Содержание к диссертации
Введение
2. Анализ методов балластировки и закрепления трубопроводов
2.1. Требования нормативных документов к балластировке и закреплению трубопроводов на проектных отметках .
2.2. Закрепление магистральных трубопроводов анкерными устройствами различных конструкций
2.3. Балластировка трубопроводов утяжеля ющими железобетонными грузами и мине ральными грунтами
2.4 Обоснование выЗора метода балластиров ки с учетом болот по протяженности и мощности тор$а
3. Исследования и сравнительные испытания грузов ' различной конструкции для балластировки трубопроводов 42
3.1. Цель и задачи сравнительных испытаний 42
3.2. Выбор и обоснование критерия сравнения 42
3.3. Выбор параметров для сравнения конструкций железобетонных грузов 44
3.4. Проведение сравнительных испытаний и методы определения параметров сравнения 46
3.5. Исследования процесса защемления трубопровода грузами в продольном направлении 63
3.6. Обоснование областей применения утяжеляющих железобетонных грузов различной конструкции 69
3.7. Обоснование необходимости разработки тех нических требований к конструкциям железо бетонных грузов 74
4. Исследование и разработка технологических схем балластировки трубопроводов 75
4.1. Технология установки на трубопровод утяжелителей типа УБО 75
4.2. Разработка и применение группового метода установки утяжеляющих железобетонных грузов 79
4.3. Анализ темпов работ по балластировке трубопроводов железобетонными утяжелителями 83
4.4. Исследование методов балластировки трубопроводов с использованием минерального грунта 89
5. Технико-экономический анализ методов балласти ровки трубопроводов и внедрение основных результатов исследований 101
5.1. Технико-экономический анализ средств балластировки и закрепления трубопроводов 101
5.2. Экономический эффект и внедрение результатов исследований 109
Общие выводы
Литература
Приложения
- Закрепление магистральных трубопроводов анкерными устройствами различных конструкций
- Выбор и обоснование критерия сравнения
- Разработка и применение группового метода установки утяжеляющих железобетонных грузов
- Экономический эффект и внедрение результатов исследований
Введение к работе
Основной прирост добычи нефти и газа в XI пятилетке будет получен за очет дальнейшего интенсивного освоения месторождений Западной Сибири, где впервые в мировой практике в весьма сжатые сроки в сложнейших природных условиях обеспечено эффективное строительство мощных трубопроводных транспортных систем из труб большого диаметра с рабочим давлением до 7,5 МПа.
"Основными направлениями экономического и социального развития СССР на І98І-І985г.г. и на период до 1990 года" предусматривается добыча нефти / с газовым конденсатом/ в обиеме 620-645 млн.тонн, природного газа - до 600--640 млрд.нЗ.
В связи с этим одними из главных задач отрасли строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности является уокорение темпов и повышение качества строительства трубопроводных магистралей [4,30,31]. Решение этих задач зависит от принятия прогрессивных проектных решений, применения новых материалов и конструкций, повышения уровня механизации работ, внедрения более эффективных методов тех* нологии и организации строительного производства*
Директивные сроки сооружения трубопроводов, отражающие народно-хозяйственные потребности, как правило, в 2-3 раза короче, чем предусмотрено нормами продолжительности строительства. Поэтому сооружение трубопроводных магиотралей в Западной Сибири высокими темпами о соблюдением комплекса требований по качеству строительства представляет исключительно сложную задачу, решение к оторой возможно только на основе разработки и внедрения комплекса наиболее эффективных технических, организационных и экономических мероприятий.
Природно-климатические и гидрогеологические условия
районов Западной Сибири применительно к трубопроводному
строительству достаточно полно отражены в ряде работ
[4,5,15,18,24,62,63,64,65].
6.
Зимний оезон, во время которого возможен проход строительной техники по промерзшему грунту, начинается в ноябре-декабре и длится 4-5 месяцев. До 40-50$ площади занято торфяными болотами, на трассах трубопроводов средняя заболоченность составляет 30$, а на трассах трубопроводов Уренгой-Челябинск, Сургут-Полоцк заболоченность достигала 60-63$.
Таежно-болотистая зона Западной Сибири отличается перемежающимися участками суши и болот различного типа, а также
наличием большого количества мелких и крупных водных преград в виде рек, ручьев, при этом глубина болот достигает
8-9 метров, а протяженность колеблется от 100м до 5 км.
Водные преграды, как правило, имеют заболоченные поймы.
