Содержание
Введение
1. Организационныйраздел
1.1 Способыпрокладки нефтепровода через водное препятствие
1.2 Способы прокола
1.3 Способ продавливания
2. Технологическийраздел
2.1 Технологияработы земснаряда
3. Конструкторскийраздел
Заключение
Список использованных источников
Введение
В настоящее время географиянефтеперерабатывающей промышленности не всегда совпадает с районами еепереработки. Поэтому задачи транспортировки нефти привели к созданию большойсети нефтепроводов. По размеру грузооборота нефтепроводный транспорт в 2,5 разапревзошел железнодорожный в части перевозок нефти и нефтепродуктов.
На железной дорогеосновной поток нефти образуется в Западной Сибири и Поволжье. Из ЗападнойСибири нефть по железной дороге транспортируется на Дальний Восток, Южный Урали страны центральной Азии. Из Урала нефть везут на Запад, Северный Кавказ иНовороссийск.
Транспортировка нефтиводным путем обходится дешевле и экономичней других видов транспортировки,однако из-за географических особенностей нашей страны используется мало, восновном при перевозки нефти на экспорт, а также по внутренним бассейнам страны(Ленский, Амурский) и северному морскому пути.
Трубопроводы — наиболееэффективное средство транспортировки нефти (исключая морские перевозкитанкерами). Пропускная способность нефтепровода диаметром 1200 мм составляет 80-90 млн. т в год при скорости движения потока нефти 10-12 км/ч.
Трубопроводныйтранспорт является важной подотраслью нефтяной промышленности. На сегодняшнийдень сформировалась развитая сеть магистральных нефтепроводов, котораяобеспечивает поставку более 95% всей добываемой нефти при средней дальностиперекачки 2300 км. В целом вся сеть нефтепроводов представлена двумя неравнымипо значимости и условиям управления группами объектов: внутрирегиональными,межобластными и системой дальних транзитных нефтепроводов. Первые обеспечиваютиндивидуальные связи промыслов и заводов, вторые — интегрируют потоки нефти,обезличивая ее конкретного владельца. Связывая очень большое числонефтедобывающих предприятий одновременно со многими нефтеперерабатывающимизаводами и экспортными терминалами, нефтепроводы этой группы образуюттехнологически связную сеть единый объект экономического и режимногоуправления, которая получила название системы дальних транзитных нефтепроводови в которую входят такие трубопроводы, как Нижневартовск — Курган — Самара;Усть-Балык — Курган — Уфа — Альметьевск; Сургут — Полоцк; Холмогоры — Клин;Самара — Тихорецкая; система нефтепроводов «Дружба» и другиетрубопроводы, включая выходы к экспортным терминалам.
1. Организационныйраздел
1.1 Способы прокладкинефтепровода через водное препятствие
Присооружении подводных переходов трубопроводов траншейным способом объемы,очередность, сроки и порядок выполнения подготовительных работ перед началомземляных работ на переходах должны определяться ПОС и уточняться подрядчиком вразрабатываемых им ППР с учетом параметров водных преград, их судоходности исезонности работ. Параметры траншей на переходах трубопроводов через водныепреграды (глубина, ширина по дну, откосы) должны приниматься в зависимости отгидрогеологических и морфологических особенностей подводной и береговой частейрусел, их рельефа, состояния береговых склонов, способов разработки траншей иукладки в них трубопроводов, сроков и стоимости выполнения земляных работ,характера дноуглубительных (спрямление русла) работ и гидротехническогостроительства вблизи строящегося перехода.
Прокладкуможно осуществлять следующими способами:
Прокол лучше применять дляпрокладки труб малых и средних диаметров (не более 400—500 мм) в глинистых исуглинистых (связных) грунтах. Ограничение диаметра прокалываемых трубобусловлено тем, что при этом способе массив грунта прокалывают трубой,оснащенной наконечником, без удаления грунта из скважины, вследствие чего дляпрокола требуются значительные усилия. В связи с этим и длина прокола труб непревышает 60—80 м.
Способ продавливания сизвлечением из трубы грунтовой пробки или керна можно применять практически влюбых грунтах !—IV групп, он пригоден для труб диаметром 800— 1720 мм при длине прокладки до 100 м.
Горизонтальное бурение предусматриваетопережающую разработку грунта в забое с устройством скважины в грунте большегодиаметра, чем прокладываемая труба. Этим способом можно устраивать подземныепереходы трубопроводов диаметром до 1720 мм. На длину 70-80 м. Однако способ этот недостаточно эффективен в обводненных и сыпучих грунтах.
Щитовой и штольневый способы применяются при необходимостиустройства переходов трубопроводов, коллекторов и тоннелей значительныхдиаметров и длины.
При любом из бестраншейных способов прокладки труб вначале по обестороны дороги отрывают рабочий и приемный котлованы, а затем монтируютсоответствующие механизированные установки. На берме рабочего котлованаподготовляют для бестраншейной прокладки трубы, изолируют их, оснащаютнаконечниками {при проколе) или режущей головкой и шнеком (при горизонтальномбурении). После этого краном опускают их в рабочий котлован на направляющуюраму и с помощью домкратов производят их прокол, продавливание илигоризонтальное бурение.
Размеры рабочего котлована определяют в зависимости от диаметрапрокладываемого трубопровода, глубины его заложения и конструкции направляющейрамы. Так, при диаметре трубопровода 159—436 мм длина рабочего котлованасоставляет 10—13 м, а ширина — 2,2 — 2,4 м. Глубина его в зависимости от типа направляющей рамы принимается на 0,1 —0,3 м больше глубины заложениятрубопровода.
Размеры приемного котлована назначаются с учетом возможностипроведения сварочных и монтажных работ при соединении рабочей трубы с основнымтрубопроводом и конструкции уплотнительных сальников на конце рабочеготрубопровода. Длина приемного котлована по дну должна быть не менее 1—1,5 м, аширина — 2,3—2,4 м. Крепление стенок рабочего и приемного котлованов выполняютв соответствии с указаниями проекта производства работ.
Основным оборудованием при проколе и продавливании труб являютсянаправляющие рамы, гидравлические домкраты, нажимные патрубки, шомполы,наконечники, грунтозаборные ковши, пневмопробойники, насосы, компрессоры ит.п., а при горизонтальном бурении — установки, включающие двигателивнутреннего сгорания, шнеки, режущие головки и др. Установки эти изготовляютсяна заводах и в мастерских строительных организаций.
1.2 Способы прокола
В зависимости отприменяемых нажимных приспособлений, передающих усилие на прокладываемыйтрубопровод, различают несколько разновидностей прокола труб: с помощьюдомкратов, грунтопрокалывающих станков, лебедок, тракторов, трубоукладчиков,бульдозеров и т.п. Прокладываемые в толще грунта трубы для уменьшения сопротивленияи снижения сил трения при вдавливании трубы в грунт снабжают специальныминаконечниками, закрепляемыми на переднем конце труб. Чаще всего применяютконусные наконечники (рис. 10.1, а-д) и расширительные пояса с заглушками (рис. 10.1, р, ф). При небольшой длине прокола трубыпрокладывают открытым концом (рис. 10.1, к).
Тип и конструкцию вдавливающего механизма, способного развитьтребуемое усилие, выбирают в соответствии с необходимым расчетным усилиемвдавливания, которое зависит от диаметра и длины прокладываемого трубопровода,а также вида грунта. Необходимое нажимное усилие для продвижения в грунтепрокладываемой трубы определяют расчетом.
Приблизительные нажимные усилия, которые должны быть приложены ктрубам (кожухам) разных диаметров при их прокладке проколом на длину до 50 м, определяют по графику на рис. 10.2. Затем принимают необходимое число гидродомкратов длясиловой установки и выбирают тип упорной стенки.
Для прокола труб чаще всего применяют нажимные насоснодомкратныеустановки, состоящие из одного или двух спаренных гидравлических домкратов типаГД-170 с усилием до 170 тс каждый, смонтированных на общей раме. Штокидомкратов обладают большим свободным ходом (до 1,15—1,3 м). Раму с домкратамиустанавливают на дне. рабочего котлована, из которого ведут прокол. Рядом скотлованом на поверхности размещают гидравлический насос высокого давления — до30 МПа (300 кгс/см2).
