Перед прокладкой подводного трубопровода его сваривают. При этом сборку и сварку труб производят либо непосредственно на берегу (на стапеле), либо на плаву, причем трубопровод сваривают либо полностью, либо путем его наращивания при прокладке.
После сварки трубопровода дюкера его проверяют на прочность и герметичность гидравлическим испытанием. В целом же дюкеры испытывают трижды: предварительно на стапеле после сварки, в подводной траншее до ее засыпки и окончательно после засыпки подводной траншеи. Для увеличения срока службы подводных трубопроводов их защищают, грунтуют и покрывают весьма усиленной трехслойной битумной изоляцией.
Для предохранения изоляции от повреждений трубопровод перед его укладкой в подводную траншею облицовывают и футеруют деревянными рейками. Футеровку устраивают как сплошную, так и с прозорами. Сплошную делают, когда трубопровод протаскивают по дну траншеи, а с прозорами - если трубопровод опускают при помощи плавучих кранов.
Процесс футерования трубопровода включает следующие операции: раскладку реек вдоль трубопровода; подготовку реечного ковра; обертывания ковром трубы; предварительное, а затем окончательное закрепление футеровки проволокой-катанкой.
При прокладке подводных трубопроводов, обладающих в период эксплуатации положительной плавучестью, их балластируют или утяжеляют чугунными и железобетонными грузами.
При подготовке подводного трубопровода к укладке устраивают специальные спусковые дорожки, которые бывают грунтовые, рельсовые, водные и роликовые или рольганговые. Грунтовые дорожки должны иметь уклон в сторону водоема или быть горизонтальными, иначе даже незначительный обратный уклон создает большое дополнительное усилие при протаскивании трубопровода. При песчаных грунтах протаскивать легче по сухому основанию, а при глинистых - по увлажненному.
Рельсовую узкоколейную дорожку устраивают при укладке подготовленного футерованного трубопровода на вагонетки. При спуске по ней трубопровода важной операцией является своевременный вывод из-под него вагонеток. Для этого в конце рельсовой дорожки устраивают приямок, в который сваливаются вагонетки. Водную спусковую дорожку делают в виде траншеи, заполненной водой. Роликовые или рольганговые дорожки состоят из ряда опор с роликами, расстояние между которыми принимают в зависимости от диаметра и массы трубопровода.
Существует много способов и схем укладки трубопроводов в подводную траншею, однако наиболее часто применяют следующие: протаскивание по дну, погружение с поверхности воды (или со льда) трубопровода полной длины и погружение с поверхности воды с последовательным наращиванием секций трубопровода.
Протаскивание трубопроводов по дну (рис. 6.43, а) применяют при прокладке трубопроводов больших диаметров. Укладку выполняют в такой последовательности: монтаж трубопровода с нанесением изоляции, устройством футеровки, оснащением его балластными грузами и понтонами; устройство спусковой дорожки; укладка трубопровода на нее; устройство береговых опор и установка системы блоков для протаскивания трубопровода; прокладка по дну траншеи тягового троса; протаскивание трубопровода с помощью лебедки или трактора. Спусковую дорожку (рис. 6.43, г) устраивают в виде рельсовой узкоколейки шириной 750 мм с уклоном в сторону реки. Трубопровод по рельсовому пути спускают на тележках (рис. 6.43, д). Спусковые дорожки в виде канала или траншеи, заполняемых водой, применяют при пологом рельефе берега. Трубопровод с заглушками на концах скатывают в воду и транспортируют на плаву к месту укладки (рис. 6.43, е).
Основной тяговый трос прокладывают с плавучих средств по створу трубопровода и крепят его к передней заглушке плети. Свободный конец его крепят к барабану тяговой лебедки, расположенной на противоположном берегу. Для протаскивания трубопровода в качестве тяговых средств используют также мощные тракторы, краны-трубоукладчики, бульдозеры, тягачи и др.
Для подбора типа и мощности тяговых средств определяют необходимое тяговое усилие Р, которое при протаскивании трубопровода (дюкера) по дну с троганием с места определяется по формуле
(6.14)
где к - коэффициент трогания с места, равный 1,5-2; М -масса трубопровода (дюкера), т; f — коэффициент трения скольжения.
В процессе протаскивания трубопровода возможны вынужденные остановки, и тогда тяговое усилие рассчитывают с учетом повторного трогания:
(6.15)
Рис. 6.43 – Схема протаскивания трубопровода дюкера по дну и детали устройства спусковых дорожек
а – схема протаскивания трубопровода, б – роликовая дорожка для спуска трубопровода, в – роликовая опора, г – рельсовая дорожка, д – тележка, е – организация спусковой дорожки в виде канала с водой; 1 - поплавки, 2 - трубоукладчик, 3 - трубопровод, 4 - канат, 5 - стационарные роликовые опоры, 6 - трактор (тягач), 7 - приямок, 8 - узкоколейные тележки, 9 - основание, 10, 11 - опорный и направляющий ролики, 12 - рельсовый путь, 13 - отводной путь, 14 -якорь, 15 - сварочные посты, 16 - лебедка, 17 - трубы, 18 - стапели (через 5 м), 19 - сплавной канал, 20 - бульдозер, 21 - утяжеляющие грузы, 22 - плавучие опоры (понтоны), 23 - экскаватор, 24 - водолазная станция, 25 - перемычка, 26 - катер, 27 - насосный опрессовочный агрегат
где р - сила удельного присоса трубопровода к грунту, т/м2; F - площадь опирания трубопровода на грунт, м2.