Анализ проектной документации /технических проектов, рабочих чертежей/ системы магистральных газопроводов Уренгой-Центральные районы страны, газопроводов Надым-Пунга-Ивдель, Вынгапур-Челябинск, Уренгой-Челябинск, Уренгой-Пе-тровск, Уренгой-Ужгород, Уренгой-Центр I позволил изучить структуру болот. Установлено, что 50$ приходитоя на болота П типа, 35$ - болота I типа и 15$ - болота Ш типа. При этом глубина отдельных болот доотигает до 10-12, метров.
Для лесотундровой зоны на 100 км протяженности траоо трубопроводов приходитоя: обводненных участков - 37 км, болот I типа - 2 км, П типа - 14 км, участков с вечномерз-лыми грунтами - 2 км.
В районе Среднего Приобья на каждые 100 км протяженности трубопроводов приходится болот I типа - 10 км, П типа - 17км, Ш типа - 10 км, рек, ручьев, проток - 10 км.
7.
' В связи о этим, при строительстве линейной части магистральных трубопроводов большой объем работ приходится на балластировку и закрепление их на проектных отметках.
Для балластировки трубопроводов больших диаметров, сооружаемых в десятой пятилетке, широко применялись утяжеляющие седловидные железобетонные грузы, винтовые анкерные устройства и свайные анкерные устройства раокрывающегооя типа.
Анкерные устройства являютоя наиболее экономичными конструкциями, обеспечивающими устойчивость трубопроводов на проектных отметках, однако облаоть их применения ограничивается мощностью торфяной залежи, не превышающей глубину траншеи»
Анализ строительных классификаций болот показал, что большинство из них не отвечает требованиям, предмявляемым к ним при сооружении магистральных трубопроводов и не позволяет прогнозировать ни опосббов балластировки трубопроводов, ни методов производства работ на болотах в различные строительные периоды.
Классификация болот, предложенная проф. К.С.Ордуянцем [4l], построена на значительном фактическом материале, полученном при обследовании существующих железнодорожных насыпей на болотах. В основу классификации положены степень разложения торфа и устойчивость его в свободных откосах / в траншее, котлована, шурфе/.
Проф. А.В.Ливеровский [59]классифицирует болота по их геологическому строению. По этой классификации:
8.
Болота I типа - оплошь заполненные торфом до дна;
Болота П типа - с торфяной коркой;
Болота Ш типа - без торфа, заполненные оапропелями,
илом и водой*
Проф. А.А. Ткаченко [59 J построил универсальную строительную классификацию болот путем объединения классификации А.В.Ливеровского с классификацией, предложенной в Мооковоком институте. Принимая во внимание, что болота могут соотоять из сапропеля и воды, автор выделяет следующие типы пластов: лесной торф, лесо-топяной торф, топяной торф, сапропель и вода.
По строению и условиям образования болота классифици-руютоя оледующим образом [28]:
верховые болота - / наиболее распространенные в СССР/. Находятся в зонах избыточного увлажнения, имеют выпуклую форму поверхности. Имеют обычно незначительный лесной покров. Глубина торфяного слоя составляет от 0,5 до 7,0м;
низинные болота - их характерные признаки: вогнутая поверхность, богатое грунтовое водно-минеральное питание, раотительный осоковый микроландшафт. Глубина торфяного слоя-от 0,5 до Зм;
переходные болота - не имеющие четко выраженного рельефа местности.
Инотитут Гипротюменнефтегаз разработл классификацию болот [l7J, основанную на механичеоких показателях торфяного грунта: модуля общей деформации (Е0, МПа) и предельного
9.
сопротивления сдвигу ( t , МПа) Данная классификация устанавливает связь между типом болота по уоловиям прокладки и основными механическими показателями торфяного грунта.
Институтом Гипроопецгаз совмеотно с Ленинградским гидрогеологическим институтом была проведена большая работа по выявлению типов болот, изучению их свойств и составлена классификация болот» применительно к трубопроводному строительству [27,28,54].
В её оонову положена проходимость болот для строительных машин. Вое болота подразделяются на три типа:
I тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократный подход машин и механизмов с удельным давлением 0,02-0,03 МПа;
И тип - болота, целиком заполненные торгом, допускающие работу машин с удельным давлением до 0,01МПа;
Ш тип - болота, допускающие работу только плавучих машин и механизмов.
