Засипання траншей

Засипання траншей – кінцева операція спорудження трубопроводів. Вона повинна виконуватися безпосередньо за опусканням трубопроводу у траншею після отримання письмового дозволу від замовника.

У звичайних умовах засипання трубопроводу виконують бульдозером. В окремих випадках, на складних ділянках, засипання здійснюють одноковшовими екскаваторами з оберненою лопатою, які, при невеликих об’ємах засипання і ширині траншеї рухаються, по протилежній стороні відвалу, або при великих об’ємах ґрунту – вздовж траншеї, безпосередню по смузі розміщення відвалу. Засипання траншеї екскаватором із драглайном виконують зі сторони, протилежної до відвалу ґрунту.

На спорудженні магістральних трубопроводів, особливо на родючих землях і в умовах обмежених можливостей для роботи одноковшевих екскаваторів, засипання траншей доцільно виконувати роторними траншеєзасипачами.

Для виконання робіт із засипання трубопроводів застосовуються в основному бульдозери на гусеничному ходу. Найчастіше використовуються бульдозери Д – 271, Д – 492, Д – 522. Для засипання трубопроводів великих діаметрів доцільно використовувати бульдозери Д – 687 А, Д – 493 А, а також бульдозери Д – 575 С, Д – 385 А, Д – 572 С.

В обмежених умовах будівельної смуги, а також в місцях зі зменшеною будівельною смугою, раціональною є схема засипання траншеї косо поперечними паралельними та косо перехресними паралельними проходами (рис. 4.10). При такому русі бульдозера засипання проводиться під кутом 45˚ - 60˚ до осі траншеї.

a – косо поперечними; б –косо перехресними

Рисунок 4.10 – Засипання траншей косо поперечними паралельними та косо перехресними паралельними проходами

Більш ефективною є комбінована схема засипання (рис. 4.11), яка полягає у подвійному проході бульдозера спочатку косо поперечними 1, потім прямими поперечними 2 проходами. При цьому продуктивність бульдозера більша, оскільки зменшується середня довжина шляху переміщення ґрунту і покращуються умови набирання ґрунту відвалом при другому поперечному проході.

Рисунок 4.11 – Засипання траншей комбінованим способом

У практиці трубопровідного будівництва засипання траншеї на прямолінійних ділянках зазвичай виконують з ліва траншеї (по ходу транспортування продукту).

При наявності горизонтальних кривих, на трубопроводі спочатку засипають криволінійні ділянки, а потім залишену частину. Засипання криволінійних ділянок рекомендується починати з її середини і рухатися почергово до її кінців.

На ділянках з вертикальними кривими трубопроводу – ярах, балках, суходолах і т. п. – засипання слід проводити з двох сторін низини зверху вниз.

На ділянках замикання монтажних швів засипання виконують таким чином, щоб переміщення бульдозера і, відповідно, напрям відсипання здійснювалися з обох сторін (на довжині не менше 300м) до границь розриву, необхідного для монтажу трубопроводу.

4.8 Земляні роботи в мерзлих ґрунтах

Мерзлі ґрунти при розробці виїмок (глибиною 2 – 2, 5 м.) значно ускладнюють виконання земляних робіт і збільшують їх вартість. Виключення складають скальні і сухі піщані ґрунти, вартість розроблення яких в зимову і літню пору року майже одинакові.

При розробці мерзлих ґрунтів земле копальними машинами особливе значення набуває механічна міцність цих ґрунтів. Міцність, або трудомісткість розроблення цих ґрунтів, характеризується тимчасовим опором стискання і зсуву.

Так, для суглинків при температурі – 10 °С, тимчасовий опір стискання складає 3, 5: 5, 0 МПа, супіски – 5, 5 – 8, 0 МПа, а пісків доходить до 12, 0 МПа.

Тимчасовий опір зсуву мерзлих глинистих ґрунтів складає від 0, 37 до 3, 35 МПа, суглинків – від 0, 49 до 4, 75 МПа, а тимчасовий опір на розтяг – приблизно 30 % тимчасового опору на стиск.

