Автореферат: Совершенствование методов производства подготовительных работ при капитальном ремонте газопроводов на слабонесущих грунтах

Необходимость сокращения общей продолжительности и стоимости возведения технологических проездов и площадок при капитальном ремонте ЛЧ МГ обуславливается анализом данных по капитальному ремонту линейной части системы магистральных газопроводов ООО "Газпром трансгаз Волгоград" (Фроловское ЛПУ, Усть-Бузулукское ЛПУ, Калачеевское ЛПУ и Бубновское ЛПУ), на которых производство строительно-монтажных работ было выполнено предприятием ООО "Передвижная механизированная колонна № 4" (рис. 1, где Z [%/км] - затраты в % к общей стоимости производства СМР): МГ Средняя Азия - Центр 4-2 (D_н = 1220 мм, L_у = 10,0 км, соответственно, D_н, L_у - диаметр и протяженность участка); МГ Средняя Азия - Центр 3 (D_н = 1220 мм, L_у = 13,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-1 (D_н = 1220 мм, L_у = 22,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-2 (D_н = 1220 мм, L_у = 26,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-1 (D_н = 1220 мм, L_у = 12,0 км); МГ Уренгой - Новопсков (D_н = 1420 мм, L_у = 26,0 км); МГ Средняя Азия - Центр 4-2 (D_н = 1220 мм, L_у = 20,0 км).

Рис 1. Увеличение относительных затрат на производство подготовительных работ при капитальном ремонте ЛЧ МГ

Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод о том, что правильная и своевременная подготовка производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ, в которую входит сооружение технологических проездов и площадок, является одним из решающих факторов выполнения работ основного периода капитального ремонта. Совершенствование работ сократит продолжительность их выполнения, что, в конечном счете, уменьшит продолжительность СМР и себестоимость капитального ремонта участка ЛЧ МГ в целом.

Выполнение подготовительных работ на слабонесущих грунтах требует дифференцированного подхода к принимаемым техническим и технологическим решениям в зависимости от инженерно-геологических и природно-климатических условий района производства работ. Поэтому проблему возведения технологических проездов и площадок необходимо решать путем поиска эффективных способов повышения несущей способности грунтового основания и применения рациональных конструктивных решений в каждом конкретном случае. Следует обратить особое внимание на методологию оценки их технико-экономической эффективности с учетом природно-геологических условий.

Использование синтетических материалов в различных отраслях строительства обусловлено их высокой прочностью при низкой массе конструкций, сравнительно невысокой стоимостью, стойкостью к агрессивным воздействиям окружающей среды, долговечностью, гибкостью и эластичностью, пористостью структуры, обеспечивающей пропуск воды и задерживающей частицы грунта. В зависимости от технологии производства и получаемой структуры полотна различают тканые, нетканые и комбинированные геотекстили, сетки, маты и пленки. Синтетические материалы позволяют заменить металлы и бетон, продлить срок службы конструкции, уменьшить ее массу, снизить транспортные расходы.

В последнее время синтетические материалы начали применяться при возведении технологических проездов и площадок на слабонесущих грунтах, что позволило значительно сократить расход древесины, снизить эксплуатационные затраты, уменьшить трудоемкость работ по сравнению с грунтово-лежневыми технологическими проездами. Существующие технические решения по конструкции насыпей технологических проездов и площадок можно разделить на четыре группы, краткая характеристика которых приведена на рис. 2, где TR₁ - армирующие прослойки, TR₂ - разделительные прослойки, TR₃ - дренирующие прослойки, TR₄ - капилляро-прерывающие слои. Они могут применяться для возведения технологических проездов и площадок с покрытиями различных типов в нормальных условиях, на болотах, многолетнемерзлых, переувлажненных и слабонесущих грунтах. Основными недостатками таких конструкций являются значительная деформируемость и низкая несущая способность.