Основываясь на классификации болот по проходимости, а также анализируя опыт строительотва трубопроводов в условиях обводненной и заболоченной местности, проф. П.П.Бородавкин и В.Л.Березин [^пришли к выводу, что болота нужно классифицировать также с точки зрения сложности производства строительно-монтажных работ при сооружении трубопроводов, учитывая при этом как проходимость строительной техники, так и протяженность болота по створу перехода и мощнооть торфяной залежи.
данная классификация из всех рассмотренных в настоящей работе наиболее полно отвечает требованиям трубопроводного строительства в заболоченных районах.
ю.
Однако, согласно требованиям СНиП Ш-42-80 [54] проектяо-конструкторские и отроительно-монтажные организации обязаны руководствоваться классификацией болот, разработанной Гипро-опецгазом, что не обеспечивает возможность определить метод строительства и разработать ППР заблаговременно со значительным опережением периода производства работ на конкретном участке»
В связи с увеличением диаметра сооружаемых трубопроводных систем до 1420мм и переносом центров добычи нефти и газа в одиннадцатой пятилетке в заболоченные районы Западной Сибири возникла необходимость в разработке и создании принципиально новых методов и средотв балластировки и закрепления трубопроводов на проектных отметках, так как применение существующих утяжелителей и анкеров приводило в ряде случаев к отказам и всплытию газопроводов. [30,31].
Практика строительства трубопроводов в СССР и за рубежом показала, что основные направления дальнейшего развития работ по балластировке и закреплению трубопроводов принципиально отличаются друг от друга.
Для Западной Сибири характерна большая обводненность и заболоченность территорий, наличие тонкодисперсных грунтовых структур в основании траншеи [ll,12j, большие диаметры трубопроводных магистралей, ожатые сроки их сооружения, значительная удаленность баз отройиндустрии от районов строительства, недостаточная сеть транспортных коммуникаций в районах прохождения трасс трубопроводов.
В зарубежной практике широко применяются утяжеляющие седловидные и кольцевые утяжелители о плотностью до 2,4-2,5 т/мЗ, а также винтовые анкерные устройства о диаметрами лопастей до
II.
300мм, кроме того, рядом зарубежныхй ирм используются свай-'ные анкерные устройства.
Основной конструкцией для балластировки трубопроводов на болотах, обводненной и заболоченной местности, являлся седловидный груз. Взаимодействие его с трубопроводом осуществляется по прямой линии в верхней части поперечного сечения трубы на вою длину груза [б] При неравномерном нагружении его грунтом ( в процеоое засыпки траншеи трубопровода), он дос-таточно легко переходит В неустойчивое положение на трубопроводе и теряет способность его балластировать. Кроме того, наклонная его установка на трубопроводе в результате обрушения откосов обводненной траншеи, увеличение диаметра прокладываемых трубопроводов, большой процент заболоченности трасс являются причинами недостаточно надежной работы седловидного груза на трубопроводе.
В связи с указанным выше научно-конструкторскими, производственными, проектными организациями предложены различные конструкции железобетонных грузов для балластировки трубопроводов. Таких конструкций появилось значительное количество tl7,19,25,37,40,68,89]. Естественно, что возник вопрос о выборе наиболее эффективных конструкций с точки зрения обеспечения надежности балластировки, их экономичности.
Необходимо было в достаточно короткий орок дать предложения по этому вопросу. Актуальность настоящей работы может быть обусловлена ещё и тем, что проектные организации в Х-й пятилетке при проектировании трубопроводов в районах Западной Сибири уже на отадии технического проекта использовали для балластировки трубопроводов сплошное обетонирование и коль-
12.
цевые железобетонные грузы, применяемые для балластировки трубопроводов, прокладываемых по дну рек и водоемов. Это значительно увеличивало сметную стоимость строительства. Кроме того, процесс обетонирования труб в настояцее время находится в стадии разработки и не нашел широкого применения. В случае же использования обетонированных труб, необходимо было дополнительно решать вопросы их транопрртировки, технологии укладки и т.д.
В связи с этим, целью настоящей диссертационной работы является:
разработка методики и проведение сравнительных испытаний утяжелителей различных конструкций для балластировки трубопроводов;
выбор наиболее эффективных конструкций утяжелителей, обеспечивающих сокращение сроков строительства, снижение материалоемкости и стоимости работ по балластировке.
