Совершенствование методов производства подготовительных работ при капитальном ремонте газопроводов на слабонесущих грунтах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Химич Виталий Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ ГАЗОПРОВОДОВ НА СЛАБОНЕСУЩИХ ГРУНТАХ

25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2011

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ".

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Короленок Анатолий Михайлович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Колотилов Юрий Васильевич;

кандидат технических наук Вышемирский Евгений Мстиславович.

Ведущая организация: ООО "Научно-производственное объединение Спецнефтегаз-Т".

Защита состоится «___» _________ 2011 г. в 13.30 часов на заседании диссертационного совета Д 511.001.02, созданного при ООО "Газпром ВНИИГАЗ" по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, поселок Развилка.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО "Газпром ВНИИГАЗ".

Автореферат диссертации разослан « ___»_________ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Курганова И.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

строительный монтажный газопровод грунт

Актуальность темы исследования. Значительная часть газопроводов (свыше 60%) функционирует в условиях Западной Сибири, а также заболоченных районах Европейской части России. При этом с увеличением сроков эксплуатации возрастают объемы ремонта, и для их реализации необходима разработка современных методов производства подготовительных работ при капитальном ремонте газопроводов. В связи с необходимостью поддержания эксплуатационной надежности единой системы газоснабжения в ОАО "Газпром" принято решение о комплексном подходе к обеспечению надежности и безопасной эксплуатации линейной части магистральных газопроводов (ЛЧ МГ) с учетом Концепции технического регулирования в ОАО "Газпром", утвержденной приказом ОАО "Газпром" № 302 от 17 сентября 2009 года.

Основным ограничением при ремонте ЛЧ МГ являются фиксированные сроки остановки газопровода, поэтому сокращение сроков ремонта участков ЛЧ МГ с высоким качеством производства работ является основной задачей реализации программ ОАО "Газпром". Анализ ежегодных объемов и темпов капитального ремонта свидетельствует, что одной из актуальных задач по сокращению сроков ремонта является своевременная и качественная подготовка строительного производства.

Подготовка строительного производства, охватывая широкий круг вопросов, зависит от многих факторов: номенклатуры, сложности и объема строительно-монтажных работ (СМР), мощности, уровня специализации и кооперации производственных предприятий и других показателей. Подготовка строительного производства в общем объеме производства СМР при ремонте ЛЧ МГ составляет примерно 14-17% сметной стоимости, 16-19% общей трудоемкости и 14-20% продолжительности производства работ в целом.

Задача увеличения годовых объемов и качества ремонтных работ на слабонесущих грунтах может быть решена за счет совершенствования методов производства работ, включающих методики и алгоритмы, организацию и технологии подготовки строительного производства. Таким образом, совершенствование методов производства подготовительных работ при капитальном ремонте газопроводов в условиях слабонесущих грунтов является актуальной задачей для газовой отрасли.

Цель диссертационной работы - разработка методов производства подготовительных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах, обеспечивающих высокие темпы и качество ремонтных работ.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:

- разработать методы подготовки производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах с учетом анализа показателей возведения технологических проездов и площадок;

- структурировать конструктивные решения строительного производства при сооружении технологических проездов и площадок в подготовительный период капитального ремонта магистральных газопроводов;

- разработать математические модели и методы расчета основных параметров возведения технологических проездов и площадок для капитального ремонта магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах;

- разработать алгоритмическое обеспечение анализа технико-экономических показателей подготовки производства строительно-монтажных работ на слабонесущих грунтах;

- разработать методику экспертного анализа показателей качества производства строительно-монтажных работ при сооружении технологических проездов и площадок с использованием статистических зависимостей и количественных показателей.

Научная новизна.

Выполнено обоснование принципов технологического проектирования подготовки строительного производства в сложных инженерно-геологических условиях, сделана оценка организации и технологии производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов в процессе обустройства технологических проездов и площадок.

На основе структурирования конструктивных решений сооружения технологических проездов и площадок в подготовительный период капитального ремонта магистральных газопроводов создана методология дифференциального планирования производства строительно-монтажных работ с учетом природно-климатических условий, обеспечивающая продление строительного сезона на слабонесущих грунтах.

Разработаны математические модели и алгоритмы поиска параметров напряженно-деформированного состояния основания насыпи технологических проездов и площадок для обоснования проектных решений, связанных с определением конструктивных особенностей строительного производства на слабонесущих грунтах и обеспечением эксплуатационной надежности сооружения.

Впервые научно обоснованы критерии и система восстановления эмпирических зависимостей для прогнозирования количественных показателей качества производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте как отдельных участков линейной части магистральных газопроводов, так и на всем магистральном газопроводе в целом.

Разработана диалоговая система оценки эффективности применения организационно-технологических схем подготовки строительного производства на слабонесущих грунтах в информационной среде с учетом количественного анализа показателей производства работ при возведении технологических проездов и площадок.

Защищаемые положения.

1) Обоснование принципов технологического проектирования подготовки строительного производства в сложных инженерно-геологических условиях при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов в процессе обустройства технологических проездов и площадок.

