Крутизна откосов подводных траншей

Производство работ при пересечении трубопроводами рек и каналов

Трассы трубопроводов различного назначения часто на своем пути пересекают ручьи, реки, озера и другие водные препятствия. Сооружение переходов через водоемы является сложной и ответственной работой, требующей применения пла­вучих средств, специальных механизмов и оборудования, а так­же проведения водолазных работ.

Проложенный под водой трубопровод должен быть исклю­чительно прочен и надежен в работе, так как он малодоступен для осмотра и ремонта.

По данным отечественной и зарубежной практики, протяже­ние подводных переходов составляет в среднем 4,5% протяже­ния всех сооружаемых трубопроводов, причем стоимость их пре­вышает стоимость устройства трубопроводов того же диаметра в обычных условиях в 4—5 раза.

Способы производства работ по устройству подводного пере­хода в виде дюкера зависят от диаметра и конструкции трубо­провода, характеристики водоема (глубины, скорости течения, рельефа и геологического строения дна) и условий производства работ (времени года, наличия судоходства). Объемы, очеред­ность и сроки выполнения работ могут быть весьма разнообраз­ны и устанавливаются, для каждого конкретного случая при проектировании подводного перехода.

В русле реки трубопровод укладывают в траншею на глуби­ну не менее 0,5 м от уровня возможного размыва дна водоема (до верха трубы); на судоходных реках глубину заложения до верха трубы принимают 1—1,5 м и более, в целях предотвра­щения повреждения труб якорями судов. В особых случаях до­пускается прокладка подводных трубопроводов по дну водоема.

Ширину подводных траншей понизу В определяют по фор­муле

d — наружный диаметр футерованной трубы;

α —число труб, укладываемых в одну траншею; a и b— соответственно расстояния между трубами в свету и между трубой и подошвой откоса.

Крутизну откосов траншеи принимают по СНиП Ш-Д.10-62 в зависимости от вида разрабатываемого грунта. При гидромо­ниторной разработке во всех случаях крутизну откосов прини­мают не менее 1:2,5. Назначенную глубину и определенную по формуле (11.16) ширину траншеи корректируют в зависимости от способа ее разработки и степени заносимости.

Разработка подводных траншей

Способы разработки траншей под водой зависят от релье­фа и геологического строения дна водоема, его гидрологии, сроков и объемов работ. Правильный выбор способа разработ­ки и средств механизации является важнейшим условием для выполнения работ в кратчайшие сроки с наименьшей затратой труда.

При пересечении ручьев, малых рек и каналов небольшой глубины траншею разрабатывают экскаватором, предваритель­но оградив место производства работ перемычками и временно отведя поток воды в новое русло. Отгороженную часть осушают путем откачки воды и последующего водоотлива на протяжении всего срока строительства перехода. В этом случае все работы по сооружению трубопровода производят как в обычных усло­виях.

Наиболее простым механическим устройством для разработ­ки подводных траншей является канатно-скреперная установка. Скреперными установками можно разрабатывать все виды грунта, включая и разрыхленную скалу, на реках шириной до 200 м со скоростью течения воды до 2,5 м/сек. Ширина траншеи, отрываемой скреперной установкой, определяется размерами ковша и колеблется в пределах от Г до 2,5 м . Скорость рабо­чего хода ковша под водой должна быть 0,6—0,7 м/сек. Ско­рость холостого хода принимается в 1,5—2 раза больше. Для перемещения скреперного ковша применяют обыкновенную гру­зовую двухбарабанную зубчато-фрикционную лебедку, приводи­мую в движение электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. Можно применять также тракторную лебедку мощ­ностью 4,5 т, смонтированную непосредственно на тракторе С-100 и представляющую собой очень мощный, компактный и удобный в эксплуатации агрегат.

Для отрывки траншей на больших судоходных реках можно применять одно- и многочерпаковые земснаряды. Однако при­менение их ограничивается из-за небольшой глубины опускания рамы. Кроме того, земснарядами нерационально вести разра­ботку подводных траншей в прибрежной полосе с отмелями, где для продвижения самого снаряда приходится дополнительно разрабатывать широкие прорези. Большая производительность отечественных многочерпаковых земснарядов позволяет разра­батывать ими подводные траншеи в очень короткие сроки. Одночерпаковые снаряды с ковшом емкостью от 1,5 до 5 м 3 приспо­соблены для разработки тяжелых и каменистых грунтов.