Существенного повышения технико-экономических показателей использования материально-технических ресурсов при капитальном ремонте ЛЧ МГ на основе современных информационно-вычислительных технологий системного анализа конструктивных особенностей возведения технологических проездов и площадок и организационных процессов производства СМР можно ожидать при условии реализации определенных методологических и теоретических основ исследования строительных процессов, базирующихся на работах отечественных и зарубежных ученых в области теории механики грунтов, инженерной подготовки строительного производства, статистических методов анализа, обобщении исследований в области организации капитального ремонта ЛЧ МГ.

Вторая глава посвящена исследованию и разработке методов возведения технологических проездов и площадок для капитального ремонта магистральных газопроводов. Исследование методов сооружения технологических проездов и площадок на слабонесущих грунтах основано на структурировании конструктивных решений в процессе подготовки строительного производства в условиях математического моделирования инженерно-геологических показателей производства строительно-монтажных работ.

Рис. 2. Основные характеристики конструктивных слоев технологических проездов и площадок при капитальном ремонте ЛЧ МГ

Для производства ремонтных работ в условиях обводненной и заболоченной местности практическое значение имеет закономерность изменения глубины промерзания болот в течение календарного времени года, дающая возможность определить оптимальные сроки начала и окончания работ на конкретных участках трассы газопровода. Экспериментальные исследования позволили получить эмпирические зависимости допустимой глубины промерзания болота H от массы машин Q, где = 1,6 - безразмерный коэффициент для травяных болот, = 2,0 4,6 - безразмерный коэффициент для остальных видов болот (рис. 3).

Анализ результатов расчетов позволяет выбрать наиболее эффективные методы регулирования глубины промерзания болота в течение зимнего периода производства ремонтных работ. При этом, полосу основания временной технологической дороги расчищают от снега до начала выполнения работ и затем регулярно в течение всего периода ремонта газопровода. Влияние проводимых мероприятий по проминке и промораживанию болот можно представить графически (рис. 4, где I - 31 октября, II - 30 ноября, III - 31 декабря, IV - 31 января, V - 28 февраля, VI - 31 марта).

Капитальный ремонт ЛЧ МГ на слабонесущих грунтах, осуществляемое в сложных инженерно-геологических и природно-климатических условиях с постоянным перемещением строительной техники накладывает специфические особенности на организацию и технологию производства работ подготовительного периода. Наиболее трудоемкими работами в подготовительный период является возведение технологических проездов и площадок, которые необходимы для прохода строительной техники, перевозки людей и грузов, перебазировки строительных подразделений и рассчитаны на краткосрочную эксплуатацию (рис. 5).

Устройство вдольтрассовых технологических проездов, площадок и переездов через действующие коммуникации выполняется в соответствии с правилами технической эксплуатации магистральных газопроводов и инструкцией по производству строительных работ в охранных зонах магистральных газопроводов с учетом факторов и показателей для выбора конструкции технологических проездов и площадок, которые представлены на рис. 6.

Математическое моделирование процесса деформации основания насыпи технологического проезда из комбинации синтетических материалов и грунта позволило получить аналитические зависимости, описывающие напряженно-деформированное состояние армирующей прослойки с учетом специфических конструктивных решений возведения технологического проезда на слабонесущих грунтах.

Рис. 5. Использование строительной техники (а) для возведения технологического проезда (б) в условиях обводненной местности

Рис. 6. Факторы и показатели для выбора конструкции технологических проездов и площадок

Расчет минимальной толщины насыпного слоя конструкции технологического проезда на слабонесущих грунтах осуществляется при следующих допущениях: деформации армирующей прослойки от растягивающих усилий находятся в упругой области; модуль деформации грунта слабого основания имеет постоянное значение; реакцию отпора слабого основания на воздействие временных нагрузок можно не учитывать; общая деформация слабого основания после снятия нагрузки определяется весом грунта насыпи.

