Строительство линейной части газопровода-отвода Новополоцк-Россоны

2.8 Строительство переходов через естественные и искусственные препятствия

газопровод отвод строительство транспортировка

Общие положения

Подводные переходы трубопроводов через водные преграды следует проектировать на основании, данных гидрологических, инженерно-геологических и топографических изысканий. С учетом условий эксплуатации в районе строительства ранее построенных подводных переходов, существующих и проектируемых гидрологических сооружений, влияющих на режим водной преграды в месте перехода, перспективных дноуглубительных и выправительных работ в заданном районе пересечения трубопроводом водной преграды и требований по охране рыбных ресурсов.

Границами подводного перехода трубопровода, определяющими длину перехода, являются:

для многониточных переходов - участок, ограниченный запорной арматурой, установленной на берегах;

для однониточных переходов - участок, ограниченный горизонтом высоких вод (ГВВ) не ниже отметок 10%ной обеспеченности.

Створы переходов через реки надлежит выбирать на прямолинейных устойчивых плессовых участках с пологими неразмываемыми берегами русла при минимальной ширине заливаемой поймы. Створ подводного перехода следует, как правило, предусматривать перпендикулярным динамической оси потока, избегая участков, сложенных скальными грунтами. Устройство переходов на перекатах, как правило, не допускается.

При выборе створа перехода трубопровода следует руководствоваться методом оптимального проектирования с учетом гидрологоморфологических характеристик каждого водоема и его изменений в течение срока эксплуатации подводного перехода. При определении оптимального положения створа и профиля перехода расчет следует производить по критерию приведенных затрат с учетом требований, предъявляемых к прочности и устойчивости трубопровода и охране природы.

Прокладка подводных переходов должна предусматриваться с заглублением в дно пересекаемых водных преград. Величина заглубления устанавливается с учетом возможных деформаций русла и перспективных дноуглубительных работ.

Проектная отметка верха забалластированного трубопровода при проектировании подводных переходов должна назначаться на 0,5 м ниже прогнозируемого предельного профиля размыва русла реки, определяемого на основании инженерных изысканий, с учетом возможных деформаций русла в течении 25 лет после окончания строительства перехода, но не менее 1 м от естественных отметок дна водоема.

При глубине подводных переходов, для которой отсутствуют основные технические средства разработки траншей, и невозможности переноса створа перехода, что должно быть обосновано проектом, допускается, по согласованию с соответствующими бассейновыми управлениями, уменьшать глубину заложения трубопроводов и укладывать их непосредственно по дну. При этом должны предусматриваться дополнительные мероприятия, обеспечивающие их надежность при эксплуатации.

При пересечении водных преград расстояние между параллельными подводными трубопроводами следует назначать исходя из инженерно-геологических и гидрологических условий, а также из условий производства работ по устройству подводных траншей, возможности укладки в них трубопроводов и сохранности трубопровода при аварии на параллельно проложенном. Минимальные расстояния между осями газопроводов, заглубляемых в дно водоема с зеркалом воды в межень шириной свыше 25 м, должны быть не менее 30 м для газопроводов диаметром до 1000 мм включительно и 50 м для газопроводов диаметром свыше 1000 мм.

Минимальные расстояния между параллельными трубопроводами, прокладываемыми на пойменных участках подводного перехода, следует принимать таким же, как для линейной части трубопровода.

Запорную арматуру, устанавливаемую на подводных переходах трубопроводов, следует размещать на обоих берегах на отметках не ниже отметок ГВВ 10% обеспеченности и выше отметок ледохода.

Проектом должны предусматриваться решения по укреплению берегов в местах прокладки подводного перехода и по предотвращению стока воды вдоль трубопровода (устройство нагорных канав, глиняных перемычек, струенаправляющих дамб и т.д.).

С развитием технологии и способов сооружения переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия в проекте производится расчет альтернативного способа прокладки методом горизонтально-направленного бурения.

