Прокладка трубопровода траншейным способом

Методы строительства подводных переходов

Проблемы

При прокладке магистрального трубопровода через водные препятствия суши, прежде всего реки, необходимо обеспечить безопасное залегание трубопровода, как на дне, так и на береговых выходах. Обнажение трубопровода, связанное с изменениями рельефа дна и побережья, влечет за собой самые разнообразные опасности — это и критическая деформация, связанная с провисанием трубы, усиление внешней коррозии, внешние воздействия, в частности, во время ледохода или в результате деятельности плавсредств. В связи с этим необходимо просчитывать различные варианты прокладки трубопровода для минимизации возможных рисков.

Решения

Существуют три возможных метода прокладки трубопровода через водные преграды. Самый экзотический — это размещение трубопровода непосредственно в толще вод, либо на специальных опорах, либо на поплавках. Подобный вариант имеет смысл в случае прокладки временного трубопровода, либо трубопровода на большое расстояние, измеряемое километрами. Подобная система сложноприменима для перехода через реки с постоянным и иногда весьма быстрым течением.

На практике выбор делается между двумя другими методами форсирования водных преград — траншейным и бестраншейным. Траншейный метод подразумевает укладку трубы в траншею, выкопанную непосредственно в грунте, в защитном кожухе, в специальном канале, укрытые бетонными защитными плитами. Это наиболее традиционный способ организации подводного перехода.

Данный метод имеет очень долгий срок применения, существует множество практических наработок и технологических приемов. Одновременно существуют принципиальные недостатки данного метода. С точки зрения безопасности функционирования трубопровода, он заглубляется недостаточно, чтобы полностью исключить его размыв. С точки зрения строительства наносится значительный ущерб окружающей среде и, прежде всего, ихтиофауне, поскольку размывается грунтовая толща, выбрасывается в воду значительный объем мути и иногда химических загрязнений, таких как нефтепродукты.

По завершению строительства траншейным методом требуется проводить комплекс работ по рекультивации береговой зоны на большой площади, восстанавливать профиль берегов, благоустраивать территорию.

Бестраншейные методы строительства переходов лишены этих недостатков и ограничений. Основной принцип заключается в создании сквозного миниатюрного туннеля под руслом реки (или иной преградой), в котором и будет находиться трубопровод. Этот мини-туннель может быть создан различными способами: продавливанием или наклонно-направленным бурением, с расширением скважины и без.

Данный метод позволяет провести трассу на глубинах (от поверхности дна) полностью исключающую возможность размыва грунта вокруг трубопровода. На берегу возможна работа на достаточно ограниченных площадках. Поскольку нет работ на акватории, то прокладка переходов не мешает судоходству, рыболовству и не наносит ущерба окружающей среде. Существуют при этом определенные геологические ограничение ограничения по применению данного метода и по предельной длине переходов. Метод также требует применения специальной, дорогостоящей техники, однако, в сумме он оказывается выгоднее традиционных траншейных методов.

Источник

Сравнительный анализ траншейного и бестраншейного методов прокладки трубопровода

Способы строительства магистральных трубопроводов, причины развития новейших способов строительства. Прокладка нефтепровода в оживленных городских условиях с помощью траншейного метода, его недостатки. Преимущества бестраншейных технологий бурения.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	14.06.2016
Размер файла	46,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Линейные объекты являются нитями инженерно-технической сети: линии электропередач, трубопроводы, автомобильные и железные дороги, тоннели, метро и фуникулеры, все они словно нейроны мозга планеты обеспечивают жизнедеятельность всех людей в современном мире.

Всем известно, что невозможно представить нашу жизнь без таких ресурсов энергии, как нефть и газ. Они — кровь в сосудах урбанизированных сообществ, поэтому очень важно совершенствовать строительство и ремонт газонефтепроводов.

