Аварийный ремонт нефтепроводов в сложных условиях

Неплохие результаты при испытании  слабых грунтов дает метод вращательного  среза. Сущность метода заключается  в измерении крутящих моментов, затрачиваемых  на преодоление сопротивления грунтов  срезу, с помощью рабочего наконечника  в виде крестообразной крыльчатки.

Методом вращательного среза определяют сопротивление грунтов сдвигу в  нарушенном и ненарушенном состоянии, показатель структурной прочности, однородность грунтов по площади  и глубине. Размеры крыльчатки подбирают  в зависимости от прочности грунтов, но при больших размерах наконечников достигается более высокая стабильность результатов измерения.

Процесс испытания грунтов заключается  в следующем. Подготовленную колонну  штанг с крыльчаткой погружают  на заданную глубину плавным вдавливанием. Затем вращают крыльчатку за рукоятку измерительной головки с угловой  скоростью 0,35 • 10"2 рад/с и определяют максимальный крутящий момент амакс, отвечающий природной прочности грунта ненарушенного сложения, и установившийся момент ауст, соответствующий прочности грунта после нарушения в нем структурных связей.

Приведенные выше методы испытания  грунтов предназначены для капитального строительства. При проведении аварийно-восстановительных  работ на магистральных трубопроводах  испытание грунтов можно производить  по упрощенной методике, обеспечивающей безопасную работу техники на период проведения ремонтных работ. Для  обеспечения подъезда и маневрирования технических средств при производстве АВР на магистральных нефтепроводах, проложенных на болотах, сооружают временные подъездные дороги и рабочие площадки.

Временные подъездные дороги позволяют  соединить место размещения ремонтных  технических средств с местом производства аварийных работ (рабочими площадками); сооружают их по кратчайшей прямой при благоприятных грунтово-геологических условиях. Подъездные дороги и рабочие площадки могут быть неразборными, сооруженными из насыпных грунтов или по принципу лежневых и сланевых дорог — из подручных материалов, а также разборными, сооруженными из инвентарных конструкций дорожных покрытий.

Устройство временных дорог  из насыпных грунтов трудоемко, связано  с большими затратами средств  и времени. Строительство неразборных  лежневых и сланевых подъездных дорог и рабочих площадок при ликвидации аварий на магистральных нефтепроводах - наиболее распространенный способ повышения несущей способности болот I и II типов в лесной зоне. Однако данный способ очень трудоемкий и требует больших затрат времени и значительных материальных ресурсов, в том числе древесины (от 1,3 до 3 тыс. м7км). Поэтому при АВР на болотах рационально использовать высокопроходимую технику или сборно-разборные дорожные покрытия и рабочие площадки, имеющие достаточную несущую способность и высокие темпы сборки.

Применение современных конструкций  и технологий при строительстве  временных дорог позволит снизить  затраты на ликвидацию аварий нефтепровода, а также сократить время его  простоя.

В настоящее время существует множество  конструкций временных дорог. Главными критериями их выбора являются скорость строительства и обеспечение  несущей способности при необходимом  числе проходов техники. Поэтому  выбор типа конструкции для сооружения подъездных дорог и рабочих площадок при минимальных затратах и в  короткий срок зависит от правильного  сочетания различных типов конструкций  и грунтового основания.

Один из важнейших путей повышения  несущей способности слабых грунтов  — химическое закрепление. Основными  преимуществами этого метода являются быстрота его выполнения и высокая  скорость отверждения закрепляющих растворов. В зависимости от используемых реагентов химическое закрепление  позволяет достичь необходимой  прочности грунтов в установленное время или практически мгновенно. Существует множество способов и технологий химического закрепления грунтов. Так, в дорожном строительстве широко используется способ укрепления местных грунтов путем перемешивания их с вяжущими веществами, осуществляемого как в специальной установке, так и непосредственно на дороге с применением грейдера или бульдозера.

В качестве вяжущих веществ могут  быть использованы цементы, битумы, эмульсии, нефти, смолы и т.д. К преимуществам  этого метода относятся хорошие  прочностные показатели, возможность  использования местных грунтов  и минимальные материальные затраты.

Выполнялись исследования по химическому  закреплению болотных грунтов в Тюменской области. Закрепление грунтов проводилось путем их перемешивания с закрепляющими смесями, которые готовились с использованием в определенном соотношении следующих компонентов: портландцемента М-400, извести II сорта, нефти, сланцевого креозота, силиката натрия (жидкого стекла), бихромата натрия, кремнефто-ристого натрия и пиролизной смолы. Исследования показали, что прочность закрепленных торфяных грунтов достаточна для создания устойчивого несжимаемого основания земляного полотна.

