу при виконанні ізоляційно-укладальних робіт.................	115
5.1.1 Розрахунок напруженого стану трубопроводу при виконанні ізоляційно-укладальних робіт суміщеним способом........................................................	116
5.1.2 Розрахунок напруженого стану трубопроводу при виконанні ізоляційно-укладальних робіт роздільним способом.....................................................	123
6 БУДІВНИЦТВО ТРУБОПРОВОДІВ НА ЗСУВНИХ ДІЛЯНКАХ…................................................	129
6.1 Загальні відомості та аналіз зсувних процесів ґрунту..................................................................................	129
6.2 Характерні схеми втрати стійкості відкосу.........	139
6.3 Механізм утворення, формування та розвитку зсувного процесу на трасах де споруджено магі-стральний трубопровід…………………………………. 6.4 Характер дії поверхневого зсувного ґрунту на трубопровід………………………………………………. 6.5 Розрахунок стійкості відкосу згідно теорії коло-циліндричної поверхні ковзання............................	140 143 145
6.6 Особливості появи процесів набухання-усадки в умовах схилів та відкосів……………………………........	150
6.7 Розрахунок напруженого стану трубопроводу на який діє ґрунт зсуваючий ґрунт..................................	153
6.7.1 Зсув ґрунту на повздовжніх схилах..................	153
6.7.2 Тиск маси ґрунту, що зсувається, на трубопровід……………………………………………….	156
6.7.3 Врахування гідродинамічного зусилля……….	157
6.7.4 Поперечна дія ґрунту, що зсувається, на трубопровід.........................................................................	159
6.8 Протизсувні інженерні споруди при будівництві трубопроводів………………………………	162
6.8.1 Умови освоєння територій схилів та види протизсувних інженерних споруд………………………	162
6.8.2 Організація поверхневого водовідводу із територій при будівництві трубопроводів у гірських умовах……………………………………………………..	168
6.8.3 Спохиленя схилів, прибирання зсувних ґрунтових мас, влаштування контрбанкетів …………...	174
6.8.4 Види та умови використання дренажних протизсувних споруд…………………………………….	177
6.8.5 Використання та розрахунок утримуючих протизсувних споруд…………………………………….	190
6.9 Захист поверхонь схилів від дрібних зсувів, ерозії, обвалів та осипів………………………………….	229
6.10 Вимоги до організації виконання робіт із влаштування протизсувних споруд у зсувній зоні…….	231
6.11 Основні вимоги до експлуатації протизсувних споруд…………………………………………………….	233
7 ОРГАНІЗАЦІЯ І ТЕХНОЛОГІЯ БУДІВНИЦТВА МАГІСТРАЛЬЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ В ПУСТЕЛЯХ........................................................................	237
7.1 Особливості виконання будівельних робіт в пустелях.............................................................................	237
7.2 Вибір траси магістрального трубопроводу.........	238
7.3 Схеми прокладання магістральних трубопрово-дів в пустельних районах..................................................	239
7.4 Технологічна схема виконання робіт з будів-ництву трубопроводу в пустелі…....................................	243
7.5 Організація і технологія виконання транспор-тних робіт..........................................................................	245
7.6 Організація і технологія виконання підготовчих робіт в умовах пустель......................................................	248
7.7 Організація і технологія виконання земляних робіт в умовах пустель......................................................	251
7.7.1 Організація і технологія виконання земляних робіт у бархано-піскових ґрунтах ....................................	251
7.7.2 Організація і технологія виконання земляних робіт на поливних землях..................................................	255
7.8 Організація і технологія виконання ізоляційно-укладальних робіт в умовах пустель................................	257
7.9 Зворотна засипка трубопроводів..........................	259
7.10 Захист трубопроводів від видування піску........	261
7.11 Контроль якості виконання робіт.......................	262
8 ОЧИСТКА ВНУТРІШНЬОЇ ПОРОЖНИНИ ТА ВИПРОБОВУВАННЯ ТРУБОПРОВОДІВ.....................	265
8.1 Порядок проведення робіт із очистки внутріш-ньої порожнини та випробування трубопроводів...........	265
8.2 Вибір необхідного обладнання та способу очистки……………………………………………………	268
8.3 Очистка внутрішньої порожнини трубопроводу способом протягування очисного пристрою...................	274
8.4 Визначення технологічних параметрів................	275
8.5 Випробовування трубопроводів на міцність та щільність (герметичність).................................................	281
8.5.1 Випробовування газопроводу на міцність........	282
8.5.2 Випробовування газопроводу на щільність (герметичність)...................................................................	284
8.6 Гідравлічне випробовування трубопроводу........	286
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ….………	290

