Технология строительства магистральных трубопроводов: анкерное закрепление трубопроводов

В последнее время вопросы охраны труда получили дальнейшее совершенствование и углубление. Правительством принято решение об улучшении работы по охране труда и предупреждению заболеваний рабочих и служащих путем технического усовершенствования и широкого внедрения новых, более совершенных механизмов, автоматов, радиоэлектроники, телемеханики и компьютеризации, улучшающих условия труда человека.

Работа по управлению экскаватором - погружателем анкерных стержней, является напряженной и утомительной. Качество и безопасность выполнения работы зависит от многих факторов. К ним относятся:

• освещение;

• шум;

• вибрация;

• метеорологические условия;

• вредные вещества в воздухе рабочей зоны;

• санитарно-бытовое обслуживание;

Для создания нормальных условий работы машиниста предусматривается необходимое освещение (в ночное время),

обзор и звуковая сигнализация. Осветительные приборы должны освещать рабочую зону и зону передвижения машины рассеяным светом, не оказывающим ослепляющего воздействия. Освещенность экскаватора в ночное время равна 80 лк.

Предельно допустимый уровень шума в кабине экскаватора и вибрация на рабочем месте машиниста не превышает значений действующих норм и правил ГОСТ 12.1.012-78. С целью снижения шума в кабине экскаватора тщательно подгоняют соприкасающиеся части кабины, обивают внутренние панели звукопоглощающими материалами. Для уменьшения вибрации применяют виброизоляцию, исключающую резонансные явления, а также производят балансировку движущихся деталей машины.

Конструкция и внутренние размеры кабины обеспечивают машинисту свободный вход в зимней одежде, удобные действия рычагами и педалями, соответствуют требованиям эргономики. В кабине экскаватора предусмотрены вентиляция и отопление, создающие микроклимат. Температура поддерживается в пределах от +15 до +27°С. внутри кабины установлен отопитель типа О-30, работающий независимо от двигателя. Стекла кабины в условиях Севера обдувают теплым воздухом или делают двойное остекленение и помещают в проеме стекол влагопоглотитель.

Основные меры безопасности при работе на экскаваторе.

• К работе на экскаваторе допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальную техническую подготовку, проверку теоретических и практических навыков, а также хорошо изучившие правила техники безопасности.

  
  

• Запрещается работать 1 человеку на экскаваторе.

  
  

• Работа разрешается только на исправном экскаваторе - погружателе анкерных стержней

  
  

• Привлечение посторонних лиц к управлению машины строго воспрещается.

  
  

• Все ремонтные работы проводят только при полной остановке агрегата.

  
  

• Пребывание в рабочей зоне (до 3-х метров) экскаватора - погружателя анкеров посторонних лиц воспрещается.

  
  

• Перед запуском двигателя убедиться, что все рычаги управления находятся в нейтральном положении.

  
  

• Запрещается сходить с экскаватора или садиться в него во время его движения.

  
  

9.При работе (погружении анкеров) в ночное время на участке работы должны быть подвешены фонари.

10. Перевозка экскаватора (погружателя) на всех видах транспорта разрешается только с соблюдением надежного крепления. Запрещается производить ремонт под экскаватором при включенном двигателе.

    
    

11. При работе погружателя рабочая зона должна быть свободной от посторонних предметов.

    
    

12. Запрещается демонтаж элементов гидропривода, находящегося под давлением.

    
    

13. В случае временного прекращения работы или ремонта рабочий орган должен быть выглублен, а погружатель - экскаватор перемещен на расстояние не менее 10 метров от края траншеи, где протянут трубопровод.

    
    

14. При хранении горюче-смазочных материалов необходимо следить за выполнением противопожарных мероприятий и правил.

    
    

15. Экскаватор должен быть укомплектован медицинской аптечкой.

    
    

.

10. Машинист должен носить спецодежду без развевающихся пол и иметь при себе рукавицы.

    
    

17. Необходимо строго придерживаться правил техники безопасности.

Расчет экскаватора на устойчивость (поперечную устойчивость погружателя анкерных стержней при движении по уклону).