2) Разработка системы конструктивных решений сооружения технологических проездов и площадок в подготовительный период капитального ремонта магистральных газопроводов на основе методов дифференциального планирования производства строительно-монтажных работ с учетом природно-климатических условий.

3) Модели и алгоритмы оценки напряженно-деформированного состояния основания насыпи технологических проездов и площадок, позволяющие принимать обоснованные проектные решения, направленные на повышение эксплуатационной надежности сооружения и сокращение времени подготовки производства работ капитального ремонта.

4) Выбор критериев и системы эмпирических зависимостей для прогнозирования количественных показателей качества производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте локальных линейных участков и магистрального газопровода в целом.

5) Алгоритмы диалоговой системы оценки эффективности применения организационно-технологических схем подготовки строительного производства на слабонесущих грунтах.

Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке принципов технологического проектирования подготовки строительного производства в сложных инженерно-геологических условиях при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов в процессе обустройства технологических проездов и площадок. Совокупность полученных результатов обеспечивает высокие темпы и качество выполнения ремонтных работ, что дает возможность вводить в эксплуатацию отремонтированные участки магистральных газопроводов ранее установленного срока

Разработанная методика проектирования организационно-технологических схем производства работ при ремонте магистральных газопроводов была внедрена производственным предприятием ООО "Севертрансэкскавация", что позволило осуществить эффективное распределение материально-технических ресурсов, а следовательно затрат на капитальный ремонт ЛЧ МГ.

Впервые разработаные практические рекомендации по конструктивным решениям сооружения технологических проездов и площадок в подготовительный период капитального ремонта магистральных газопроводов на основе методологии дифференциального планирования производства строительно-монтажных работ с учетом природно-климатических условий направлены на сокращение сроков ремонта и эффективности использования ресурсов и были использованы ООО "УПРиЗ" при разработке технологических решений с оценкой эффективности производства строительно-монтажных работ.

В ООО "Поляр-инжениринг" внедрена разработанная в работе диалоговая система оценки эффективности применения схем подготовки строительного производства на слабонесущих грунтах в информационной среде с учетом количественного анализа показателей производства работ при возведении технологических проездов и площадок. Практически подтверждено, что внедрение диалоговой системы позволило сократить время производства работ на 11-14 % в зависимости от условий проведения ремонта.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на: 4-ой и 5-ой международной конференции "Обслуживание и ремонт газонефтепроводов" (ОАО Газпром, г. Геленджик, 2009; г. Туапсе, 2010);); 5-ой и 6-ой международной учебно-научно-практической конференции "Трубопроводный транспорт - 2009" и "Трубопроводный транспорт - 2010" (г. Уфа, УГНТУ, 2009, 2010); 8-ой всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России" (г. Москва, РГУНГ им. И.М. Губкина, 2010); международной научно-практической конференции "Строительство-2010" и "Строительство-2011" (г. Ростов-на-Дону, РГСУ, 2010, 2011); международной научной конференции "Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности "Астинтех-2010"" (г. Астрахань, АГУ, 2010).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 5 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в "Перечень ..." ВАК Минобрнауки РФ, получен 1 патент РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 131 страницу текста, 38 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 107 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, научная и практическая значимость работы, приведены ее краткая аннотация и основные результаты.

В первой главе представлен анализ отечественного и зарубежного опыта подготовки строительного производства при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов. Определены основные методы технологического проектирования подготовки производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов в сложных инженерно-геологических условиях, сформулированы цель и задачи исследований.

В научных трудах В.Л. Березина, Б.В. Будзуляка, Г.Г. Васильева, И.И. Велиюлина, А.Г. Гумерова, Ю.В. Колотилова, А.М. Короленка, П.С. Ращепкина, А.Д. Решетникова, Л.Г. Телегина, В.В. Харионовского, Н.Х. Халлыева и других ученых отражены организационно-технологические особенности производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной частимагистральных газопроводов. Тем не менее, при решении задач совершенствования организации производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, необходимо выделить сооружение вдольтрассовых проездов и площадок. До начала работ основного периода должны быть полностью выполнены внетрассовые подготовительные работы и первоочередные вдольтрассовые в объеме, обеспечивающем необходимый фронт проведения основных строительно-монтажных работ. Практическое осуществление перекрытия периодов является организационным мероприятием, позволяющим сократить общую продолжительность производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ. Это обеспечит минимальные затраты времени и ресурсов, а также высокое качество и надежность выполнения.

При решении задач совершенствования организации производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, выделяют сооружение вдольтрассовых проездов и площадок. До начала работ основного периода должны быть полностью выполнены внетрассовые подготовительные работы и первоочередные вдольтрассовые в объеме, обеспечивающем необходимый фронт проведения основных строительно-монтажных работ. Практическое осуществление перекрытия периодов является организационным мероприятием, позволяющим сократить общую продолжительность производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ.