Основными задачами исследований, обеопечивающих достижение указанной цели, являются:
выбор основных параметров, характеризующих утяжелители в техническом, конструктивном и экономическом отношениях;
определение величин параметров теоретическим, экспериментальным путем и с помощью метода экспертных оценок;
проведение эксперимента о моделями и с натурными образцами различных типов утяжелителей;
анализ темпов работ по балластировке в зимний и летний периоды;
ІЗ.
- повышение балластирующей способности утяжелителей за счет использования грунта Заоыпки.
2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ БАЛЛАСТИРОВКИ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
Балластировка и закрепление трубопроводов на проектных отметках необходимы для надежной и бесперебойной подачи транспортируемого продукта по трубопроводу [8,1б] .Состояние трубопровода (по высотным отметкам), зафиксированное в рабочих чертежах, должно быть сохранено и в период его эксплуатащи. Такое положение трубопроводов, называемое проектным, соответствует существующим методам расчета трубопроводов на прочнооть и устойчивость. Эти методы основаны на том уровне знании о взаимодейотвии трубопроводов с грунтами, который имеется в настоящее время.
Трубопроводы закрепляют на проектных отметках путем утяжеления (железобетонными грузами, бетонированием, грунтом) или с помощью анкерных уотройств (винтовых, раскрывающихся).
Закрепление трубопроводов предназначено:
против всплытия;
для изгиба трубопровода по заданной кривой дна траншеи;
для предотвращения подъиема трубопровода на криволинейных участках в вертикальной плоокости под воздействием внутреннего давления и изменения температуры.
Закрепление магистральных трубопроводов анкерными устройствами различных конструкций
Для удержания трубопровода на проектных отметках широко применяются различной конструкции анкерные устройства (рис.2 Д).» свайные анкерные устройства;- винтовые анкерные устройства;
Анкерные устройства различаются между собой только лишь конструкцией анкера, взаимодействующей с минеральным грунтом. Все остальные составляющие части анкерных устройств (тяга, силовой пояс) имеют одно и то же назначение и их геометрические размеры зависят только от диаметра закрепляемого трубопровода и несущей способности анкера tl9].
Теоретические вопросы, связанные о использованием этих анкерных устройств, определением их несущей способности, нашли свое отражение в работах Л.С.Агамидзяна, Л.Я.Богорада, П.П.Бородавкина, Л.А.Бабина, Н.П.Ваоильева, В.А.Гагина,М.Д.Иро дова, Л.СКананяяа, Е.П.Крюкова, Л.Г.Мариупольского, Я.З. Скоморовского, Ю.Г.Трофименкова и ряда других ученых.
Для определения несущей способности анкерных устройств использовались теоретический и экспериментальный методы,Однако, несущая способность анкеров даже одной и той же конструкции в одних и тех же грунтах имеет значительный разброс величин. Это связано о тем, что отсутствует в настоящее время четкая классификация подстилающих грунтов на трассах трубопроводов. В связи с этим в раочетных выражениях для определения несущей способности анкеров закладываются значительной величины коэффициенты запаса, достигающие 50-60$« В существующейклассификации грунтов для этих целей (СНиїІ 11-45-75 "Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования) в одну и ту же группу включены грунты, модули общей деформации которых отли-чаютоя друг от друга в несколько раз, К сожалению, пока не разработаны признаки, по которым следует выполнять классификацию грунтов, в которых работают анкерные устройства»
Кроме этого, выполнение экспериментов по определению несущей способности анкеров осуществляется различными методиками, данные методики не учитывают требования ГОСТов в плане порядка приложения нагрузок, стабилизации перемещений и т.д.
Так, например, при испытании свайных раскрывающегося типа анкеров AP-40I трестом Оргтрубопроводотрой Главсибтрубопровод-строя выдергивающие нагрузки прикладывались не ступенями, а постепенно, что не позволило получить зависимости типа "нагрузка-перемещение" анкера [і2І. Это, явилось причиной того, что эти анкера показали большую несущую способность. Таким образом, в настоящее время несущая способность гарпунных анкеров различных конструкций колеблетоя от 8 до 45 кН, винтовых - от 65 до 120кН, раскрывающихся - до 500кН. Здесь необходимо отметить, что увеличение несущей способности анкерных устройств целесообразно до определенной величины. Создание анкерных устройств большой несущей способности приводит к ее недоиспользованию, так как участок трубопровода между двумя анкерными устройствами проверяется ещё и на устойчивость. Величина несущей способности анкерного устройства должна быть такой, чтобы расход металла (материала) на один метр закрепляемого трубопровода был минимальным. Это условие должно выполняться с учетом ограничений по прочности и устойчивости трубопровода.
