Прокладка трубопровода

В зависимости от интенсивности движения транспорта, категорий дорог, диаметра трубопровода, методов производства работ, грунтовых условий прокладку трубопроводов производят методами: открытым, скрытым и закрытым[1]. В зависимости от местоположения трубопровода прокладку различают: надземную, подземную, подводную.

Открытая прокладка труб выполняется по существующим или специально возведённым строительным конструкциям (стенам, опорам, эстакадам) или в проходных и полупроходных каналах и галереях), в траншее (под землёй) или по грунту (на земле) следующим образом[1]:

• на отдельно стоящих фундаментах или опорах;
• с балластировкой (установкой грузов на трубу или с анкеровкой трубы в грунт) — мероприятием против всплытия;
• на грунте с последующей засыпкой трубы привезённым или местным грунтом.

Открытый способ строительства переходов под автомобильными дорогами включает следующие способы организации работ[2]:

• без нарушения интенсивности движения транспорта (с устройством объезда или переезда);
• с перекрытием движения транспорта в два этапа на одной половине ширины дороги, затем на другой;
• с краткосрочным перекрытием движения транспорта по дороге (без устройства объезда или переезда).

При пересечении дорог в сложных географических и гидрологических условиях может быть применено строительство тоннелей открытым способом. Например, такой переход был сооружён на нефтепроводе Каспийского трубопроводного консорциума при пересечении автодороги Краснодар — Новосибирск[2]. Доступ к трубам в процессе производства работ и эксплуатации свободен[1].

Прокладка труб производится в соответствии с проектом производства работ, разработанным на основе рабочей документации проекта и действующих норм[3].

Земляные работы по разработке траншей и котлованов производятся в соответствии с правилами производства и приёмки земляных работ с соблюдением требований[3]:

• рытьё производится без нарушения естественной структуры грунта в основании с недобором 0,10—0,15 м, далее зачистка производится бульдозером или вручную;
• если грунт разработан ниже проектной отметки, на дно подсыпается песок средней крупности с тщательным уплотнением (коэффициент уплотнения К_упл = 0,98) толщиной не более 0,5 м;
• на дне траншеи устраивают песчаную подсыпку 0,10—0,15 м в зависимости от диаметра трубы;
• при обратной засыпке над трубой выполняется защитный слой из песчаного грунта 0,15—0,30 м, не содержащего твёрдых включений (щебня, камня и др.) с послойным уплотнением (особенно пространства между трубами, а также между трубами и стенкой траншеи); стыки не засыпаются;
• обратная засыпка трубопровода выполняется с послойным уплотнением грунта 0,2—0,4 м до планировочной отметки, либо без послойного уплотнения с возведением валика из земли над трубопроводом; высота валика выполняется по расчёту с учётом осадки неуплотнённого грунта до планировочной отметки земли в течение 1—2 лет;
• при производстве работ в зимнее время не допускается монтаж трубопроводов на промёрзшее основание.

Перед укладкой трубы, соединительные детали и элементы тщательно осматриваются с целью обнаружения трещин, сколов, глубоких надрезов, проколов, вырывов и других повреждений защитной оболочки[3].

После гидравлического испытания трубопровода производится его засыпка и уплотнение мест стыков с последующей равномерной засыпкой траншеи экскаватором слоем местного грунта толщиной 0,3 м с разравниванием грунта вручную и ковшом экскаватора[3].

Скрытая прокладка — укладка труб в траншеях и непроходных каналах (в грунте или в строительных конструкциях зданий — стенах, подполье и т. п.)[1]. Доступ к трубам возможен во время эксплуатации только после вскрытия соответствующих конструкций[1].

Закрытым способом трубы прокладывают без вскрытия грунта, такая прокладка называется «бестраншейной» и производится одним из методов[1][2]:

• прокол;
  • вибропрокол вибрационными установками;
  • гидропрокол (приводными и ручными прокалывателями);
  • прокол механический с помощью домкрата;
  • прокол с помощью винтового грунтопрокалывателя (механизированный);
  • пневмопробивка с помощью пневмопробойника;
• продавливание;
  • вибровакуумное;
• бурение:
  • бурение путём раскатки грунта проходчиком;
  • наклонно-направленное бурение;
  • горизонтальное бурение;
  • вибробурение;
• микротоннелирование;
• проходка:
  • щитовая;
  • штольневая.

Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диаметра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов и применяемого оборудования[2].

Закрытая прокладка трубопровода может применяться под водой, в болотах и в других условиях, когда доступ к трубам после укладки невозможен или затруднён[1].

Рекомендуемые способы бестраншейной прокладки трубопроводов[2]:

Надземная прокладка трубопровода в условиях Коми АССР показала ряд эксплуатационных преимуществ: увеличение надёжности, простота надзора, облегчение ремонта и удлинение срока службы. Эксплуатация подвесных газопроводов в условиях Севера доказала надёжность и целесообразность надземной прокладки трубопроводов там, где подземная прокладка затруднительна. Ведение работ при надземной прокладке возможно круглый год, а на болотах особенно целесообразно вести работы зимой.[4]

Надземная прокладка трубопроводов производится на участках с любым рельефом, наиболее целесообразное применение на трассах, пересекающих территории с изрезанным рельефом, большим количеством рек, озёр и т. п., на просадочных многолетнемёрзлых грунтах и в других сложных условиях[5].

При надземной прокладке трубопроводов применяют[6]:

• балочные системы;
  • прямолинейная прокладка без компенсации продольных деформаций — простейшие однопролётные переходы; многопролётные системы на жёстких опорах; многопролётные системы по земляным опорам;
  • прокладка трубопроводов с самокомпенсацией продольных деформаций — однопролётные консольные переходы; многопролётные системы с Г, П, Z-образными трапецеидальными компенсаторами; системы с линзовыми и сальниковыми компенсаторами;
  • прокладка трубопроводов с изломами в виде «змейки» — с изгибом по кривой линии; в виде ломанной линии с криволинейными вставками;
• специальные эстакады;
• мосты.

В зависимости от вида прокладки и/или перехода, конструкция трубопровода может быть:

• арочной[7];
• висячей[8];
• балочной.

Схему прокладки подземных трубопроводов принимают такой же, как и надземных трубопроводов с компенсационными участками[9].

Подземные трубопроводы, лежащие на сплошном основании и засыпанные землёй, различают по расчётным схемам в зависимости от наличия или отсутствия поперечных колец жёсткости и длины трубопровода[9].

Метод прокладки «труба в трубе» применяется в двух случаях: когда необходимо восстановить старый изношенный трубопровод, либо, когда требуется защита трубопровода от химических или механических воздействий.

Релайнинг — один из вариантов прокладки новых труб в старом трубопроводе; это бестраншейный метод санации и восстановления трубопроводов, когда новый трубопровод прокладывается внутри существующего без раскрытия (или с частичным раскрытием), а также без демонтажа старого трубопровода.

Для предотвращения быстрого изнашивания труб от механических и других воздействий на переходах через препятствия (реки, озёра, автомобильные дороги, железнодорожные пути и т. д.) их прокладывают в защитных кожухах, то есть прокладка трубы производится внутри другой трубы большего диаметра, не менее чем на 200 мм. В технической литературе кожух также называют «чехлом», «футляром» или «патроном».

Выделяют несколько методов прокола: вибро-, гидропрокол, прокол с помощью грунтопрокалывателя, прокол механический с помощью гидравлического домкрата, пневмопробивка с помощью пневмопробойника.

Прокол — это образование отверстий за счёт радиального уплотнения грунта при вдавливании в него трубы с коническим наконечником[10]. Применяются различные по форме наконечники, наиболее распространённые из них в виде прямого кругового конуса, при использовании которых создаётся минимальное сопротивление грунта проколу[2]. От угла заострения наконечника существенно зависит усилие прокола[2].