Расчет производиться для наиболее неблагоприятного положения экскаватора при его транспортном передвижении с поперечным.

Коэффициент устойчивости:

К_у = ^М_уд , где

М_опр

М_уд - момент удерживающий.

М_опр - момент опрокидывающий;

М_уд= G_тр cosa · d + G_р.об. cosa ; где

G_тр - вес погружателя анкерных стержней.

G_р.об. - вес рабочего оборудования.

Расчетная схема

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

d - плечо действия удерживающих сил;

a - уклон.

Решим систему:

М_уд = 13 cosa · 3,2 + 9 cosa · 3,2 = 28,5 cosa;

М _опр = 13 sina + 9 · 5,4 = 31,2 sina.

tga = ^{31,2 sina} = 1,03 => a = arctg 1,03 = 18°

28,5 cosa;

Вывод:

Таким образом при угле наклона экскаватора-погружателя анкерных смещений a>18° может произойти опрокидывание.

Для уклона a>10°:

К_у = ^{28,5 cos 10°} = 4,6

^{31,2 sin 10°}

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

БЖД

Конструкторская часть.

1. Технология строительства магистральных

трубопроводов.

1. Общая технология.

Линейное строительство, к которому относится и строительство трубопроводов, обладает одной важной особенностью - разнообразием и изменчивостью характера местности вдоль трассы трубопроводов, требующих применения различных технологических схем и технологии строительства. Это изменение может быть настолько существенным, что требует полного технического переоснащения строительных подразделений, выполняющих определенный вид работ.

Все многообразие природных условий разделено на шесть групп:

2. освоение равнины;

3. освоение пустыни;

4. освоение болота;

5. вечномерзлых грунтов;

6. гор;

7. водных преград.

Каждая из этих групп требует применения особой технологии строительства, специальной техники, без которой

строительство становится, если не невозможным, то, совершенно не технологичным.Следует отметить, что на болотах, вечномерзлых грунтах и в пустынях в некоторых условиях возможно применение тех же технологических схем, что и на освоенных равнинах.

Например, промерзшие болота можно рассматривать, как равнину, сложенную на некоторую глубину мерзлым грунтом, однако, в осенне-летний период работа обычной технике на них практически невозможна. В летний период и вечномерзлые грунты оттаивают, что делает их непроходимыми. Поэтому отнести эти равнинные местности к освоенным и пригодным для круглогодичной работы равнинам нельзя.

Рассмотрим основные элементы линейной технологии строительства:

8. Подготовка трассы.

Под подготовкой трассы понимается приведение ее в такое состояние, при котором возможно осуществление всех остальных технологических операций.

Подготовка проводится вдоль всей трассы в полосе, ширина которой нормируется строительными нормами СН 452-73. При подготовке трассы к работе основных строительных подразделений наиболее важными являются три вида работ:

9. вырубка леса, если он имеется в полосе отвода;

10. создание начального профиля трассы;

11. устройство проезда вдоль трассы.

12. Рытье траншеи экскаватором.

Рытье траншеи экскаватором производится роторными или

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

ковшовыми экскаваторами периодического действия. В плотных грунтах наиболее эффективным является рытье роторными экскаваторами. Траншея, подготавливаемая роторным экскаватором, имеет ровно спланированное дно, что исключает сосредоточенные участки давления на изоляцию трубы и способствует лучшему сохранению изоляции при укладке трубопровода.

13. Монтаж и сварка трубопровода.

Сварка трубопровода вдоль трассы может выполняться как до рытья, так и вслед за рытьем. Трубопровод в условиях равнинной местности монтируется из секций, состоящих из двух - четырех труб, свариваемых на трубосварочных базах (ТСБ) и доставляемых к месту монтажа плетевозами. Сварка трубопровода из одиночных труб осуществляется в исключительных случаях, когда по каким-либо обоснованным причинам доставка секций труб к месту работ невозможна. Сварка секций непосредственно на трассе производится по двум схемам:

14. стыки свариваются ручной электродуговой сваркой сварочно-монтажной бригадой на участке длиной 300-350 метров (8-9 секций);

15. трубопровод наращивается из секций методом контактной сварки с помощью специального оборудования.