Вое анкерные устройства имеют сравнительно небольшую область применения. Она, в основном, ограничена глубиной болота, по которому прокладывается трубопровод. В связи с тем, что существующие механизмы не могут завинчивать или забивать анкера на большую глубину, анкерные устройства применяются только для тех случаев, когда трубопровод укладывается на минеральное дно траншеи. Это ещё объясняется и тем, что анкерные устройства не могут применяться на глубоких болотах, так как над несущими лопастями анкеров должен быть слой грунта, способного сопротивляться сдвигающим усилиям [44 Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что испытания анкерных устройств необходимо проводить в условиях, значительно приближенных к действительным условиям их работы.
Применение анкерных устройств для закрепления трубопроводов, должно ограничиваться особенностями совместной работы анкера и трубопровода. Рассмотрим эти особенности.
Как известно, строительство трубопроводов на болотах, обводненных и заболоченных участках, т.е. там, где необходимо их закрепление, осуществляется в зимнее время Трубопровод сваривается в нитку и опускается в траншею при отрицательной температуре воздуха При вводе трубопровода в эксплуатацию температура его стенок значительно увеличивается от перекачиваемого продукта и окружающей среды. Этот температурный перепад вызывает определенное относительное удлинение трубопровода» что приводит к его продольным перемещениям, если он ПОЛНОСТЬЮ не защемлен по всей длине участка. Коли трубопровод защемлен полностью в продольном направлении, то перемещения могут произойти в поперечном направлении, т.е. трубопроводвыйдет из своего первоначального положения.
Рассмотрим схему, показанную на рис.2,2. Трубопровод I удерживается силой Р, передаваемой на него через силовой пояс 2 и тягу 3 от анкеров 4, Если сечение А-А не перемещается в продольном направлении, то силовой пояс и труба не изменяют своего положения относительно друг друга. При этом в изоляционном покрытии трубопровода возникают нормальные напряжения, распределенные по площади соприкоснования с силовым поясом. Если сечение А-А перемещается на величину у(х) и занимает положение В-В, то перемещается и силовой пояс, вовлекая в работу и тяги анкеров 3, При этом в изоляционном покрытии трубопровода возникают продольные касательные напряжения, которые будут увеличиваться по мере возрастания перемещений трубопровода, В процеосе этого произойдет либо разрыв изоляционного покрытия, либо проскальзывание силового пояса. Следует также отметить, что перемещения трубопровода могут менять овой знак и при длительной эксплуатации трубопровода его изоляционное покрытие под силовым поясом может быть разрушено. Следует учитывать также и усилия, которые оказывает силовой пояс на трубу при большой несущей способности анкера, что может привести к потере устойчивости стенки трубопровода»Опиоанные явления совместной работы анкера и трубопровода не ПОБЗОЛЯЮТ применять в настоящее время анкерные устройства для закрепления трубопроводов на участках, где возможно мороз
Выбор и обоснование критерия сравнения
Задача сравнения различных конструкций железобетонных грузов может быть отнесена к задаче выбора (задача оптимизации) наиболее рациональной конструкции груза.
Отличие задачи оптимизации от нашей задачи состоит лишь в том, что физичеокая сущнооть вариантов в задаче оптимизации неизвестна и ее нужно определять, а затем искать оптимальный вариант. В нашей задаче физическая сущность вариантов (конструкций) известна и нам также необходимо найти оптимальный вариант (конструкцию).
Сравнение этих конструкций не может быть осуществлено только по одному количественному или качественному критерию, так как грузы характеризуются несколькими важными с точки зрения техники, экономики и технологии монтажа параметрами. А Однако, извеотно, что задача выбора рациональной конструкции любого элемента по нескольким критериям является математически некорректной.
В настоящее время существуют методы [1,7,21,60], позволяющие оптимизировать процесс или конструкцию по нескольким критериям, но с внесением субъективных (неформальный)предпосылок. В исследованиях по данной работе поставлена задача использования такой методики сравнения, которая имела бы минимум субъективизма.
При реализации процесса сравнения (оптимизации) нескольких конструкций железобетонных грузов необходимо наличие одного критерия сравнения. Остальные показатели конструкций при этом обычно служат ограничениями. Именно при этом условии возможно движение к оптимуму. Невыполнение этого условия ведет к резкому возрастанию неопределенности выводов об оптимальности конструкции. Иногда это условие бывает трудновыполнимым. Поэтому в этом случае иногда пытаются использовать сразу несколько показателей, располагая их в некотором порядке "убывания важности".