Для разработки траншей на судоходных реках методом отсасывания грунта применяют гидроэлеваторы, пневматические грунтососы и землесосные снаряды.

Гидроэлеваторы (водоструйные эжекторы) применяют при любой глубине водоема для разработки илистых, песчаных и супесчаных грунтов. Высота подъема пульпы над уровнем воды составляет 4—6 м, что позволяет рефулировать грунт на боль­шие расстояния и подавать его на невысокий берег. Гидроэле­ваторы вертикального типа с давлением подаваемой воды 5—7 ат при, диаметре пульповода 100 мм могут отсасывать до 150 м 3 пульпы в 1 ч при среднем содержании грунта в ней 10%.

Пневматические грунтососы применяют для разработки илистых, песчаных, супесчаных, глинистых и гравелистых грун­тов при глубине воды в реке более 5 м . Подъем пульпы над уровнем воды 1—1,5 м, поэтому разрабатываемый грунт выбра­сывают в воду ниже по течению реки. Применение пневматиче­ских грунтососов рационально лишь при малых объемах работ и при подчистке дна траншей.

Землесосные снаряды представляют собой установленные на понтонах специальные центробежные насосы, приспособленные для перекачки воды с грунтом. Грунт с водой всасывается на­сосом через сосун, опускаемый в разрабатываемую траншею, и по напорному трубопроводу подается к месту отвала. Производительность землесосов по грунту составляет от 25 до 400 м 3 /ч и выше. Землесосы большой производительности обо­рудованы рыхлителями и могут разрабатывать плотные грунты. Высота всасывания малых землесосных снарядов 3,5—4 м, а мощных 10 м . Применение землесосов экономически целесооб­разно при больших объемах земляных работ.

Разработка подводной траншеи может осуществляться ме­тодом размыва грунта с помощью гидромониторной установки. Струей воды, создаваемой центробежным насосом, установлен­ным на понтоне или на барже, размываются все виды грунта до слабой разборной скалы включительно. При малом расходе воды (до 100 м 3 /ч) и напоре до 6 ат размыв грунта гидромони­тором производит водолаз. Глубина траншеи при этом не пре­вышает 0,75—1 м. При необходимости размыва траншеи на большую глубину грунт разрабатывают послойно. Такие уста­новки применяют на небольших переходах. На больших пере­ходах используют мощные гидромониторы УПГМ-360. Работа гидромониторов более эффективна при большой скорости тече­ния воды в реке, способствующей интенсивному выносу размы­того грунта.

В ряде случаев траншею для трубопровода в песчаном дне реки можно разрабатывать, используя живую силу речного по­тока. Для этого поперек реки устанавливают деревянные щиты, закрепляя их па сваях. Между низом щита и дном реки остав­ляют зазор 30—40 см. Вода, проходя под щитами с большой скоростью, размывает грунт, образуя траншею. По мере раз­мыва грунта щиты опускают ниже.

При скальных грунтах для устройства траншей в русле реки применяют взрывной способ работ.

Укладка трубопроводов под водой

При проектировании подводного перехода выбирают наи­более целесообразный для данных условий способ укладки под­водного трубопровода, а также наиболее выгодное время про­изводства работ.

Выбор способа укладки ©о многом зависит от гибкости трубопровода, т. е. возможности изгибания его во время произ­водства работ без понижения прочности. Достаточной гиб­костью обладают стальные трубопроводы диаметром до 400 мм со сварными стыками. При большем диаметре трубопровода жесткость его повышается. В этом случае его укладка может быть осуществлена способом протаскивания по дну траншеи, способом свободного погружения, с постепенным наращиванием секций или звеньев над водой и способом свободного погру­жения с заливом водой.

Укладка трубопроводов способом протаскивания по дну це­лесообразна лишь для труб диаметром до 700 мм , так как при «больших диаметрах требуются значительные средства по пригрузке или устройству разгружающих понтонов. Этот способ применяют при наличии плавного рельефа дна подводной тран­шеи и береговой полосы, на которой располагается строитель­ная площадка. Укладку начинают с устройства на берегу в створе перехода узкоколейного пути и рядом с ним стапеля. Рельсовый путь должен иметь длину, равную длине трубопро­вода, и уклон в сторону водоема, равный 0,001—0,005. Смонти­рованный на стапеле трубопровод перекладывают на тележки рельсового пути, расстояние между которыми / в»ж определяют по формуле

где σ — допускаемое напряжение на изгиб, для стальных труб равное 1000 кгс/см 2 ; W — момент сопротивления сечения трубы в см 3 , равный

₃₂£)—— (здесь D — наружный диаметр трубы; а — ее

k — коэффициент максимального опорного момента много­пролетной неразрезной балки, принимаемый равным в зависимости от числа опор от 0,1 до 0,125;

q — вес 1 м трубопровода с изоляцией в воздухе в кг.

