Работы по строительству тоннеля и прокладки трубопровода в тоннель

6.9.1 Строительство тоннеля

Способ МТ (микротоннелирования) следует применять для проходки непроходных тоннелей малого диаметра (до 2,0 м) в сложных инженерно-геологических условиях.

Проходческие и общестроительные работы по устройству тоннелей (микротоннелей) производятся по специально разработанным нормам в зависимости от региона строительства, инженерно-геологических и других природно-климатических условий, включая сейсмические. Тоннель может быть обслуживаемый и необслуживаемый.

При производстве строительно-монтажных и горных работ по устройству тоннелей; (микротоннелей) соблюдаются требования [22], [25] и других действующих отраслевых, региональных и федеральных нормативных документов.

Строительно-монтажные работы по прокладке трубопроводов в тоннеле допускается производить после окончания строительства тоннеля (микротоннеля) и оформления приемо-сдаточных работ о сооружении тоннеля актом о завершении строительства тоннеля, оформленных требуемым образом.

Для выполнения строительно-монтажных работ по строительству перехода трубопровода в тоннеле (микротоннеле) разрабатывается отдельный проект производства работ (ППР) и необходимые технологические карты на отдельные виды работ.

При ведении работ по монтажу трубопроводов и других коммуникаций со стороны обоих порталов тоннеля обустраиваются монтажные площадки (спланированы, при необходимости, отсыпаны привозным грунтом и уложены дорожные железобетонные плиты, устроены водоотводные канавы и грунтовые емкости с противофильтрационными экранами установлено освещение, средства связи и др.) для складирования труб и других материалов, размещения строительных машин и оборудования: вагон-домиков, трубосварочного стенда и др.

Технология МТ должна сочетать механизированную щитовую проходку подземных выработок и метод продавливания труб с помощью гидравлической прессовой установки. Проходка тоннеля выполняется без непосредственного присутствия людей в забое с полной автоматизацией управления рабочим органом и транспортировки породы на поверхность.

Автоматизированные комплексы для проходки МТ выполнены по модульному принципу и должны обеспечить минимальные сроки монтажа оборудования при перебазировках. Каждый комплекс включает: контейнер управления, отстойник, тельферную эстакаду, раму продавливания, транспортный и питающий насосы, проходческую машину (микрощит), соединительные коммуникации, лазер.

Ориентация и управление движением щита осуществляются компьютерным комплексом с применением системы лазерного ведения. Прохождение проектных вертикальных углов и заданных радиусов выполняется с применением базового и дополнительного навигационного оборудования микротоннельного комплекса.

Для проходки тоннеля подготавливаются стартовые и приемные шахтные колодцы (котлованы). Шахтные колодцы должны располагаться на береговых участках подводных переходов и быть защищены от притока грунтовых вод.

Выбор оборудования для проходки тоннеля способом МТ выполняется в зависимости от геологических условий, диаметра и протяженности тоннеля, требуемой величины продавливания труб обделки. Диаметр щита назначается с учетом диаметра тоннеля и толщины обделки в соответствии с имеющимися типоразмерами проходческого комплекса.

В зависимости от способа транспортировки грунта, в котловане и на поверхности установливается следующее оборудование :

• — при гидротранспорте в котловане устанавливается грязевой насос, на поверхности — циркуляционная система;
• — при пневмотранспорте — циркуляционная система;
• — при применении шнеков и ленточных транспортеров монтируется оборудование для подъема контейнеров с грунтом.

Кроме того, на поверхности должна быть смонтирована система приготовления и подачи бентонитовой суспензии.

Для монтажа проходческого щита в стартовой шахте (котловане), установки домкратной станции и доставки секций трубопровода используется крановое оборудование соответствующей грузоподъемности, размещаемое на площадке рядом с шахтой.

Перед началом работы проводится работоспособности механизмов и оборудования, предназначенных для щитовой проходки.

Закрепление стенок тоннеля осуществляется с помощью кольцевых типовых секций (стальных, железобетонных), продавливаемых вслед за щитом и наращиваемых по мере проходки тоннеля.

Складирование на площадке кольцевых секций обделки тоннеля осуществляется в штабелях не более чем в 2 ряда, причем нижний ряд должен укладываться на деревянные подкладки, оборудованные противораскатными или седлообразующими упорами.

Необходимое усилие продавливания создаётся гидродомкратами основной станции, размещаемой в шахтном колодце и промежуточных домкратных станций, монтируемых через определенные интервалы в межстыковых соединениях труб обделки. Для снижения сопротивления продавливанию необходимо предусматривать инъекции бентонитового раствора в кольцевой зазор между выработкой и стенкой обделки.