Необходимость сокращения общей продолжительности и стоимости возведения технологических проездов и площадок при капитальном ремонте ЛЧ МГ обуславливается анализом данных по капитальному ремонту линейной части системы магистральных газопроводов ООО "Газпром трансгаз Волгоград" (Фроловское ЛПУ, Усть-Бузулукское ЛПУ, Калачеевское ЛПУ и Бубновское ЛПУ), на которых производство строительно-монтажных работ было выполнено предприятием ООО "Передвижная механизированная колонна № 4" (рис. 1, где Z [%/км] - затраты в % к общей стоимости производства СМР): МГ Средняя Азия - Центр 4-2 (D_н = 1220 мм, L_у = 10,0 км, соответственно, D_н, L_у - диаметр и протяженность участка); МГ Средняя Азия - Центр 3 (D_н = 1220 мм, L_у = 13,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-1 (D_н = 1220 мм, L_у = 22,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-2 (D_н = 1220 мм, L_у = 26,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-1 (D_н = 1220 мм, L_у = 12,0 км); МГ Уренгой - Новопсков (D_н = 1420 мм, L_у = 26,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-2 (D_н = 1220 мм, L_у = 20,0 км).

Рис 1. Увеличение относительных затрат на производство подготовительных работ при капитальном ремонте ЛЧ МГ

Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод о том, что правильная и своевременная подготовка производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, в которую входит сооружение технологических проездов и площадок, является одним из решающих факторов выполнения работ основного периода капитального ремонта. Совершенствование работ сократит продолжительность их выполнения, что, в конечном счете, уменьшит продолжительность СМР и себестоимость капитального ремонта участка ЛЧ МГ в целом.

Выполнение подготовительных работ на слабонесущих грунтах требует дифференцированного подхода к принимаемым техническим и технологическим решениям в зависимости от инженерно-геологических и природно-климатических условий района производства работ. Поэтому проблему возведения технологических проездов и площадок необходимо решать путем поиска эффективных способов повышения несущей способности грунтового основания и применения рациональных конструктивных решений в каждом конкретном случае. Следует обратить особое внимание на методологию оценки их технико-экономической эффективности с учетом природно-геологических условий.

Использование синтетических материалов в различных отраслях строительства обусловлено их высокой прочностью при низкой массе конструкций, сравнительно невысокой стоимостью, стойкостью к агрессивным воздействиям окружающей среды, долговечностью, гибкостью и эластичностью, пористостью структуры, обеспечивающей пропуск воды и задерживающей частицы грунта. В зависимости от технологии производства и получаемой структуры полотна различают тканые, нетканые и комбинированные геотекстили, сетки, маты и пленки. Синтетические материалы позволяют заменить металлы и бетон, продлить срок службы конструкции, уменьшить ее массу, снизить транспортные расходы.

В последнее время синтетические материалы начали применяться при возведении технологических проездов и площадок на слабонесущих грунтах, что позволило значительно сократить расход древесины, снизить эксплуатационные затраты, уменьшить трудоемкость работ по сравнению с грунтово-лежневыми технологическими проездами. Существующие технические решения по конструкции насыпей технологических проездов и площадок можно разделить на четыре группы, краткая характеристика которых приведена на рис. 2, где TR₁ - армирующие прослойки, TR₂ - разделительные прослойки, TR₃ - дренирующие прослойки, TR₄ - капилляро-прерывающие слои. Они могут применяться для возведения технологических проездов и площадок с покрытиями различных типов в нормальных условиях, на болотах, многолетнемерзлых, переувлажненных и слабонесущих грунтах. Основными недостатками таких конструкций являются значительная деформируемость и низкая несущая способность.

Существенного повышения технико-экономических показателей использования материально-технических ресурсов при капитальном ремонте ЛЧ МГ на основе современных информационно-вычислительных технологий системного анализа конструктивных особенностей возведения технологических проездов и площадок и организационных процессов производства СМР можно ожидать при условии реализации определенных методологических и теоретических основ исследования строительных процессов, базирующихся на работах отечественных и зарубежных ученых в области теории механики грунтов, инженерной подготовки строительного производства, статистических методов анализа, обобщении исследований в области организации капитального ремонта ЛЧ МГ.

Вторая глава посвящена исследованию и разработке методов возведения технологических проездов и площадок для капитального ремонта магистральных газопроводов. Исследование методов сооружения технологических проездов и площадок на слабонесущих грунтах основано на структурировании конструктивных решений в процессе подготовки строительного производства в условиях математического моделирования инженерно-геологических показателей производства строительно-монтажных работ.

Рис. 2. Основные характеристики конструктивных слоев технологических проездов и площадок при капитальном ремонте ЛЧ МГ

Для производства ремонтных работ в условиях обводненной и заболоченной местности практическое значение имеет закономерность изменения глубины промерзания болот в течение календарного времени года, дающая возможность определить оптимальные сроки начала и окончания работ на конкретных участках трассы газопровода. Экспериментальные исследования позволили получить эмпирические зависимости допустимой глубины промерзания болота H от массы машин Q, где = 1,6 - безразмерный коэффициент для травяных болот, = 2,0 4,6 - безразмерный коэффициент для остальных видов болот (рис. 3).