На міцність мерзлих ґрунтів великий вплив має вологість. Тимчасовий опір на стиск у піщаних ґрунтів зі збільшенням вологості значно зростає, а у глинистих ґрунтів він зростає до певної величини вологості, що дорівнює 13-14 %, потім до 19 % вологості залишається незмінним, а при подальшому збільшенні її до 30-35 % – знищується.

Технологія і організація земляних робіт зимою у значній мірі залежить від глибини промерзання ґрунтів.

Глибину промерзання ґрунту наближено можна визначати за формулою:

, (4.16)

де – глибина промерзання ґрунту через п днів після початку зимового періоду; – максимальна для даного ґрунту і місцевих умов глибина промерзання, м.; , – сума градусо-днів за період п і за весь зимовий період відповідно.

До розробки траншей в зимових умовах грунт готують переважно двома способами: 1) запобіганням від промерзання; 2) розрихлення мерзлоти. Можливе поєднання цих способів. Вибір способу підготовки ґрунту визначається техніко-економічними розрахунками, які залежать від кліматичних умов району і термінів розробки ґрунту.

В ґрунтах з глибиною промерзання до 1, 0 м розробку траншей на повний профіль (глибиною до 2, 5 м) доцільно виконувати траншейними роторними екскаваторами.

Розробка ґрунту траншей, що промерз на глибину більше 1, 0 м (без попереднього розрихлення) здійснюють комплексно за одною з наступних схем.

1) Спочатку роторними екскаваторами розробляють траншею на глибину мерзлого ґрунту. Потім для запобігання подальшого промерзання ґрунту, а також для зручності пересування і роботи одно ковшового екскаватора, траншею засипають бульдозером. Після чого одно ковшовий екскаватор знову розробляє траншею (перед укладанням трубопроводу) вже на повний профіль.

2) Розробку траншей з глибоким промерзанням і щільністю до 250 ударів по густиноміру ДОРНІ можна виконувати послідовними проходами двох або трьох роторних екскаваторів.

3) При густині ґрунту на поверхні до 300 ударів і більше в роботу по схемі 2 додатково включають 2 -3 розрихлювачі Д -562 А або “Катерпіллер” для попереднього розрихлювання ґрунту.

Розроблення траншей у зимовий період з випередженням робіт з укладання більше ніж на один день недопустиме.

При поточному суміщеному способі спорудження трубопроводів в зимовий час, коли труби укладають у траншею безпосередньо після її розроблення, засипання не складає особливих труднощів, оскільки виконується не перемерзлим ґрунтом, як правило бульдозером.

Склад машин, механізмів і обладнання при виконанні земельних робіт в умовах мерзлих ґрунтів наведений у таблиці 4.8.

Таблиця 4.8 – Склад машин та їх обладнання для земельних

робіт в умовах мерзлих ґрунтів

Продовження таблиці 4.8

Закінчення таблиці 4.8

4.9 Земляні роботи на болотах і заводнених ділянках

Технологію і організацію земляних робіт на болотах і заболочених ділянках встановлюють в залежності від способів прокладання трубопроводів, що, в свою чергу, залежить від місцевих умов спорудження.

До заболочених зазвичай відносять ділянки, ґрунти яких мають значну водонасиченість і невеликий торф’яний покрив (менше 0, 5 – 0, 3 м), а до заводнених – ділянки, які покриті водою і не мають торф’яних шарів.

Способи виконання земляних робіт залежать від типу болота, потужності торф’яного шару, ступеню його розташування і заводнення, поверхневої рослинності і характеристики ґрунту, що підстилає основу.

На болотах і заболочених ділянках траси, де попередньо не проводилося осушування, час виконання земляних робіт і робіт зі спорудження трубопроводів залежить від глибини торф’яного шару і протяжності ділянки. Глибокі, великої протяжності болота з низькою несучою здатністю торф’яного шару проходять зазвичай зимою, а мілкі, невеликі болота і заболочені ділянки – літом.

Зимою трубопроводи споруджують звичайним способом, укладаючи їх у траншею з лежневої дороги трубоукладачами, а літом – як з лежневої дороги, так і методом сплаву у заводненій траншеї.