Величина суммарного усилия домкратов для продавливания обделки МТ должна устанавливаться проектом производства работ на основании опыта строительной организации и с учетом характера проходимых грунтов, наружного диаметра и протяженности тоннеля.

Выбор типа механизированного щита с пригрузом забоя и комплекса соответствующего оборудования применительно к конкретным инженерно-геологическим условиям определяются типом наиболее распространенных грунтов по длине тоннеля, диаметром и протяженностью тоннеля, требуемой величины продавливания труб.

Микротоннелирование — метод, основанный на строительстве тоннеля с помощью дистанционно управляемого щита. Проходческий шит в форме конусной рабочей головки, снабжен системой зубьев, кулаков и дробильных выступов, механически перерабатывает грунт и таким образом бурит отверстие, через которое будет прокладываться трубопровод. По мере перемещения щита вперед, грунт скапливается в открытой передней части, где конусный щит дробилки дробит его и перемещает в камеру смешивания с вымывателем бурильной установки.

Транспортировка обратного грунта выполняется в виде вымывающей смеси через технологические трубопроводы в рабочую шахту. Установка вместе с укладываемыми трубами протаскивается блоком силовых цилиндров, установленных в рабочей шахте, по мере бурения. Непрерывное отслеживание оператором значения давления на грунт, крутящего момента бурильной головки и параметров бурового раствора позволяет непрерывно контролировать процесс прокладки трубопровода. Бурильная головка имеет систему форсунок высокого давления, которые позволяют подкрепить процесс бурения гидравлическим вымыванием грунта буровым раствором.

Проходческий щит работает из заранее подготовленной шахты в заданном криволинейном или прямолинейном направлении. Выемка щита производится из приемной шахты.

Микротоннелирование может применяться при любых грунтовых условиях и любой степени обводненности грунтов.

Управление процессом строительства микротоннеля производится из кабины, находящейся на поверхности. Местонахождение и ориентация щита контролируется с помощью лазерной системы. Применение лазерного контроля для систем управления и компьютерного мониторинга в совокупности с качеством управления обеспечивает высокую степень точности (меньше ±25 мм).

Микротоннельные системы значительно уменьшают влияние прокладки трубопроводов на окружающую среду. Часто только присутствие на поверхности кабины управления и подъемника для спуска труб в стартовую шахту указывает на ведение работ. Минимизируются также нарушения транспортного потока и уровни шума.

6.9.2 Строительство и монтаж трубопровода. Подготовительные работы

Монтаж рабочих трубопроводов выполняется после завершения строительства тоннеля, оснащения его необходимыми постоянными устройствами и сдачи-приемки по акту.

Монтажные площадки в начале и конце тоннеля должны быть освобождены от специализированной техники, оборудования, а также сопутствующих строительству тоннеля материалов и изделий.

На монтажной площадке предусматривается размещение:

• — роликовых опор для протаскивания плетей трубопровода;
• — площадки для складирования труб или секций;
• — линии для сварки и гидравлического испытания плетей трубопровода;
• — проездов для техники.

Монтажная площадка защищается от склоновых процессов и размыва ливневыми стоками.

Производство основных СМР начинается после завершения организационных подготовительных мероприятий, а также внеплощадочных и внутриплощадочных работ, предусмотренных ППР. Дальнейшее продолжение подготовительных работ технологически увязывается с процессом основных работ и обеспечивать необходимый фронт работ строительным подразделениям.

6.9.3 Общие требования по монтажу трубопроводов

Монтаж и прокладка трубопроводов в тоннелях включает следующие основные виды работ:

• — комплекс работ на монтажной площадке: сварочно-монтажные работы, гидравлическое испытание плетей трубопровода (1-ый этап), изоляцию сварных стыков, монтаж спусковой дорожки;
• — комплекс подготовительных работ по протаскиванию трубопровода в тоннеле, включая монтаж опор или подготовку основания в проходных тоннелях.
• — протаскивание трубопровода;
• — гидравлическое испытание трубопровода после протаскивания в тоннеле (2-ой этап);
• — монтаж компенсационных и переходных участков;
• — гидравлическое испытание трубопровода в составе линейного участка трассы (3-й этап);
• — комплекс работ по завершении строительства: утилизация шлама и строительных отходов, восстановление и рекультивация территории.

Монтаж трубопровода выполняется из труб с заводским изоляционным покрытием. Погрузочно-разгрузочные работы и хранение труб должны производиться в условиях, предотвращающих механические повреждения покрытия.

Сварочно-монтажные работы выполняются в соответствии с действующими нормативами.