Анализ результатов расчетов позволяет выбрать наиболее эффективные методы регулирования глубины промерзания болота в течение зимнего периода производства ремонтных работ. При этом, полосу основания временной технологической дороги расчищают от снега до начала выполнения работ и затем регулярно в течение всего периода ремонта газопровода. Влияние проводимых мероприятий по проминке и промораживанию болот можно представить графически (рис. 4, где I - 31 октября, II - 30 ноября, III - 31 декабря, IV - 31 января, V - 28 февраля, VI - 31 марта).

Капитальный ремонт ЛЧ МГ на слабонесущих грунтах, осуществляемое в сложных инженерно-геологических и природно-климатических условиях с постоянным перемещением строительной техники накладывает специфические особенности на организацию и технологию производства работ подготовительного периода. Наиболее трудоемкими работами в подготовительный период является возведение технологических проездов и площадок, которые необходимы для прохода строительной техники, перевозки людей и грузов, перебазировки строительных подразделений и рассчитаны на краткосрочную эксплуатацию (рис. 5).

Устройство вдольтрассовых технологических проездов, площадок и переездов через действующие коммуникации выполняется в соответствии с правилами технической эксплуатации магистральных газопроводов и инструкцией по производству строительных работ в охранных зонах магистральных газопроводов с учетом факторов и показателей для выбора конструкции технологических проездов и площадок, которые представлены на рис. 6.

Математическое моделирование процесса деформации основания насыпи технологического проезда из комбинации синтетических материалов и грунта позволило получить аналитические зависимости, описывающие напряженно-деформированное состояние армирующей прослойки с учетом специфических конструктивных решений возведения технологического проезда на слабонесущих грунтах.

Рис. 5. Использование строительной техники (а) для возведения технологического проезда (б) в условиях обводненной местности

Рис. 6. Факторы и показатели для выбора конструкции технологических проездов и площадок

Расчет минимальной толщины насыпного слоя конструкции технологического проезда на слабонесущих грунтах осуществляется при следующих допущениях: деформации армирующей прослойки от растягивающих усилий находятся в упругой области; модуль деформации грунта слабого основания имеет постоянное значение; реакцию отпора слабого основания на воздействие временных нагрузок можно не учитывать; общая деформация слабого основания после снятия нагрузки определяется весом грунта насыпи.

Для определения величины диаметра деформированной области прослойки L при приложении внешней нагрузки F₀ (исходя из баланса сил, действующих на прослойку и предположив, что состояние равновесия системы достигается за счет компенсации растягивающих напряжений силами сцепления прослойки с грунтом или анкерными устройствами - оцениваются показателем k) можно воспользоваться соотношением

L = (H + H)[(24k/E)(H2 + F0d2H-1)]1/2 ,	(1)

где H - высота насыпи; d - диаметр штампа; - эмпирический коэффициент; E - модуль деформации материала прослойки; H - величина осадки насыпи; - удельный вес грунта насыпи.

Отклонения расчетных величин осадки насыпи технологического проезда с учетом анизотропности синтетического материала (E_AN - модуля деформации анизотропного синтетического материала) можно представить в виде аналитической зависимости

HAN = (k/EAN)(H3 + F0d2) .	(2)

Реализация методики восстановления двухпараметрических зависимостей по экспериментальным данным (k₁ и k₂ - эмпирические коэффициенты) позволила получить зависимость осадки насыпи технологического проезда H с учетом сил сцепления (оцениваются показателем , представляющим собой величину усилия необходимого для преодоления трения и сопротивления анкерных элементов упругому растяжению прослойки из резинотканевого синтетического материала единичной площади и грунта насыпи):

H = H2E-1[H + k1F0exp(k2H/d)] .	(3)

Полученные зависимости дают возможность выполнять многовариантные расчеты конструктивных параметров технологических проездов при варьировании исходных данных F₀, d, H и E. На рис. 7 и рис. 8 представлены результаты расчетов величины осадки насыпи технологических проездов при различных значениях высоты насыпного грунта, его удельного веса и относительного модуля деформации резинотканевого синтетического материала (E_отн = E/E₀, E₀ - базовая величина модуля деформации резинотканевого синтетического материала).

Анализ результатов расчетов показывает, что величина осадки насыпи существенно зависит от значения модуля деформации резинотканевой ленты. Так, при увеличении модуля деформации резинотканевого материала на 10% величина осадки насыпи технологического проезда уменьшается соответственно на 16% при H = 0,6 м.

Следует отметить, что существенное влияние на технико-экономические показатели возведения технологического проезда будет оказывать и высота насыпи. Чем больше высота насыпного слоя грунта, тем шире деформируемая часть основания и величина осадки технологического проезда. Результаты расчетов дают возможность оценить работоспособность конструкции технологического проезда. Прежде всего, удлинение армирующей прослойки должно находиться в упругой области значений. В противном случае работа материала, а следовательно и конструкции, не будет соответствовать рассматриваемой модели и в теоретической части расчета необходимо будет учесть пластические деформации. С другой стороны, можно внести изменения в конструкцию армирующей прослойки или произвести замену исходного материала для ее изготовления с целью увеличения модуля упругой деформации.