В зависимости от интенсивности движения транспорта, категорий дорог, диаметра трубопровода, методов производства работ, грунтовых условий существует три вида прокладки трубопровода: надземная, наземная и подземная; и множество методов, но мы рассмотрим чаще встречаемый в нормальных условиях вид — подземной прокладки. (Итак, задача моей работы сравнить траншейный и бестраншейный методы прокладки трубопровода.)

магистральный трубопровод траншейный бурение

Итак задача моей работы сравнить традиционный траншейный метод и более новым для России бестраншейным способом прокладки трубопровода. (ГНБ впервые использовалось 1971 году в Америке, сейчас таким способом строят повсеместно в Америке и Европе)

Чем стремительней увеличиваются желания в развитии и потребности людей, тем быстрей развивается строительство и новые технологии. Что касается городского хозяйства, то основной причиной развития новейших способов строительства явилась невозможность применения стандартных траншейных способов прокладки трубопроводов.

Рассмотрим возможность прокладки нефтепровода в оживленных городских условиях с помощью траншейного метода, прежде чем приступить к непосредственному строительству нам придется:

— Убрать дом, детскую площадку, машины и парковку

— пригнать специальную технику

— которая сформирует траншею нужной глубины

— в неё укладывают нефтепровод

— после завершения всего монтажного процесса, силами рабочих или техникой засыпают траншею

— возвращаем дороги, парковки, детские площадки, и тд…

Все нефтепровод готов к использованию. Но понятно, что это невозможно.

Таким образом, к основным недостаткам представленного выше метода следует отнести:

— нарушение привычного ритма жизни города;

— снос элементов благоустройства;

— уничтожение зеленых насаждений;

— необходимость восстановления дорожного покрытия;

— нарушение существующих коммуникаций;

— перекрытие транспортных магистралей;

— нарушение земляного покрытия и т.д.

Такой комплект недостатков может привести к полному уничтожению земельных ресурсов любого города. Но и останавливать строительство, разработку и добычу полезных ископаемых, транспортировку сырья никто не будет. Решить такую задачу позволяют бестраншейные методы прокладки трубопровода, которые позволяют решить вопросы, связанные с необходимостью прокладки трубопровода под автострадой, жилыми домами, железной дорогой.

Бестраншейные технологии бурения представляют собой вариант выполнения работ по подземному строительству без вскрытия грунта. При использовании бестраншейных способов бурения более 90% всех работ проводится под землей, что исключает все перечисленные выше недостатки.

Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диаметра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов. Выбор способа также зависит от наличия в строительных организациях соответствующих трубопрокалывающих, продавливающих и бурильных агрегатов, установок и оборудования.

Можно выделить пять традиционных метода бестраншейной прокладки газонефтепроводов:

Сравнительный анализ подземных способов прокладки трубопроводов (сравнение траншейного способа прокладки трубопровода проводим с горизонтально-направленным бурением и микротонелированием, вследствие возможности прокладки этими способами на длинные участки трассы):

(ГНБ и микротонеллирование)

Зависимость строительства от времени года

Имеет частичную сезонность, в холодное время года необходимы дополнительные работы, зависит от распутиц и погодных условий.

Может производиться в любое время года, при любых погодных условиях.

Время производства работ

Большие подготовительные работы, земляные работы по рытью траншеи, восстановление плодородного слоя в разы увеличивают сроки производства работ.

Благодаря буровой установке сроки производства работ уменьшаются до 20 раз, а после завершения работ не требуются восстановительные работы земляного полотна.

Гибель растительности (деревьев, кустарников и травы), существенное понижение грунтовых вод, даже после ее засыпки траншеи. Во время работ нарушается миграция животных.

Незначительное влияние на окружающую среду и как следствие низкий экологический ущерб.

При недостаточной засыпке трубопровода возможны образования пустот, а в результате скапливания воды.

Стандартные ГНБ методы могут так же создать неприятности с вымыванием грунта, если использовать неправильную консистенцию бентонитовой смеси, сильно разбавляя водой.