Такой способ мало отличается от способа о одним показателем, так как основной выбор осуществляется относительно первого показателя, и только при наличии в этом случае равноценных вариантов, дальнейший выбор производится с использованием второго, третьего и т.д. показателей. Здесь отсутствует комплексное использование всех показателей одновременно. Для реализации процесса сравнения было принято, что наиболее правильным в этом случае является построение "обобщенного критерия" оптимальности типа функции Харрингтона [73]: - "обобщенный критерий оптимальности";с. - частные показатели, полученные из размерных характеристик объекта определенным путем.
Как будет показано ниже, железобетонные грузы характеризуются большим количеством параметров, влияющих на принятие решения по использованию той или иной конструкции. Расположение этих параметров в порядке "убыванж важности" затруднительно и было принято решение использовать для сравнения критерий сравнения в виде функции Харрингтона (3.1).
Выбор параметров для сравнения грузов осуществляется путем логического анализа следующей последовательности их действий: - надежность и качество балластировки трубопроводов; - затраты на транопорт и монтаж грузов; - затраты на изготовление грузов; - перспективность использования в плане снижения расхода материалов. Кроме этого, принимался во внимание опыт участия в работе приемочных комиссий по приемке новых конструкций грузов в производство, проводимых исследованиях с конструкциями грузов как в натурных условиях, так и на. моделях. Приведенные ниже параметры сравнения расположены в принятой ранее последовательности. Для определения наиболее рациональных конструкций железобетонных грузов было предложено оценивать их по 17 параметрам: I. Устойчивость груза в плоскости, перпендикулярной продощьной оси трубопроводы, град,; 2. Затраты на монтаж груза на трубопровод, чел/дн.; 3. Давление груза на изоляционное покрытия трубопровода, МПа; 4. Раоход металла, кг.; 5. Защемление трубопровода грузом в продольном направлении, Н; 6. Усиление сдвига груза по трубопроводу в продольном направлении, Н; 7. Состояние изоляционного покрытия после монтажа груза и сдвига его в продольном направлении; 8. Использование грузом грунта засыпки траншеи, кг.; 9. Коэффициент использования железобетонных платформ по грузоподъемности; 10. Наличие металлических деталей и надежность защиты их от коррозии; 11. Минимальное расстояние от продольной оси трубопровода до основания стенки траншеи, необходимое для навески груза и его устойчивого положения, см; 12. Сложность изготовления; 13. Погрузка, транспорт и разгрузка грузов на участке железнодорожная станция - трасса трубопровода; 14. Наличие дополнительных средств для навеоки грузов на трубопровод и их сложность; 15. Монтаж груза на трубопровод вертолетом; 16. Максимально возможная нагрузка на I пог.м.трубопровода при сплошной установке грузов, Н/м; 17. Минимальная ширина траншеи, необходимая для навеоки грузов, м. Все эти параметры определялись расчетным, экспериментальным (на моделях грузов и в натурных условиях) путем и ряд параметров были определены методом экспертной оценки, При подготовке к проведению сравнительных испытаний утяжеляющих железобетонных грузов различных конструкций для этой цели была разработана программа испытаний.