Для розробки траншей в цих умовах переважно використовують однокошові екскаватори, оскільки із-за великою водонасиченості і слабої стійкості ґрунтів зимою, використання роторних екскаваторів вкрай обмежено, а літом – неможливо. Екскаватори при цьому переміщуються по спеціальних сланях або без них.

Одним із найбільш ефективних способів спорудження траншей на болотах є метод вибуху на викид. Широке впровадження даної технології дозволяє ліквідувати сезонність робіт, підвищити темпи і знизити вартість спорудження. Метод виключає проходження землекопальної техніки через болота.

Метод розробки траншей вибухом доцільно використовувати на сильно заводнених болотах як відкритих, що не мають рослинності і дерев, так і повністю покритих лісом. В залежності від характеру болота, потужності торфу, ступені залісення ділянки та проектного профілю траншеї можна використовувати різні методи їх розроблення вибуховим способом.

Визначення технології і методу вибухових робіт при спорудженні каналів і траншей вибухом на викид залежить як від конкретних умов даного болота, так і від виду вибухової речовини і засобів підривання. При виборі методу вибухових робіт необхідно також враховувати радіус небезпечної зони і терміни виконання робіт.

На практиці використовують наступні технології розробки траншей:

1) Розроблення траншей з використанням подовжених горизонтальних шпурових зарядів із відходів піроксилінових порохів або водостійких амонітів. Цей спосіб рекомендується використовувати при розробці каналів глибиною до 3 – 3, 5 м. і шириною по верху до 10 – 15 м, переважно на відкритих або слабо залісених болотах.

2) Розробка зриванням зосереджених зарядів, розміщених у лінію. Цим способом рекомендується розробляти ділянки таких же параметрів, як і вище вказаним способом на болотах, повністю покритих лісом. Спосіб простий у використанні, його рекомендують використовувати для утворення каналів глибиною до 5 м. і шириною по верху до 20 м.

3) Траншеї глибиною до 2, 5 м. і шириною по верху до 6 – 8 м. розробляють шляхом вибуху скважинних зарядів із водостійких ВР. При цьому утворюються виїмки з найменшою крутизною відкосу (до 1: 1, 5 замість 1: 2 в канавах), що значно зменшує об’єми засипання траншей.

Розрахункову глибину зарядної траншеї визначають в залежності від проектної глибини канала, у торфах приймають . Діаметр подовжених прострілочних зарядів залежить від заданої глибини зарядної траншеї, властивостей ґрунту і виду ВР. Значення його повинно бути не менше критичного діаметра (табл. 4. 9).

Діаметр поверхневих і малозаглиблених подовжених горизонтальних прострілочних зарядів D, розраховують за формулою

, (4.17)

де R – радіус видимого стисненого ґрунту вибухом, м; − коефіцієнт стиснення ґрунту вибухом; при вибуху амонітом; №6 – ЖВ у мало щільних торфах =0, 45; у щільних торфах; =0, 4; − щільність ВР у заряді; для амонітів ; для піроксилінового пороху .

Діаметр основного подовженого заряду визначається за формулою:

, (4.18)

де − маса основного подовженого заряду

,

де q − питома витрата ВР для середньо розкладеного торфу ); − функція, що залежить від показника дії вибуху п;

,

,

В − ширина каналу по верху; w − лінія найменшого опору, що дорівнює віддалі від осі заряду до поверхні болота, м.

При показнику дії вибуху

Таблиця 4.9 – Мінімальні діаметри подовжених горизонтальних

зарядів з різних ВР, що забезпечують стійку

детонацію в обводнених ґрунтах

Закінчення таблиці 4.9

Ініціювання подовжених горизонтальних зарядів при вибуху у слабо заводнених ґрунтах проводять з одної або при більшій їх довжині з обох сторін.

Для спорудження широких по дну виїмок (більше 2, 0…2, 5 м) застосовують два або декілька паралельно укладених подовжених шпурових зарядів.