ВСТУП

У практиці будівництва магістральних трубопроводів природні, географічні та кліматичні умови традиційно поділяються на звичайні і так звані складні. Під нормальними умовами будівництва магістральних трубопроводів прийнято розуміти такі, котрі відповідають рівнинному рельєфу місцевості та відсутні переходи через природні й штучні перешкоди, скельні, заводнені, болотисті та вічномерзлі грунти. Якщо такі умови присутні при будівництві трубопроводів, то такі умови будівництва називаються складними. Очевидно, що ці умови накладають свою специфіку на технологію та організацію ведення робіт з будівництва.

Від правильного виконання робіт з будівництва магістральних трубопроводів, особливо в складних умовах, суттєво залежить їхня стійкість та надійна робота в період експлуатації. Тому в процесі проектування та будівництва повинні бути врахованні специфічні умови експлуатації та повинні бути передбаченні заходи. спрямовані на зменшення цих зовнішних впливів, навантажень та дії.

Таким чином, забезпечення надійної та безаварійної роботи магістральних трубопроводів в складних умовах, – комплексна задача котра повинна правільно вирішуватися на всіх етапах: при виконанні вишукових робіт, будівництву та експлуатації .

1 Будівництво трубопроводів у гірській місцевості

Гірська місцевість для будівників представляє комплекс різнотипного рельєфу, геологічних структур, гідрологічних і кліматичних особливостей. Відповідно способи ведення робіт в таких умовах повинні бути достатньо гнучкими та різновидними. Підготовка траси зводиться не просто до планування смуги відводу і розчистки її від лісу, пнів, валунів, а часто потребує розробки великого об’єму гірських порід для влаштування поличок, котрі собою представляють різновидність напіввиїмки та напівнасипу. Вимушені обмеження в ширині будівельної смуги потребує зміни в організації і технології будівництва магістрального трубопроводу.

1.1Особливості будівництва трубопроводів у гірських умовах

Оптимальним варіантом проходження траси в гірських умовах вважається той, котрий вишукується проектним інститутом спільно із будівельною організацією та іншими спеціалізованими організаціями із врахуванням умов: найбільш економічний; найбільш коротких термінів будівництва; із підвищеною надійністю конструкцій; та який відповідає правилам техніки безпеки та вимогам охорони навколишнього середовища.

Для виявлення цих умов проектному інститутові необхідно після картографічного нанесення траси, згідно вибраного варіанту, в ході відпрацювання технічного проекту приділити увагу:

• правильному вибору транспортної схеми із постачання матеріалів, труб, машин та механізмів до місця монтажу;

• визначенню обсягів робіт із реконструкції існуючих доріг, мостів та будівництво нових під’їзних шляхів;

• вишукуванню точних місць розміщення проміжних баз складування матеріалів та устаткування;

• чіткому визначенню залізничних станцій надходження вантажів;

• ретельному проведенню інженерно-топографічних та геологічних вишукувань;

• особливо уважному ставленню до даних опитування та рекомендаціям місцевих жителів й органів управління відповідно до тих або інших питаннях, що відносяться до майбутнього будівництва.

Важливими умовами, які виключають сезонності в роботі особливо на відмітках 600 м і вище є детальне проведення робіт з вишукуванню та вивченню метеорологічних умов.

Трубопроводи в залежності від місця проходження траси та за характерними ознаками можна розділити на такі категорій складності будівництва:

Перша категорія складності будівництва — траса магістрального трубопроводу, що проходить по пересіченій місцевості із підйомами, спусками та водорозділами із повздовжніми нахилами траси від 8° до 15° та з розробкою поличок на косогорах із поперечним нахилом від 8° до 18°.

Друга категорія складності будівництва — траса магістрального трубопроводу, що проходить по пересіченій місцевості із влаштуванням поличок й виїмок із повздовжніми нахилами проходження траси від 15° до 22° та з розробкою поличок на косогорах із перченим нахилом від 18° до 25°.

Третя категорія складності будівництва — траса магістрального трубопроводу, що проходить по пересіченій місцевості із влаштуванням поличок й виїмок із повздовжніми нахилами проходження траси від 22° до 35° та з розробкою поличок на косогорах із поперечним нахилом від 25° до 35°.

