Способы и технология укладки подводного перехода

В настоящее время существуют следующие технологии укладки трубопроводов на дно: 1) протаскивание по дну; 2) с поверхности воды; 3) методом горизонтально-направленного бурения.

Суть способа протаскивания заключается в следующем:

• 1. На берегу моря (или другого водоема) устраивается спусковая дорожка, по которой подготовленный к укладке трубопровод будет перемещаться с берега под воду по подводной траншее. Это может быть либо выровненное дно, либо вырытая траншея.
• 2. На берегу рядом со спусковой дорожкой подготавливается к укладке трубопровод, общая длина которого должна быть не менее длины подводной траншеи или выровненного дна, если трубопровод укладывается без заглубления.
• 3. Перед укладкой трубопровод помещается на спусковую дорожку.
• 4. Производится испытание трубопровода на прочность внутренним давлением.
• 5. Прокладывается тяговый трос строго по курсу движения трубопровода.
• 6. Трубопровод протаскивается по дну усилием, создаваемым специальными техническими средствами (трактор, лебедка, трубоукладочное судно).
• 7. Осуществляется обследование уложенного трубопровода с помощью водолазов или телевизионными приборами.
• 8. Производится закрепление уложенного трубопровода специальными анкерами, различными грузами, засыпкой грунтом или щебнем, защита бетонными плитами или скорлупами. В каждом конкретном случае обосновывается необходимость и достаточность того или иного способа закрепления.
• 9. Проводится повторное испытание прочности трубопровода внутренним давлением. Рассмотрим далее технологии практической реализации приведенных шагов способа протаскивания подводного трубопровода и основные расчетные обоснования.

Протаскивание трубопроводов производится при пересечении какой-либо водной преграды. Такими преградами могут быть реки, озера, заливы, образующиеся на прибрежной территории морей, проливы между двумя отделенными друг от друга территориями. Ширина водных преград может составлять и сотни метров, и несколько километров. В зависимости от ширины пересекаемой водной преграды могут применяться различные схемы протаскивания.

Схема протаскивания трубопровода через водоем ограниченной ширины Рассмотренный выше способ протаскивания предполагает, что строительство подводного трубопровода осуществляется в подводном положении. Достоинством этого метода является исключение воздействия на трубопровод волн, льда и, самое важное, необходимости искривлять трубопровод больше, чем это обусловлено рельефом дна. Это обеспечивает сохранность как самого трубопровода, так и защитных утяжеляющих покрытий. Однако применение способа протаскивания возможно не во всех случаях, на практике применяется другой способ строительства — укладка трубопроводов с поверхности воды. В ряде случаев этот способ является единственно возможным.

Рассмотрим наиболее часто применяемые схемы укладки подводных трубопроводов с поверхности воды, предварительно отметив одно важное условие: в любом случае должна быть возможность размещения трубопровода на поверхности воды.

Это может быть обеспечено выполнением одного из трех условий: а) трубопровод обладает положительной плавучестью; б) трубопровод обладает отрицательной плавучестью, но с помощью понтонов ему создается положительная плавучесть; в) трубопровод опускается на воду со специальных судов, называемых обычно трубоукладочными баржами. При строительстве подводных трубопроводов на северных морях необходимо наличие свободной от льда поверхности воды. В противном случае укладка с поверхности воды становится невозможной.

Выполнение каждого из этих условий требует соответствующих технических средств и серьезных расчетных обоснований.

Метод горизонтально направленного бурения (ГНБ) (на сегодняшний день являющийся наиболее эффективным способом прокладки коммуникаций различного назначения) появился в начале 70-х гг. XX в. и успешно используется в строительстве, имеет геотехническое применение, а также является самым экологичным методом антропологического вторжения в недра земли.

Рисунок 2. 1- трубоукладочная баржа; 2 -стрингер; 3- трубопровод; 4- тяговый трос; 5- буй. Схемы опускания трубопровода с баржи, оборудованной стрингером: а — начальная стадия укладки трубопровода; б — опускание трубопровода с помощью тягового троса; в — отсоединение укладываемого трубопровода от баржи; г — завершение укладки плети трубопровода на дно; д — фиксация тягового троса буем на поверхности воды.

Трудно переоценить и экономическое преимущество метода ГНБ. В любом из аспектов своего применения ГНБ подразумевает закрытый способ производства работ: впуск скважины в одной точке и выход в другой. Диаметр и длина скважины зависят от цели и задач проекта. Основным преимуществом данного метода является возможность обхода водных объектов без вскрытия грунта.