Изоляция стыков труб производится после получения заключений о качестве сварки и гидравлического испытания плетей трубопровода. Для изоляции сварных стыков применяются термоусаживающиеся манжеты, не уступающие по своим параметрам основному изоляционному покрытию.

После гидравлического испытания и слива воды трубопровод укладывается на спусковую дорожку. Спусковая дорожка для протаскивания трубопровода располагается на монтажной площадке и оборудуется в соответствие с требованиями ППР. Схемы монтажа и укладки газопроводов в тоннеле разрабатываются в проекте производства работ с определением способа и последовательности монтажа, выполнением расчетов прочности и устойчивости трубопровода в процессе строительства. При выборе схемы монтажа следует стремиться к максимальной длине плетей трубопровода для протаскивания, исходя из условий рельефа прилегающих к тоннелю участков местности, грузоподъемных и тяговых средств, имеющихся в распоряжении строительной организации. Последовательность монтажа трубопроводов уточняется с учетом схемы их размещения в тоннеле.

Монтаж переходных и компенсационных участков тоннельного перехода выполняется после прокладки трубопроводов в тоннеле и их гидравлического испытания. В местах монтажа компенсаторов трубопроводов необходимо оставлять технологические разрывы.

6.9.4 Монтаж плети трубопровода на стройплощадке

Для протаскивания трубопровода на участке спусковой дорожки могут применяться: роликовые опоры разных конструкций, рельсовые пути с грузовыми тележками, трубоукладчики.

Надежность протягивания трубопровода в тоннель обеспечивается:

• — требуемым качеством подготовки спусковой дорожки и опор в тоннеле (точностью установки опор в створе тоннеля с регулировкой их высотного положения);
• — обеспечением соосности временных опор спусковой дорожки и постоянных опор, устанавливаемых в тоннеле;
• — достаточной грузоподъемностью опорных конструкций с учетом возможной их перегрузки;
• — равномерным распределением нагрузки от трубопровода на опоры;
• — надежностью такелажных соединений, тросов, анкерных устройств;
• — достаточной мощностью тяговых средств для протаскивания (проталкивания) трубопровода с учетом возможного увеличения тяговых усилий сверх расчетных нагрузок;
• — устойчивым положением трубопровода на опорах, исключающим опрокидывание опор или сход трубопровода;
• — надежностью тормозных устройств, предотвращающих самопроизвольное, бесконтрольное движение трубопровода после остановки тяговых средств.

На подходном участке к тоннелю предусматривается планировка основания под опоры по допустимому радиусу трассировки с обеспечением заданного угла входа в тоннель. Проектный угол входа трубопровода в тоннель обеспечивается за счет уклона и радиуса вертикальной трассировки спусковой дорожки, а при необходимости — за счет дополнительного изгиба трубопровода с помощью трубоукладчиков на подходном к тоннелю участке.

Расстановка опор, параметры изогнутой оси и напряженно-деформированного состояния трубопровода на участке входа в тоннель устанавливаются расчетом.

Расчетная грузоподъемность опорных тележек принимается с учетом возможной их перегрузки, но не более 0,8 от номинальной их грузоподъемности.

Зазоры между ложементами опор и трубопровода устраняются с помощью гибких упругих прокладок толщиной не менее 3 мм.

Перед укладкой трубопровода на опоры проверяется отсутствие блокировки и свободное прокручивании опорных катков, при необходимости должна быть произведена их смазка.

Опоры должны устанавливаться полузаглубленными в приямки или на грунтовые призмы, усиленные слоем щебня. В основание под роликовые опоры укладываются железобетонные плиты. Соосность опор и высотные отметки ложементов контролируются геодезическими средствами.

6.9.5 Способы прокладки трубопроводов в тоннеле

Укладка трубопроводов в тоннеле выполняется способом протаскивания с последовательным наращиванием плети на монтажной площадке, примыкающей к тоннелю.

При протаскивании трубопровода технические решения определяются, исходя из его весовых характеристик, конструкции постоянных и временных опор, протяженности тоннеля.

При этом обеспечивается:

• — сохранность изоляционного покрытия трубопровода;
• — снижение усилий на преодоление сопротивления протаскиванию за счет уменьшения коэффициента трения, а на подводных переходах за счет регулирования весовой нагрузки.

Выбор средств для протаскивания трубопроводов определяется расчетом тяговых усилий на завершающем этапе протаскивания, при максимальной длине протягиваемой плети. Максимальное усилие, создаваемое тяговыми установками, должно превосходить расчетную величину тягового усилия не менее чем в 1,5 раза.