Этот способ позволяет повысить надежность перехода и дает возможность ремонта трубопровода с минимумом земляных работ, так как трубопровод проокладывается в защитном кожухе.

Расчёт перехода через реку Западная Двина (прокладка в траншее)

Расчёт величины пригрузки

Расчет проводим согласно [17].

Необходимая величина пригруза находится по формуле:

БП_б(К_нq_в+Б_г+Б_в+Б_изг - q_тр - q_доп) (2.25).

где П_б=1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;

К_н =1,1- коэффициент надежности против всплытия;

q_в - расчетная выталкивающая сила воды;

Б_г, Б_в - расчетная интенсивная нагрузка от горизонтальной и вертикальной составляющей потока;

Б_изг - расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода;

q_тр - нагрузка от трубопровода;

q_доп - расчетная нагрузка от вида продукта.

(2.26).

где: _в=10,5кН - удельный вес воды;

D_осн - оснащенный диаметр,

Так как пригрузку труборовода осуществляем сплошным бетонированием,то

D_осн=D_н+2_из

где:

D_н - наружный диаметр трубопровода;

_из = 0,6см - толщина изоляции;

D_осн=0,219+20,006=0,231м,

. (2.27)

(2.28)

(2.29)

где С_х, С_y - коэффициент лобового сопротивления подъемной силы при обтекании трубы, зависит от Рейнольдса:

Re<10⁵ - C_x=1,2;

Re>10⁵ - C_x=1;

С_y=0,55.

(2.30)

где V =2м/с - скорость набегающего потока;

- вязкость воды.

, т.е. С_х=1

(2.31)

где Е =2·10⁵- модуль упругости, МПа;

I - момент инерции, см⁴;

- угол поворота, рад;

R=1000D_н - радиус изгиба, м.

(2.32)

где D_н, D_в - соответственно наружный и внутренний диаметры трубопровода.

Расчетная нагрузка от веса трубопровода:

= q_ст+ q_из (2.33)

где:

q_из - вес единицы длины изоляции;

q_ст - вес единицы длины трубопровода

(2.34)

где _ст= 78кН/м - удельный вес стали.

.

(2.35)

где _ст= 3кН/м - удельный вес изоляции.

q_доп = 10^-2·Р·D² (2.36)

где: Р- внутреннее давление МПа,

D²- внутренний диаметр трубопровода см;

Б1,1(1,1440+1099,88+271,97+94,8 - 274,78 - 15,73)=1826,154 Н /м

Определим толщину бетонирования

(2.37)

газопровод отвод строительство транспортировка

где:

г_б = 22,56кН/м³- удельный вес бетона

D_из -диаметр изолированного трубопровода

D_из =D_н+2_из=0,219+20,006=0,231м,

Вес еденицы длины забалластированного трубопровода:

q_б = + q_бет (2.38)

q_б = 274,78+ 0,785·(0,281²-0,231²)·22560=728,156Н/м

Расчёт объёмов земляных работ

Расчёт проводим согласно [15].

Определим площадь траншеи по формуле:

(2.39)

где b - ширина траншеи по дну, м;

h - глубина траншеи, м;

m - крутизна откосов, для песка m=0,5 в русловой части, m=0,67 - в береговой.

Ширина траншеи по дну русловой части перехода определяется согласно [13]:

b=D_б+b_k+b_в+b_з+b_p+b_т (2.40)

где D_б - наружный диаметр забалластированного трубопровода;

b_к =0,5м- зазор между трубопроводом и кабелем связи;

b_в=0,7м - расстояние от боковой поверхности трубопровода до подошвы откоса;

b_р=0,5м - запас на допускаемое отклонение по ширине траншеи в процессе ее разработки;

b_т = 0,8м- запас на заносимость траншеи.

b_з - запас на отклонение продольной оси трубопровода в процессе укладки от проектной оси траншеи.

Глубина траншеи на береговых и русловых участках, принимается с учетом профиля дна водоема. Минимальное заглубление до верха забалластированного трубопровода должно быть не менее 0,5м от прогнозируемого предельного профиля размыва русла реки с учетом возможных деформаций дна в течении 25 лет, но не менее 1м от естественных отметок дна водоема.

