Совершенствование методов строительства и ремонта трубопроводов в условиях Крайнего Севера

Развитие Западно-Сибирского региона, являющегося основной топливно-энергетической базой России, предопределяет интенсивное строительство, ремонт и реконструкцию магистральных и межпромысловых трубопроводов. По Тюменской области в год строится 3.5 тыс.км. магистральных и промысловых трубопроводов, а ремонтируется ежегодно от 7,5 до 10 тыс. км. трубопроводов. Строительство и ремонт трубопроводов производится в условиях почти полного отсутствия вдольтрас-совых проездов. Общий уровень расходов в связи с перемещением центра нефтегазовой добычи в новые, более удаленные необжитые районы с экстремальными природно-климатическими условиями, остается высоким. Суровый климат, заболоченность и высокая обводненность грунтов (в Западной Сибири 60% трасс проложено в болотах) делают практически невозможным летнее строительство без применения специальной вездеходной техники, поэтому единственно приемлемым и экономически целесообразным в настоящее время остается зимний период времени года. В такой ситуации для упомянутых почвенно-грунтовых условий наиболее применимым вариантом вдольтрассовых и межпромысловых проездов является устройство снеголедовых дорог — зимников, позволяющих доставлять грузы и технику в любые районы строительства и эксплуатации месторождений. Создание временных дорог в зимнее время года также позволяет снизить затраты на сооружение их за счет использования холода как благоприятного фактора для получения дорожного полотна.

Существующие в настоящее время типы зимников, требуют периодического прохода техники для очистки от снега и восстановления несущей способности дорожного полотна, одновременно с этим, являются надежным средством в материально-техническом обеспечении для строительства и обслуживания трубопроводов. Продолжительность их работы в среднем составляет 1−2 сезона, что благоприятно для заказчика строительства магистральных и межпромысловых трубопроводов, так как создание дорог в капитальном исполнении получает отсрочку и является экономически выгодным для последующей многолетней эксплуатации. С целью обеспечения проектной интенсивности грузопотоков, протяженности и некоторых особенностей зимней трассы, следует выполнить основное требование — высокую несущую способность дорожного полотна.

В практике отечественного и зарубежного строительства известны многочисленные способы возведения зимников, однако технология их сооружения при относительно одинаковых строительных компонентах: лед, снег, вода и холод — имеет множество вариантов и выбрать оптимальный в условиях каждого конкретного случая достаточно сложно. Кажущаяся конструктивная простота устройства зимников не соответствует сложности расчетов и оценке несущей способности, а также состояния дорожного полотна, на которые дополнительно влияют свойства грунтов находящихся в основании проезжей части дороги. Одновременно с этим следует отметить, что многообразие и изменчивость природно-климатических факторов еще более затрудняет выбор вариантов для конкретного участка строительства.

Таким образом, для снижения затрат на подготовительный период, в частности, на доставку оборудования, специальной строительной и другой техники, а также для дальнейшего совершенствования конструкции вдольтрассовых проездов и, в целом, строящихся и ремонтируемых объектов транспортного обеспечения необходимо ускорить сроки создания дорожного полотна в осенне-зимний период, предусмотреть варианты восстановления проезжей части при резких оттепелях, обеспечить долговечность дорог при резких колебаниях температуры и других катаклизмов природы.

Для поиска рациональных вариантов в решении обозначенной проблемы необходимо рассматривать влияние воздействия на дорогу многочисленных факторов, таких как: конфигурация дорожного полотнагидрогеологический характер района строительстваособенности грунта основанияструктура по вертикали и величина снежного покрова и т. д.

Кроме того, должно быть определено необходимое соответствие конструкторско-технологической связи между высокими техническими требованиями предъявляемые к сооружению и сложными воздействиями грунта его основания. Одновременно с этим, необходимо помнить о том и принимать в расчет следующий фактор, что если учет полезной нагрузки на дорожное полотно поддается определенной классификации, то изменчивость природных условий практически индивидуальна.

Следовательно, решение специфических задач данной направленности, т. е. создание дорожного полотна с требуемой несущей способностью практически на всех типах грунтов и в различных природно-климатических зонах, является актуальной темой научных исследований.