16. Изоляционно-укладочные работы.

Применяют три схемы изоляционно-укладочных работ:

17. схема изоляции стыков и укладка из труб с заводской изоляцией;

18. раздельная схема изоляции и укладки.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

Общим для всех схем является перемещение трубопровода, находящегося на бровке траншеи с помощью трубоукладчиков на дно траншеи. При этом трубопровод изгибается как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Напряженное состояние труб при этом должно быть таким, чтобы в них имели место только упругие деформации.

20. Засыпка трубопровода.

Траншея, с уложенным в нее трубопроводом, засыпается, как правило бульдозером. При этом грунт не должен содержать крупных комков, особенно в зимний период. Если такого грунта нет, то для засыпки привозят мягкий грунт.

21. Способы закрепления трубопроводов.

В настоящее время в отечественной практике трубопроводного строительства в условиях обводненной и заболоченной местности применяются различные типы железобетонных пригрузов; анкерные устройства; нетканные синтетические материалы и т.д. Трубопроводы больших диаметров обладают повышенной плавучестью и поэтому балластировка их одиночными грузами требует значительного расхода железобетона. Учитывая значительную стоимость и трудоемкость балластировки трубопроводов утяжеляющими грузами область их применения целесообразно ограничить следующими участками переходов трубопроводов:

22. через глубокие болота;

23. через болота, в основании траншеи которых залегают грунты повышенной прочности или грунты, не обеспечивающие расчетной несущей способности анкера;

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

25. через незамерзающие болота, водоотлив из которых невозможен при производстве работ в зимнее время.

В настоящее время для балластировки трубопроводов применяются утяжеляющие грузы различных конструкций.

Седловидные железобетонные грузы используют для балластировки трубопроводов диаметром от 273 до 1420 мм, при переходе через болота с мощностью торфа не превышающей 1 - 1,5 метра, при соблюдении условий, обеспечивающих их устойчивое положение на трубопроводе (смотри рис. 1). Главным недостатком является то, что центр тяжести конструкции расположен выше оси трубопровода. Это приводит к тому, что при смещении груза в плоскости, перпендикулярной к оси трубопровода, положение равновесия нарушается и груз опрокидывается. Недостатком также является малое сопротивление изгибающим напряжениям и деформациям в самом узком месте - вершине седла.

Утяжелитель типа УБО (см. рис.2) представляет собой два железобетонных блока со скосами, соединенными между собой двумя силовыми поясами. Скосы на блоках выполнены для обеспечения возможности установки их на трубопровод в минимальные по габаритам траншеи. Груз типа УБО применяется для балластировки трубопроводов на переходах через болота различных типов и малые водостоки, вогнутых и выпуклых кривых и прямолинейных участках, прилегающих к ним; на углах поворота в горизонтальной плоскости и участках выхода трубопровода на поверхность.

Утяжелитель седловидный самозакрепляющийся УСС.

Состоит из седловидного железобетонного П-образного блока с проемами в опорах, в каждом из которых смонтирован

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

железобетонный прижимной элемент с криволинейной поверхностью, контактирующей с трубопроводом (см. рис.3). Груз может применяться для балластировки трубопроводов, прокладываемых в условиях обводненной и заболоченной местности, а также на переходах через малые водные преграды. К недостаткам этого типа утяжелителей относятся:

26. трудоемкость изготовления;

27. необходимость дополнительной изоляции, покрывающей при монтаже;

28. сложность навески грузов УСС.

Утяжелитель клиновидный болотный (см. рис.4) УБК.

Можно использовать для балластировки трубопроводов взамен седловидных грузов на переходах через болота с мощностью торфа, не превышающей глубины траншеи. Клиновидный груз обладает повышенной устойчивостью на трубопроводе. При установке на изоляционный трубопровод полимерного покрытия, оно не нарушается. Технология и трудоемкость клиновидных грузов как на трубопроводных грузах, при этом используется тоже серийновыпускаемое промышленностью грузоподъемное оборудование.