Ширина траншеи по дну на береговых участках:

, (2.41)

где D_б - диаметр забалластированного трубопровода

Ширина траншеи по дну в русловой части:

Средняя глубина заложения трубопровода в русловой части - 2,25 м, на береговой - 2,5 м (см. профиль).

Для русловой части:

Для береговой части:

Общий объём земляных работ:

, (2.42)

где V_бер - объём земляных работ в береговой части перехода,

V_русл - объём земляных работ в русловой части перехода.

, (2.43)

, (2.44)

где l_бер, l_русл - соответственно длины берегового и руслового участков

,

В нашем случае ширина зеркала воды в период протаскивания составляет около 160 м, поэтому использовать для разработки подводной траншеи используем плавучие краны.

Расчёт тягового усилия при протаскивании трубопровода

При укладке подводных трубопроводов наибольшее распространение получил способ протаскивания трубопровода по дну с помощью заранее уложенного троса. При этом необходимо определить тяговое усилие для всех возможных случаев, подобрать тяговые средства и определить допустимую скорость движения трубопровода при протаскивании с самозаливом.

Усилие протаскивания при трогании трубопровода с места:

(2.45)

где q_б - вес единицы забалластированного трубопровода;

- угол внутреннего трения грунта, для песка =25;

с - восстанавливающаяся часть сцепления грунта с, с=22 кПа;

а - длина части окружности трубы, врезающейся в грунт, а=0,0422;

L - длина перехода;

Е_пас - пассивный отпор грунта, врезающегося в него утяжеляющим грузом.При сплошном бетонировании Е_пас=0.

При установившемся движении трубопровода с остановками:

(2.47)

где q_б, L, - то же, что в формуле (2.45).

Подбираем тяговое средство:

(2.48)

где m_о - коэффициент условия работы тяговых средств;

для тягачей m_о =1,1

Т_о^max - наибольшее значение из Т_о и Т_у.

Необходимое тяговое усилие обеспечит трубоукладчик Т35-60, развивающий тяговое усилие 223,7 кН.

Расчёт скорости протаскивания

Произведем расчет тягового троса по формуле:

(2.49)

где n=1,3 - коэффициент перегрузки, при протаскивании по грунту;

m=1,1 - коэффициент условия работы;

к - коэффициент однородности троса:

для новых тросов к=1;

t - коэффициент тросового соединения (трос продет в отверстие планки t=0,35)

Выбираем трос диаметром 39,5 мм с временным сопротивлением проволок разрыву 160 кг/см².

Скорость протаскивания трубопровода определяется из условия предотвращения всплытия протащенной части трубопровода. При этом уровень воды в трубопроводе не должен опускаться ниже зеркала воды в водоеме более, чем на 1м =h_о. Из этого условия секундный расход воды, поступающей в трубопровод через заливное отверстие определяется:

(2.50)

где =0,62 - коэффициент расхода для круглого сечения с острыми кромками.

(2.51)

где d - диаметр отверстия.

Расход воды в самом трубопроводе с внутренним диаметром D:

(2.52)

где V - скорость протаскивания.

Для трубопровода с внутренним диаметром 209 мм выбираем диаметр заливного отверстия 80 мм.

(2.53)

 (2.54)

Расчёт перехода через р. Западная Двина (методом ГНБ)

Общие положения

Технология прокладки трубопровода методом горизонтально - направленного бурения позволяет проложить газопровод под рекой в защитном кожухе,что повышает его надежность и делает ремонтоспособным при минимуме земляных работ.

Прокладка осуществляется в несколько этапов:

-- бурение пилотной скважины

-- предрасширение сважины до диаметра 360мм

-- предрасширение скважины до диаметра 690мм с одновременным протаскиванием кожуха ш426Ч7мм

-- протаскивание сваренного газопровода через кожух

Расчёт кожуха

Расчет кожуха производим с учетом того, что на него действует гидростатическое давление столба воды и вес обводненного грунта.

