Способ разработки ремонтного котлована для замены дефектного участка трубопровода
DEVELOPMENT METHOD OF REPAIR TRENCH FOR REPLACEMENT OF DEFECT SECTION OF PIPELINE

Изобретение относится к области трубопроводов сетей инженерно-технического обеспечения, магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов и может быть использовано при ремонте трубопроводов с вскрытием грунта.
Для ремонта трубопроводов открытым способом (с вскрытием грунта) требуется устройство ремонтного котлована, который должен выполняться с обеспечением возможности производства в нем соответствующих технологических операций. При этом наибольшую сложность представляют две основные проблемы, связанные с разработкой котлована: исключение повреждения трубопровода в процессе выемки грунта и предотвращение обрушения бортов котлована при производстве земляных работ, в особенности - на местности с низкими прочностными характеристиками грунтов (слабыми грунтами).
При рассмотрении технической литературы, наиболее близко относящейся к данной проблематике, выявлен следующий ряд технических решений.
Известен ремонтный котлован вдоль магистрального трубопровода и способ разработки ремонтного котлована вдоль магистрального трубопровода, содержащий откосы с заданными уклонами по обеим сторонам магистрального трубопровода, по обеим сторонам от расположенного в грунте магистрального трубопровода образовано плоское дно на ширину ковша экскаватора, а извлеченный из котлована грунт расположен не менее чем в 500-700 мм от края откосов котлована по обе его стороны, ремонтный котлован формируют в виде траншеи, предварительно снимая плодородный почвенный слой, расчищают от кустарника и растительности полосу отвода, осуществляют разбивку и закрепление на местности оси траншеи, последнюю изготавливают методом торцевого забоя при движении одноковшового экскаватора по оси вновь прокладываемого нефтепровода взамен ремонтируемого, при этом грунт, вынутый из траншеи, укладывают в отвал не ближе чем 0,5-0,7 м от бровки траншеи, при разработке траншеи одноковшовым экскаватором по оси траншеи расставляют вешки впереди по ходу его движения и сзади вдоль уже вырытой траншеи, причем на прямолинейных участках, по ходу его движения, через каждые 30-50 м устанавливают ориентиры высотой 1-3 м, для повышения точности движения экскаватора на криволинейных участках относительно траншеи в пределах кривой по ширине хода гусениц или по ширине траншеи с обеих сторон устанавливают ориентиры через каждые 1-2 м, траншею углубляют не больше 3,0 м, но не меньше 1,6 м, по нижнему основанию траншею расширяют не более 4 м, при этом откосы траншеи, устраиваемой без креплений в грунтах, находящихся выше уровня грунтовых вод, выполняют с наибольшей крутизной, равной 45-60° по отношению к горизонтали (патент на изобретение RU 2520760, кл. F16L 1/028, опубл. 27.06.2014 г., бюл. №18).
Недостатками данного котлована являются:
отсутствие в конструкции котлована ограждающих элементов, что может привести к его обрушению в процессе производства ремонтных работ на трубопроводе, особенно - в грунтах с низкими прочностными характеристиками (на слабых грунтах);
возможность обрушения бортов котлована от давления, создаваемого экскаватором в процессе выемки грунта;
отсутствие возможности для применения котлована на глубине более 3,0 м.
