В зависимости от вида транспортируемого полезного ископаемого или промышленного продукта трубопроводы называются нефтепроводом, газопроводом, водопроводом, бензопроводом, продуктопроводом и т. п.
Магистральные газопроводы предназначены для транспорта газа с места его добычи или производства к местам потребления. В систему сооружений газопровода входят газопромысловое хозяйство, собственно трубопровод, компрессорные станции, подземные хранилища и газораспределительные станции. Последние являются конечными сооружениями, служащими для распределения газа по отдельным участкам газопотребления.
Магистральные нефте- и продуктопроводы служат для перекачки жидкой нефти и продуктов ее переработки от мест добычи на перерабатывающие заводы и от последних к районам потребления. В систему сооружений нефтепроводов входят головные и промежуточные перекачивающие наносные станции, собственно трубопровод, пункты и емкости приема нефти и нефтепродуктов и вспомогательные сооружения.
Все компрессорные и насосные станции, так же как и вспомогательные сооружения и емкости для приема и хранения продуктов, представляют собой сооружения, фундаменты для которых проектируются в зависимости от габаритов сооружений и действующих нагрузок при полном учете особенностей инженерно-геологической обстановки. Выбор того или иного типа опирания фундамента на основание, так же как и метода ведения строительных работ, производится в соответствии с основными положениями по строительству фундаментов промышленных сооружений.
Современные магистральные газо- и нефтепроводы в зависимости от своего класса работают при давлениях перекачиваемого газа или жидкости от 10—12 (для III класса) до свыше 25 кг/см2 (для 1 класса) и сооружают их преимущественно из стальных труб диаметром от 500 до 1000 мм и более. Для этого применяют сварные трубы с толщиной стенок от 8 до 12 мм и более, весом от 100 до 300 т погонный километр.
По линии трубопровода в зависимости от природных условий. (грунтовых, климатических, геоморфологических) примерно через: каждые 10—25 км устанавливают отключающие устройства. У газопроводов это пробковые или шариковые краны, а у нефте- и продуктопроводов—задвижки. Кроме того, такие же отключающие устройства устанавливают с обеих сторон каждого пересечения естественного водотока или канала, железной или автомобильной дороги, населенного пункта или территории промышленного предприятия. Существуют требования о минимально-допустимых расстояниях приближения магистральных трубопроводов к зданиям и сооружениям. Эти требования, так же как частота и местоположение отключающих устройств, диктуются противопожарной безопасностью.
В связи с тем, что разрывы, как и другие повреждения трубопроводов, являются огнеопасными, кроме отключающих устройств по всей трассе устанавливают специальную контрольную аппаратуру, фиксирующую все возможные неисправности и автоматически сообщающую об этом на пункты эксплуатации сооружения для принятия защитных мер (отключение, переключение на обходные линии и т. п.).
Трубопроводы на большей части своей длины располагают в толще грунтов ниже дневной поверхности. Металлическая труба, оказавшаяся в теле грунтового массива как ниже, так и выше уровня грунтовых вод, подвергается коррозии. Для защиты труб от коррозионного воздействия грунтов, грунтовых, подземных и поверхностных вод поверхность труб и всех металлических конструкций, входящих в состав сооружений трубопровода, покрывается специальными противокоррозионными защитными покрытиями. Кроме того, по всей трассе трубопровода монтируют установки катодной и дренажной электрозащиты.
Проектирование трубопровода начинают с выбора трассы между источником получения продукта и пунктом назначения. Она выбирается не просто по кратчайшему расстоянию между этими двумя точками, а с учетом необходимости подключения отводов к промежуточным потребителям, условий преодоления естественных преград и труднодоступных участков и т. п.
Проектирование ведут по нескольким конкурирующим вариантам трассы, а выбор оптимального варианта производят по совокупности основных технико-экономических показателей. По каждому из вариантов трассы должны быть выполнены топогеодезические и инженерно-гидрогеологические изыскания, позволяющие объективно оценить конкурирующие варианты трассы.
После выбора варианта по нему проводят окончательные изыскания, обосновывающие проект трубопровода и проект производства работ по его сооружению.
Магистральные газопроводы укладывают обычно под землей на глубине, обеспечивающей получение не менее 0,8 м защитного слоя грунта над верхом трубы, поэтому глубина траншеи для укладки трубопровода должна быть не меньше диаметра труб плюс минимальная величина засыпки. Исключение из этого правила составляют случаи переходов через естественные и искусственные препятствия, где укладка газопровода в земле или невозможна или крайне затруднена. На этих участках производят наземное расположение трубопроводов, но с включением компенсационных устройств, гасящих изменение длины трубопровода при температурных колебаниях.
На участках трассы газопровода, где развиты скальные грунты, или в пределах пустынной местности, где нет движения механического транспорта и строительных и сельскохозяйственных машин, глубина закладки трубопровода может быть несколько уменьшена (до 0,5 м).
При определении глубины заложения нефтепровода должны учитываться климатические условия местности и свойства перекачиваемой жидкости. Это связано с тем, что нефть и многие другие жидкие продукты сильно меняют свою вязкость при колебаниях температуры. Поэтому нефтепроводы, как правило, должны быть уложены на такую глубину, где сезонные и суточные колебания температуры не вызывают сильного изменения вязкости перекачиваемой жидкости.