Расчетная вертикальная нагрузка на футляр:

, (2.6)

где: n_ГР =1,2 - коэффициент надежности по нагрузке (стр. 223 [25]);

_ГР = 22 кН/м³-объемный вес грунта в естественном состоянии;

_в = 10,5 кН/м³-объемный вес воды;

h_гр - максимальная высота грунта от кожуха до дна реки;

h_в - максимальная глубина реки;

Расчетная величина бокового давления грунта:

, (2.9)

где: ц_гр =20? - угол внутреннего трения грунта(суглинок)

Определим поперечное усилие и изгибающий момент,действующие на кожух:

(2.9)

(2.13)

где: С_ПЛ = 0,25- коэффициент учитывающий всестороннее сжатие кожуха;

Определим толщину стенки кожуха:

(2.14)

, (2.14)

где: нормативное сопротивление растяжению металла трубы;

К₂ - коэффициент безопасности по материалу, равный 1,15(табл. 10 [2]);

m =0,75 коэффициент условий работы;

К_Н =1- коэффициент надежности (табл. 11 [2]);

;

Рассчитанную толщину стенки кожуха сравним по таблице с минимально допустимой.

Принимаю толщину стенки защитного кожуха _К = 7 мм

Расчёт тягового усилия и выбор бурильной установки

Расчет тягового усилия основан на определении массы протаскиваемой трубы и массы буровых штанг с учетом коэффициента трения. За расчетную массу протаскиваемой трубы принимаем массу кожуха.

Тяговое усилие равно:

(2.14)

где: К_З =1,2 - коэффициент запаса;

= 0,5- коэффициент трения грунта;

= 72,33 кг/м -- удельная масса погонного метра трубы;

- 24,13 кг/м-- удельная масса погонного метра штанг;

Выбираем установку ГНБ «Vermeer Navigator» D80Ч100 c тяговым усилием 40тонн.

Переходы через болота

На болотах и заболоченных участках должна предусматриваться подземная прокладка трубопроводов. Как исключение, при соответствующем обосновании допускается укладка трубопроводов по поверхности болота в теле насыпи (наземная прокладка) или на опорах (надземная прокладка). При этом должна быть обеспечена прочность трубопровода. Общая устойчивость его в продольном направлении и против всплытия, а также защита от теплового воздействия в случае разрыва одной из ниток.

При соответствующем обосновании при подземной прокладке трубопроводов через болота II и III типов длиной свыше 500 м допускается предусматривать прокладку резервной нитки.

Прокладку трубопроводов на болотах следует предусматривать, как правило, прямолинейно с минимальным числом поворотов. В местах поворота следует применять упругий изгиб трубопроводов. Надземную прокладку на болотах следует предусматривать в соответствии с требованиями.

Укладку трубопроводов при переходе через болота в зависимости от мощности торфяного слоя и водного режима следует предусматривать непосредственно в торфяном слое или на минеральном основании.

Допускается прокладка трубопроводов в насыпях с равномерной передачей нагрузки на поверхность торфа путем устройства выстилки из мелколесья. Выстилка должна покрываться слоем местного или привозного грунта толщиной не менее 25 см, по которому укладывается трубопровод.

Размеры насыпи при укладке в ней трубопровода диаметром свыше 700 мм с расчетным перепадом положительных температур на данном участке следует определять расчетом, учитывающим воздействие внутреннего давления и продольных сжимающих усилий, вызванных изменением температуры металла труб в процессе эксплуатации.

Наименьшие размеры насыпи должны приниматься:

толщина слоя грунта над трубопроводом не менее 0,8 м с учетом уплотнения грунта в результате осадки;

ширина насыпи по верху равной 1,5 диаметра трубопровода, но не менее 1,5 м;

откосы насыпи в зависимости от свойств грунта, но не менее 1:1,25;

В случае использования для устройства насыпи торфа со степенью разложения органического вещества менее 30% необходимо предусматривать защитную минеральную обсыпку поверх торфа толщиной 20 см.