Известен способ изготовления технологической стены котлована, включающий погружение в грунт ряда шпунтов с последующей установкой между ними средств защиты от обвала грунта в котлован путем частичного погружения в грунт с внешней стороны от шпунтов по отношению к котловану ряда двухфазных термосифонов на глубину, большую таковой котлована, и последующего охлаждения верхних участков термосифонов до образования в грунте сплошной замороженной стены, контактирующей со шпунтами (патент на изобретение RU 2451135, кл. E02D 17/02, опубл. 20.05.2012 г., бюл. №14). Недостатками данного способа являются:
отсутствие возможности для управления траекторией погружения шпунтов, что может привести к повреждению трубопровода и других близлежащих сооружений;
сложность установки термосифонов с внешней стороны от шпунтов по отношению к котловану без их повреждения в результате преодоления сопротивления грунта.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ вскрытия участка трубопровода, включающий выкапывание грунта, с предварительным определением глубины и оси залегания трубопровода, установку в зависимости от диаметра трубопровода и габаритных размеров рабочих органов экскаватора размеров предполагаемого котлована, задавливание по периметру предполагаемого котлована шпунтов, изготовленных из сваренных между собой сегментов труб, выкапывание грунта посредством экскаватора, передвигающегося по сланям вокруг котлована в процессе выкапывания грунта, устройство на дне котлована приямка для откачки прибывающих в котлован грунтовых вод (патент на изобретение RU 2561954, кл. F16L 1/028, опубл. 10.09.2015 г., бюл. №25).
Недостатками данного способа являются:
сложность обеспечения равномерного задавливания нескольких сваренных между собой шпунтов в грунтах с неоднородными прочностными характеристиками;
отсутствие возможности для управления траекторией погружения шпунтов, что может привести к повреждению трубопровода и других близлежащих сооружений.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения способа, обеспечивающего возможность разработки ремонтного котлована с обеспечением предотвращения повреждения трубопровода в процессе выемки грунта и обрушения бортов котлована при производстве земляных работ, в особенности - на местности с низкими прочностными характеристиками грунтов (со слабыми грунтами).
Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности разработки и применения ремонтного котлована на действующих трубопроводах.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, способ разработки ремонтного котлована для замены дефектного участка трубопровода заключаются в том, что:
- перед началом разработки ремонтного котлована определяют местоположение трубопровода в его горизонтальной и вертикальной плоскостях и обозначают на местности периметр предполагаемого ремонтного котлована;
- по периметру предполагаемого ремонтного котлована размечают места установки опорных свай;
- выбирают трубы для опорных свай исходя из требуемой глубины их заложения, диаметра используемого шнека и отсутствия в этих трубах овальности, не позволяющей размещать шнек в их внутренней полости;
- помещают шнек во внутреннюю полость первой опорной сваи, закрепляют на торце шнека, противоположном его режущему концу, двигатель электропривода, жестко закрепленный в обойме;
- обойму на резьбовых соединениях закрепляют на конце опорной сваи, противоположном ее концу, заглубляемому в грунт;
- на месте установки первой опорной сваи, по ее окружности, на равном удалении друг от друга размещают четыре направляющие стойки и закрепляют их на грунте;
- устанавливают первую опорную сваю между направляющими стойками, включают двигатель электропривода, за счет вращения шнека перемещают по внутренней полости опорной сваи вырабатываемый под ней грунт;
- после достижения опорной сваей требуемой глубины заложения отсоединяют от нее и шнека обойму и двигатель электропривода, вытаскивают шнек из внутренней полости опорной сваи;
- в такой же последовательности повторяют операции по заглублению остальных опорных свай;
- экскаватором выполняют выемку грунта по внутреннему периметру ремонтного котлована на глубину, соответствующую ширине каждой перемычки для первого их ряда;
- каждую из перемычек для первого их ряда закрепляют по всей ее длине на резьбовых соединениях на каждой опорной свае из расчета не менее трех равноудаленных друг от друга соединений по ширине перемычки;
- в такой же последовательности повторяют операции по выемке грунта по внутреннему периметру ремонтного котлована и по установке последующих перемычек.
Изобретение поясняется фиг. 1-5.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема размещения ремонтного котлована, вид сверху.
На фиг. 2 изображена принципиальная схема опорной сваи в начальной фазе ее заглубления (позиция I).
На фиг. 3 изображена принципиальная схема опорной сваи в завершающей фазе ее заглубления (позиция II).
На фиг. 4 изображена принципиальная схема ремонтного котлована, вид в разрезе, после выемки грунта по его внутреннему периметру на глубину, соответствующую ширине первой перемычки (позиция I).