Для определения величины диаметра деформированной области прослойки L при приложении внешней нагрузки F₀ (исходя из баланса сил, действующих на прослойку и предположив, что состояние равновесия системы достигается за счет компенсации растягивающих напряжений силами сцепления прослойки с грунтом или анкерными устройствами - оцениваются показателем k) можно воспользоваться соотношением

где H - высота насыпи; d - диаметр штампа; - эмпирический коэффициент; E - модуль деформации материала прослойки; H - величина осадки насыпи; - удельный вес грунта насыпи.

Отклонения расчетных величин осадки насыпи технологического проезда с учетом анизотропности синтетического материала (E_AN - модуля деформации анизотропного синтетического материала) можно представить в виде аналитической зависимости

Реализация методики восстановления двухпараметрических зависимостей по экспериментальным данным (k₁ и k₂ - эмпирические коэффициенты) позволила получить зависимость осадки насыпи технологического проезда H с учетом сил сцепления (оцениваются показателем , представляющим собой величину усилия необходимого для преодоления трения и сопротивления анкерных элементов упругому растяжению прослойки из резинотканевого синтетического материала единичной площади и грунта насыпи):

Полученные зависимости дают возможность выполнять многовариантные расчеты конструктивных параметров технологических проездов при варьировании исходных данных F₀, d, H и E. На рис. 7 и рис. 8 представлены результаты расчетов величины осадки насыпи технологических проездов при различных значениях высоты насыпного грунта, его удельного веса и относительного модуля деформации резинотканевого синтетического материала (E_отн = E/E₀, E₀ - базовая величина модуля деформации резинотканевого синтетического материала).

Анализ результатов расчетов показывает, что величина осадки насыпи существенно зависит от значения модуля деформации резинотканевой ленты. Так, при увеличении модуля деформации резинотканевого материала на 10% величина осадки насыпи технологического проезда уменьшается соответственно на 16% при H = 0,6 м.

Следует отметить, что существенное влияние на технико-экономические показатели возведения технологического проезда будет оказывать и высота насыпи. Чем больше высота насыпного слоя грунта, тем шире деформируемая часть основания и величина осадки технологического проезда. Результаты расчетов дают возможность оценить работоспособность конструкции технологического проезда. Прежде всего, удлинение армирующей прослойки должно находиться в упругой области значений. В противном случае работа материала, а следовательно и конструкции, не будет соответствовать рассматриваемой модели и в теоретической части расчета необходимо будет учесть пластические деформации. С другой стороны, можно внести изменения в конструкцию армирующей прослойки или произвести замену исходного материала для ее изготовления с целью увеличения модуля упругой деформации.

В третьей главе разработаны методы экспертно-аналитического анализа качества производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов на слабонесущих грунтах. Приведены методы статистического исследования зависимостей для описания процесса управления качеством строительного производства и выполнено моделирование процесса анализа качества производства строительно-монтажных работ с использованием количественных индикаторов. Комплекс исследований включает разработку методики расчета комплексного показателя качества производства строительно-монтажных работ при сооружении технологических проездов и площадок.

Описание формирования качества производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ выполняется с использованием определенного нормативными документами набора переменных (рис. 9), среди которых: х₁, х₂, ... , х_p - независимые переменные - входные переменные, описывающие условия функционирования процесса формирования; y₁, y₂, ... , y_m - зависимые переменные - выходные переменные, характеризующие поведение или результат функционирования; ₁, ₂, ... , _m - случайные компоненты не поддающиеся непосредственному измерению, отражающие влияние соответственно на y₁, y₂, ... , y_m не учтенных на входе факторов, а также случайные ошибки в измерении анализируемых показателей.

Рис. 9. Принципиальная схема взаимодействия переменных при статистическом исследовании формирования качества производства СМР при капитальном ремонте ЛЧ МГ

Общая задача статистического исследования качества производства СМР может быть сформулирована следующим образом: по результатам n (i = 1, 2, . . . , n) измерений (4) исследуемых переменных определенных процессов анализируемой совокупности построить такую функцию (5), которая позволила бы наилучшим образом восстанавливать значения прогнозируемых переменных (6) по заданным значениям объясняющих переменных (7):