/>
Рисунок 10.1. Наконечники бестраншейнойпрокладки труб способом прокола
а, б, а — конусные; г — конусный с эксцентриситетом; д — конусный со штырем;в, ж — конусный с щелевыми прорезями; э — конусный с усеченной вершиной; и — конусныйс отверстиями для увлажнения грунта; к — открытый конец трубы; л — открытыйконец трубы с кольцом; м — приварная заглушка; н — съемная заглушка; о —кольцевой нож с наружным скосом кромок; л — то же, с приварной заглушкой; р —кольцевой нож с внутренним скосом кромок; с — кольцевой нож клиновидной формы свнутренним скосом кромок; г — нож серпообразного сечения; к — то же, с приварнойзаглушкой; ф — кольцевой нож с направляющими пластинками (стабилизаторами)
Трубу вдавливают циклически путем попеременного переключениядомкратов на прямой и обратный ход. Давление домкратов на трубу передаетсячерез наголовник сменными нажимными удлинительными патрубками, шомполами илизажимными хомутами. При применении нажимных удлинительных патрубков длиной 1,2, 3 и 4 м после вдавливания трубы в грунт на длину хода штока домкрата(например, 1 м) шток возвращают в первоначальное положение и в образовавшеесяпространство вставляют другой патрубок удвоенной длины и так продолжают до техпор, пока не закончат прокол первого звена трубопровода (обычно длиной 6 м). Затем к нему приваривают второе звено и указанные операции повторяют до тех пор, пока не будетзавершен прокол всего трубопровода.
/>
Рисунок 10.2. График для определения необходимого усилия дляпрокола труб разных условных диаметров Dy на длину L, м, в песчаных (сплошные кривые) и глинистых (пунктирные) грунтах
Шомпола делают из труб с отверстиями по бокам, расстояния междукоторыми соответствуют длине хода штоков домкратов. Шомпола бывают внутренние,двигающиеся внутри прокладываемой трубы, и наружные, охватывающие трубу снаружиШомпола жестко крепятся к напорной балке домкратов, давление от которых ктрубам передается через фланец-шайбу и стальной стержень диаметром 50 мм с рукоятью, вставляемый поочередно в сквозные попарно расположенные отверстия.
При использовании шомпола по мере вдавливания звена одновременно собратным ходом штоков домкратов шомпол выдвигается назад, стержень переставляютв очередное отверстие, и цикл повторяется до тех пор, пока все звено невдавится в грунт. Затем к нему приваривают следующее звено и его такжевдавливают с помощью того же шомпола и т.д. Механический прокол труб с помощьюдомкратов возможен в песчаных и глинистых грунтах без твердых включений.
/>
/>
/>
/>
Рисунок 10.3. Способы прокола труб
а — общая схема работ; б —прокол установкой ГПУ-600; в — вибропрокол установкой УВВТП-400; г — проколтруб с помощью вибропробойников; f — наконечник; 2, 3 — приямки; 4 — прокалываемая труба; 5 — шпалы;6 — направляющая рама; 7 — нажимной патрубок; 8 — гидродомкраты; 9 — опорныйбашмак; 10 — упорная стенка; 11 — насосная станция; 12 — маслопроводы; 13 — нажимнаязаглушка; 14, 16 — рабочий и приемный котлованы; 15 — обводной лоток; 17 — подвижныйупор; 18 — нажимная плита на тележке; 19 — фиксатор; 20 — свая; 21 — лебедка; 22 — рама; 23 — планка; 24 — ударнаяприставка; 25 — направляющие стержни; 26 — вибрационный механизм; 27 —электродвигатель; 28 — электросварочный агрегат; 29 — причалка; 30 — отвес; 3/— пневмопро-бойник; 32 — сварка труб
На рисунке 10.3, а показана наиболее распространенная схемабестраншейной прокладки труб (кожухов) способом прокола с применениемгидродомкратной установки и комплекта нажимных патрубков. Такие установки, какправило, комплектуются самими строительными организациями.
Для бестраншейной прокладки стальных труб диаметром 104—630 мм надлину до 80 м в грунтах I —IV групп (без крупных включений) способом прокола применяют установкиГПУ-600 (рис. 10.3, б). Установка работает по принципу «шагающихдомкратов», что позволяет значительно сократить время рабочего цикла.Вначале путем включения маслостанции гидродомкратами продвигают подвижную нажимнуюплиту с прокладываемой трубой на длину хода штока домкратов (1,2 м). Затем, после окончания рабочего цикла, подвижной упор освобождают и обратным ходом домкратовподтягивают его вслед за прокладываемой трубой. Указанные операции повторяют дополного внедрения в грунт первого звена прокладываемой трубы, после чегоподвижной упор, салазки с домкратами и нажимную плиту возвращают в исходноеположение. Далее монтируют второе звено трубы, и цикл работ повторяют и так дополного прокола всего трубопровода.
С помощью прокольной установки Главмосстроя можно прокалыватьтрубы диаметром 209—426 мм на длину до 45 м в грунтах I —IV групп независимо от еговлажности. Установка работает, как и установка ГПУ-600, по принципу«шагающих домкратов».
Гидропроколом трубы прокладывают с использованием кинетическойэнергии струи воды, выходящей под давлением из расположенной впереди трубыспециальной конической насадки. Струя воды, выходящая из насадки под давлением,размывает в грунте отверстие диаметром до 500 мм, в котором прокладывают трубы. Удельный расход воды при этом зависит от скорости струи, напораводы и категории проходимых грунтов.
Вода под напором в горизонтальную скважину подастся центробежныминасосами, а откачка воды из котлована производится грязевыми (грунтовыми)насосами. Длина проходок зависит от свойств грунта и диаметра труб. Для труб100—200 мм максимальная длина скважин достигает 30—40 м, а для труб диаметром400—500 мм — до 20 м. Наиболее целесообразно применять гидропрокол в легкоразмываемых {песчаных, супесчаных) грунтах; меньший эффект достигается вглинистых грунтах.
При гидропроколе трубу подают вперед лебедкой, согласуя при этомскорость подачи трубы со скоростью образования скважины, что очень важно. Еслискорость подачи трубы будет превышать скорость образования скважины, токонусная насадка может забиться грунтом, а при недостаточной скорости подачи вскважине могут образоваться каверны. При гидропроколе необходимо чаще, чем прилюбом другом виде прокола, проверять уклон трубы, так как при малейшемотклонении возникают искривления скважины.
Преимущества гидропрокола — относительная простота ведения работ идовольно высокая скорость образования скважины (до 30 м/смену). Существеннымиего недостатками являются сравнительно небольшая протяженность проходки (до20—30 м), возможные отклонения от проектной оси и сложные условия работывследствие загрязненности рабочего котлована. Поэтому гидропрокол целесообразноприменять при бестраншейной прокладке труб через различные грунтовые преградыпреимущественно в полевых условиях трассы, при достаточной обеспеченности водойи наличии необходимых мест для сброса пульпы вблизи производства работ.
Бестраншейную прокладку трубопровода в несвязных песчаных,супесчаных и плывунных грунтах ускоряют способом вибропрокола. В установках длявибропрокола применяются возбудители продольно направленных колебаний.
Способом вибропрокола можно не только прокладывать трубопроводыдиаметром до 500 мм на длину 35—60 м при скорости проходки до 20—60 м/ч, но иизвлечь их из грунта.
Наиболее эффективной является ударно-вибрационновдавливающаяустановка УВВГП-400 конструкции ВНИИГС. При использовании этой установкипрокладываемую трубу (кожух) с закрепленным на одном конце инвентарнымнаконечником другим концом устанавливают в наголовнике ударной приставкивибромолота (рис. 10.3, в). Под действием ударных импульсов в сочетании состатическим вдавливанием с помощью пригрузочного полиспаста секция трубпоследовательно внедряется в грунт.
Используется также универсальная виброударная установка УВГ-51(см. рис. 10-4, в) конструкции МИНХиГП им. Губкина, которая предназначена дляпрокладки труб диаметром до 530 мм способом прокола и диаметром 530—1020 ммспособом виброударного продавливания.
При необходимости обеспечения высокой точности проходки способомпрокола (с соблюдением заданного уклона трубопровода) осуществляютпротаскивание труб (диаметром до 300 мм и длиной до />30м) через направляющие пионерные скважины (пилот-скважины) с помощью каната илебедки.
Для бестраншейной закрытой прокладки труб диаметром 63—400 ммшироко применяются механические грунтопрокладыватели и пневматическиепробойники типов ПР-60 (СО-144), ИП-4605, ИП-4603, ПР-400 (СО-134) и М-130.Механические винтовые прокладыватели, работающие от двигателя внутреннегосгорания, могут прокладывать в глинистых грунтах трубопроводы диаметром до 89— 108 мм при максимальной длине прокола 50—80 м и средней скорости проходки 18—20 м/ч.