Контрольні запитання

1. Якого основного правила необхідно дотримуватися при розробці траншеї.
2. Яка ширина траншеї по дну повинна бути для трубопроводу діаметром 530 мм?
3. Яка ширина траншеї по дну повинна бути для трубопроводу діаметром 1020 мм?
4. Яка ширина траншеї по дну повинна бути для трубопроводу діаметром 1420 мм?
5. В залежності від чого закладають відкоси траншеї m.
6. В яких випадках закладають вертикальні відкоси траншеї.
7. Для яких пунктів поступлення труб і матеріалів визначають раціональні границі.
8. Під яким кутом по горизонту проводять прямі через точки поступлення труб і матеріалів при графічному визначенні раціональних границь транспортного обслуговування будівництва.
9. Що таке середня дальність возки?
10. Яким повинно бути дно траншеї, що розробляється у скальних ґрунтах.
11. Чим розробляють траншею в сухих ґрунтах І категорії на поздовжніх схилах до 15⁰.
12. Якій умові повинна задовольняти крутизна відкосів m траншеї, що розробляється.
13. Як і в чому перевозять труби по залізничній колії?

5 ІЗОЛЯЦІЙНО-УКЛАДАЛЬНІ РОБОТИ

Ізолювання і укладання трубопроводу в траншею є однією з найбільш відповідальних технологічних операцій. При підніманні труб з бровки для очищення, ізолювання і укладання на дно траншеї у стінках труб і зварних швах, у випадку недотримання прийнятої технології, можуть виникнути великі механічні напруження, здатні викликати втрату стійкості стінки, перелом трубопроводу та інші серйозні пошкодження. Для запобігання цього роботи з ізолювання та укладання трубопроводу у траншею виконуються за технологічним процесом, детально розробленим, на основі різних схем розстановки обладнання, висоти піднімання трубопроводу, величини напружень, що виникають при його згині.

Трубопровід, що укладається в траншею, покритий антикорозійною ізоляцією. Тому при укладанні необхідно також приймати міри, що попереджують пошкодження суцільності та властивостей ізоляційного покриття.

5.1 Способи очищення поверхні трубопроводу

Перед нанесенням на трубопровід антикорозійного покриття їх поверхню очищують від забруднень, окалини і інші. Якщо труби у заводських умовах були покриті консервуючою мастикою, її перед нанесенням ізоляції зчищують.

Окалина утворюється на поверхні труб при виготовленні їх на заводі. Це продукт окислення металу при високій температурі нагрівання (близько 1000°С). Товщина шару окалини на поверхні труб визначається температурою прокатки та умовами охолодження металу. Зі збільшенням температури та тривалості процесу окислення, збільшується товщина шару окалини. Твердість окалини часто вища твердості основного металу труби.

Товщина шару окалини в залежності від складу сталі та технології виготовлення труб коливається в межах 0, 2-1, 0 мм.

При довготривалому зберіганні без ізоляційного покриття відбуваються процеси енлектрохімічної корозії металу в результаті взаємодії його з водою і повітрям, на поверхні труб утворюється іржа. Іржа являє собою рихлий пористий шар металу, міцність якого невелика.

У зв’язку з тим, що осередок іржі, який, як правило, містить вологу, є джерелом подальшої корозії основного металу, наявність його на поверхні труб недопустима.

До забруднень труб відносяться також різні плями горючо -мастильних матеріалів, частинки і порох ґрунту. Оскільки поверхня металу, що має такі забруднення, володіє низькою адгезією, та має низьку якість прилягання ізоляційного покриття, необхідно її ретельно очищати.

Очищення поверхні труб виконують у два етапи. На першому виконують попереднє очищення – усунення масляних та жирових плям, емульсійних плівок. Для цього використовують органічні розчинники та водні розчини лугів. У трасових умовах як розчинники застосовують бензин, увайт-сприт, бензол. Плями усувають вручну ганчіркою, змоченою у розчиннику. У трасових умовах і на заводах для обезжирювання труб можуть застосовуватися їдкий натрій і сода. На цьому етапі у транспортних умовах трубопровід очищують від ґрунту, а зимою – від снігу, льоду, виконують осушування вологої поверхні.

На другому, основному, етапі поверхню трубопроводу очищують від консервуючої мастики, забруднень, окалини і іржі.

Очищення зовнішньої поверхні трубопроводу можна виконувати механічними, хімічними, ультразвуковими, термічним і іншими способами.

Механічне очищення поверхні труб виконують піскоструменевими і дробоструменевими та іглофрезерними установками, а також спеціальними очисними машинами.