Разработка и применение группового метода установки утяжеляющих железобетонных грузов
Проведенный анализ работы колонн высокого темпа в условиях Западной Сибири и крупных механизированных комплексов на газо проводах Уренгой-Челябинск, Уренгой-Петровск и системы газо-, проводов Уренгой-Центр показал, что сварочно-монтажные и изоляционно-укладочные подразделения достигли темпа выполнения работ до 1,5-2,0 км/день. В то же время темп работ по балластировке трубопроводов утяжеляющими железобетонными грузами составил всего 0,12-0,15, а максимальный - 0,35 км/смену. В целях повышения темпов работ по балластировке трубопроводов ВНШСТом при непосредственном участии автора разработан групповой метод -(установки утяжеляющих грузов [50] . При этом грузы укладывают вплотную друг к другу, а их общее количество на I км трубопровода должно соответствовать проектному. Расчетная схема трубопровода при групповой установке грузов представлена на рис. 4.3. Основным фактором, ограничивающим число грузов в группе при балластировке трубопроводов, является прогиб трубопровода. Предельная длина группы грузов может быть определена из уравнения изгибающего момента с ограничением прогиба трубопро где: Y Е - модуль упругости материала трубопровода, Па;3 - момент инерции трубопровода, ы ; J- прогиб трубопровода, м; ( - распределенная нагрузка, Н/м; где: ]Гь удельный вес воды, Н/мЗ; лДр - обем I м трубопровода, мЗ; К - коэффициент пропорциональности; trp- расчетное расстояние между грузами (по СНиП П-45-75/,м Исходя из условия допустимого прогиба было определено предельное количество железобетонных грузов в группе для трубопроводов диаметром 1020-1420мм (табл. 4.2). Групповой метод установки утяжеляющих железобетонных грузов впервые был внедрен трестом Севертрубопроводстрой на сооружении системы магистральных газопроводов от Уренгойского месторождения в Центр страны на переходах через обводненные и заболоченные участки. При этом, технологические операции выполнялись в следующей последовательности: - разработка траншеи на вою протяженность балластируемого участка роторным экскаватором; - уширение траншеи одноковшовым экскаватором для установки групп утяжеляющих грузов; - установка групп утяжеляющих грузов; - засыпка трубопровода. Анализ использования группового метода установки утяжеляющих железобетонных грузов на строительстве указанных выше газопроводов показал его значительные преимущества перед традиционным методом, а именно: - возможность применения для разработки траншей высокопроизводительных роторных экскаваторов; - сокращение объемов земляных работ; - повышение темпов работ в 1,2 - 1,8 раза; - снижение сметной стоимости строительства. Проведенными исследованиями установлено, что ооновными факторами, влияющими на темпы отроительно-монтажных работ по . балластировке магистральных трубопроводов являются природно-климатические условия, а именно: обводненность и заболоченность трассы, период строительства. Массив статистических данных был получен в виде выбороч ной совокупности фактических темпов балластировки трубопроводов железобетонными утяжелителями охватывающего типа в заболоченных районах Западно-Сибирского региона. Б результате проведенных натурных наблюдений автора и данных диспетчерской службы треста "Севертрубопроводстрой", осуществляющего сооружение трубопроводов в заболоченных районах, получены следующие частоты фактических темпов строительно-монтажных работ по балластировке магистралей железобетонными утяжелителями в летний и зимний периодьЦ та5уі. 4.5.), Выборки значений темпов строительно-монтажных работ по балластировке трубопроводов в летний и зимний периоды с достоверностью, равной 0,9, описываются нормальным законом распределения. При этом, функция плотности распределения нормального закона определяется из следующего выражения: Важнейшие параметры нормального распределения темпов работ по балластировке трубопроводов железобетонными утяжелителями ( х6 - оценка математического ожидания и 5"в - оценка стандарта отклонения) определялись по методу сумм (табл. 4.4). Рассмотрим нахождение хь и (3"в при производстве работ по балластировке трубопроводов одиночными утяжелителями на болотах I типа в зимний период. Аналогично определялись основные параметры распределения темпов работ по балластировке магистральных трубопроводов одиночными утяжелителями и групповым методом и на болотах П типа в летний и зимний периоды. Распределение темпов работ по балластировке трубопроводов в заболоченных районах Западной Сибири представлено на рис.4,4 и 4,5, а результаты вычислений параметров распределения сведены в таблицу 4.5. Проведенный анализ показывает, что темпы работ по балластировке магистральных трубопроводов утяжеляющими грузами на болотах I и П типов в зимний период увеличиваются по сравнению с летним сезоном производства работ в 1,2 - 1,8 раза. Кроме того, использование группового метода установки утяжеляющих железобетонных грузов позволяет повысить производительность труда на 10-50$ в зависимости от природно-климатических условий.
Экономический эффект и внедрение результатов исследований
В процессе проектирования мощных трубопроводных систем, транспортирующих газ из районов Западной Сибири в центральные районы страны институтом ШіШГипрогаз, Гипроспецгаз и др.для балластировки газопроводов диаметром 1420мм на болотах было предложено использовать железобетонные скорлупы типа УКС.
Применение указанной конструкции оказывало существенное влияние на темпы строительства, технологию производства линейных работ, значительно увеличивало сметную стоимость строительства.
С целью сокращения сметной стоимости строительства, а также повышения надежности и качества сооружаемых газопроводов в 1978 г. был предложен утяжеляющий груз типа УВД, конструкция которого была принята межведомственной комиссией (акт приёмки и протокол проверки утверждены Первым заместителем Министра т. Ю.П.Баталиным 28.II.78г. - см.Приложение I).