Пневмопроходка с помощью указанных пневмопробойников типа«Крот» применяется для устройства сквозных и глухих горизонтальных инаклонных скважин с уплотненными стенками диаметром 63—400 мм и длиной до 40—50м, через которые прокладывают трубопроводы. Пневмопробойник представляет собойсамодвижущуюся пневматическую машину ударного действия. Его корпус являетсярабочим органом, образующим скважину, а ударник, размещенный в корпусе,совершает под действием сжатого воздуха возвратно-поступательные движения инаносит удары по переднему торцу корпуса, забивая его в грунт. Обратномуперемещению корпуса препятствуют силы трения его о грунт. Благодаря осевойсимметрии и значительной длине (1,4—1,7 м) пневмопробойник при движении вгрунте сохраняет заданное направление.
Для устройства скважины пневмопробойник запускают в грунт извходного приямка в направлении приемного. В ходе движения пневмопробойник своимконическим передним концом уплотняет грунт, раздвигая его и стороны, и образуетскважину. Для восприятия усилий в момент запуска пневмопробойника из приямка иувеличения точности проходки используют стартовые устройства, создающие силытрения на его корпусе (для пнеомопробойников ИП-4603, ИП-4605) либо поджимающиеего к забою (СО-134). Для уменьшения искривления скважины в сложных условиях ипри значительной длине проходки к пневмопробойнику крепят специальную насадку —удлинитель. При обеспечении точного запуска пневмопробойника отклонениескважины от проектного положения на длине 20 м, как правило, не превышает 0,2—0,3 м по вертикали и 0,05—0,1 м по горизонтали.
При проколе стальных труб с помощью пневмопробойников (рис. 10.3,г) их используют в качестве ударного узла, присоединенного к заднему торцутрубы и забивающему ее в грунт. На переднем торце трубы крепят конусныйнаконечник. При этом возможны два варианта технологии работ: забивка трубы вгрунт и забивка ее в лидирующую скважину (в устойчивых глинистых грунтах). Призабивке трубы в грунт пневмопробойник присоединяют к заднему торцу трубы спомощью специальной переходной втулки. Сварные стыки труб по мере их забивкиобязательно усиливают продольными накладками (4—6 шт. в зависимости от диаметра)длиной 200—300 мм, расположенными равномерно по окружности. Особое внимание пристыковке следует обращать на соосность секций трубопровода.
С помощью пневмопробойника можно заменять старые трубы подземнойпрокладки новыми того же или большего диаметра. Для этого первую секцию новоготрубопровода присоединяют к удаляемому (в случае разных диаметров — с помощьюконического переходника), а старую трубу по мере выхода в приемный приямокобрезают и удаляют. Пневмопробойником можно также извлекать из грунта стальныетрубы диаметром до 800 мм. Длина извлекаемых труб зависит от грунтовых условий(сцепления грунта с поверхностью трубы). При извлечении труб из грунтапневмопробойник используют в качестве ударного механизма, прикрепленного кпереднему торцу трубы с помощью специального приспособления.
Ширинуподводных траншей на мелководных и приурезных участках следует принимать сучетом ширины и осадки грунторазрабатывающего судна (с запасом под днищем),возможных колебаний уровня воды, а также перемещений обслуживающих средств(грунтоотвозных шаланд, буксиров и др.). Запас под днищем следует принимать неменее 0,5 м для малых земснарядов и 1,0 м для больших. Крутизну откосов подводных траншей, включая урезные участки, следует принимать по таблице 1.
Таблица1- Крутизна откосов подводных траншейНаименование и характеристики грунтов Крутизна откосов подводных траншей при глубине траншеи, м до 2,5 вкл. более 2,5 1 2 3 Пески пылеватые и мелкие 1:2,5 1:3,0 Пески средней крупности 1:2,0 1:2,5 Пески неоднородного зернового состава 1:1,8 1:2,3 Пески крупные 1:1,5 1:1,8 Гравийные и галечниковые 1:1,0 1:1,5 Супеси 1:1,5 1:2,0 Суглинки 1:1,0 1:1,5 Глины 1:0,5 1:1,0 Предварительно разрыхленный скальный грунт 1:0,5 1:1,0
Заторфованные и илы 1:2,0 1:2,5
/> /> /> /> />
Способывыполнения земляных работ на пойменных, береговых и русловых участках переходовдолжны определяться проектом в зависимости от рельефа берегов и поймы,обводненности участков, времени года (сезонности работ), характеристики грунтов(наличия и категории мерзлых и скальных грунтов); наличия специальнойземлеройной техники; объемов работ и сроков их выполнения. При работе машин насклонах следует учитывать возможность их опрокидывания или скольжения по уклонуи обеспечивать соответствующие меры для устойчивости, в соответствии стребованиями. Крутизна откосов обводненных береговых траншей должна приниматьсяпо таблице 2.
Таблица2 — Крутизна откосов обводненных береговых траншейНаименование и характеристика грунтов Крутизна откосов обводненных береговых траншей при глубине траншеи, м до 2 вкл. более 2 Пески мелкие 1:1,50 1:2,00 Пески средней зернистости и крупные 1:1,25 1:1,50 Суглинки 1:0,67 1:1,25 Гравийные и галечниковые 1:0,75 1:1,00 Глины 1:0,50 1:0,75 Предварительно разрыхленный скальный грунт 1:0,25 1:0,25 Примечание — Крутизна откосов дана с учетом наличия грунтовых вод.
Способыразработки подводных траншей через водные преграды должны определяться в зависимостиот ширины реки, скорости течения и категории грунтов на дне. Разработка, восновном, выполняется одноковшовыми экскаваторами, устанавливаемыми навременных дамбах, перемычках, сланях или понтонах. В качестве средств длявыполнения подводно-технических работ могут применяться малогабаритныегидромониторные, грунтососные и канатно-скреперные установки. На реках сглубиной воды до 0,5 м и с плотными донными грунтами для разработки траншейдопускается применять экскаватор, оборудованный обратной лопатой с перемещениемпо дну реки. При глубине воды более 0,5 м и скорости течения от 0,1 м/с до 0,3 м/с на слабых грунтах экскаватор должен работать с насыпной дамбы. Приглубине воды 1,5 м экскаватор или грейфер может работать с плавсредств(понтоны). На реках шириной до 30 м при глубине до 1,5 м траншеи разрабатывают экскаватором поочередно сначала с одного, а затем с другого берега. Приналичии на переходе скальных грунтов применяется предварительное рыхление. Нареках шириной более 30 м и глубиной до 1,5 м подводные траншеи разрабатывают при одновременной работе двух экскаваторов с отсыпной дамбы или экскаваторами сустройством временного обводного русла. Разработку траншей гидромониторамиследует производить в легкоразмываемых грунтах со складированием их вприбрежные приямки (на одном или обоих берегах) и дальнейшим перемещением наберег. При разработке траншей на реках заносимость траншей донными наносамиопределяется проектом и уточняется в ППР на основе контрольных гидрометрическихизмерений, проведенных подрядчиком перед началом земляных работ. При этом заносимостьтраншей на реках следует учитывать для легкоразмываемых донных отложений(мелкозернистых и среднезернистых песков) при средних скоростях течения неменее 0,5 м/с. Разработку подводных траншей при расположении в техническомкоридоре двух или более ниток трубопроводов следует начинать с нижней потечению нитки трубопровода.
Пристроительстве переходов трубопроводов через водные преграды допускаетсяразработку подводных траншей осуществлять путем выемки грунта из-подпредварительно уложенного на дно трубопровода для его заглубления методомподсадки. При этом в технологической карте должны быть указаны очередностьтехнологических операций, величина допустимого заглубления трубопровода (исходяиз его напряженного состояния) за одну проходку и число проходок, необходимыхдля полного заглубления трубопровода на проектные отметки. При этом подводнаяплеть не должна быть состыкована с береговыми трубопроводами. Возможностьвыполнения буровзрывных работ и их сроки определяются требованиямиприродоохранных, рыбоохранных и других заинтересованных организаций исогласовываются подрядчиком с этими организациями. Величину заряда, необходимуюдля рыхления грунта при устройстве подводных траншей следует определятьрасчетом, исходя из физико-механических характеристик скальных грунтов, глубинытраншеи, характера и мощности залегаемого сверху слоя наносов. Безопасныерасстояния до близлежащих подводных сооружений должны определятьсяорганизацией, ведущей взрывные работы по методике, изложенной в ПБ 13-407-01(раздел 8). Разработку подводных траншей следует производить с учетом характераводной преграды, типа грунторазрабатывающего земснаряда, ограничений, связанныхс требованиями заинтересованных организаций, сроков и объемов выполняемыхработ. Способ транспортировки грунта (в береговые карты намывкой или вподводные отвалы) определяется типом земснаряда;
— землесосные снаряды — рефулирование или отгрузка в шаланды;
— многочерпаковые снаряды — отгрузка в шаланды;
— одночерпаковые — отгрузка в шаланды или в отвал.