Плотность не разработанного грунта увеличивает прочность трубопровода.

Большие транспортные расходы; привлекается много рабочей силы и техники из-за больших объемов работ в земле.

Требуется только одна техника — буровой комплекс, с которым будут работать две бригады рабочих;

Цены на бурение сокращают затраты практически до 50% от общих затрат на траншейный метод

Таким образом, проведенные мной сравнения траншейного и бестраншейного методов показало, что по всем критериям бестраншейный метод более подходящий при пересечении естественных и искусственных препятствий, а в городских условиях без него невозможно обойтись.

· Одним из важнейших преимуществ бестраншейной прокладки является незначительное влияние на окружающую среду и как следствие низкий экологический ущерб.

· Закрытый бестраншейный способ, как правило, всегда рентабельнее по сравнению с устаревшим траншейным способом, когда глубина прокладки трубопровода достигает 1,5 метров.

Бестраншейное бурение является экономически более выгодными (в 2,5-3 раза) по сравнению с традиционным методом, это объясняется экономией средств, которые при открытом способе прокладки коммуникаций шли на обустройство траншей, восстановление вскрытых дорог и т.д. Кроме того, бестраншейные методы бурения сокращают время производства работ и количество рабочего персонала, значительно повышают уровень безопасности работ (отсутствие траншей и механизмов на трассе прокладки), а также не наносят ущерба окружающей среде.

К главным преимуществам бестраншейных технологий относятся: значительное сокращение материальных затрат, потому что не потребуется оплачивать часы работы персонала и оборудования; возможность выполнять все работы в зимнее время года; небольшое количество персонала; отсутствие дополнительных устройств для рытья траншеи и ее укрепления.

Для того, чтобы проложить трубопровод под дорогой или выполнить отверстие под землей практически в любом месте, достаточно с помощью бурового сверла нужного диаметра пробурить отверстие. Увеличить длину шпура можно с помощью наращиваемой штанги. Крепятся отдельные участки штанги достаточно просто. Максимальная длина такого земельного отверстия не может быть более нескольких десятков метров, потому что вес вышележащего слоя земли будет давить на цилиндрическую болванку (один из аналогов сверла). В случае, когда требуется пробурить широкое и длинное отверстие, то лучше воспользоваться услугами специальных компаний и нанять бурильную машину.

В настоящее время возникла реальная необходимость в использовании бестраншейных технологий и обусловлено это целым рядом причин. С одной стороны плачевное состояние трубопроводов, находящихся в эксплуатации с советских времен, а в некоторых городах и с дореволюционных. С другой — это ряд ограничений по проведению привычных траншейных работ. Рассмотрим основные преимущества бестраншейной прокладки в сравнении с рытьем траншей.

Рекомендуемые способы бестраншейной прокладки трубопроводов:

Источник

Сравнение методов бестраншейного строительства инженерных сетей

УДК 628+621.646. Научная специальность: 05.23.04.

Сравнение методов бестраншейного строительства инженерных сетей

Владимир А. Орлов, д.т.н., профессор; Сергей П. Зоткин, к.т.н., доцент; Валентина А. Нечитаева, старший преподаватель, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)

В статье рассматриваются методы бестраншейного строительства трубопроводов, их преимущества перед открытым способом прокладки. Представлены технологические параметры наиболее распространённых методов бестраншейных технологий, таких как прокол, продавливание, горизонтальное направленное бурение, микротоннелирование и др. Описаны типы и диапазоны применения навигационного оборудования, сопровождающего технологические процессы прокладки инженерных сетей в подземном пространстве. Отражены стоимостные аспекты, позволяющие ориентироваться в принятии решений по выбору наиболее оптимальных методов строительства объектов. Произведено сравнение методов бестраншейного строительства на базе возможных диапазонов диаметров коммуникаций при прокладке, геологических условий, максимальных расстояний прокладки трубопроводов.