Наряду с железобетонными пригрузами стали применяться и полимерно-контейнерные балластировочные устройства ПБКУ (см. рис.5). Устройства ПБКУ могут применяться для балластировки трубопроводов диаметром до 1 420 мм на обводненных, заболоченных и периодически затопляемых участках строительства с грунтами минерального основания, применение которых в качестве грунтового заполнителя полостей ПБКУ позволяет создать необходимую балластировочную

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

нагрузку на трубопровод.

Одним из наиболее экономичных способов обеспечения устойчивого положения трубопроводов на проектных отметках является закрепление их анкерными устройствами.

Рис.6. Винтовое анкерное устройство (ВАУ) состоит из:

29. силового пояса;

30. тяги анкера;

31. винтового анкера.

ВАУ применяются для закрепления трубопроводной нитки, прокладываемой наземно, в насыпях и подземно на заболоченных и периодически затопляемых участках с устойчивыми подстилающими грунтами, обеспечивающими закрепление в них винтовых анкеров и установку анкерных устройств.

Сварные анкера раскрывающегося типа АР-401 (см.рис.7).

Способ основан на использовании прочностных свойств и продольной жесткости самого трубопровода, позволяющих балластировать его сосредоточенными нагрузками в несколько десятков тонн.

Закрепление трубопровода выстреливаемыми анкерами.

Способ предложен для использования его в минеральных грунтах. Сущность основана на том, что анкеры с прикрепленными к ним тягами выстреливаются в грунт гарпунно-китобойной пушкой с трактора или автомобиля. Тяги анкеров после подтягивания приваривают к силовому поясу, под который предварительно укладывают прокладку из бризола и футеровочный мат.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

Все вышеупомянутые способы балластировки с помощью анкерных устройств, да и сами анкерные устройства, имеют один серьезный недостаток - они почти или полностью не приемлемыми в условиях вечной мерзлоты. До недавнего времени балластировку трубопроводов производили в основном железобетонными пригрузами. Но карта месторождений распространяется все дальше на север и, естественно, доставлять на трубопроводные линии пригрузы большой массы становится все дороже, неэкомично. Поэтому в последнее время назрела необходимость использовать в условиях вечной мерзлоты более современные и экономически эффективные способы балластировки трубопроводов.

Закрепление трубопровода с помощью машины МБШ-321.

Этот способ основан на том, что в предварительно вырытую скважину глубиной не менее трех метров погружается стержневой анкер со "шляпкой" диаметром равным диметру скважины ("шляпкой" вниз). После чего скважина с погруженным анкером засыпается грунтом (мягким) с водой. Вода - это эффект объемного расширения, что позволяет анкеру прочно сидеть в грунте. В остальном технология закрепления почти такая же как и у ВАУ-1.

Вывод.

Основными преимуществами, способствующими широкому внедрению анкерных устройств в трубопроводное строительство являются:

32. быстрота их доставки и установки;

33. возможность заглубления анкера без нарушения грунта;

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

34. незначительный собственный вес по сравнению с развиваемой удерживаемой силой;

35. небольшая стоимость.

Рис. 1

Рис. 2

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

Рис. 3

Рис. 4

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

Рис. 5

Рис. 6

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

Рис. 7.

Рис. 8.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

36. Особенности предлагаемого анкерного

закрепления.

2.1. Примерная технология производства работ при использовании стержневых анкеров.

Технология рассчитана на комплекс работ по закреплению трубопровода в вечно-мерзлых грунтах стержневыми анкерами.

За исходное положение принято:

37. применяемый анкер - стержневой, стальной;

диаметром до 32 мм;

длиной до 6 метров.

38. заглубление анкеров в грунт производиться с помощью гидравлического экскаватора ЭО-4124А, к стреле которого непосредственно и подвешен погружатель анкерных стержней.

39. работы ведутся в одну смену;

40. до начала работ погружателя трубопровод сварен в нитку, заизолирован и уложен в траншею.

Технология работ по монтажу включает:

41. разметку мест установки анкерных устройств;

42. раскладку комплектов вдоль закрепляемого участка;

43. погружение (с одновременным кручением) анкеров в грунт;

44. укладку на трубопровод прокладок, футеровочного мата и силового пояса;

45. приварку силового пояса к стержням погружаемых анкеров;

46. изоляцию мест соединения пояса со стержнем.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

48. Предлагаемая конструкция устройства

(погружателя).