Засыпкаподводной траншеи может производиться путем:
— рефулирования грунта земснарядами по пульпопроводу;
— транспортирования грунта и засыпки траншей саморазгружающимися шаландами;
— транспортирования грунта баржами с выгрузкой его грейфером в траншею или отвалы;
— сброса грунта с баржи-площадки бульдозером;
— перекачивания грунта из барж грунтососами;
— сталкивания грунта с береговых отвалов бульдозером;
— сброса грунта в воду самосвалами зимой со льда достаточной несущей способности.
Способызасыпки траншей и закрепления грунта в каждом конкретном случае должныопределяться проектом и учитывается при разработке ППР.
Подводныеземляные работы в зимних условиях допускается выполнять:
— земснарядами, работающими в прорези льда;
— грунторазрабатывающими установками, установленными на льду (гидромониторами,грунтососами, экскаваторами);
— скреперными установками.
Работуземснарядов в зимних условиях в ледовой прорези следует предусматривать толькона приурезных участках при значительных объемах подводных земляных работ, безвыполнения которых нельзя уложить трубопровод в требуемые сроки. В ППР должныбыть предусмотрены специальные инженерно-технические мероприятия по поддержаниюпрорези и транспортировке грунта в отвалы.
/>
Рисунок 10.4 схемаперемещения
Несмотря на появлениеновых технологий по наклонному подземному бурению в большинстве строительныхуправлений при строительстве подводных переходов применяют старые классическиетехнологии, при которых земснарядами разрабатывают подводную траншею ипротаскивают дюкер путем его постепенного наращивания.
Каждая технология имеетсвои преимущества и недостатки.
Техника для подземногонаклонного бурения в основном импортная, дорогая. Не каждое строительноеуправление может себе это позволить. Кроме того, пока отсутствует достаточныйопыт работы на многочисленных малых переходах, трудно оценить целесообразностьприменения этого метода.
Поэтому в ближайшие 10– 15 лет подводные переходы в основном будут строиться установившимся годамиметодом подготовки подводных траншей земснарядами и протаскиванием дюкера спостепенным наращиванием.
Теперь, подробнее обопыте строительства подводных переходов.
Подготовку траншеи идюкера проводят таким образом, чтобы к моменту готовности дюкера, была быготова и подводная траншея. Задержка в подготовке траншеи ведет к срыву сроковстроительства и вынужденному простою рабочих, готовящих дюкер. Преждевременнаяготовность траншеи, при которой дюкер еще не готов, приведет к замыву еерусловой части. Поэтому, еще при составлении проекта организации работ (ПОР),необходимо точно рассчитать время как наземных, так и подводных работ.
При осуществленииземляных работ по подготовке траншеи, необходимо максимально использоватьсухопутную строительную технику (бульдозеры, экскаваторы), выполняя срезки наурезах, с целью уменьшения объемов подводно-технических работ. Послеосуществления срезок, земснарядами выполняют подводные работы в береговыхчастях траншеи. И лишь в последнюю очередь, согласовав время подготовки дюкера,приступают к разработке русловой части для того, чтобы закончить эту работусегодня и завтра утром начинать уже «протаскивать» дюкер.
При строительстве малыхпереходов, некоторые строительные управления успешно ведут работы в зимнийпериод, по льду. При этом применяют как гидромониторы, которые размывают грунти извлекают его на лед (так называемый «ямочный способ», через майны во льду),так и малогабаритные земснаряды, оборудованные для условий зимней эксплуатациипотокообразователями и ледорезными машинами для нарезания майны по ходуземснаряда.
Проведение работ взимних условиях имеет ряд преимуществ. Во-первых, там, где весной и летомстояла вода, и не было дорог, есть возможность доставки строительных материалови техники по «зимнику» до стройплощадки. Во-вторых, уровень воды занижаетсянастолько, что часть подводных работ на урезах становится сухоройной, анеобходимую глубину подводной траншеи можно обеспечить с помощью малогабаритногоземснаряда с короткой рамой.
Строительство дюкера.
Строительство дюкера –работа ответственная и почти всегда срочная. В створе подводного перехода, какправило, на низком пологом берегу обустраивают стройплощадку. Там же зачастуюнаходится и городок «подводников», как принято называть строителей подводныхпереходов.
/>
Рисунок 10.5Строительство дюккера
На стройплощадкеустанавливают стенд для сварки труб, складируют футеровочную рейку,изоляционные материалы и чугунные пригрузы.
Основная строительнаятехника – бульдозер, экскаватор и трубоукладчики.
После проведенияпроверки на наличие дефектов, трубы (длиной по 12 метров) сваривают в короткие плети из трех труб по 36-40 метров. Потом сваривают трехтрубки в плеть длиной 250-300 метров. В таком виде их зачищают изоляционно-очистнымимашинами до металлического блеска, праймируют жидким битумным раствором,изолируют пленкой ПХВ в два слоя, покрывают еще двумя слоями бризола длязащиты, одевают по всей окружности в маты и обвязывают катанкой (проволока 4-6 мм). Теперь, если это нефтепровод, то плети дюкера готовы к протаскиванию. А если это газопровод,то его еще необходимо балластировать бетонными или чугунными пригрузами, с тем,чтобы дюкер в воде имел отрицательную плавучесть.
В зависимости от общейдлины дюкера (иногда более двух километров), количество протаскиваемых плетейдлиной 250-300 метров может быть от одного до 10 единиц.
Если эта труба,предположим, имеет диаметр 1420 мм, то вес балластированной плети длиной 250 метров будет составлять 560 тонн. Для того, чтобы поднять и протащить к створу такой дюкер,необходимы минимум 7 трубоукладчиков «Камацу» или «Катерпиллер»грузоподъемностью не менее 90 тонн каждый.
Среди отечественныхпроизводителей наиболее распространенные трубоукладчики Т-35-60грузоподъемностью 35 тонн. Для такой работы их понадобиться не менее 16 единиц.Не говоря уже об остальных издержках, только их доставка по железной дороге, подва «трубача» на платформу, обойдется для предприятия значительной суммой.
Строительство подводныхпереходов без трубоукладчиков невозможно, но их количество на участке можносвести к минимуму при использовании средств малой механизации, основным изкоторых является Устройство для протаскивания дюкера (УПД), и грамотнойорганизации труда.
УПД представляет собойсборные секции рельсового пути, соединенные между собой, длиной до 500 метров, а также грузовых тележек, к которым подвешивается дюкер. Его не надо «таскать», простопридерживать на лебедке, пропуская медленно в створ перехода. При перевозке 500 метров рельсового пути с тележками в разборном виде потребуется максимум два железнодорожныхвагона.
1.3 Способ продавливания
Прокладка трубопроводов продавливанием наиболее приемлема приустройстве переходов подземных коммуникаций диаметром более 800 мм под дорогами. При данном способе в результате разработки грунтов в забое и систематическогоего удаления из выработки и продвижения прокладываемой трубы преодолеваетсяусилия трения грунта по наружному ее контуру и врезания ножевой части
в грунт. Способом продавливания ведут прокладку не только стальныхтруб, но и железобетонных коллекторов и тоннелей из элементов различнойзамкнутой по периметру формы.
Для продавливания труб или элементов коллекторов н тоннелейприменяют нажимные насосно-домкратные установки из двух, четырех, восьми иболее гидродомратов усилием 50—300 тс каждый с ходом штока 1,1—2,1 м. Напрактике для продавливания труб применяют установки с использованиемгидродомкратов ГД-170/1150, ГД-170/1600 или ГД-500/600 (см. табл. 9.4) инасосов высокого давления ЗШ-НВД, Г-17, ГБ-351 или Н-403. Количество домкратов вустановке зависит от необходимого нажимного усилия для продавливаниятрубопровода.
Поскольку при продавливании труб больших диаметров, особенно втвердых грунтах, применяют особо мощные нажимные установки из несколькихдомкратов, способных создавать усилия более 10 000 кН, для них необходимыпрочные упорные стенки. Длина рабочих котлованов для продавливания трубдиаметром 720—1420 мм составляет 10—12 м, а глубина их равна глубине заложениятрубопровода или коллектора плюс 0,2 м. Ширина котлована в зависимости отдиаметра продавливаемых труб принимается: для труб диаметром 720 мм — 2,8 м; 820 м — 2,9; 920 мм — 3; 1020 мм — 4; 1220 мм — 4,5 и 1420 мм — 5 м. Приемный котлован служит для отсоединения рабочего органа или кольцевого ножа послепродавливания трубопровода, что обусловливает его размеры и тип крепления.
Нажимное устройство состоит из силовой установки и приспособлений,передающих усилие на продавливаемую трубу. Усилие от домкратов на торец трубыпередается после ее продавливания в грунт на длину хода штоков домкратов черезнажимные патрубки. Поскольку при продавливании железобетонных труб и элементовколлекторов непосредственная передача усилий на них не допускается, междунажимным патрубком и их торцом устанавливают нажимную раму, а в стыках —прокладки из мастики.