Ключевые слова: строительство, бестраншейные технологии, трубопроводы, навигационное оборудование, сравнение вариантов

UDC 628+621.646. The number of scientific specialty: 05.23.04.

Comparison of trenchless construction methods for engineering networks

Vladimir A. Orlov, Doctor of Technical Sciences, Professor; Serge P. Zotkin, PhD, Associate Professor; Valentina A. Nechitaeva, senior Lecturer, National Research Moscow State University of Civil Engineering (MGSU)

The article presents the methods of trenchless pipeline construction, their advantages over the open method of laying. Presents the technological parameters of the most common methods of trenchless technologies, such as puncture, bursting, horizontal directional drilling, microtunnelling etc. Describes the types and ranges of use of navigation equipment to accompany the processes of construction of utilities in the underground space. The cost aspects allowing to be guided in decisionmaking on the choice of the most optimum methods of construction of objects are reflected. The comparison of trenchless construction methods on the basis of possible ranges of diameters of communications during laying, geological conditions, maximum distances of pipeline laying is made.

Keywords: construction, trenchless technologies, pipelines, navigation equipment, comparison of options.

В статье рассматриваются методы бестраншейного строительства трубопроводов, их преимущества перед открытым способом прокладки. Представлены технологические параметры наиболее распространённых методов бестраншейных технологий, таких как прокол, продавливание, горизонтальное направленное бурение, микротоннелирование и др. Описаны типы и диапазоны применения навигационного оборудования, сопровождающего технологические процессы прокладки инженерных сетей в подземном пространстве. Отражены стоимостные аспекты, позволяющие ориентироваться в принятии решений по выбору наиболее оптимальных методов строительства объектов. Произведено сравнение методов бестраншейного строительства на базе возможных диапазонов диаметров коммуникаций при прокладке, геологических условий, максимальных расстояний прокладки трубопроводов.

При необходимости оперативного и экономичного строительства трубопроводных коммуникаций в системах водоснабжения, водоотведения, газои теплоснабжения и других нашли широкое применение бестраншейные технологии [1, 2].

Эти технологии наряду с указанными свойствами обладают важной характеристикой, к которой можно отнести сохранение экологической обстановки вблизи объекта строительства за счёт полного отсутствия раскопочных земляных работ или их минимальных объёмов [3, 4]. Традиционная прокладка трубопроводов, которая реализуется путём рытья траншей на необходимую глубину, их укрепления, укрывания труб инертным материалом, засыпкой и восстановлением дорожного полотна и ландшафта, приводит к большим материальным и трудовым затратам [5]. Результаты исследования маркетологов, проводивших сравнение закрытого и открытого способов по четырём критериям, позволили сделать выводы о преимуществе бестраншейных технологий. Это выразилось в экономии трудозатрат в три раза и восстановлении благоустройства в 1,6 раз, в сокращении сроков строительства в два раза, в экономии от реализации проекта в целом, с учётом применяемых материалов, в два раза [6].

В настоящее время наибольшее распространение находят методы бестраншейной прокладки трубопроводов: прокол, продавливание, микротоннелирование (шнековое бурение как частный случай микротоннелирования); горизонтальное направленное бурение (ГНБ); запахивание в грунт (плужный метод) [7]. Метод прокола является первой и наиболее простой разновидностью бестраншейных технологий. Сущность этого метода заключается в образовании в грунте горизонтальной скважины за счёт воздействия домкрата, обеспечивающего продвижение первого модуля трубы с наконечником и последовательно устанавливаемых за ним последующих модулей до приёмного котлована. Данная технология применима для малых диаметров, так как усилие, необходимое для прокола, прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины.

Метод продавливания заключается в продавливании стальных футляров в тело грунта с помощью домкратов. Для уменьшения трения футляра в грунте конец трубы оснащён ножом. В отличие от прокола, грунт не «вдавливается» в стенки скважины, а разрабатывается различными способами и выводится из забоя специальной техникой.