Піскоструменеві і дробоструменеві установки застосовують в основному у стаціонарних умовах (на базах, заводах). В умовах траси для трубопроводів використовують переважно самохідні очисні машини.

Піскоструменева очистка полягає у дії потоку частинок кварцового або металевого піску о струмені стисненого повітря (при тиску до 0, 6 МПа) на поверхню, що очищається. У процесі багаторазового удару частинок піску об поверхню металу, відбувається розрихлення та усунення з поверхні труб іржі, окалини і забруднення.

Дробоструменевий спосіб, при якому використовується сталева дріб діаметром 0, 5 1, 2 мм, забезпечує високу якість і швидкість очищення (до 11, 2 м²/хв.).

Механічне очищення, яке виконується очисними самохідними машинами, що рухаються по трубі, полягає у розрихлені, відокремленні та усуненні з поверхні іржі, окалини і забруднень. Очищення здійснюється у процесі роботи і переміщення по гвинтовій траєкторії роторного робочого органу машини, насадженої на трубу.

Роторний робочий орган очисних машин обладнаний скребками і металевими щітками.

Хімічний метод очищення, що застосовується у заводських умовах, полягає у обробленні металевої поверхні труби водними розчинами кислот і лугів. Для усунення твердих окисних утворень шляхом травлення використовують переважно водні розчини сірчаної, соляної і фосфорної кислот. Травлення здійснюють набризком або зануренням труби у ванну з підігрітим до 40 – 80 °С кислотним розчином. При хімічному методі добре очищуються утворення різних структур окалини, також іржі. Але у зв’язку з тим, що при травленні утворень окалин відбувається інтенсивне розчищення основного металу труб (приблизно в 6 разів швидше, ніж рихлого нижнього шару окалини), використовують різні інгібітори і сповільнені процеси розчищення металу. Тому цей метод має малу продуктивність, вимагає великої кількості кислоти, а також пов’язаний із втратою 2 – 4% металу труби.

Ультразвуковий метод очищення полягає у дії на розміщену у рідкому середовищі трубу пружних механічних коливань частотою 20 – 40 кГц, що збуджуються генератором за допомогою перетворювача. Цей метод очищення полягає в дії на метал явища кавітації, що виникає при збудженні коливань рідини. Внаслідок багатократної дії великої сили гідравлічного удару у місцях розрідження на границі металу і рідини відбувається очищення труби. Ультразвуковий метод у поєднанні з хімічним може давати більший ефект у стаціонарних умовах.

Термічний метод очищення полягає у нагріванні металу труб полум’ям газокисневої суміші до температури загорання забруднень, що є на поверхні труб. За рахунок різних значень коефіцієнтів лінійного розширення металу труб і шару окалини та іржі, відбувається розтріскування і відшарування останніх від стінок труби, змінюються механічні властивості окалини та іржі і зменшується їх зплечення з металом труб.

Для термічної обробки застосовують напівкільцеві багато полум’яні горілки ПКГ, які працюють на ацитилено-кисневій суміші. Горілки, за допомогою спеціального самохідного пристрою, у процесі нагрівання переміщають по трубі зі швидкістю 2 – 3 м/хв.

Після термічного оброблення труб виконують їх механічне очищення за допомогою огненних інструментів.

5.2 Захисні покриття і вимоги до них

Ефективний захист магістральних трубопроводів від агресивного зовнішнього середовища досягається при використанні комплексу заходів, що включають так званий пасивний захист антикорозійними покриттями та активний – електрохімічний захист. Підземні та наземні трубопроводи захищають від ґрунтової корозії, викликаної блукаючими струмами, надземні трубопроводи – від атмосферної корозії.

В залежності від призначення трубопроводу, його способу прокладання, умов спорудження та експлуатації, застосовують різні види, типи і конструкції ізоляційного покриття.

Досвід захисту підземних металевих трубопроводів від корозії показує, що ізоляційне покриття в кожному конкретному випадку повинно відповідати певним вимогам, характерним для даних умов. Разом з тим, можуть бути сформульовані загальні вимоги до захисних покриттів, незалежно від типу і призначення споруди.