Работы по продавливанию трубопровода делятся на подготовительный иосновной периоды. В подготовительный период устраивают рабочий и приемныйкотлованы, ограждают их, монтируют упорную стенку и направляющие,продавливаемую трубу с нажимной установкой, а в основном периоде цикличновыполняют работы по продавливанию трубы, включающие операции по продавливаниютрубы в забой на длину штока домкрата, обратного хода штока и постановки "патрубка. При подготовке следующей трубы к продавливанию нажимной патрубокотводят в конец направляющих до соприкосновения со штоком домкрата, подают врабочий котлован, следующую трубу, выравнивают на направляющих, сваривают иизолируют стык, опробывают нажимную установку. И, таким образом, цикл продавливанияповторяют до полного продавливания всего трубопровода или всех секцийколлектора.
Способ продавливания бывает с ручной разработкой грунта имеханической.
Применение ручной разработки грунта при продавливании малоэффективно, так как из-за неудобства удаления грунта из забоя снижаютсяпроизводительность таких установок и общая скорость проходки. Поэтому длябестраншейной прокладки трубопроводов чаще всего применяют установки смеханизированной разработкой и удалением грунта, в том числе установки типов СКБГлавмосстроя и ПУ-2 конструкции ЦНИИПодземмаша.
С помощью установки СКБ Главмосстроя (рис. 10.5, а) можнопродавливать трубопроводы диаметром до 920 мм в грунтах I—III групп. Установка общеймассой 13т при давлении в гидросистеме 30 МПа (300 кгс/см) и ходе штоковгидродомкратов 1,15 м позволяет достичь скорости прокладки 18 м в смену при общей максимальной длине трубопровода до 60 м.
Установка состоит из силового агрегата (два гидравлическихдомкрата ГД-170/1150 с индивидуальными насосными станциями Н-403), устройствадля передачи нажимных усилий на торец труб, трехбарабанной лебедки,предназначенной для отрезания грунтового керна и его транспортирования, ножевойсекции с системой роликов, гидрораспределителя давления с контрольнойаппаратурой.
/>
Рисунок 10.5, Схемы продавливаниятрубустановкой СКВ Гпавмосстроя; 6 — установкой У-12/60-в- виброударной установкой УВГ-51; г — устройство дПЯ удалениягрунта; 1 — ножевая часть; 2, 5 — канаты; 3 — ролики; 4 — ковш; 6 — барабан-наполнитель;7 — уравнитель; 8 -продавливаемая труба; 9 — нажимная штанга; 10 — траверса; 11- фланцы; 12 — гидродомкраты; 13, 18 ~ лебедки; 14 -упорная стенка; 15 — башмаки;16 — направляющая рама; 17 — шпалы; 19 — гидропривод; 20 — нажимной патрубок; 21- головка; 22 — наконечник; 23 — кран-трубоукладчик; 24 — передвижнаяэлектростанция; 25 — вибромолот; 26 -электродвигатель; 27 — портальная рама; 28- передвижной опок; 29 — стакан; 30 — вибромолот с электроприводом; 3/ -канатыдля перемещения желонки в трубе; 32 — окно для разгрузки грунта
Ножевую секцию длиной 930 мм с диффузором приваривают к переднему концу прокладываемой трубы. При вдавливании ножа в грунт он проходит черездиффузор и поступает в телескопический ковш, который тросом извлекают изтрубопровода через отверстие в траверсе и после отсоединения от троса удаляютиз котлована. Опорожненный ковш затем снова укладывают в корпус рабочего органаи с помощью каната подают в забой.
Установка ПУ-2 состоит из силовогоагрегата (два гидродомкрата ГД-170/1150, насосной станции, двухбарабаннойлебедки с пультом управления), рабочего органа, устройства для передачинажимных усилий и ножевой секции. С ее помощью можно продавливать трубопроводыдиаметром 1220 и 1420 мм в таких же грунтах, что и установкой СКВ Главмосстроя,при скорости прокладки 8,4 м в смену и максимальной длине трубопровода 60 м.
Бестраншейную прокладку труб диаметром 1220 мм способом продавливания в сухих и увлажненных грунтах I—III групп можно производитьтакже с помощью установки У-12/60 конструкции Гип-ронефтеспецмонтажа (рис.10.5, б). Этой установкой, имеющей массу 12,7 т, при усилии продавливания 3400кН и мощности приводных электродвигателей 18 кВт можно продавливать трубыуказанного диаметра на длину до 60 м. Головку установки приваривают кпродавливаемому трубопроводу для восприятия лобового сопротивления грунта.Грунт удаляется челноком, находящимся внутри головки.
Работа установки заключается в периодическом вдавливаниипрокладываемой трубы на длину хода домкратов (1000 мм) с последующим извлечением челнока из трубы и его разгрузкой. После каждого цикланадавливания Производят операции по удалению нажимных патрубков, зачистке местаустановки челнока в головке, наращиванию или установке нажимных патрубковбольшей длины для последующего надавливания. Заполнение челнока грунтомобеспечивается вдавливанием трубы гидравлическим домкратом. Разгрузку челнокапроизводят в отвал или на транспорт.
Виброударной установкой УВГ-51 (рис. 10.5, в) можно продавливатьтрубы (кожухи) диаметром 530 — 1020 мм, причем диаметром до 530 мм безэвакуации грунта из скважины, а диаметром до 1020 мм — с эвакуацией грунта. С помощью этой />установки общей массой 6,3 т при массе ударной части 2,5 т имощности электродвигателя 75 кВт можно прокладывать трубы на длину до 50 м. При прокладке труб способом виброударного прокола (диаметром До 530 мм) к забойному концу трубы (кожуха) приваривают глухой конусный наконечник и забивают трубу,нанося удары вибромолотом с дополнительной статической нагрузкой (до 50 т) илибез нее.
При прокладке труб способом виброударного продавливания назабойном конце трубы наконечник не устанавливают, а приваривают сверхусерповидную накладку для обеспечения зазора (10—15 мм) между скважиной итрубой, а в задней части трубы прорезают два боковых симметрично расположенныхразгрузочных окна для удаления грунта. Внутрь трубы (кожуха) помещаютвиброударную желонку (рис. 10.5, в). При проходке труба (кожух) открытым концомвнедряется в грунт на определенное расстояние (заходку), а затем желонкаподается канатом к ее забойному концу, внедряется с помощью вибромолотка вгрунт, забирает его и с помощью каната перемещается к разгрузочным окнам, гдепод действием ударов вибромолота грунт высыпается через окна желонки вразгрузочные окна кожуха на дно траншеи.
Процесс проходки состоит из отдельных периодически повторяющихсяциклов, в которых каждое внедрение в грунт трубы на 1—5 диаметров чередуется свыбором грунтового керна виброударной желонкой, причем при необходимости взабойной части кожуха всегда может оставаться грунтовая пробка длиной 1—3диаметра, исключающая отбор лишнего грунта и, тем самым, возможностьобразования пустот в грунтовом массиве.
Иногда применяют также способы с разработкой грунта гидроразмывоми удалением его из забоя в виде пульпы. Возможно также более простое поконструкции и надежно действующее устройство для продавливания труб домкратамис разработкой грунта в забое гидромонитором и уДа/ШНИ9М его с помощью шнека. Спомощью такой установки можно прокладывав трубы диаметром 400—1220 мм на длинудо 100 м при средней скорости 12-15 м в смену.
Железобетонные трубы и элементы коллекторов продавливают с помощьюметаллического ножа, опорное кольцо которого соответствует форме торцапродавливаемых труб или указанных элементов. При разработке грунта в забоевручную или с помощью малогабаритных гидроэкскаваторов грунт убирают только впределах выходного отверстия ножа, оставляя впереди грунтовую пробку. Впластичных грунтах в ножевую секцию встраивают решетку, разрезающую грунт наотдельные блоки, которые затем удаляют.
Для продавливания тоннельных коллекторных секций диаметром 2,5—3,5м Главмосинжстроем предложен специальный комплекс оборудования, состоящий изметаллического оголовка, нажимной колонки — сердечника, переходника, упорнойвставки, кондуктора, силового
агрегата, гидравлического вагоноопрокидывателя и опорной плиты.Непосредственно в грунт ножевую секцию с железобетонным кольцом вдавливаютсиловым агрегатом через переходник при общем нажимном усилии до 19,8 МН идавлении в гидросистеме 30 МПа.