Бестраншейный метод прокладки трубопроводов и коммуникаций в технологии микротоннелирования осуществляется с помощью специальных домкратных станций и микрощитов с режущими органами [8, 9]. Труба «продавливается» сквозь грунт от одной станции (шахты) до другой. Расстояние между шахтами составляет от 50 до 500 м. Однако при использовании специальных промежуточных домкратных станций это расстояние может быть увеличено в несколько раз.

Одним из достоинств метода является то, что технология микротоннелирования позволяет прокладывать криволинейные трассы с большим радиусом поворота, позволяя обходить подземные препятствия, водные объекты, авто и ж/д пути.

При реализации этой технологии применяют трубы: железобетонные, стальные, керамические и полимербетонные, которые должны обладать высокой прочностью, обеспечиваемой специальными муфтами, оказывающими незначительное сопротивление при продавливании труб в скважине. С помощью микротоннелирования могут быть осуществлены работы по бестраншейному присоединению к действующему трубопроводу боковых ветвей [10].

К основным этапам реализации технологии микротоннелирования следует отнести: подготовительный (например, изучение свойств грунта вдоль будущей трассы и т. д.); подготовка стартовой и приёмной шахт; спуск домкратной установки и монтаж микрощита в приёмной шахте; прокладка трубопровода с использованием навигационной системы управления; демонтаж оборудования.

В качестве навигационной системы, обеспечивающей высокую точность проходки микрощита и протаскиваемого за ним трубопровода, используется специальный компьютерный комплекс и электронная лазерная система управления микрощита. В зависимости от протяжённости трассы могут применяться: система с измерительным колесом и мишенью (при длине трассы до 200 м), электронная лазерная система с гидростатическим водяным уровнем (при длине трассы от 200 до 400 м) и система с гироскопом (для проходки криволинейных участков).

Технология горизонтального направленного бурения представляет собой управляемый процесс прокладывания подземных коммуникаций на глубину до 50 м, основанный на использовании специальных буровых комплексов (установок) [11].

Длина прокладки путей может быть от нескольких метров до нескольких километров, а диаметр от 25 до 2000 мм. Скорость бурения достигает 100 м трубопроводов за смену. Горизонтальное бурение производят при помощи специальных комплексов: бурильных машин с ходовой гусеничной частью; приспособлений для приготовления бурового раствора; навигационной системы и штанг. Буровой раствор необходим для охлаждения бура, обеспечения смазки и укрепления стенок канала. Он состоит из бентонита, воды, полимеров и водного кондиционера. В зависимости от вида почв, требуется определённый ряд характеристик бурового раствора. При использовании технологии применяют трубы: из полиэтилена низкого давления (ПНД) диаметрами от 25 до 1200 мм; стальные диаметрами от 50 до 2000 мм (используются в качестве защитных футляров); из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом диаметрами от 80 до 1000 мм.

К основным этапам реализации технологии горизонтального направленного бурения следует отнести: изучение свойств грунта вдоль трассы; организация места проведения работ; бурение пилотной скважины по заранее выбранной траектории, с расчётом процента изгиба буровой колонны на каждую штангу; расширение и формирование устойчивой скважины до требуемого диаметра без обвалов, засоров, пробок и т. п.; протягивание трубопровода из финишного колодца в стартовый с помощью риммерарасширителя.

В отношении эффективности методов бестраншейного строительства на тех или иных объектах, как правило, следует проводить оценку по следующим критериям: возможным диаметрам коммуникаций при прокладке; геологическим условиям, при которых возможно применение того или иного метода; максимальном расстоянии прокладки трубопроводов и стоимости работ.

Обобщив сведения из литературных источников и нормативно-технической литературы по бестраншейным методам строительства, ниже в качестве наглядности представлены графики сравнения методов по диаметрам (рис. 1).