Насыпь из торфа и минерального грунта для защиты от размыва и выветривания должна быть укреплена. Материалы и способы укрепления насыпи устанавливаются проектом.

При проектировании насыпи должно быть предусмотрено устройство водопропускных сооружений: лотков, открытых канав или труб. Дно водопропускных сооружений и прилегающие откосы должны быть укреплены.

Количество и размеры водопропускных сооружений определяются расчетом с учетом рельефа местности, площади водосбора и интенсивности стока поверхностных вод.

Участки трубопроводов, прокладываемые в подводной траншее через болота или заливаемые поймы, а также в обводненных районах, должны быть рассчитаны против всплытия (на устойчивость положения). Для обеспечения устойчивости положения следует предусматривать специальные конструкции и устройства для балластировки (утяжеляющие покрытия, балластирующие устройства с использованием грунта, анкера и др.).

При закреплении трубопровода анкерными устройствами лопасть анкера не должна находиться в слое торфа, заторфованного грунта или леса, пылеватого песка или других подобных грунтов, не обеспечивающих надежное закрепление анкера, а также в слое грунта, структура которого может быть подвержена разрушению связности в результате оттаивания, размывов, выветривания, подработки или других причин.

Переход через железную дорогу

Общие положения

Переходы трубопроводов через железные следует предусматривать в местах прохождения дорог по насыпям либо в местах с нулевыми отметками и в исключительных случаях при соответствующем обосновании в выемках дорог. В соответствии со СНиП 2.05.06-85 участки трубопровода под железной дорогой относятся к I-й категории трубопроводов, располагаются в металлическом футляре (кожухе), внутренний диаметр которого должен быть больше диаметра основной трубы не менее, чем на 200 мм. Основную трубу и кожух покрывают антикоррозийной изоляцией.

На переходах газопровода концы кожухов уплотняют таким образом, чтобы была обеспечена герметичность пространства между газопроводом и кожухом. Однако уплотнение должно обеспечивать возможное продольное перемещение внутри трубы по отношению к кожуху. Эта цель достигается применением различного рода сальников.

Для того, чтобы в межтрубном пространстве не поднималось давление в случае утечки газа, на одном из концов кожуха вваривают в стенку кожуха трубу, которая выводится над поверхностью земли на высоту не менее 5 м. Для свечи используются трубы диаметром 89 мм при диаметре основного трубопровода 219 мм.

Угол пересечения трубопровода с железными дорогами должен быть, как правило, 90 (но не менее 60). Прокладка трубопровода через тело насыпи не допускается.

Концы футляра должны выводиться на расстояние:

от осей крайних путей - 25 м, но не менее 5 м от подошвы откоса насыпи и 3 м от бровки откоса выемки;

от крайнего водоотводного сооружения земляного полотна (кювета, нагорной канавы, резерва) - 3 м;

Прокладка кабеля связи трубопровода на участках его перехода через железные должна производиться в защитном футляре или отдельно в трубах.

Заглубление участков трубопроводов, прокладываемых под железными дорогами общей сети, должно быть не менее 2 м от подошвы рельса до верхней образующей защитного футляра, а в выемках и на нулевых отметках, кроме того, не менее 0,5 м от дна кювета, лотка или дренажа.

Пересечение трубопроводов с рельсовыми путями электрифицированного транспорта под стрелками и крестовинами, а также в местах присоединения к рельсам отсасывающих кабелей не допускается.

Основным способом сооружения подземных переходов является бестраншейный, т.к. при прокладке как кожуха, так и трубопровода не устраивают открытой траншеи.

Технологическая схема выполнения работ включает следующие основные операции:

подготовительные работы;

прокладку кожуха под полотном дороги;

прокладку трубопровода внутри кожуха;

Основной объём подготовительных земляных работ составляет устройство рабочего и приёмного котлованов, котлованы отрываются на глубину несколько ниже той, на которой должен укладываться кожух. Рабочий котлован имеет размеры, позволяющие установить в нём все необходимые машины и механизмы и выполнить работы, связанные с укладкой кожуха. Размеры приямка должны быть такими, чтобы в нём можно было выполнить необходимые монтажные работы по присоединению дополнительных труб перехода или по устройству герметизирующего соединения кожуха с трубой.