На фиг. 5 изображена принципиальная схема ремонтного котлована, вид в разрезе, после выемки грунта по его внутреннему периметру на всю глубину котлована (позиция II).
На фиг. 1-5 применены следующие обозначения:
1 - трубопровод;
2 - опорная свая;
3 - перемычка;
4 - шнек;
5 - двигатель электропривода;
6 - обойма;
7 - направляющая стойка.
Способ разработки ремонтного котлована для замены дефектного участка трубопровода реализуется следующим образом.
Определяют местоположение трубопровода 1 в его горизонтальной и вертикальной плоскостях и обозначают на местности периметр предполагаемого ремонтного котлована. По периметру предполагаемого ремонтного котлована размечают места установки опорных свай 2 на равном удалении друг от друга по каждой стороне ремонтного котлована. Требуемое количество опорных свай 2 определяют расчетным путем исходя из предполагаемого максимального давления грунта на опорные сваи 2 и перемычки 3 и их прочностных характеристик.
Выбирают трубы для опорных свай 2 исходя из требуемой глубины их заложения, диаметра используемого шнека 4 и отсутствия в этих трубах овальности, не позволяющей размещать шнек 4 в их внутренней полости. На опорной свае 2 со стороны ее конца, противоположного концу, заглубляемому в грунт, на расстоянии от него, примерно равном высоте обоймы 6, по окружности на равном удалении друг от друга выполняют три отверстия (не показаны) для обеспечения выпуска наружу вырабатываемого шнеком 4 грунта. Шнек 4 помещают во внутреннюю полость первой опорной сваи 2, на его торце, противоположном его режущему концу, закрепляют двигатель электропривода 5, который жестко закрепляют в обойме 6. Обойму 6 на резьбовых соединениях (не показаны) закрепляют на конце опорной сваи 2, противоположном ее концу, заглубляемому в грунт.
На месте установки первой опорной сваи 2, по ее окружности, на равном удалении друг от друга размещают четыре направляющие стойки 7 и закрепляют их на грунте, например, при помощи анкеров (не показаны). С помощью автомобильного крана (не показан) между направляющими стойками 7 устанавливают первую опорную сваю 2, обеспечивая ей вертикальное положение. Включают двигатель электропривода 5 и приводят шнек 4 в движение, который за счет своего вращения перемещает вырабатываемый грунт по внутренней полости опорной сваи 2 в выполненные в ней отверстия (не показаны). После достижения опорной сваей 2 требуемой глубины заложения отсоединяют от нее и шнека 4 обойму 6 и двигатель электропривода 5 и вытаскивают шнек 4 из внутренней полости опорной сваи 2. Указанную последовательность операций повторяют при установке остальных опорных свай 2.
Экскаватором (не показан) выполняют выемку грунта по внутреннему периметру ремонтного котлована на глубину, соответствующую ширине первого ряда перемычек 3. На каждой опорной свае 2 по вертикальной прямой выполняют отверстия (не показаны) для закрепления перемычек 3 из расчета не менее трех удаленных друг от друга на равных расстояниях отверстий по ширине перемычки 3, в каждом отверстии выполняют резьбу. В перемычках 3 для первого ряда выполняют ответные отверстия (не показаны).
Закрепляют каждую из перемычек 3 для первого их ряда по всей ее длине на резьбовых соединениях на каждой опорной свае 2.
В такой же последовательности повторяют операции по выемке грунта по внутреннему периметру ремонтного котлована и по установке последующих перемычек 3.
Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается повышение безопасности разработки и применения ремонтного котлована на действующих трубопроводах за счет разработки ремонтного котлована с обеспечением предотвращения повреждения трубопровода в процессе выемки грунта и обрушения бортов котлована при производстве земляных работ, в особенности - на местности с низкими прочностными характеристиками грунтов (со слабыми грунтами).