В третьей главе разработаны методы экспертно-аналитического анализа качества производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах. Приведены методы статистического исследования зависимостей для описания процесса управления качеством строительного производства и выполнено моделирование процесса анализа качества производства строительно-монтажных работ с использованием количественных индикаторов. Комплекс исследований включает разработку методики расчета комплексного показателя качества производства строительно-монтажных работ при сооружении технологических проездов и площадок.

Описание формирования качества производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ выполняется с использованием определенного нормативными документами набора переменных (рис. 9), среди которых: х₁, х₂, ... , х_p - независимые переменные - входные переменные, описывающие условия функционирования процесса формирования; y₁, y₂, ... , y_m - зависимые переменные - выходные переменные, характеризующие поведение или результат функционирования; ₁, ₂, ... , _m - случайные компоненты не поддающиеся непосредственному измерению, отражающие влияние соответственно на y₁, y₂, ... , y_m не учтенных на входе факторов, а также случайные ошибки в измерении анализируемых показателей.

Рис. 9. Принципиальная схема взаимодействия переменных при статистическом исследовании формирования качества производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ

Общая задача статистического исследования качества производства СМР может быть сформулирована следующим образом: по результатам n (i = 1, 2, . . . , n) измерений (4) исследуемых переменных определенных процессов анализируемой совокупности построить такую функцию (5), которая позволила бы наилучшим образом восстанавливать значения прогнозируемых переменных (6) по заданным значениям объясняющих переменных (7):

{(х1i, х2i, ... , хpi; y1i, y2i, ... , ymi)}i=1,2,...,n ;	(4)
f(х1i,х2i,...,хpi) = {f1,(х1, х2,..., хp); f2,(х1, х2,..., хp);...; fm,(х1, х2,..., хp)};	(5)
Y = (y1i, y2i, ... , ymi)T ;	(6)
X = (х1i, х2i, ... , хpi)T .	(7)

Исходные статистические данные вида (4), характеризующие величины х_i и y_i за определенный отрезок времени, а именно за 12 месяцев, на каждом (i-ом, i = 1, 2, ... , n) обследованном участке рассматриваемой совокупности участков ЛЧ МГ (в рассматриваемом случае объем n статистически обследованной совокупности участков равнялся n = 20) были разбиты на четыре равные по объему группы по относительным затратам. Анализ данных показал, что даже в пределах каждой из этих групп величины относительных затрат на проведение контроля качества производства отдельных видов СМР подвержены некоторому неконтролируемому разбросу, обусловленному влиянием множества не поддающихся строгому учету и контролю факторов. Однако, это еще не значит, что расположение точек (х_i, y_i), являющихся результатами обследования участков ЛЧ МГ, должно быть совершенно хаотичным и не должно обнаруживать некоторой вполне определенной тенденции, характеризующей зависимость относительных затрат на проведение контроля качества капитального ремонта МГ в целом () от относительные затраты на проведение контроля качества производства отдельных видов СМР ().

Восстановление подобных зависимостей опирается на решение следующих задач: определить смысл, в котором понимается исследуемая зависимость; определить связь между исследуемыми переменными и как измерить тесноту этой связи; определить математический вид искомой связи между и ; определить степень точности обработки ограниченного ряда наблюдений. Для решения этих задач использовался экспертно-статистический метод, когда "входные" переменные носят случайный характер. В работе предложен метод восстановления эмпирических зависимостей в случае, когда "входные" переменные являются измеряемыми параметрами, для которых строительные нормы и правила устанавливают допустимые значения. Проблема оптимального управления сложной системой состоит из нескольких составляющих (рис. 10) в разработке которых существенную роль играет математический аппарат статистического исследования зависимостей.

Моделирование анализа качества производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ осуществляется с использованием количественных индикаторов - измеряемых показателей промежуточного или приемочного контроля продукции строительного производства, которые характеризуют то или иное свойство качества СМР. Количественные индикаторы приводятся в соответствующих определенному свойству продукции СМР нормах и правилах. При этом указываются допустимые границы изменения количественных индикаторов. Выход величины количественного индикатора за пределы недопустимы и результат производства СМР считается браком.

Количественные индикаторы x_i можно отнести к свойству СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, а именно, к точности выполнения СМР. Другие свойства СМР описываются другими количественными индикаторами. Для описания свойства надежности СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ могут использоваться показатели прочности материалов, нагрузок и возможные отклонения от расчетных схем. Это свойство особенно важно в процессе выполнения СМР, так как эти величины могут варьироваться в достаточно широких пределах. Для свойства экологичности СМР существуют свои индикаторы - это могут быть так называемые предельно допустимых концентраций вредных веществ в строительных материалах (нормы ПДК).

Рис. 10. Основные направления практического использования аппарата статистического исследования зависимостей

Принято, что единичному показателю качества (Е_К) соответствует единственный количественный индикатор, который имеет допустимые значения 0 x A. Для количественной оценки Е_К производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, соответствующего отдельному количественному индикатору, используется понятие функций качества. Функция качества (x) имеет область определения - область изменения соответствующего количественного индикатора, которая определяется строительными нормами и правилами.