Четверта категорія складності будівництва (найбільш складна) — траса магістрального трубопроводу, що проходить по різко пересіченій місцевості із влаштуванням поличок й виїмок із повздовжніми нахилами проходження траси від 35° й вище та із розробкою поличок на косогорах з поперечним нахилом 35° та вище.

Всі категорії складності повинні визначатися довжиною ділянки, як в повздовжньому так і в поперечному напрямках, характером рельєфу, під'їзних доріг для доставки матеріалів, механізмів й устаткування та інше крім того трубопроводи в повинні прокладатися строго до проекту.

На скельних ділянках розробка гірських порід повинна починатися із попереднім розпушуванням їх в основному буро вибуховими або механічними способами. При виконанні земляних робіт основну увагу необхідно приділяти на відповідність полички траншеї (на поперечних схилах) проектним розмірам, рівність дна й відсутність великих горбистих виступів скельних порід, каменів або інших твердих включень.

В гірських умовах необхідно строго узгоджувати темпи виконання окремих видів робіт з будівництва трубопроводів. Найбільш ефективною формою організації робіт при цьому є створення комплексних бригад в складі будівельних, монтажних та транспортних ланок.

Труби, що надходять для будівництва гірських ділянок, можуть транспортуватися безпосередньо на трасу або на трубозварювальні бази (ТЗБ), де їх зварюють в довгомірні секції, а пізніше транспортують на трасу. На зварювальних базах для зручності транспортування в гірській місцевості рекомендують зварювати в довгомірні секції довжиною 24 м. Труби на ТЗБ зварюють в секції для ділянок траси крутизною до 20. На ділянках траси крутизною більше 20, а також із меншою крутизною але з великим числом поворотів рекомендується використовувати односекційні труби.

Робота будівельної техніки на повздовжніх схилах від 15 та більше без надійного заякореня не допускається. При цьому для конкретного випадку необхідно визначити коефіцієнт запасу опору зсуву бульдозера, що якорить і він повинен бути

, (1.1)

де К_зс – коефіцієнт запасу зсуву бульдозера , що заякорений;

R – сила опору зсуву бульдозера, що якориться;

Р_у – зусилля яке необхідне для утримування певного виду будівельної техніки.

Робота будівельних механізмів при поперечних схилах 7 і більше не допускається в зв’язку з загрозою їхнього перекидування. На таких схилах повинні влаштовуватися полички, котрі в поперечному профілі повинні виконуватися в вигляді напіввиїмки-напівнасипу шириною не менше 9 м, а траншею в материковому ґрунті на відстані не менше 3 м від підошви відкосу напіввиїмки, що необхідно для влаштування нагірної канави й укладання ґрунту для зворотної засипки траншеї.

Зварювально-монтажні та ізоляційно-укладальні роботи в залежності від крутизни схилу повинні здійснюватися згідно таких схем: при крутизні схилу до (10-12) зварювально-монтажні – згідно поточно роздільної схеми, а ізоляційно-укладальні роботи – суміщеним методом; при крутизні схилу (12-25), а також на ділянках із великим числом поворотів в горизонтальній та вертикальній площинах зварювально-монтажні роботи здійснюють таким чином, що притискування наступної секції або труби (що монтується) допускається тільки після закінчення заварювання двох шарів стику; на схилах більше 25 монтаж труб в неперервну нитку проводять одним із способів “зверху-вниз” або “знизу-нагору” при цьому труби використовують з заводською ізоляцією або попередньо ізолюють на базі.

При роботі механізованої ізоляційно-укладальної колони на підйомах (15-20) всі трубоукладачі повинні бути з’єднані між собою канатами, а в голові колони повинен розміщуватися допоміжний тягач або бульдозер, котрий за допомогою буксиру, при необхідності, надає допомогу колоні. При роботі колони на спуск рухомий якір-бульдозер відповідно розміщують в хвості колони. А при крутизні схилу більше 22 в якості рухомого якоря і буксиру необхідно використовувати не менше двох бульдозерів.

Незалежно від діаметру трубопроводу на схилах більше 30 в складі механізованої колони необхідно використовувати не менше чотирьох трубоукладачів.

При роботі на схилах очисна та ізоляційна машини повинні бути обладнані спеціальним приспосібленням – “хоботом”, який з’єднується з тролейною підвіскою ближчого (в колоні) трубоукладача, а також обладнані підтримуючим приспосібленням (механізмом).