При использовании метода продавливания, прокладываемую трубу с открытым концом, снабжённую «ножом», вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий в трубу в виде плотного керна (пробки), разрабатывают и удаляют из забоя[2]. При продвижении трубы преодолевают усилие трения грунта по наружному её контуру и врезания ножевой части в грунт.

Для продавливания труб применяют нажимные насосно-домкратные установки из двух, четырёх, восьми и более гидродомкратов усилием в 50—300 т каждый с ходом штока в 1,1—2,1 м, работающие от насосов высокого давления[2].

Бурение применяется для прокладки в глинистых грунтах трубопроводов диаметром 0,8—1,0 м на длину до 100 м. Конец трубы снабжается режущей коронкой увеличенного диаметра, труба приводится во вращение от мотора, установленного на бровке котлована. Поступательное движение трубе сообщает реечный домкрат с упором в заднюю стенку котлована. Грунт, заполняющий трубу изнутри, может удаляться посредством шнековой установки или гидромеханическим методом.[10]

При бурении породу разрушают механическим или физическим воздействием[10]. Механическое бурение ведут тремя основными способами: вращательным, ударным, ударно-вращательным и вибрационным[13]; физическое бурение ведут способами: термический, гидравлический, электрогидравлический, плазменный, ультразвуковой и др[10].

Микротоннелирование — автоматизированная проходка тоннеля с продавливанием трубной конструкции обделки, выполняемая без присутствия людей в выработке[14]. Это бестраншейный метод прокладки трубопроводов и коммуникаций с помощью специальных домкратных станций, когда труба «продавливается» сквозь грунт от одной станции до другой с помощью специального тоннелепроходческого щита, также называемый — буром (бурошнековое бурение) на расстояние 100—120 м[15], который при работе смешивает породу с водой и транспортируется системой очистки на поверхность, где она сепарируется.

Технология микротоннелирования позволяет прокладывать подземные коммуникации в районах плотной застройки, или местности пересечённой транспортными и иными коммуникациями. Работы проводятся в водонасыщенных, нескальных и скальных грунтах, в том числе при смешанном забое, в крупнообломочных грунтах с включением гравия, гальки, щебня в виде прослоя и валунов. Прокладка выполняется по прямолинейной и криволинейной в профиле и плане трассе.

За щитом с помощью домкратов продавливаются трубы: стальные, стеклопластиковые, керамические, бетонные, железобетонные или полимербетонные со специальными стеклопластиковыми муфтами, оказывающими незначительное сопротивление при продавливании труб в скважине[15]. Для строительства канализационных коллекторов обычно применяются трубы с внутренней изоляцией из полиэтилена, что увеличивает срок службы сооружения в 3—5 раз.

Осуществляется прокладка с помощью двух котлованов: стартового и приёмного, глубина которых соответствует глубине прокладки. В стартовом котловане устанавливается мощная домкратная станция, на которую помещается проходческий щит. С помощью домкратов осуществляется проходка щита в грунте на его длину, после чего на домкратную станцию помещается отрезок трубы продавливания той же длины, и процесс повторяется. После наращивания став труб отдельными отрезками производится дальнейшая проходка до выхода щита в приёмный котлован. После этого щит демонтируется, а трубы остаются в земле.[16]

Изменяя типоразмер проходческого щита, можно осуществить прокладку подземных микротоннелей различного внутреннего диаметра — от 250 мм до 3600 мм с глубиной залегания до 30 м. Минимальная глубина залегания верха трубопровода относительно поверхности грунта должна быть не менее 1,5—2 диаметров трубы[15]. Расстояние между прокладываемым трубопроводом и уже расположенными коммуникациями и сооружениями должно быть не менее 1 м[15]. Щитовая проходка применяется в полускальных и скальных грунтах, где невозможно применить другие способы, при этом используют бетонные или железобетонные трубы[15].

Первая часть бурового снаряда может отклоняться на несколько градусов по вертикали и горизонтали (до 13 мм на 200 м), что требует постоянной корректировки направления бурения. Точность проходки достигается компьютерным комплексом управления с применением системы лазерного ведения щита[15]. Процесс бурения контролируется с поверхности оператором при помощи навигационного комплекса[15].