Способ продавливания тоннельных секций может быть применен вразличных инженерно-геологических условиях. Этим способом можно прокладыватьтоннели и коллекторы длиной до 20—50 м, а при использовании промежуточныхдомкратных установок длиной до 300 м и более. Однако существенным недостаткомпри этом является разрушение стыков и появление в стенах тоннелей трещин. Дляустранения этих недостатков специалистами Главмо-синжетроя разработана ивнедрена новая технология прокладки тоннелей, при которой внутри каждого кольцасоосно монтируют секцию упорной металлической обечайки (сердечника), на которойзакрепляются, не касаясь друг друга, элементы тоннеля или коллектора. Сжимающиеусилия в этом случае воспринимаются не железобетонными элементами, а обечайкой.Благодаря этому появляется возможность не только продавливать в грунт тоннельныесекции с полной их сохранностью, что очень важно, но и уменьшить толщину стенсекций и увеличить длину продавливания.
Для устройства тоннелей и коллекторов по указанной технологиисоздан специальный проходческий комплекс УПК-3, применение которого, по даннымтреста N 2 Главмосинжстроя, повышает производительность труда в 2—3, снижаеттрудовые затраты и стоимость строительства в 1,5—2 раза и одновременнопозволяет улучшить качество сооружаемых коллекторов, а также условия работыпроходчиков.
2. Технологическийраздел
2.1 Технология работыземснаряда/> Для обеспечения дноуглубительных, выправительныхи других путевых работ технической документацией изыскательской русловойпартией проводятся изыскания и русловые исследования. Непосредственно передначалом дноуглубительных работ и установки земснаряда на прорези выполняетсярусловая съёмка участка для уточнения трассы прорези и объёма извлекаемогогрунта. Полученный план участка и укрупненный план прорези или таблица сведенийо прорези передается на дноуглубительный снаряд, выполняющий разработкупрорези. Разбивка на местности прорези и осей выправительных сооруженийвыполняется от тех же пунктов планового обоснования, на основе которыхпроизведена съемка./>Вынос в натуру проекта дноуглубительной прорезизаключается в разбивке продольных (кромок прорези, траншей отдельных подрезок)и поперечных (начала и конца прорези, границ серии и поворотов прорези)створов, а также створов оси отвала грунта, а вынос в натуру проектавыправительного сооружения – в разбивке продольного створа по оси сооружения,поперечных створов начала и конца сооружений, а также точек контуров инаправлений всех других элементов сооружений, необходимых для его возведенияточно по проекту. В тех случаях, когда продольные створы дноуглубительнойпрорези выставить на берегу нельзя, ставят плавучие створы. Места установкиплавучих вех (буйков), намеченные на плане, фиксируют на местности тремяпересекающимися береговыми створами./>Извлечение грунта со дна реки производится землесосом,оснащенным гидротранспортной установкой, по которой водогрунтовая смесьподается на специализированные трюмные баржи-песковозы или непосредственно кместу отвала./>Землесосы работаютпо принципу всасывания насосом водогрунтовой смеси (пульпы) и ее перекачки понапорному трубопроводу к месту укладки. При извлечении грунта со дна водоемаземлесос перемещается в поперечном и продольном направлениях. Продольныеперемещения землесоса производится с помощью становой лебедки подтягиванием натросе, прикрепленном к якорю, уложенному на дно или закрепленному на берегу.Точность продвижения по траншее обеспечивается папильонажными лебедками. Дляперекладки якорей земснаряда используется мотозавозня. Такие перемещенияявляются рабочими и выполняются при помощи тросов и свай.
В зависимости от конструкцииземлесоса, оснащения его специальными рабочими устройствами, а также отхарактера и условий выполняемой работой применяют различные вариантыпапильонажного или траншейного способов разработки прорезей.
Папильонажным способомработают все многочерпаковые и штанговые земснаряды; землесосы с механическимиразрыхлителями и оснащенные папильонажными всасывающими наконечниками.
Траншейным способомработают землесосы с эллиптическими, уширенными и щелевидными всасывающиминаконечниками, причем последние снабжаются гидравлическими разрыхлителями.
При разработкепапильонажным способом прорезей на участках, где имеется течение воды,достаточно применения трех оперативных тросов – станового и переднихпапильонажных. При слабом течении или в случае направления течения под углом кпрорези, а также при сильном боковом ветре завозится дополнительно один иззадних папильонажных тросов. Закладку якорей надо производить так, чтобы впроцессе папильонирования в обе стороны на всей ширине прорези была обеспеченавозможность разворота корпуса земснаряда с некоторым опережением носа передкормой.
Рабочий ход(папильонирование) осуществляют папильонажными лебедками поочередно вправо ивлево. Перемещение (подачу) вдоль прорези с разработанной папильонажной лентына новую производят с помощью становой лебедки или свайного устройства.
При разработке прорезейна участках с глубиной меньшей, чем осадка земснаряда, при подходе последнего ккромке прорези необходимо развернуть его на такой угол, чтобы корпус не вышелза кромку. В этом случае следует закладывать оба задних папильонажных якоря, спомощью которых, а иногда и с использованием задней становой лебедкипроизводится разворот корпуса.
Чтобы облегчитьразработку прорезей на участках с малой глубиной или на сухом берегу в случаене связных грунтов при подходе к кромке увеличивают заглубление рамы. При этомблагодаря осыпанию грунта откос прорези отступает за ее кромку и создаютсяусловия для похода корпуса земснаряда к самой кромке.
Работа землесосов, неимеющих механического разрыхлителя, папильонажным способом применяется дляускоренной разработки прорезей на перекатах с при папильонировании с подачамисверху вниз, для чего на кромках прорези для подачи на каждую следующуюпапильонажную ленту передний становой трос стравливается на величину подачи,Зев всасывающего наконечника у землесосов, работающих «сверху вниз», долженбыть развернут назад с помощью углового патрубка, вставленного междунаконечником и грунтопроводом.
При работе землесосапапильонированием «сверху вниз» величина подачи принимается значительно больше,чем при папильонировании «снизу вверх»,
от чего на дне могутоставаться поперечные гребни из грунта. Если обнаружится, что глубина на неразработанной части прорези понижается, необходимо своевременно подчистить этучасть, во избежание снижения глубины на перекате ниже допустимой.
При папильонажномспособе работы без свай (гибкий папильонаж) земснаряд в процессе поперечногоперемещения движется по дуге относительно точки сцепления станового троса сгрунтом. В связи с неровностью дна и разной степенью натяжения станового тросазацепление за дно происходит на различном расстоянии от земснаряда. Поэтомутраектории движения земснаряда по папильонажным лентам оказываютсянеупорядоченными, изменяются фактические величины подачи, колеблетсяпроизводительность земснаряда и снижается средняя ее величина. Чтобы отдалитьот земснаряда точку зацепления станового троса и этим уменьшить неравномерностьработы земснаряда, под становой трос следует подводить специальный понтон, которыйпри папильонировании перемещается вместе с тросом.
Неупорядоченностьперемещения по папильонажным лентам особенно характерна для землесосов, так какпри их работе не создается продольной силы, натягивающей становой трос подобнореакции черпаков у многочерпакового земснаряда. У землесосов становой троснатягивается только под действием течении воды на корпус снаряда и плавучийгрунтопровод. Поэтому для производительной работы землесосов папильонажнымспособом в большинстве случаев требуется закладка задних якорей. В процессепапильонирования необходимо регулировать работу задних лебедок, с такимрасчетом, чтобы их тросы были в натянутом состоянии, обеспечивая натяжениепереднего станового троса.
При траншейном способеработы большинство землесосов могут извлекать грунт только в процессеодностороннего движения наконечником вперед. После разработки каждой траншеетребуется спуск снаряда с приподнятым над грунтом наконечником к началуследующей траншеи.
Траншейным способомпрорезь разрабатывают отдельными сериями, длина которых зависит от длиныгрунтопровода, места отвала грунта, длины
папильонажных тросов иопределяется из условия прохождения серии без перекладок якорей. Если течениенаправлено вдоль прорези, достаточно закладки трех передних якорей – становогои двух боковых (папильонажных). На прорезях без течения, а также при боковомветре или течении закладывают дополнительно один из задних боковых якорей.Задний боковой якорь требуется также в ряде случаев на землесосах, удаляющихпульпу через корпусный конический насадок, для противодействия реактивной силыструи пульпы.
В процессе разработкипрорезей многочерпаковые земснаряды и землесосы осуществляют подачу вперед,продвигаясь, как правило, против течения. Чтобы облегчить перекладку якорей иперевод рефулера, прорезь разбивают на отдельные участки (серии), которыеразрабатывают последовательно сверху вниз по течению, если этому непрепятствует недостаточная глубина в месте работы. Первой проходится серия,расположенная в верхней части прорези, затем земснаряд спускают по течению кначалу следующей серии, расположенной ниже по течению, и т.д. Перед началомразработки каждой серии земснаряд устанавливают в ее нижней части.