На основании анализа рис. 1 можно констатировать, что, по сравнению с другими методами бестраншейного строительства, метод прокола имеет наименьший диапазон значения диаметров. Это связано с тем, что усилие, необходимое для прокола, прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины. Самый большой диапазон принадлежит микротоннелированию, который позволяет осуществлять строительство больших коллекторов (диаметром до 4000 мм).

Метод горизонтального направленного бурения лидирует по значению минимального диаметра, которое составляет 25 мм. Что касается геологических условий, то для оценки эффективности ведения работ можно использовать данные из табл. 1, где для соответствующего метода бестраншейного строительства представлен диапазон стандартных категорий грунтов (в диапазоне от I-VII). При наличии знака «+» применение соответствующей технологии возможно, а при знаке «-» невозможно.

Таким образом, метод прокола применяют при ведении работ в глинистых и суглинистых грунтах (грунты I-III категорий), способ продавливания эффективен в грунтах I-IV категорий, а также в вечномёрзлых сезонно промерзающих грунтах, методы микротоннелирования и горизонтального направленного бурения способны справиться со всеми категориями грунтов, включая сланцы окварцованные и слюдяные, песчаник плотный, твёрдый мергелистый известняк, плотный доломит, мрамор, вечномёрзлые сезонно промерзающие грунты, такие как морёные грунты и речные отложения с содержанием крупной гальки и валунов до 7 0 % по объёму.

На рис. 2 в качестве примера категорий грунтов представлены их некоторые типы в части гранулометрического состава и водопроницаемости, а на рис. 3 — передние части микротоннельного агрегата с режущим инструментом для различных типов грунтов.

Для сравнения максимальных длин прокладки трубопроводов различными методами без использования дополнительного оборудования для наглядности представлены сводные графики (рис. 4).

Анализ данных на рис. 4 свидетельствует, что метод прокола позволяет прокладывать трубопроводы на длину до 60 м, что почти в два раза меньше длины, реализуемой методом продавливания и равной 100 м. Длина прокладки методом горизонтального направленного бурения может составить несколько километров. Этот метод является лидирующем по данному критерию оценки. Максимальное расстояние для реализации метода микротоннелирования составляет 500 м.

Если производить оценку альтернативных методов по прокладке трубы, например, диаметром 600 мм, то можно констатировать следующее (табл. 2).

На первый взгляд является очевидным, что стоимости работ методом прокола и горизонтального направленного бурения являются наиболее дешёвыми. Однако при использовании метода горизонтального направленного бурения не требуется строительства котлованов, а значит — и затрат на земляные работы, поэтому именно он будет являться самым дешёвым в сравнении с остальными. Метод микротоннелирования, напротив, будет являться самым дорогим.

Выводы

1. Анализируя приведённые сравнительные данные по различным методам бестраншейного строительства, установлено, что методы горизонтального наклонного бурения и микротоннелирования являются наиболее перспективными; во-первых, данные методы охватывают большой спектр диаметров прокладываемых коммуникаций во всех категориях грунтов; во-вторых, они позволяют строить участки большой протяжённости, в-третьих, позволяют прокладывать трубопроводы на большой глубине.

2. Затраты на выполнение работ в случае использования технологии горизонтального направленного бурения являются самыми дешёвыми в сравнении с другими методами, так как в данном случае не требуются земляные работы.

3. Несмотря на кажущуюся достаточно высокую стоимость работы при применении микротоннелирования, имеется ряд случаев, когда применение этого метода является наиболее выгодным, поскольку использование других альтернативных методов потребует большого количество дополнительного оборудования, а следовательно, и затрат на решение поставленной задачи. Особым аспектом, обуславливающим привлекательность данного метода, является то, что обеспечиваемый им диапазон строительства трубопроводов составляет от 200 до 4000 мм, причём в любых геологических условиях.

Источник