Технология микротоннелирования позволяет прокладывать коммуникации и трубопроводы с помощью коллекторов небольших диаметров в грунте любой сложности — от неустойчивых суглинков и водоносных песков до скальных пород[16], в том числе при смешанном забое, в крупнообломочных грунтах с включением гравия, гальки, щебня в виде прослоя и валунов[15].

Передовая система управления тоннелепроходческими комплексами обеспечивает удовлетворяющую самым высоким требованиям точность проходки и позволяет в каждый момент времени контролировать величины, полностью характеризующие положение проходческого щита, параметры его движения, а также параметры работы его основных узлов и механизмов[16]. Комплексы построены по модульному принципу, что позволяет перебазировать их с одного объекта на другой и максимально сократить сроки монтажа оборудования[16].

Проходка для укладки трубопроводов выполняется щитовая или штольневая.

Глубина прокладки трубопроводов зависит от[1]:

• гидрогеологических условий;
• рельефа местности;
• проектных уклонов;
• назначения трубопроводов;
• глубины промерзания грунтов;
• динамических нагрузок (при прокладке труб под автомобильными дорогами, железнодорожными путями и т. д.);
• препятствий (рек, озёр, мостов и т. д.).

Глубина прокладки трубопроводов устанавливается проектом обычно от 0,6—0,9 м (газопроводы) до 5,0 м и более (фекальная, промышленная канализация, водопроводы)[1].

При прокладке воды и канализации глубину заложения труб принимают[17] ниже глубины промерзания грунта (зависит от транспортируемого вещества, его подверженности замерзанию зимой).

При прокладке газопроводов глубину заложения труб принимается проектом до верха трубы[18]:

• не менее 1,0 м до верха газопровода — на пахотных и орошаемых землях;
• не менее 0,5 м ниже — на оползневых участках (зеркала скольжения) и подверженных эрозии участках (границы прогнозируемого размыва).

Заглубление магистральных трубопроводов принимается проектом до верха трубы:

• не менее 0,6 м в скальных грунтах и болотистой местности при отсутствии проезда транспортных средств;
• не менее 0,8 м при диаметре трубы менее 1000 мм;
• не менее 1,0 м при диаметре 1000—1400 мм, а также при прокладке трубы в песчаных барханах, на пахотных и орошаемых землях;
• не менее 1,1 м на болотах или торфяных грунтах, подлежащих осушению, при пересечении оросительных и осушительных каналов.

• Бурение
• Кабельная проходка
• Гидравлическое разрушение
• Балластировка трубопроводов
• Опора трубопровода
• Судно-трубоукладчик

• СП 35.13330.2011] «„Мосты и трубы“. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84».
• СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб».
• ТПР 901-09-9-87 «Переходы трубопроводами водопровода и канализации под ж.д. путями на станциях и перегонах и под автомобильными дорогами».
• СТН 51-4-92 (ГГК «Газпром»), СТН 06-92 (Корпорация «Роснефтегаз»), СТН 01-92 (АО «Роснефтегазстрой»)]. «Строительство подводных переходов трубопроводов бестраншейным способом».
• ТК 4.01-06-2011 «Технологическая карта производства работ по бестраншейной прокладке стальных футляров бурошнековыми машинами».
• ТК 122-05 «Технологическая карта на прокладку наружных сетей водопровода из пластмассовых труб ПВХ».
• ТПР 57-031-87 «Подземный переход нефтепроводов и водоводов Ду 80—1200 мм через железные и автомобильные дороги».
• АТР 313.ТС-002.000 «Типовые решения прокладки трубопроводов тепловых сетей в изоляции из пенополиуретана диаметром 50—1000 мм».
• «Руководство по применению микротоннелепроходческих комплексов и технологий микротоннелирования при строительстве подземных сооружений и прокладке коммуникаций закрытым способом». — М., 2004.
• «Строительство подводных переходов газопроводов способом направленного бурения». — М., 1998.