При наличии большогоснимаемого слоя особо плотного или связного грунта и опасности повреждения рамыземснаряда от обрушивания грунта разработку прорези производят последовательнов несколько слоев. При этом каждый слой удаляют, как правило, сразу по всейпрорези или по отдельной серии. Свайными землесосами все промежуточные слои вряде случаев можно снимать на каждой папильонажной ленте, постепенно увеличиваязаглубления сосуна. При этой последовательности разработки прорези передподачей земснаряда на следующую ленту сосун поднимают на уровень верхнего слоя.Если у одной из кромок прорези снимаемый слой грунта значительно больше, чем удругой кромки, прорезь разрабатывают отдельными участками в два приема –вначале у одной, затем у другой кромки. В пределах каждого участка, исходя изсредней на ней толщины снимаемого слоя, устанавливают свою величину подачи.Скорость сплывания снаряда под действием течения возрастает. Необходимосвоевременно начинать постепенное его притормаживание, так как при резкомторможении, особенно крупного земснаряда и на быстром течении, возможны обрывканата и повреждение лебедки. Таким образом, разрабатывается прорезь натребуемую ширину. Границы участков определяют в процессе работы в зависимостиот фактических глубин и местных условий.
При удалении толстогослоя грунта по завершении каждого папильонажного хода у кромки прорезинеобходимо производить «подработку» − удалять грунт, осыпающийся с кромкипрорези. Для этого подачу земснаряда делают с малой скоростью становой лебедкии папильонирование к противоположной кромке начинают после извлеченияосыпавшегося с кромки грунта.
Траншейный способ отличается тем, чтоза один проход снаряд отрабатывает месторождение на максимальную глубинуопускания рамы грунтозаборного устройства, породу извлекают в процессе движенияснаряда по продольной траншее. При одном положении папильонажных якорей снарядразрабатывает одну серию, затем его переводят на смежную. Данный способ приработе сериями снизу вверх позволяет широко маневрировать транспортным судам вусловиях ограниченных габаритов акватории.
Положение траншей на местностификсируется продольными створами, которые разбиваются инструментально длякаждой траншеи по ее оси либо с использованием приборов GPS – навигации.
Результаты работы землесоса зависятот заглубления всасывающего наконечника и скорости перемещения по траншее.Скорость всегда придерживается максимально возможной, заглубление регулируетсяв соответствии фактической глубиной залегания плотных подстилающих грунтов.
Боковые отклонения земснаряда отствора в процессе разработки траншеи приводят к значительным переборам грунта ик потере времени на разработку прорези, особенно при необходимости повторныхпроходок по отдельным пропускам. Поэтому в процессе работы необходимо тщательноследить за положением земснаряда в створе.
Для определения мощности разрабатываемогослоя измеряют глубину грунтозабора. Измерения ведут от горизонта воды с помощьюэхолотов. Изменения горизонта воды для корректировки глубины опускания грунтозаборногоустройства землесоса отслеживаются по водомерной рейке или по данным смежныхводомерных постов интерполяцией.
Контроль за ходом рабочего процессаосуществляется с помощью специальных приборов: вакуумметра и манометрагрунтонасосной установки, тягомера станового троса, глубиномера опускания рамы, тахометра двигателя, амперметра лебедки.
Производительность земснаряда зависитот многих факторов, изменяющихся в процессе работы, поэтому режим работыследует постоянно регулировать в зависимости от конкретных условий. Ходрабочего процесса контролируют по установленным на посту управления приборам.На различных объектах работы факторами, ограничивающими производительность,могут быть условия грунтозабора или условия транспортирования грунта понапорному грунтопроводу.
Снижение производительностиобуславливается неравномерностью процесса разработки и всасывания грунта,колебаниями консистенции пульпы. Рывки, резкие изменения скорости лебедок, атакже глубины опускания грунтозаборного устройства ведут к неоправданнымнарушениям режима.
Процесс грунтозабораземлесосных снарядов имеет неравномерный характер вследствие непостоянствагрунтовых условий: различной плотности грунта, неровности дна, периодическихобрушений стенок разрабатываемой траншеи. Поддержание режима максимальнойпроизводительности требует от оператора определенных навыков и постоянноговнимания. Автоматизация процесса грунтозабора осуществляется для обеспечениямаксимально возможной производительности земснаряда в различных грунтовыхусловиях и для облегчения труда оператора.
Всасывание итранспортирование пульпы производятся грунтонасосной установкой, в которуювходят грунтовой насос, грунтозаборное устройство и пульпопровод. Всасываниепульпы (грунтозабор) осуществляется за счет создаваемого насосом разрежения(вакуума), а ее транспортирование – (гидротранспорт) к месту складирования(свалки) – под давлением того же насоса. Каждая грунтонасосная установка имеетопределенную производительность (расход) при перекачке чистой воды. Притранспортировании пульпы с повышением ее консистенции расход снижается.Оптимальному режиму работы грунтонасосной установки соответствуют определенныезначения технологических параметров, характеризующих ее состояние. Наивысшейпроизводительности грунтонасосной установки по пульпе в зависимости от составагрунта соответствуют определенные консистенция и расход. Поэтому с помощьюконсистометра и расходомера можно в любых грунтовых условиях задать оптимальныйрежим работы грунтонасосной установки. Однако существующие консистометры ирасходомеры весьма сложны конструктивно и мало надежны в эксплуатации. В связис этим работу грунтонасосной установки оценивают по разрежению и давлениюсоответственно во всасывающей и напорной частях пульпопровода, т.е. повакуумметру и манометру. Другим методом определения интенсивности работыгрунтонасосной установки является контроль за слоем осадка грунта впульпопроводе.
Достижение максимальнойпроизводительности при производстве грунтозабора обеспечивается за счетрегулирования числа оборотов двигателя, насоса и скорости перемещения постановому тросу.
Для обеспечения производительнойработы земснаряда необходим постоянный контроль за состоянием всасывающегопульпопровода. Часто ограничение производительности связано с забоемпульпопровода вследствие закупорки его грунтом, внезапным засорениемнаконечника и прососом воздуха. Часто угроза забоя возникает при несоблюденииплавного регулирования рабочего процесса. Слишком быстрое заглублениевсасывающего наконечника в грунт, резкие боковые отклонения, быстроенаращивание скорости перемещения снаряда приводят к резкому возрастанию вакуумаи падению расхода.
Чтобы предотвратить закупоркупульпопровода регулировать скорость перемещения снаряда, а при необходимости –приподнять раму. Признаком проникновения воздуха во всасывающую магистральслужит ограниченное значение вакуума, при попытке повышения которогофорсированием грунтозабора наблюдается уменьшение показаний манометра. При этомпоказание вакуумметра остается ниже предельного значения для данного грунтовогонасоса. О неплотности магистрали свидетельствует затрудненный пуск гидротранспортнойустановки.
Технология разработкипрорезей должна соответствовать специфике объекта (грунт, толщина слоя и др.).При составлении наряда-задания на производство работ следует предусматриватьнаиболее эффективные технологические приемы, ведущие к сокращению времени иулучшению качества дноуглубительных работ.
В процессе работыкомандир земснаряда обязан контролировать условия и результаты разработкипрорези и своевременно корректировать технологию по согласованию с прорабом.Например, при обнаружении значительного размывающего действия потока наразрабатываемую прорезь следует применять сквозную проходку отдельных траншейчерез весь перекат, через траншейную разработку прорезей, неполную выработкуглубины, увеличенные подачи (при папильонажном способе) и т.п., и наоборот,если обнаруживается отложение грунта на разработанной части прорези, то глубинаразработки должна быть увеличена в расчете на заносимость. Может быть изменен исамый порядок разработки прорези, чтобы уменьшить вынос взмучиваемого приработе грунта на готовую часть прорези.
Выбор и регулированиевсех технологических параметров: величины и подачи, заглубления грунтозаборныхустройств, скоростей, черпаковой цепи, величины разворота корпуса земснаряда,количества и мест расположения якорей, скоростей рабочего перемещенияземснаряда, последовательности разработки отдельных траншей и участков прорези,моментов перестановок плавучего грунтопровода, перезакалок свай и т.д. –производятся начальником вахты с учетом конкретных условий работы.
Для ориентировочногоназначения технологических параметров в начале работы на новом объекте служаттехнологические карты. Они составляются на земснарядах каждого типа наосновании специальных расчетов с использованием материалов испытаний вразнообразных условиях и теоретических зависимостей. В процессе работыначальник вахты обязан систематически коррективы в технологический режим,изменяя его в зависимости от условий, хода рабочего процесса и достигаемойфактической глубины на прорези. Основные задачи вахтенного при этом следующие:скорейшее выполнение работ; обеспечение заданных габаритов прорези и отвалагрунта при минимальной неравномерности глубин в пределах прорези; обеспечениесохранности оборудования.