Если количественный индикатор приобретает при изменении значение x, соответствующее идеальному значению качества продукции СМР, то функция качества приобретает значение (x) = 1, если x оказывается на границе области допустимых значений, задаваемых строительными нормами и правилами, то (x) = 0. Во всех остальных случаях (x) приобретает значения между 0 и 1. Конкретный вид функции качества можно определить экспертным путем с использованием методов принятия решений.

В работе приведена параметрическая (m - параметр) функция качества

(x) = 1 (x/A)m .	(8)

Одно свойство качества может содержать несколько количественных индикаторов (x_i) со своими ограничениями, задаваемыми нормативными документами. Для каждого количественного индикатора x_i вводится функция качества _i(x_i). При этом, свойство качества производства СМР требует одновременного выполнения всех нормативных требований. В связи с этим возникает необходимость оценки качества рассматриваемого свойства при изменении всех количественных индикаторов x_i и вычисления всех единичных показателей качества (Е_К) _i(x_i). Решением этого вопроса является использование комплексного показателя качества (К_К) производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ с функцией качества (K_K):

(KK) = min{1(x1), 2(x2), ... , n(xn)} .	(9)

Комплексный показатель качества производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ определяется в виде линейной зависимости (Е₁, Е₂, ... , Е_n - единичные показатели качества, _i 0 - эмпирические коэффициенты):

KK = 1Е1 + 2Е2 + ... + nЕn ;	(10)
1 + 2 + ... + n = 1 .	(11)

Вектор приоритетов свойств качества производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ (₁, ₂, . . . , _n) находится путем реализации метода анализа иерархий (рис. 11).

В результате расчетов были получены следующие величины компонентов вектора приоритетов A_i=1 = ₁ = 0,6, A_i=2 = ₂ = 0,3 и A_i=3 = ₃ = 0,1. Таким образом, зная величины критериев E₁, E₂ и E₃, комплексный показатель качества производства земляных работ (K_K) можно выразить через единичные показатели качества по отдельным свойствам: величина Е₁ = 0,75 - свойство точности производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, была получена с использованием показателей приемочного контроля осушительных каналов; величина Е₂ = min{0,36; 0,91} = 0,36 - свойство надежности производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, была получена с использованием результатов измерений угла внутреннего трения (_гр) и удельного сцепления грунта (c_гр); величина Е₃ = min{0,84; 0,96} = 0,84 - свойство экологичности производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, была получена с использованием результатов измерений предельно допустимого содержания в грунте вредных примесей различных веществ.

Рис. 11. Структура иерархии - декомпозиция заданного множества E_K

Таким образом, комплексный показатель качества (К_К) строительного производства, характеризующий несколько свойств выполнения СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, будет иметь величину, равную K_K = 0,642.

Четвертая глава посвящена разработке методов оценки эффективности применения технологических схем подготовки строительного производства на слабонесущих грунтах с использованием информационных технологий. Приведено описание диалоговой системы для анализа технико-экономических показателей сооружения технологических проездов и площадок и структура реализации алгоритмов расчета показателей производства строительно-монтажных работ на слабонесущих грунтах.

Возведение временных технологических проездов требует применения традиционных строительных материалов и достаточно качественных грунтов. Увеличение темпов капитального ремонта ЛЧ МГ, а также усложнение инженерно-геологических условий, требуют увеличения объема перевозимого грунта и материалов, транспортируемых на место производства СМР. Удельный вес земляного полотна в общей стоимости временных технологических проездов в условиях крайнего Севера составляет до 60%. Временных технологические проезды существенно отличаются по своим конструктивным параметрам, которые определяются используемым для строительства материалом, технологией строительства и грунтово-геологическими условиями возведения. Своевременное сооружение временных технологических проездов и организация их эксплуатации, при правильном выборе конструкции в целом, с учетом природно-климатических условий позволит обеспечить заданный темп капитального ремонта ЛЧ МГ специализированными бригадами с наименьшими затратами трудовых и материальных ресурсов.

Себестоимость - текущие затраты производства строительно-монтажных работ при возведении временных технологических проездов состоит из показателей, входящих в следующую формулу:

C = i=1,5 Zi .	(12)

Затраты на материалы, детали, полуфабрикаты и конструкции (Z₁) определяются на основе производственных норм их расхода и планово-расчетных цен. Отпускные цены промышленности принимаются по прейскуранту оптовых цен на соответствующие строительные материалы и конструкции. При отсутствии утвержденных цен на новые материалы к расчету себестоимости прилагается калькуляция себестоимости данного материала. В состав расходов на погрузо-разгрузочные работы входят стоимость работы машин, занятых на погрузке и выгрузке, а также заработная плата рабочих при погрузо-разгрузочных работах. Стоимость погрузочно-разгрузочных работ принимается по тарифам на железнодорожные и автомобильные перевозки, а при ручных работах калькулируются на основе ЕНиР.