Погружатель анкерных стержней предназначен для погружения в вечномерзлых водонасыщенных грунтах стержневых анкеров, применяемых при закреплении магистральных нефте- газопроводов на проектных отметках в районах севера Западной Сибири, при температуре окружающего воздуха от минус 60 до плюс 45 °С.

Климатическое исполнение погружателя ХЛ, категория размещения I по ГОСТ 15150-69.

Погружатель представляет собой навесное оборудование к экскаватору ЭО-4124 и состоит из механизма погружения, ограждения и управления. Механизм погружения в свою очередь состоит из рамы с направляющими, вращателя, цилиндра подач, верхнего и нижнего зажимов.

Вращатель представляет собой одноступенчатый редуктор, состоящий из корпуса, в котором установлены вал - шестерня, колесо зубчатое на пустотелом валу. Для монтажа колеса в корпусе предусмотрен люк, закрываемый крышкой. На корпусе предусмотрено посадочное место для стакана, в котором крепится гидромотор. Для заливки и слива масла установлены пробки.

На сварной раме закреплены две направляющие, по которым перемещается вращатель с установленным на нем гидромотором. На верхней плите рамы и на тихоходном валу вращателя через штангу установлены зажимы. Вращатель перемещается по направляющим под действием гидроцилиндра, один конец

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

которого закреплен на раме, а другой на вращателе.

Зажим предназначен для удержания погружаемого стержня при движении вращателя вверх.

Зажим, установленный на верхней плите рамы механизма погружения, представляет собой корпус, установленный на подшипниках качения, в котором по подвижной посадке установлена втулка со шпоннами, имеющая пазы под обжимные рамки. С торца корпуса вставлена пружина, одним концом опертая во втулку, а другим в стакан.

Зажим предназначен для передачи крутящего момента и осевого усилия погружаемому стержню от вращателя (нижний зажим (цанга)).

Нижний зажим крепится к штанге и имеет аналогичную конструкцию зажима верхнего, только сдвоенного через промежуточный корпус.

Управление включает гидрооборудование базовой машины (экскаватор 4124А), дополнительно установленного гидрооборудования, которое запитывается от секции управления 4124А.24.03.000. трехсекционного гидрораспределителя. При включении рукоятки секции управления подается рабочая жидкость в гидромотор и через дроссель и гидроклапан в распределитель и далее либо в поршневую, либо штоновую полость гидроцилиндра. Дроссель должен быть отрегулирован на подачу 40 л/мин, а гидроклапан - на давление 100 кг·с/см². Запрещается подавать давление в сливной канал! Для этого необходимо на секции установить ограничитель.

На механизме погружения имеется механизм реверсирования. Он устанавливается на раме погружателя около крепления стрелы с механизмом погружения (погружателем) и

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

Механизм реверсирования.

1 - тяга; 2 - опора; 3,4 - упора; 5 пружина;

6 - основание; 7 - распределитель; 8 - рама.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

состоит из тяги (прикреплена вертикально на раме), упоров и пружин. При достижении вращателем нижнего крайнего положения, упор, установленный на механизме реверсирования через упор (на тяге), действует на тягу, перемещая ее вниз, происходит переключение рукоятки распределителя и вращатель начинает двигаться вверх. В верхнем крайнем положении упор вращателя воздействует через верхний упор (их два на тяге: вверху и внизу) на тягу, перемещая ее вверх. Происходит переключение рукоятки распределителя и вращатель начинает двигаться вниз. Перемещая по тяге упоры, устанавливают необходимый ход вращателя.

2.3. Подготовка погружателя к работе.

1. Подготовить экскаватор к работе в соответствии с ее эксплуатационной документацией.

2. Проверить надежность крепления узлов и деталей погружателя.

3. Проверить уровень масла во вращателе, наличие консистентной смазки на трущихся поверхностях.

4. Проверить работу всех узлов и механизмов погружателя:

5. перемещение вращателя по направляющим должно быть без рывков и заеданий;

6. в конечных положениях вращателя должно происходить переключение рукоятки распределителя механизма реверсирования.