Командиры земснарядов иначальники вахт в своей работе должны стремиться к совершенствованиютехнологических процессов, применять передовой производственный опыт.
При обнаружении малейших нарушений вработе снаряда следует принять меры к немедленному их устранению.
прокладка нефтепровод земснаряд водное
3. Конструкторский раздел
3.1 Расчет тиристорныхпреобразователей электроприводов лебедок
Для питания якорныхцепей электродвигателей используются нереверсивная трёх фазная мостоваясимметричная схема выпрямления (рис. 10,6). Для питания обмоток возбужденияэлектродвигателей используется реверсивная двухкомплектная встречно –параллельная однофазная мостовая симметричная схема выпрямления с раздельнымуправлением (рис. 10.7).
/>
Рисунок 10.6 — Тиристорный преобразователь для питания якоря электродвигателя
/>
Рисунок 10.7 — Тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения электродвигателя
Исходные данные,необходимые для расчета:
— тип двигателя: 2ПФ250МГ УХЛ4;
— мощность двигателя />, /> 37000;
— номинальноенапряжение якоря/>, /> 440;
— номинальный ток якоря/>, /> 96;
— номинальноенапряжение возбуждения />,/> 220;
-номинальный токвозбуждения />, /> 2,96;
— номинальная угловаяскорость />, /> 110,95;
— максимальная угловаяскорость />, /> 260;
— параметры сети: />; />; />.
а) расчет сглаживающегодросселя в цепи якоря
— определяемсредневыпрямленное напряжение при угле регулирования равном нулю />
/> (3.1)
где /> - фазное напряжение, />=220 />
/>;
— определяем угол />, соответствующийноминальному режиму, рад
/>, (3.2)
где /> - номинальное напряжениевыпрямителя, равное номинальному напряжению двигателя, />=440 />
/> -прямое падение напряжения на вентилях, />=2/>
/>;
— определяемамплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения />
/>
, (3.3)
где /> – кратность гармоники, />=1;
/> –кратность пульсаций выпрямленного напряжения />=6.
В симметричных мостовыхи нулевых наибольшую амплитуду имеет основная первая гармоника />=1. Гармоники более высокойкратности имеют малую амплитуду. Потому расчёт индуктивности дросселя проводимтолько по первой гармонике.
/>;
− необходимую величину индуктивности цепивыпрямленного тока /> рассчитываем поформуле
/> , (3.4)
где /> - круговая частота сети, />;
/>;
/> -допустимоедействующее значение основной гармоники тока, %, двигатель имееткомпенсационную обмотку, принимаем />=2%;
/> -номинальный ток якоря двигателя, />=96/>;
/>;
— определяеминдуктивность якоря электродвигателя />
/>, (3.5)
где />=0,25 – коэффициент длякомпенсированных двигателей;
/> −номинальная угловая частота вращения двигателя, />=110,95/>;
/>-число пар полюсов двигателя, />=4.
/>;
— находим индуктивностькатодного дросселя /> />
/>; (3.6)
/>;
— принимаеминдуктивность анодных реакторов /> 5% от />
/>; (3.7)
/>;
— индуктивноесопротивление реакторов /> />
/> , (3.8)
где /> - частота сетевогонапряжения, />=50 />
/>.
б) расчет тиристоровдля тиристорного преобразователя цепи якоря
Выбор тиристоровпроизводится по трём параметрам: по среднему току, протекающему через тиристор,по обратному напряжению на тиристоре, по току глухого короткого замыкания внагрузке.
— среднее значение токапротекающего через тиристор />
/>; (3.9)
/>;
— определим среднеезначение тока, приведенного к классифицированной схеме />
/> , (3.10)
где /> - коэффициент запаса потоку, />=1,4;
/>−коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, угла проводимости и от форы тока, />=1,6;
/> −коэффициент, учитывающий условия охлаждения,/>=2.
/>;
− расчетноезначение повторяющегося обратного напряжения на тиристоре />
/>, (3.11)
где /> − коэффициент запасапо напряжению, учитывающий возможность возникновения перенапряжений натиристорах, />=1,5;
/> −действующее значение линейного напряжения, подведённого к выпрямителю, />=380 />
/>;
− амплитудабазового тока короткого замыкания />
Анодные реакторывыполнены в виде питающих проводов, проходящих через кольцевой магнитопровод.При мощности тиристорного преобразователя до 500 кВт сопротивлением сети, питающейпреобразователь можно пренебречь. Принимаем активное сопротивление реактора />=0
/>; (3.12)
/>;
− определяемударный ток глухого внешнего короткого замыкания />
/>, (3.13)
где /> — коэффициент амплитудытока в тиристорах, выбираем по графикам, в зависимости от соотношения междуактивным и реактивным сопротивлением фазы выпрямителя />
/>; (3.14)
/>;
— принимаем />=1,4
/>;
— по справочникувыбираем тиристоры из условия, что паспортные значения />, /> и /> должны быть большерасчетных значений />, /> и />.
Выбраны тиристоры Т161-160.Предельные эксплуатационные данные:
— повторяющеесяимпульсное напряжение в закрытом состоянии />=1000/>;
— максимальнодопустимый средний ток в открытом состоянии при
/>=50 />; />=+85 /> /> = 160/>;
— ударныйнеповторяющийся ток в открытом состоянии при />=0,
/>=10/>,/>=+125/> />=2000/>.
Внешний вид игабаритные размеры тиристоров изображены на рис. 10.8.
/>
Рисунок 10.8 — Габаритные размеры тиристоров Т161-160
в) расчет параметровцепи обмотки возбуждения
— определяемсредневыпрямленное напряжение при угле регулирования равном нулю />
/> (3.15)
/>;
— определяем угол />, соответствующийноминальному режиму
/>, (3.16)
где /> - номинальное напряжениевыпрямителя, равное номинальному напряжению возбуждения, />=220 />;
/> -прямое падение напряжения на вентилях, />=2/>
/>;
— определяемамплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения поформуле (3.3)/>
/>=1;/>=2,
/>;
— необходимую величину индуктивности цепи выпрямленного тока /> рассчитываем по формуле(3.4), где /> - номинальный ток обмоткивозбуждения двигателя, />=2,96 />
/>.
Сглаживающий дроссель вцепи обмотки возбуждения не используется, т.к. величина индуктивности обмоткивозбуждения больше необходимой величины индуктивности цепи выпрямленного тока:
— индуктивность анодныхреакторов находим по (3.7)
/>;
— индуктивноесопротивление реакторов находим по (3.8)
/>;
г) расчет и выбортиристоров для питания обмотки возбуждения
— среднее значение токапротекающего через тиристор />
/>; (3.17)
/>;
— определим среднеезначение тока, приведенного к классифицированной схеме по (3.10) />
/>;
— расчетное значениеповторяющегося обратного напряжения на тиристоре находим по (3.11) />
/>;
— амплитуда базовоготока короткого замыкания по (3.12)/>
/>;
— определяем ударныйток глухого внешнего короткого замыкания по (3.13) />.Принимаем />=1,4
/>;
— выбираем тиристорыТ112-10-10.
Предельныеэксплуатационные данные:
— повторяющееся импульсноенапряжение в закрытом состоянии />=1000 />;
— максимальнодопустимый средний ток в открытом состоянии при
/>=50 />; />=+85 /> /> = 10 />;
— ударныйнеповторяющийся ток в открытом состоянии при />=0,
/>=10/>,/>=+125/> />=150/>
Внешний вид игабаритные размеры тиристоров изображены на рис.10.9.
/>
Рисунок 10.9 –Габаритные размеры Т112-10-10
Заключение
В данном дипломномпроекте на основании обзора технической литературы для прокладки трубы черезводное препятствие была выбран землесос.
В результате расчетаэксплуатации данной машины и насосной установки получили наиболее рациональныйспособ прокладки нефтепровода через водное препятствие.
Список использованныхисточников
1. БородулинЯ.Ф., Сущенко Б.Н. Дноуглубительный флот и дноуглубительные работы. — М.:Транспорт, 1973. — 432 с.
2. ИвановВ.А., Лукин Н.., Разживин С.Н. Суда технического флота. — М.: Транспорт, 1982.- 366 с.
3. ВласовА.А. Техническая эксплуатация дноуглубительного флота. — М.: Транспорт, 1986. — 256 с.
4. СтариковА.С., Технологические процессы земснарядов. — М.: Транспорт, 1989. — 223 с.
5. РейнгольдтЮ.А., Шорин В.П. Электрическое оборудование шлюзов и дноуглубительных снарядов.- М.: Транспорт, 1974. — 264 с.