Были также проведены эксперименты по электрохимическому закреплению  торфяных грунтов в естественных условиях. Установлено, что этот способ наиболее эффективен на заключительной стадии консолидации, когда значительно  уменьшается водопроницаемость  грунта. К недостаткам метода молено отнести длительность процесса закрепления  грунтов.

Особый интерес представляет химическое закрепление слабых грунтов в  естественном залегании методом  инъекции. В настоящее время накоплен большой опыт по закреплению переувлажненных песков и посадочных лессовых грунтов данным способом. Сущность его заключается в том, что через вдавленные в грунт на определенную глубину инъекторы под давлением подаются маловязкие химические растворы, которые способны проникать в поровое пространство и твердеть в нем в строго установленное время. Необходимое условие — достаточная пористость закрепляемого грунта.

И все лее химические методы закрепления  грунтов являются дорогостоящими для  создания временных подъездных дорог  при ликвидации аварий на нефтепроводах, пролегающих в болотистой местности.

Анализ существующих (как в России, так и за рубежом) сборно-разборных  дорожных покрытий показал, что в  основном это конструкции колейного  и сплошного типа с шарнирно- или свободно объединенными элементами. Поэтому их применение ограничивается болотами I типа.

С учетом условий и специфики  проведения аварийно-восстановительных  работ на магистральных нефтепроводах, проложенных на болотах, было разработано  несколько типов сборно-разборных  дорожных покрытий и рабочих площадок: СРДП-1, СРНП-1, СРРП-2, СРПН-3.

Сборно-разборные покрытия СРДП-1 и  СРНП-1 наиболее перспективны для устройства временных подъездных путей, необходимых  для проезда аварийной техники  при ликвидации аварий на болотах I и II типов.

Сборно-разборное дорожное покрытие СРДП-1 (рис. 6.3) представляет собой решетчатый щит, состоящий из 9 основных и 24 закладных  брусьев, стянутых между собой болтами. Соединение щитов осуществляется с  помощью замков, выполненных из парных отрезков труб разной длины и диаметра с вырезанными секторами. Отрезки труб прикреплены к торцам посредством приваренных закладных пластин таким образом, чтобы в рабочем положении замковое соединение было неразъемным.

техническая характеристика СРДП-1

Ширина проезжей части, м..................................................................... 3,2

Общая ширина покрытия, м................................................................... 3,5

Высота покрытия, м...................................................................................... 0,3

Размеры монтажных элементов, м:

длина и ширина щитов колейного  покрытия..........................2,2-1,05

длина бруса:

колесоотбойного.................................................................................... 3,5

межколейного......................................................................................... 1,1

Максимальная масса монтажных  элементов покрытия, кг. 150

Масса 1 м покрытия, кг.............................................................................. 175

Расход древесины на 1 пог. м покрытия, м3................................... 0,23

Расчетная колесная нагрузка, кН........................................................ 200

Время сборки 1 м покрытия, мин......................................................... 3,0

Сборно-разборное несущее покрытие СРНП-1 (рис. 6.4) состоит из поперечного  настила, выполненного из брусьев сечением 15 х 15 см и длиной 4,4 м, уложенного концами на нижние продольные лежни с шагом 60...70 см. Сверху на поперечный настил уложены верхние продольные элементы 3 (колесоотбои), которые расположены строго над нижними лежнями. Верхние и нижние продольные брусья сечением 15x15 см и длиной 5,0 м объединены между собой по длине с помощью металлических обойм, выполненных из швеллеров № 18 и стягивающих устройств в виде струбцин, которые установлены по краям обойм в местах стыка продольных брусьев и в каждой трети пролета, где прикреплены хомуты с крючьями на нижних продольных брусьях. Такое расположение стяжного устройства позволяет жестко защемить поперечный настил между верхними и нижними продольными брусьями, а узловое соединение продольных элементов, состоящее из нижних и верхних обойм и струбцин, придает конструкции неразъемность в продольном направлении. Это позволяет увеличить несущую способность конструкции и дает возможность применять ее на болотах I и II типов.

Проезд строительной техники осуществляется по колейному дощатому настилу, выполненному из досок длиной 5,0 м и сечением 15x6 см, сбитых попарно в щиты и уложенных на поперечные брусья. На каждую колею проезда предусмотрено два щита.

Техническая характеристика СРНП-1

Ширина проезжей части, м..............................................................

Габариты секции несущего покрытия, м..................................

Размеры монтажных элементов, м: длина брусьев:

нижних продольных (металлические обоймы)...........

верхних продольных....................................................................

поперечных........................................................................................

щит колейного дощатого настила:

длина.....................................................................................................

ширина................................................................................................