5. Выявленные неисправности - устранить.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

7. Порядок работы погружателя анкерных

стержней.

8. Во время работы необходимо выполнять все требования раздела "БЖД".

9. Установить погружатель в горизонтальное положение.

10. Пропустить анкерный стержень через ограждения и механизм погружения так, чтобы он вышел из нижнего зажима на 5-10 мм.

11. Погружатель привести в вертикальное положение, наведя на точку погружения стержня. Расстояние от торца нижнего зажима до уровня грунта должно быть 50 мм, при нижнем крайнем положении вращателя.

12. Дать сигнал машинисту для включения соответствующего распределителя на погружение стержня, при этом вести наблюдение за ходом погружения. При этом дать сигнал на выключение распределителя при выходе конца погружаемого стержня из нижнего зажима.

13. Для изменения скорости погружения анкерного стержня - регулировку производить дросселем гидросистемы погружателя.

14. Усилие подачи регулировать гидроклапаном давления гидросистемы погружателя.

15. После окончания работы погружатель установить в горизонтальное положение и опустить на землю.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

16. Расчет параметров оборудования погружателя.

3.1. Расчет передачи.

Гидромотор с экскаватора 210.25.13.21;

Крутящий момент при номинальном давлении

r_n = 160 кг/см²;

М^в_кр = 26 кг·м;

Число оборотов на входном валу:

n = 1 500 об/мин.

Рекомендуемое передаточное число:

i = 3.

17. Из соотношения по ГОСТу из ряда чисел зубьев выбираем для шестерни и колеса:

число зубьев шестерни Z₁ = 24;

число зубьев колеса Z₂ = 72.

18. Рекомендуемый модуль:

m = 4.

19. Рекомендуемый угол профиля:

a = 4.

20. Находим делительный диаметр шестерни и колеса:

шестерни - d₁= Z₁ · m = 24 · 4 = 96 мм;

колеса - d₂ = Z₂ · m = 72 · 4 = 288 мм.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

21. Межосевое расстояние:

a = ^(Z₁ ^{+ Z}₂⁾ · m = ^{(24 + 72)}_. · 4 = 192 мм

2 2

22. Диаметр вершины зубьев шестерни и колеса:

шестерни - d_a1 = d₁ + 2 · m = 96 + 2 · 4 = 104 мм;

колеса - d_a2 = d₂ + 2 · m = 288 + 2 · 4 = 296 мм.

23. Выбираем материал:

сталь 40 Х ГОСТ 4543-57.

Термическая обработка - нормализация.

Твердость:

Н_В = 243 ё 271 кг/мм²;

R_C = 24 ё 27 кг/мм^2.

Вид заготовки: поковка.

Расчет зубьев шестерни на выносливость по напряжением изгиба приводится в следующем пункте.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

24. Расчет зубьев на выносливость по напряжениям изгиба.

Если наибольшие контактные напряжения сдвига в зубьях возникают в тот момент, когда они зацепляются в полюсе, то наибольшие напряжения изгиба возникают тогда, когда зубья находятся в начале или конце зацепления. В этих случаях нормальное давление передается на вершину одного из зубьев.

mn - опасное сечение;

Р_Т - распорная сила;

Р_Т = Р · tg a.

ДП. ПАС 32. 00. 00.000

Опасным сечением mn будет являться такое сечение, при котором ВС (m'm'') => XЇ, то есть принимает минимальное значение Х = Х_min.

Обозначим расстояние от опасного сечения mn до точки приложения силы Р через h. Тогда уравнение прочности при изгибе запишется так:

Ph = WЧ g Ч s_им ;

или

^{2 Мр}_ш · h = ^{b · a2} · g · s_им

d_ш · K_з 6

где g - коэффициент, учитывающий моменты сопротивления вследствии износа (коэффициент износа).

Если выразить размеры a и h через шаг зубчатого зацепления, то получим:

^{2 Мр}_ш · d₂ · t = ^{b · a}₁^{2 · t2} · g · s_им

d_ш · K_з