Всякий трубопровод испытывает целый ряд нагрузок, среди которых постоянно действует собственный вес трубы с антикоррозионным покрытием, давление от веса грунта засыпки, а также нагрузки от предварительного напряжения труб и др. Большая часть этих нагрузок является сжимающими и стремящимися уменьшить диаметр трубы. Кроме того, на трубопровод действуют длительные растягивающие нагрузки от внутреннего давления прокачиваемого продукта—это нагрузки, обычно большие по величине (до 25 кг/см2 и выше). Во время проведения строительно-монтажных работ, а также в результате снеговых и ветровых нагрузок при испытании трубопровода и при температурных колебаниях возникают кратковременные нагрузки различного действия.
Трубопровод обычно укладывают непосредственно на грунт, вскрытый траншеей. Однако в случаях резкого изменения жесткости грунтов, например при переходе трассы со скального массива на рыхлые податливые грунты, когда можно ожидать резкого различия в деформации основания, перед укладкой труб проводят специальную подготовку основания. Она заключается обычно в создании подсыпки или другой подготовки, смягчающей переход через контакт между грунтами с большой разницей в сжимаемости.
Производство строительных работ
Линейность магистральных трубопроводов является особенностью этого типа сооружений, что накладывает свою специфику и на производство строительных работ. Так, в результате этого строительная площадка имеет очень большую протяженность при узком и подвижном фронте работ.
Начинаются строительные работы с подготовки территории трассы, организации подъездов для подвоза труб и механизмов, создания отдельных площадок для промежуточного складирования и обработки труб и т. п.
Вторым этапом является развозка труб по трассе и разработка траншей. В это время производится сварка трубопровода по участкам, опускание сварных труб в траншею и их опробование (продувание, проверка качества сварки и т. п.). После этого траншея засыпается грунтом.
Монтаж трубопровода может производиться двумя способами: трассовым и базовым. При трассовом способе трубопровод наращивается из отдельных труб, причем сварка обычно ведется непосредственно около уже разработанной траншеи, вручную. Этот способ очень широко применяется в практике строительства, особенно на труднодоступных участках и в сильнопересеченной местности.
При базовом способе трубы завозят на специально оборудованные площадки — базы, где сварка ведется поворотным способом (вращением трубы в специальном агрегате) методами автоматической сварки под слоем флюса. Таким способом трубы сваривают в звенья и секции по 3—10 труб. Звенья, хорошо изолированные и проверенные, доставляют непосредственно на трассу, где сваривают между собой в плеть и укладывают в траншеи. Этот способ дает наилучшие результаты (по качеству и производительности) при работах в относительно мало пересеченной местности, где возможна транспортировка длинных звеньев труб.
В случаях, когда трубопровод должен пересекать горные реки, глубокие овраги и балки с высокими и крутыми бортами, переходы через эти препятствия решаются путем создания надземных переходов, осуществляемых в виде мостовых конструкций балочного, арочного или висячего типа с опорами различной конструкции, выбираемыми в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий. Учитывая специфику трубопроводов, несущих горючие материалы, такие надземные переходы строят обычно изолированно от дорожных мостов, хотя известны случаи совмещения их с транспортными переходами.
При пересечении рек, каналов, водохранилищ, озер, заливов и проливов, имеющих значительную ширину и относительно пологие берега, сооружают подводные переходы. Они проектируются с учетом гидрологического режима водотока или водного бассейна и для них выбираются неразмываемые участки берега.
Для наибольшей надежности работы трубопровода на всех участках подобных пересечений сооружают несколько (как минимум две) параллельных ниток труб, располагаемых в 30—50 м друг от друга, а также системы отключающих и переключающих устройств.
Подводный переход подразделяется на две части: собственно подводную, в пределах которой трубопровод укладывают ниже горизонта воды, и пойменную (или прибрежную), где трубопровод прокладывают в траншее, так же как и на обычном сухопутном участке трассы.
Все обычно применяемые способы укладки подводных трубопроводов можно свести к следующим: 1) опускание с опор; 2) протаскивание по дну; 3) свободное погружение с заливом воды в трубы; 4) последовательное наращивание звеньев или секций с плавучих средств.
Среди этих способов особую специфику имеет протаскивание по дну. При этом методе вначале по вырытой траншее протаскивают трос, к которому прикрепляют плеть труб, подлежащую укладке. Во время протаскивания должен вестись очень тщательный контроль за следованием труб по траншее, а также за целостью самого троса, так как при обрыве его для ликвидации аварии потребуется применение сложных водолазных работ.
При прокладке трубопроводов на участках пересечения железных и автомобильных дорог, каналов и других сооружений возникают трудности, связанные с необходимостью вести строительство без перерыва в нормальной эксплуатации пересекаемых сооружений. В этих случаях, принимая во внимание относительно малую ширину этих препятствий, трубопроводы укладывают методом продавливания труб через тело земляного сооружения (насыпь, дамба и т. п.) или его основания. Для этого по обе стороны от сооружения закладываются траншеи, из которых в горизонтальном направлении продавливают трубы. Если грунты основания, в которых нужно заложить трубопровод, оказываются настолько прочными, что продавливание труб осуществить не удается, проводят бурение горизонтальных скважин, в которые затем вставляют трубопровод. В тех же случаях, когда подземная прокладка труб при пересечении препятствий оказывается невозможной, строят надземные переходы.