Грунт из трубы удаляется механическими приспособлениями (для железнодорожных переходов гидроразмыв не применяется).

Расчет кожуха

Исходные данные

Почвы: грунт, песок мелкий,супесь тяжелая, cуглинок тугопластичный.

Средняя величина угла внутреннего трения грунта _гр=34;

Удельный вес грунта: =1720 кгс/м³

Ширина пролёта естественного свода обрушения

 (2.57)

Где Д_к - наружный диаметр кожуха, для трубы Д=219 мм Дк=426мм.

Высота свода обрушения:

(2.56)

где fкр - коэффициент крепости породы для грунта: fк= 0,5 - для песка.

Расчетная вертикальная нагрузка от действия грунта:

(2.55)

где n_гр = 1,2 - коэффициент перегрузки;

Расчетная величина бокового давления грунта:

(2.4)

Нагрузка от подвижного состава:

 (2.5)

где: n_ПС =1,2- коэффициент перегрузки;

А - коэффициент, зависящий от глубины заложения в грунт защитного кожуха, А = 0,4 при глубине заложения 2 м;

q - вес подвижного транспорта на 1 м², q = 7680 кгс/м².

кгс/м².

Толщина стенки защитного кожуха:

; (2.6)

где: N - расчетное поперечное сжимающее усилие в наиболее напряженном сечении;

М - расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении;

R₂ - расчетное сопротивление.

(2.7)

где: r_К - радиус кожуха.

кгс/м.

(2.8)

где: С_ПЛ - коэффициент учитывающий всестороннее сжатие кожуха, С_ПЛ = 0,25.

кгс/м.

; (2.9)

где - нормативное сопротивление растяжению металла трубы, G_Т = 24 кгс/мм²;

К₂ - коэффициент безопасности по материалу, равный 1,15[табл. 10 (2)];

m - коэффициент условий работы, равный 0,75;

К_Н - коэффициент надежности, равный 1 [табл. 11 (2)].

кгс/мм^2.

Рассчитанную толщину стенки кожуха сравним по таблице с минимально допустимой.

Принимаем _К = 5 мм

Расчет мощности установки горизонтального бурения

Расчет мощности двигателя установки горизонтального бурения производится по формуле:

(2.64)

где: N_г - мощность на бурение грунта (на работу режущей головки);

N_ш - мощность на работу шнекового транспортера (удаление грунта из кожуха);

N_к- мощность на продвижение кожуха в пробуриваемой скважине.

(2.65)

где: R_с - радиус скважины;

V - механическая скорость бурения, (м/с);

К - коэффициент удельного сопротивления резанию,(Н/м²); вида грунта, К=9,810⁶ Н/м².

Мощность, необходимая для работы шнекового транспортера:

(2,66)

где: n = 1,05 - частота вращения шнека, рад/с;

М_кр =15000Н/м - крутящий момент;

кВт

Мощность, расходуемая на продвижение кожуха в скважине:

(2.67)

где: К_f = 2,5 - приведенный общий коэффициент сопротивления трения кожуха о грунт;

L_с - длина скважины;

q - вес 1 м кожуха;

(2.68)

где q_к - собственный вес кожуха, Н/м;

(2.69)

где D_к, D_{к вн} - наружный и внутренний диаметры кожуха соответственно.

q_гр - вес одного метра грунта, Н/м:

(2.70)

где: R_k - радиус кожуха;

_гр - удельный вес грунта.

q_ш - вес одного метра шнека, q_ш= 1000 Н/м;

Выясним, выполняется ли условие: N_г >N_ш >N_l

21801890343- условие выполняется.

Мощность двигателя:

Размещено на Allbest.ru