147

4,0 5,4x4,4x0,6

5,4 5,0 4,4

5,0 0,35

 

Сборно-разборная рабочая площадка СРРП-2 (рис. 6.5) предназначена для  размещения и маневрирования ремонтной  техники и механизмов при проведении аварийно-восстановительных и ремонтно-профилактических работ на магистральных нефтепроводах, проложенных на болотах I и II типов. Составные элементы СРРП-2 аналогичны элементам СРНП-1.

В зависимости от вида повреждений, способов их устранения, грунтовых  условий и используемой ремонтной  техники из состава монтажных  элементов СРРП-2 можно создать  площадку любой формы (по обеим сторонам ремонтируемого трубопровода) с "окном” в середине Г-образной или П-образной формы).

Техническая характеристика СРРП-2

Строительная высота м 0 47

Длина, м:

пволольных элементов 5 0

поперечных элементов::::::::::::::::::::::::::::::: 5,о

149

 

щита дощатого настила.............................................................................. 5,0

обоймы.................................................................................................................. 0,8

Максимальная масса монтажного элемента, кг................................ 85

Расход материала на 1 м2:

древесины, м3..................................................................................................... 0,1

металла, кг............................................................................................................ %1

Расчетная нагрузка, кН:

автомобильная................................................................................................... 200

гусеничная........................................................................................................... 250

Время монтажа 100 м2 площадки бригадой из 8 чел., мин........... 88

Сборно-разборное несущее покрытие СРНП-3 (рис. 6.6) предназначено для  устройства временных подъездных дорог  к нефтепроводам, проложенным на болотах III типа, а также для преодоления  строительной техникой малых водных преград и участков болот с  открытой водной поверхностью.

СРНП-3 дополнительно содержит выдвижные  опорные стойки, закрепленные в направляющей трубе между спаренными верхними и нижними продольными брусьями. На нижнем конце опорной стойки расположен шнек для ввинчивания ее в минеральное  дно болота и увеличения площади  опи-рания на грунт. Под поперечным настилом располагаются надувные эластичные камеры (подплавы), изготовленные из высокопрочной прорезиненной ткани. Продольные элементы объединяются между собой с помощью обойм и стяжного устройства.

СРНП-3 может применяться на болотах  любого типа, при этом на болотах I и II типов не требуется вводить  подплавы и опорные стойки.

Рис 6 6 Сборно-разборное несущее покрытие СРНП-3*

1 - верхний швеллер- 2 - поперечина- 3 - верхний продольный брус 4 -

дощатый настил; 5 - подплавы; 6 - выдвижная стойка '

 

6.3 Укрепление стенок ремонтного  котлована на болотах

Как показывают статистические данные, продолжительность аварийно-восстановительных  работ на магистральных нефтепроводах, проложенных в сложных условиях трассы, в частности, в болотистых и переувлажненных грунтах, в среднем в 2-3 раза больше, а экономический ущерб в 3-4 раза выше, чем на трубопроводах того же диаметра, проложенных в устойчивых грунтах. Это объясняется тем, что аварии на магистральных нефтепроводах, проложенных в болотистых и переувлажненных грунтах, осложняются рядом специфических факторов, в том числе сложностью вскрытия поврежденного участка нефтепровода и последующим устройством ремонтного котлована.

Для вскрытия таких участков требуются  специальные технология и технические  средства.

Большинство болот, по которым проходят нефтепроводы, имеют мощность торфяного  горизонта от 0,5 до 3,5 м. В этих условиях проведение ремонтно-восстановительных  работ с созданием ремонтного котлована по обычной технологии в весенне-летний период, а иногда круглый год, не представляется возможным. Значительная водонасыщенность торфов, наличие поверхностных вод приводят к обрушению стенок ремонтного котлована и заполнению его болотной массой, трудно поддающейся откачке насосами. Поэтому специфической особенностью разработки котлованов в заболоченных и переувлажненных грунтах является необходимость укрепления их стенок. Укрепление стенок ремонтного котлована и создание герметичности — наиболее трудоемкие и длительные операции. Для укрепления стенок котлованов иногда используют деревянные сваи. После уточнения места аварии производят разметку границ ремонтного котлована и разработку его одноковшовым экскаватором. Затем по периметру ремонтного котлована в два ряда выполняют забивку свай. Сваи забивают вплотную друг к другу, а расстояние между рядами составляет 15 —20 см. После забивки между рядами свай подсыпают глину и утрамбовывают ручными трамбовками. Данный способ имеет низкую производительность из-за применения в большом объеме ручного труда. Так, ава-рийно-воссстановительная бригада из 6 человек затрачивает следующее время на ограждение котлована размером 6x6 м: на забивку ограждающих элементов 42 — 44 ч, на подсыпку и утрамбовку глины 40-44 ч.