Основная заработная плата рабочих (Z₂) определяется по единым нормам и расценкам на строительные работы с учетом территориального коэффициента, действующего в строительной организации; при отсутствии необходимых данных в единых нормах и расценках разрешается пользоваться местными нормами, утвержденными в установленном порядке. Если по новому мероприятию нет утвержденных норм, то допускается использование расчетных норм, разработанных применительно к данной дороге. При определении заработной платы рабочих-повременщиков, принимается тарифная ставка разряда работы и средний размер премии, согласно действующим положениям о премировании.

Расходы на эксплуатацию строительных машин и автотранспорта (Z₃) определяются на основе производственных нормативов количества машино-часов работы отдельных машин и автотранспортных средств, а также установленных ставок арендной платы, планово-расчетных цен на эксплуатацию машин и действующих тарифов на автоперевозки.

Прочие прямые затраты (Z₄) включают расходы по перемещению грунта и вывозке его с территории строительства, а также по перевозке строительных материалов, деталей, конструкций и оборудования автомобильным транспортом в пределах рабочей зоны от приобъектного склада до места укладки и определяются на основе действующих производственных нормативов и тарифов.

Величина накладных расходов от сокращения сроков строительства, заработной платы рабочих и снижения трудоемкости работ (Z₅) определяется в установленных размерах по нормативам накладных расходов.

Методика анализа технико-экономических показателей составлена таким образом, чтобы на стадии проектирования была установлена определенная взаимосвязь стоимостных показателей различных вариантов выполнения работ для обеспечения возможности выбора наиболее эффективного. Воспользовавшись разработанной методикой получаем количественное выражение себестоимости строительства технологических проездов грунтового типа, дерево-грунтового типа и с использованием синтетических материалов (рис. 12, где высота насыпи H = 0,8 м, протяженность технологического проезда L = 1000 м).

Рис. 12. Зависимость себестоимости возведения технологического проезда от дальности возки грунта для возведения насыпи: 1 - проезд грунтового типа; 2 - проезд дерево-грунтового типа; 3 - проезд с использованием синтетических материалов

Анализ результатов расчетов показывает существенное влияние затрат на перевозку грунта от карьера до места строительства при любой конструкции технологического проезда. Отметим, что относительная себестоимость строительства грунтового технологического проезда при дальности возки минерального грунта более 3 км меньше, чем технологического проезда с использованием в основании синтетического материала. Это обусловлено тем, что при строительстве технологического проезда грунтового типа требуется минимальное количество минерального грунта для возведения насыпи. Таким образом, можно достичь существенного снижения себестоимости возведения технологических проездов путем использования в качестве армирующих прослоек синтетических материалов.

График выполнения основных операций технологического цикла возведения технологических проездов включает в себя: раскатку прослойки; формирование насыпи; подвоз и разгрузку грунта. В связи с тем, что производительность выполнения работ по устройству насыпи определяется интенсивностью подвоза грунта к месту производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, темпами раскладки армирующей прослойки и формированием насыпи, эффективный строительный режим (максимальный по производительности строительный график производства работ) можно обеспечить путем использования определенного количества самосвалов.

В работе получены функциональные взаимосвязи производительности выполнения работ и технологических показателей: высоты насыпи; длины захватки; плотности грунта отсыпки; расстояния до места погрузки грунта; конструктивных параметров технологических проездов; грузоподъемности и средней скорости движения автосамосвала; нормы выработки бульдозера на формирование насыпи; затрат времени на укладку прослойки на захватке. Производительность работ по возведению технологических проездов зависит от объема земляных работ, т.е. от высоты насыпи и количества используемых автосамосвалов: снижая высоту насыпи за счет использования в основании армирующих прослоек, получаем достаточно высокие технико-экономические показатели возведения технологических проездов без снижения качества выполнения строительно-монтажных работ.

Технико-экономический анализ показателей сооружения технологических проездов и площадок - это единственно возможный путь для максимально-эффективного строительства с минимальными затратами при наличии многовариантности проектирования таких площадок в сложных природно-климатических условиях, особенно в новых экономических условиях. Предложенная методика позволяет не только оценить продолжительность и стоимость строительства, но и выявить потребности в материалах, машинах, механизмах.

Методика расчета технико-экономических показателей подготовки производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ реализована в пакете прикладных программ технико-экономического обоснования (ППП ТЭО), который реализован в виде диалоговой системы, позволяющей эксперту самостоятельно выполнить все операции от ввода и корректировки данных до анализа получаемых результатов. Он функционирует в среде Windows.

В разделе <ремонт линейной части магистральных газопроводов в сложных природно-климатических условиях> (рис. 13) попадаем на экран с соответствующими функциональными клавишами: <возведение временных технологических проездов и площадок> <разработка околотрубных траншей> <подсадка и балластировка участка линейной части магистрального газопровода> <водопонижение - осушение траншеи> <засыпка и обвалование оголенного и всплывшего участка линейной части магистрального газопровода> <монтаж катушек и установка компенсаторов при ликвидации арок>. С нажатием на клавишу <возведение временных технологических проездов и площадок> попадаем на экран, где представлен вариант реализации экспертом возможностей пакета прикладных программ для подготовки рекомендаций для производства строительно-монтажных работ при строительстве временных технологических проездов (рис. 14).