Технология ГНБ (его еще называют бестраншейным бурением) получила широкое распространение во всем мире. Горизонтальное бурение используется для экономически выгодного и быстрого прокладывания трубопроводов и различных инженерных коммуникаций без нарушения природного ландшафта, минуя любые наземные преграды. Горизонтально направленное бурение уникально возможностью управления процессом, изменением при необходимости направления прокладки трубопроводов, огибанием действующих или покинутых коммуникаций и прочих препятствий.

Очевидными преимуществами ГНБ является скорость выполнения работ, возможность прокладывания труб при сохранении ландшафта, преодоления сложных гидрогеологических условий, а также высокая степень точности. Точность метода ГНБ обеспечивается работой локационной системы установки ГНБ. Приемно-передающая локационная система предназначена для определения координат местонахождения буровой54 лопатки и состоит из первичного преобразователя-передатчика, расположенного в ложементе крепления буровой лопатки, переносного локатора с дисплеем и дублирующего информационного пульта на рабочем месте оператора машины для прокладки ГНБ. В процессе ГНБ оператор постоянно отслеживает положение буровой лопатки по трем координатам — пройденному расстоянию, глубине нахождения инструмента и углу атаки. Все данные оперативно передаются на информационный пульт оператора направленного бурения.

Машина для направленного горизонтального бурения устанавливается на небольшом расстоянии от прокола ГНБ. Это расстояние определяется размером самой установки, углом входа бурового инструмента и составляет обычно от 1 до 6 м. Агрегат фиксируется на поверхности при помощи анкерного соединения. Первый этап бурения методом ГНБ — прокладывание пилотной скважины (рис. 3). С этой целью намечается трасса и определяются участки под площадки с оборудованием и трубами для затягивания в буровой канал.

Перед ГНБ проколом производится калибровка звукового локатора, чтобы обеспечить возможность его отслеживания на всей траектории прохождения.

Рисунок 3- Бурение пилотной скважины методом ГНБ.

Помещенная в стартовом котловане установка ГНБ осуществляет на первом этапе бурение пилотной скважины. Вслед за буровой головкой на первой штанге в скважину поочередно подсоединяются одна за другой последующие буровые штанги, строение которых позволяет подавать буровой раствор в буровую головку для прохода грунтов различной сложности. Согласно заданным координатам, выход пилотной скважины осуществляется в заданной точке в конечном котловане.

По окончанию пилотного бурения буровая головка с буровым инструментом выходит на поверхность и заменяется на вращающийся риммер-расширитель, который протягивается через готовую скважину, расширяя канал. Поскольку диаметр нитки трубопровода согласно проектам имеет самый широкий диапазон, расширение пилотной скважины может осуществляться как единожды, так и в несколько заходов (рис. 4).

По достижению необходимого диаметра в подготовленное буровое отверстие затягивается труба (рис. 5). Прокладка методом ГНБ позволяет устанавливать как полиэтиленовые, так и стальные трубы.

Диапазон применения техники горизонтально направленного бурения постоянно расширяется. Интересен такой аспект применения техники ГНБ, как прокладка новых труб внутри уже существующей нитки трубопровода.

Рисунок 4- Расширение пилотной скважины до проектного диаметра.

Рисунок 5- Протягивание трубопровода в скважину.

Исходя из задач и масштаба проекта, осуществляется выбор установки ГНБ для производства работ. На сегодняшний день линейка буровых установок начинается от машин с силой протяжки 8 т и заканчивается 600-тонными макси-установками. К достоинствам ГНБ можно отнести оперативность, экономичность, обхождение наземных искусственных и естественных препятствий, быструю окупаемость. Горизонтально направленное бурение, таким образом, является на сегодняшний день самым рациональным решением проблем, связанных с прокладыванием подземных трубопроводов.

Простейшей формой является так называемая однотрубная конструкция. Она представляет собой изготовленную из прочной стали или пластмассы трубу, несущую (или воспринимающую) рабочую нагрузку (внутреннее и внешнее давления, изгибающие моменты, растяжение, сжатие). Труба защищается различными покрытиями от коррозии и внешних силовых воздействий. На рис. 6 показана конструкция такой трубы, защищенной антикоррозийной изоляцией 1, защитным покрытием 2 и утяжелителями 3.

Рисунок 6-Однотрубные конструкции: а — изолированная; б — утяжеленная грузами; в — со сплошным бетонированием: 1 — изоляция; 2 — защитное покрытие; 3 — утяжелители