Захисні покриття для захисту підземних металевих споруд в загальному випадку повинні задовольняти наступним вимогам:

- володіти високими діелектричними властивостями;

- бути суцільними по всій довжині споруди;

- мати добру адгезію;

- бути вологонепроникними;

- володіти високою еластичністю при температурі зберігання, спорудження і експлуатації;

- мати механічну міцність, що забезпечує можливість транспортування ізольованих конструкцій на велику віддаль і укладання їх механізмами;

- бути хімічно стійкими;

- не руйнуватися і не втрачати захисних властивостей при дії постійних та змінних напружень, викликаних дією катодного захисту, а також блукаючих струмів;

- бути стійкими до дії бактерій;

- бути довговічними.

Бітумно-гумові покриття використовують в ряді випадків для ізоляції нафтопродуктопроводів діаметром 1020-1220 мм. з врахуванням температури транспортуючого продукту та міцності матеріалів, що застосовуються. Як виключення, такий вид ізоляції, при відповідному обґрунтуванні, дозволяється використовувати, за погодженням із замовником, для газопроводів діаметром не більше 1020 мм. При цьому застосовувати бітумно-гумове покриття можна на не гарячих ділянках з обов’язковим армуванням їх скломатом та нанесенням захисної обгортки.

Бітумно-гумова мастика, що використовується для ізоляції трубопроводів, повинна задовольняти вимогам СНиП 2.05.06 – 85 та технічним умовам на них.

Для протикорозійного захисту газопроводів діаметром 1020 мм. і більше рекомендуються покриття на основі полімерних плівок. Найбільше розповсюдження отримали вітчизняні полівінілхлоридні та імпортні поліетиленові стрічки (табл. 5.1).

Таблиця 5.1 – Ізоляційні стрічки та клейові ґрунтовки для

газопроводів великих діаметрів

Використовувати для ізолювання магістральних трубопроводів інші полімерні стрічки в кожному конкретному випадку слід із врахуванням затверджених у встановленому порядку технічних умов.

Липкі полімерні стрічки вітчизняного виробництва наносять на клейові та бітумно-клейові ґрунтовки, дані яких наведені у табл. 5.2.

Таблиця 5.2 – Фізико-хімічні властивості ґрунтовок під покриття

із полімерних стрічок вітчизняного виробництва

Закінчення таблиці 5.2

Для надземних магістральних трубопроводів, антикорозійний захист яких здійснюють шляхом нанесення лакофарбових покриттів, що складаються з двох-трьох шарів ґрунту і двох шарів емалі або лаку, застосовують спеціальні ґрунти. Марки цих ґрунтів і їх основні дані наведені у табл. 5.3.

Таблиця 5.3 – Ґрунтовки під лаковані, фарбовані та

емальовані покриття

Закінчення таблиці 5.3

Якщо як антикорозійні покриття використовують емалі і лаки, рекомендується перед нанесенням добавляти до них алюмінієву пудру ПАК – 3, ПАК – 4 в кількості по – 15% за вагою.

Всі види покриттів поділяються на два типи: нормальні і посилені.

Ізоляційні покриття нормального типу із бітумно-гумової мастики та плівкових полімерних стрічок застосовують, як правило, для захисту підземних трубопроводів, що споруджуються у ґрунтах, які мають низьку і середню корозійну властивість. У ґрунтах високої та дуже високої корозійної властивості, трубопроводи повинні мати ізоляційне покриття посиленого типу.

Для матеріальних трубопроводів діаметром 1020 мм і більше незалежно від питомого електричного опору ґрунту рекомендується використовувати покриття посиленого типу.

5.3 Конструкція ізоляційних покриттів

У зв’язку з тим, що ізоляційне покриття повинно володіти комплексом різних властивостей, воно являє собою складну систему, що складається із різних матеріалів, кожен з них виконує певну функцію. Правильне поєднання матеріалів на стадії виробництва як і правильне конструювання самого покриття із готових матеріалів – необхідна умова ефективності захисту.

У табл. 5.4 наведено конструкцію ізоляційних покриттів із бітумно-гумових та полімерних плівок вітчизняного виробництва.

Таблиця 5.4 – Типи і конструкції покриттів із бітумно-гумових

і полімерних липких стрічок вітчизняного