В соответствии с Планом внедрения новой техники и передовой технологии Миннефтегазстроя на 1979 год на строительстве газопровода Вынгапур-Челябинск предусматривалось внедрить 39730 комплектов грузов УБ0# Фактическое количество установленных грузов УБО при строительстве газопроводов в 1979 г. соотавило 40670 комплектов,что подтверждается прилагаемыми документами (Приложение 3 ). За эталон сравнения при расчете экономической эффективности от внедрения железобетонных грузов охватывающего типа (УБО) принят груз марки УКС. Экономический эффект от внедрения железобетонных грузов типа УБО определен в соответствии с Инструкцией [31]по формуле Э=(3Д - 32) Аг (5Д) . Железобетонные грузы марки УБО обеспечивают устойчивое положение трубопровода при тех же объемах балластировки, что и грузов УКС-1400-2и, поэтому при расчете экономической эффективности капитальные вложения в основные производственные фонды а в производство железобетонных грузов в расчет не принимаются. В соответствии с вышеизложенным, экономический эффект от применения грузов марки УБО основывается на сопоставлении оптовых цен на железобетонные грузы марки УКС и УБО. Экономический эффект в расчете на I мЗ составит: 103,41-78,78=24,63 руб. Экономический эффект на I комплект грузов объемом 1,86мЗ будет: 24,63x1,86=45,81 руб. На газопроводе Вынгапур-Челябинск должно быть установлено 39730 комплектов грузов. Таким образом, годовой экономический эффект на объем внедрения составил: 45,81x39730=1820031,30 руб. В соответствии с п.17 "Методики по определению экономической эффективности" при определении годового экономического эффекта в составе капитальных вложений должны быть учтены затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, включая испытания и доработку опытных образцов (только в варианте новой техники). Затраты на НИР и ОКР ВНИИСТа - 51,1 тыс.руб., затраты ЮжШИШпрогаз - 15,0 тыс.руб. Годовой экономический эффект с учетом этих затрат составит: 1820,0-0,15х(51,1+15,0)=1810,0 тыс.руб. В дальнейшем, ежегодно объем применения утяжеляющих грузов УБО на строительстве газопроводов увеличивался и в 1983 г. на газопроводе Уренгой-Помары-Ужгород достиг 56,0 тыс«комплектов (приложение 4), Широкое внедрение в практике трубопроводного строительства получил и групповой метод установки утяжеляющих железобетонных грузов, что нашло отражение в планах внедрения новой техники и передовой технологии Миннефтегазстроя. 1. На основании статистического обследования трасс 9-ти по строенных трубопроводов с Западной Сибири с учетом распределе ния болот по мощности торфяной залежи обоснован прогноз выбора метода балластировки. Установлено, что на болотах Ш и частично П типов ( о мощностью торфа 2,5м) для закрепления трубопроводов на проектных отметках необходимо использовать железобетонные утяжелители, а не анкерные устройства. 2. В результате выполненных исследований, а также с помощью экономического анализа различных конструкций утяжелителей по приведенным затратам обосновано, что конструкция утяжелителя охватывающего типа является наиболее эффективной, о чем свидетельствует ее широкое внедрение в практику трубопроводного строительства за период 1980-84г.г. Автором предложена методика проведения сравнительных испытаний утяжелителей различных конструкций, систематизирован и обоснован ряд параметров, характеризующих условия транспортировки, установки и работы утяжелителей на трубопроводе. 3. В результате исследования темпов работ по балластировке в различных природно-климатических условиях выявлено, что групповой метод установки утяжелителей позволяет повысить производительность труда на 20-30$. 4. Впервые в практике трубопроводного строительства установлена возможность увеличения на 25-30 процентов б&лластиру- ющей способности утяжелителя охватывающего типа за счет использования минеральных грунтов засыпки, 5. На основании проведения сравнительных испытаний различных конструкций утяжеляющих железобетонных грузов разработана инструкция BGH 2-I36-8I, регламентирующая области применения утяжелителей различных конструкций. 6. Основные результаты работы внедрены при сооружении системы газопроводов Уренгой-Петровок, Уренгой-Новопсков, Уренгой-Ужгород, Уренгой-Центр 1,11. Фактически достигнутый экономический эффект от использования утяжелителя охватывающего типа составляет 513 тыс.руб,