Приближенно тяговое усилие на крюке трактора (тягача)
(6.16)
где Мсц- сцепная масса трактора (тягача), для гусеничных машин принимается Мсц = 0,9 их массы, а для тягачей и колесных тракторов Мсц = 0,75 -0,65; f 1 - коэффициент сцепления колес или гусениц с поверхностным покровом.
Для снижения величины тягового усилия применяют систему полиспастов. Если условия рельефа берега препятствуют прямолинейному движению тягачей, то на берегу по оси трубопровода устраивают неподвижную опору с системой блоков, позволяющую изменить направление их движения. К хвостовому концу трубопровода крепят трос от тормозной лебедки, чтобы он произвольно не перемещался по инерции при остановках работ.
Укладку трубопроводов способом свободного погружения производят в такой последовательности: спуск трубопровода на воду; буксировка к месту укладки; установка в створе перехода; опускание его на дно траншеи. Трубопровод, покрытый изоляцией и с приваренными по концам заглушками, спускают с берега или со стапельных площадок на воду. Далее плети трубопровода буксируют методом сплава с помощью катеров. После установки и закрепления трубопровода точно в створе перехода в него закачивают воду и погружают на дно траншеи. При прокладывании этим способом трубопроводов большой протяженности их монтируют из отдельных плетей, которые на плаву соединяют в одну нитку, используя плавучую монтажную камеру и портальные плавучие опоры.
Укладка трубопроводов с плавучих опор используется при значительной протяженности подводных трубопроводов, укладываемых на большой глубине, когда способы протаскивания и свободного погружения не применимы. При этом в качестве плавучих опор используют плавучие краны, баржи, понтоны, оборудованные якорными лебедками и лебедками для опускания трубопровода на дно водоема. Укладку осуществляют следующим образом. Смонтированный трубопровод после изоляции его и установки заглушек перемещают с берегового стапеля и устанавливают на плаву параллельно берегу выше створа дюкера. Затем к трубопроводу подводят плавучие опоры, рассредотачивая их на расчетных расстояниях друг от друга, и крепят трубопровод с помощью стропов-полотенец и канатов к подъемным устройствам этих плавучих опор. К трубопроводу подводят также и крепят плавучие площадки, служащие для удержания трубопровода в створе. После этого трубопровод с плавучими площадками и опорами с помощью буксирных катеров на плаву заводят в створ дюкера, забрасывая при этом якоря, используемые для удержания его в створе. В процессе укладки трубопровод заполняют водой и удерживают на подъемных устройствах плавучих опор, а затем равномерно опускают (стравливают) канаты опор, обеспечивая постепенное погружение трубопровода на дно траншеи. Трубопровод обычно начинают укладывать с опор, расположенных на участках с наибольшей глубиной. По мере опускания трубопровода на этих участках включаются в работу соседние опоры с таким расчетом, чтобы радиус кривой его изгиба не превышал допустимого.
Укладку способом последовательного наращивания применяют при прокладке подводных трубопроводов через широкие водные преграды. Наращивание плети производят двумя способами: в надводном положении и подводном. В первом случае плети наращивают на понтонах или специально оборудованных судах, служащих монтажной площадкой. На них собирают и сваривают плети из заранее заготовленных, заизолированных и забалластированных на берегу трубных секций. Для уменьшения возникающих в трубопроводе напряжений их укладывают с помощью плавучих и роликовых опор или отстропливаемых и перемещающихся вместе с баржей понтонов. В подводном положении наращивание осуществляют путем соединения секций, уложенных на дно, водолазами, чаще всего на фланцах. Для предупреждения всплытия дюкеров их пригружают грузами, например, железобетонными в виде полумуфт или седлообразных грузов.
Укладку подводного трубопровода со льда осуществляют различными способами. Зимой со льда трубопроводы укладывают с помощью опор и свободным погружением. Для прокладки трубопроводов по створу дюкера во льду дисковыми пилами прорезают сквозную прорубь (майну). Подготовленный трубопровод укладывают над майной на подкладки (лежни), проложенные поперек проруби. Затем устанавливают опоры (козлы) с талями, с помощью которых его опускают на дно. При способе свободного погружения трубопровода с заполнением водой его опускают без применения опор и талей. Преимуществом прокладки дюкеров со льда является удобство работ, так как не требуются плавучие средства, что в целом удешевляет и ускоряет работы.
Гидравлическое испытание и засыпка подводных трубопроводов. Дюкеры испытывают в два этапа - сначала предварительное испытание, а затем окончательное. Отличием здесь является только то, что предварительному испытанию дюкеры подвергаются дважды: на стапеле после сварки труб дюкера и на дне траншеи после проверки положения трубопровода в траншее, но до его засыпки. Окончательное испытание дюкера осуществляют после проверки правильности его укладки и засыпки уложенного трубопровода. Засыпку трубопровода в подводной траншее производят намывом грунта гидромониторами или с использованием грунта, привозимого на баржах (с участием водолазов).