В диссертационной работе рассматриваются следующие задачи:

— анализ основных методов сооружения подъездных путей и вдольтрассовых проездов при сооружении трубопроводов;

— разработка механизированных методов сооружения вдольтрассо-вой снеголедовой дороги на промороженном основании;

— разработка модели дорожного полотна зимника, возводимого с увлажнением и уплотнением снеголедового полотна с учетом нагрузок ходовых систем транспортных средств трубопроводостроительного комплекса;

— экспериментальное обоснование и подтверждение теоретических положений и научно-технических решений по созданию снеголедовых дорог;

— определение технологических параметров работы снегоуплот-няющих и снегоувлажняющих машин;

— разработка новых и совершенствование существующих типов машин и оборудования для сооружения дорожного полотна снеголедовой дороги.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

— предложена рациональная технологическая схема возведения зимников с учетом климатических условий зоны строительства трубопроводов;

— определены нагрузки на снеголедовые дороги, характерные для транспортных средств, используемых при строительстве и ремонте трубопроводов на Севере Западной Сибири;

— выявлены закономерности увлажнения и уплотнения снега;

— определены технологические параметры работы снегоуплотняю-щих и снегоувлажняющих машин;

— изложены теоретические подходы к решению задач увлажнения уплотнения снега, защищенные авторскими свидетельствами;

— разработана модель прогнозирования параметров природно-климатических условий для конструирования дороги и выбора комплекса машин.

Практическая ценность работы. Разработана методика выбора машин для строительства вдольтрассовых снеголедовых дорог в насыпи в условиях Сибири и Крайнего Северасоздан банк данных по климатическим условиям зоны строительства нефтегазопроводов на Севере (программа «Климат») — разработана программа автоматизированного расчета параметров снеголедовой дороги и выбора комплекта машин (программа «Road» и программа «Road2»).

Созданы и успешно прошли испытания конструкции снегоувлажняющих и снегоуплотняющих машин, защищенные авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации.

Достоверность полученных результатов подтверждена хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.

Основные результаты исследований использованы при создании экспериментального участка снеголедовой дороги протяженностью 2 километра на участке Ныдинский Водозабор — Ямбург, 5 километров в районе компрессорной станции «Приозерная» вблизи г. Надыма и 28 километрового участка в районе г. Воркуты.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Эксплуатация машин в суровых условиях», Тюмень, 1989; «Нефть и газ Западной Сибири», Тюмень, 1989; «Повышение эффективности проектирования, испытаний и эксплуатации автомобилей и строительно-дорожных машин», Горький, 1988; «Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири», Тюмень, 1987; «Совершенствование зимних дорог и ледяных переправ на севере Сибири», Тюмень, 1989; «Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей», Горький, ГПИ, 1990; «Региональные проблемы эксплуатации автомобильного транспорта», Тюмень, ТюмГНГУ, 1995; «Нефть и газ Западной Сибири», Тюмень, ТюмГНГУ, 1996; «Развитие строительных машин. Механизации и автоматизации строительства и открытых горных работ», Москва, МГСУ, 1996, а также обсуждались на научно-технических советах ГлавСибтрубопроводстроя, треста «Севертрубопроводстрой», техническом совете Тюменского управления магистральных газопроводов, на секции Миннефтегазстроя ВДНХ в Москве в 1988 г., на заседании объединенного совета кафедр «Сооружения и ремонта нефтегазодобывающих объектов», «Эксплуатации автомобильного транспорта» и «Подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин и оборудования» Тюменского государственного нефтегазового университета в 1996 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что современный технический уровень нефтегазового строительства обеспечивается техническими решениями, базирующимися на адаптации строительного производства к климатическим особенностям Крайнего Севера.

2. Установлено, что для бесперебойного проезда техники и своевременной доставки грузов наиболее эффективным является сооружение зимников в насыпи из снеголедового материала, обеспечивающих прочность, долговечность и незаносимость снегом при сравнительно низких затратах на обслуживание трассы.

3. На основе лабораторных исследований установлено, что плотность снеголедового покрытия должна составлять не менее 450 кг/м3 в основании и 700 кг/м3 в полотне дороги. Результаты промышленного эксперимента подтвердили, что увеличение плотности снега достигается за счет использования пневмокатка, причем число проходов тем меньше, чем выше влажность снега, а увлажнение до 28% позволяет полунить плотность снега при минимальной нагрузке.

4. Определено, что оптимальной температурой для получения требуемой плотности основания и дорожного полотна при увлажнении, перемешивании и формировании снегового покрова является диапазон от минус одного до минус четырех градусов Цельсия.

5. Установлено, что уплотнение по слоям происходит неравномерно и определяется толщиной снега, температурой и нагрузкой, а размеры ядра уплотнения зависят от размеров штампа. При этом получена зависимость распределения плотности по глубине уплотнения и установлены оптимальные границы высоты набрасываемого слоя снега для получения однородного уплотнения по сечению дороги.

6. Влияние неустойчивости климатических зон в районах строительства трубопроводных систем (значительная амплитуда колебаний температуры, неравномерность высоты снежного покрова, различная интенсивность промерзания вследствие неодинаковой влажности и т. д.) может быть уменьшено за счет применения различных технологий уплотнения и увлажнения снегового покрова.

7. Разработаны, изготовлены и испытаны в промышленных условиях комплекс навесного оборудования и машины, позволяющие создавать дорожное полотно из снеголедового материала в различных климатических зонах строительства как при недостатке, так и при избытке снегового покрова.