Рис. 13. Составляющие структуры подраздела <ремонт газопроводов в сложных природно-климатических условиях>

Реализация ППП ТЭО <возведение временных технологических проездов и площадок> предполагает выполнение экспертом определенной последовательности действий, направленных на получение в конечном итоге документа рекомендательного характера. Для получения результата пользователь выбирает одну из следующих клавиш: <архива данных нет> - ввод информации в режиме диалога, предусмотрено поэтапное занесение информации для выбора конструктивной схемы дороги, расчета экономических показателей и составления рекомендаций; <архив данных есть> - ввод информации из архива, предусмотрено копирование архива для исправления введенной ранее информации; <работа с приложением для дополнения рекомендаций по строительству временных дорог и технологических проездов>. Рекомендуется прерывать работу после завершения очередного этапа и создавать при этом архив.

Многовариантные расчеты должны выполняться в условиях постоянного изменения стоимостных характеристик, что приводит к необходимости использования современных методов программирования информационно-вычислительных диалоговых систем. Это позволяет осуществлять выбор эффективного организационно-технологического процесса строительства технологических проездов для капитального ремонта ЛЧ МГ.

Рис. 14. Функциональная структура реализации экспертом возможностей ППП ТЭО

Разработанная методика выбора подразумевает наличие некоторого числа конкурирующих вариантов строительства различных типов технологических проездов на слабонесущих грунтах. Область технико-экономической целесообразности применения определенной организации и технологии следует устанавливать для вариантов строительства в адекватных условиях, при одинаковой степени использования машин и механизмов, при одном и том же уровне организации выполнения работ т.п.

Оценка технико-экономической эффективности выполнения работ по строительству технологических проездов выполняется в соответствии с экономическими нормативами с учетом возможных конструктивных вариантов технологических проездов. Определение экономических показателей строительства зависит от себестоимости производства СМР, которая представлена в виде суммы затрат: затрат на материалы; основной заработной платы рабочих; расходов на эксплуатацию строительных машин и автотранспорта; прямых затрат, включающих расходы на перемещение грунта на место строительства из карьера; накладных расходов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод технологического проектирования подготовки строительного производства в сложных инженерно-геологических условиях, сделана оценка организации и технологии производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов в процессе обустройства технологических проездов и площадок.

2. Впервые разработана методология дифференциального планирования производства строительно-монтажных работ с учетом природно-климатических условий, выполнено структурирование конструктивных решений сооружения технологических проездов и площадок в подготовительный период капитального ремонта магистральных газопроводов с учетом качества производства работ, производительности, универсальности применения и экономической эффективности.

3. Разработаны математические модели и алгоритмы поиска параметров напряженно-деформированного состояния основания насыпи технологических проездов и площадок для принятия обоснованных проектных решений строительного производства на слабонесущих грунтах в сложных инженерно-геологических условиях.

4. Предложены критерии и система эмпирических зависимостей для прогнозирования количественных показателей качества производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте как отдельных участков линейной части магистральных газопроводов, так и на всем магистральном газопроводе в целом.

5. Разработана диалоговая система оценки эффективности применения организационно-технологических схем подготовки строительного производства на слабонесущих грунтах в информационной среде с учетом количественного анализа показателей производства работ при возведении технологических проездов и площадок. Научно обосновано объединение отдельных критериев эффективности в единый интегральный критерий, позволяющий с большой степенью достоверности оценить фактическую технико-экономическую эффективность принимаемых решений при капитальном ремонте участков линейной части магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах.

6. Результаты диссертационной работы (методология, модели, технические, технологические и иные решения, алгоритмы и элементы программного обеспечения) апробированы и внедрены в практику производства капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов. Практическая значимость основных результатов диссертации подтверждена соответствующими актами внедрения.

9. Выполненная работа позволяет определить перспективные направления дальнейших исследований в рамках рассматриваемой предметной области: решение проблем подготовки строительного производства при капитальном ремонте участков линейной части магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах в условиях реализации информационных технологий с учетом широкомасштабного использования местных строительных материалов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Химич В.Н. Основные принципы проектирования комплексной системы оценки качества строительства газотранспортных объектов // НТС "Организационно-технологическая надежность строительного производства". - М.: Русская секция Международной академии наук, ассоциация "Инфографические основы функциональных систем", 2008. - С. 10-13.

2. Химич В.Н. Моделирование технологических процессов производства ремонтно-восстановительных работ на магистральных трубопроводах // Трубопроводный транспорт - 2009. Материалы 5-ой международной учебно-научно-практической конференции. - Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2009. - С. 224-226.

3. Салюков В.В., Химич В.Н., Галыга С.М. и др. Опыт совместной работы ООО "Курганмашинжиниринг" и ООО "ПМК № 4" по совершенствованию машин и оборудования для переизоляции газопроводов // Обслуживание и ремонт газонефтепроводов. Материалы 4-ой международной конференции. - М.: ИРЦ Газпром, 2009. - С. 45-50.