Сохранность изоляции при прокладке трубопроводов в микротоннелях обеспечивается за счет:

• — применения высокопрочных трехслойных изоляционных покрытий из полиэтилена или полипропилена в специальном исполнении;
• — обеспечения гладкой внутренней поверхности обделки МТ из железобетонных труб и ее контроля в процессе монтажа;
• — использования технологического кожуха из полиэтиленовых труб.

Снижение тяговых усилий при протаскивании трубопровода в микротоннеле достигается за счет:

• — выбора оптимальной схемы протаскивания трубопровода с регулированием плавучести газопровода путем частичного заполнения микротоннеля водой;
• — снижения коэффициента трения при протаскивании путем применения технологических кожухов и жидкой смазки.

В качестве технологического кожуха следует рассмотреть возможность использования полиэтиленовых труб низкого давления диаметром до 1500 мм в соответствии с техническими условиями (ТУ). Внутренний диаметр полиэтиленовых труб должен приниматься не менее 1,2 Dн (Dн — наружный диаметр рабочего трубопровода). Монтаж и сварку полиэтиленовых труб должны выполняться специализированной организацией.

Протаскивание трубопроводов и кабелей связи в непроходных тоннелях должно осуществляется общим пакетом с предварительным его скреплением в жесткую конструкцию с помощью бандажей и поперечных траверс. Между трубопроводами и кабелями связи должны быть разделительные прокладки из стойких диэлектрических материалов.

В проходных тоннелях большой протяженности допускается предусматривать протаскивание трубопровода отдельными плетями со стыковкой в тоннеле на заранее подготовленных площадках. Монтаж трубопровода может вестись с наращиванием плетей с обоих концов тоннеля и их стыковкой в середине тоннеля.

Строительство подводного перехода «труба в трубе» включает:

• — обустройство на берегах стартовой и приемной шахт МТ;
• — проходка микротоннеля проходческим комплексом с продавливанием стального кожуха;
• — демонтаж коммуникаций тоннеля;
• — гидравлическое испытание кожуха на внутреннее давление (если это предусмотрено проектом) с последующим пропуском разделителей;
• — прокладку и закрепление в тоннеле полиэтиленовой оболочки для протаскивания рабочего газопровода;
• — протаскивание рабочего трубопровода внутри полиэтиленовой оболочки;
• — гидравлическое испытание рабочего трубопровода;
• — обустройство технологических колодцев для установки сальников (используются стартовая и приемная шахты МТ);
• — заполнение межтрубного пространства инертным газом;
• — устройство береговых компенсаторов в железобетонных лотках.

Целостность изоляции защитного кожуха обеспечивается применением высокопрочного полипропиленового или эпоксидного покрытия, созданием технологического зазора между стенками выработки и кожухом при проходке микрощита и применением бентонитовой смазки.

В местах установки сальников обеспечивается соосность рабочего трубопровода и кожуха с помощью опорных центрирующих колец.

6.9.6 Монтаж линий технологической связи

В непроходных тоннелях, сооружаемых способом МТ, кабели связи прокладываются в стальном или пластмассовом защитном кожухе, протаскиваемом совместно с трубопроводом общим пакетом. Конструкция кожуха определяется проектом с учетом технических характеристик прокладываемого кабеля. Допускается укладка нескольких кабелей в одном кожухе.

В проходных тоннелях кабели связи прокладываются на опорах боковых стенок тоннеля слева от трубопроводов по ходу продукта. Оболочка кабеля должна быть выполнена из негорючих материалов.

На переходных участках (входа и выхода из тоннеля) кабели связи прокладываются в асбоцементных трубах в самостоятельной траншее. На пересечениях с трубопроводом кабель должен прокладываться выше трубопровода не менее чем на 0,15 м.

6.9.7 Монтаж компенсационных участков их соединений с общей трассой трубопровода

Компенсаторы на опорах монтируются с таким расчетом, чтобы свое срединное положение они занимали при температуре, указанной в проекте как усредненное значение температурного интервала.

В местах монтажа компенсаторов трубопроводов необходимо оставлять технологические разрывы.

Перед вваркой компенсаторов в нитку они подвергаются предварительной растяжке. Величина растяжки компенсатора зависит от температуры, при которой фактически осуществляется замыкание стыков, эта величина должна устанавливаться Опоры на компенсационных участках могут быть выполнены из железобетонных плит или из свай, соединенных ригелем.

При выходе из тоннеля устанавливаются направляющие опорные конструкции, которые должны воспринимать как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки.

Величины допустимых горизонтальных перемещений и нагрузок определяются расчетом.

Величина горизонтального усилия, на которое должна быть рассчитана конструкция опоры, должна быть в 1,5 раза больше расчетной.