При длине плети до 200 м узкоколейный путь может быть заменен роликовым стендом или желобом. Чтобы предохранить трубопровод от засорения и облегчить его протаскивание, кон­цы плети закрывают заглушками. На конец, обращенный к во­доему, наваривают специальную конусообразную заглушку, являющуюся одновременно оголовком, за который крепят тя­говый трос. Тяговый трос укладывают по оси прокладки на дне вырытой подводной траншеи и закрепляют на барабане тя­говой лебедки или на тракторе, находящихся на противополож­ном берегу, или же на буксире (катере). Скорость движения плети трубопровода по спусковой дорожке и по дну траншеи от 5 до 10 м/мин. Протаскиваемый трубопровод должен иметь запас отрицательной плавучести:

где q’ — расчетный вес воды, вытесненной 1 м трубопровода, или выталкивающая сила воды на 1 м трубопровода в кг;

Р — расчетный вес 1 м трубы с изоляцией и футеровкой в воздухе в кг.

Трубопроводы диаметром больше 250 мм имеют положи­тельную плавучесть и требуют дополнительной балластировки грузами.

При строительстве подводных переходов через озера, зали­вы и другие водоемы большой протяженности все чаще приме­няют способ укладки трубопроводов свободным погружением с постепенным наращиванием секций над водой. Заготовленные на берегу секции трубопровода длиной 24, 36, 48 м и более гру­зят на баржу-трубоукладчик и доставляют к плавучей базе, где сваривают ранее опущенную и вновь доставленную секции, контролируя качество сварки и изоляции стыка. Максимальная глубина укладки этим способом определяется напряжениями, воз­никающими в трубопроводе в месте изгиба’ при его опускании. Угол наклона «эстакады укладочной баржи должен соответство­вать углу наклона трубопровода в точке сопряжения с эстака­дой. Конец первой секции, закрытый заглушкой, прикрепляют к мертвяку в береговой траншее. К другому концу первой секции, закрепленному в зажимах укладочной баржи, привари­вают вторую секцию, после чего баржу передвигают по трассе перехода на длину секции и так продолжают до окончания ра­бот. При наличии больших глубин и образовании вследствие этого больших пролетов провисания трубопровода укладывае­мую плеть поддерживают поплавками, которые по мере продви­жения баржи и опускания плети снимают. При положительной плавучести плеть со стороны берега заливают водой. Этот спо­соб в последнее время находит широкое применение за рубежом при укладке трубопроводов в морских условиях.

В отечественной практике строительства подводных переходов применяют также способ свободного погружения трубопро­вода с заливом водой. Этот способ пригоден для прокладки трубопровода при любом рельефе трассы подводного перехода, при большом диапазоне диаметров труб и при различных глу­бинах судоходных рек со скоростью течения воды не более 2 м/сек. При укладке трубопроводов этим способом рекомен­дуется следующая технологическая схема производства работ. На стапеле, расположенном вдоль уреза воды, монтируют плеть. К головному концу плети приваривают вентиль диаметром 100—150 мм для подачи воды и вентиль диаметром 50 мм для выпуска воздуха. На другом конце трубопровода к заглушке приваривают вентиль диаметром 50 мм для выпуска воздуха. Подготовленную к укладке плеть спускают со стапеля на воду и заводят в створ перехода над траншеей с последующей кор­ректировкой. При малых глубинах положение трубопровода за­крепляют путем забивки свай; при больших глубинах — с по­мощью тросовых растяжек, закрепленных на плавучих средст­вах или на якорях, расположенных выше створа перехода. Затем в головной конец трубопровода начинают заливать воду. Под действием веса поступающей воды конец трубопровода изгибается в вертикальной плоскости -и постепенно погружается на дно траншеи. По мере наполнения трубопровода водой уве­личивается прогиб и длина участка, уложенного на дно траншеи. При этом необходимо следить, чтобы в трубопроводе не обра­зовывались «воздушные мешки.