Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1 Общие сведения о подводных переходах газопроводов 10
1.2 Требования к техническому состоянию газопровода на подводном переходе 18
1.3 Способы и приборы для проведения береговой топографической и батиметрической съемок 1.3.1 Проведение береговой топографической съемки 21
1.3.2 Проведение батиметрической съемки 1.4 Краткий обзор нормативно-методической литературы и исследований. 24
1.5 Обзор технологий, современные исследования в области приборного обследования подводных переходов 1.5.1 Комплекс, основанный на использовании однолучевого эхолота и судового трассоискателя 29
1.5.2 Комплекс, основанный на использовании многолучевого эхолота
1.6 Водолазное обследование ППМГ 36
1.7 Краткие сведения о топографической основе на ППМГ 40
1.8 Выводы по главе 1 43
Глава 2 Точность определения планово-высотного положения газопровода на подводном переходе 47
Глава 3 Технологические схемы проведения обследований подводных переходов 58
3.1 Предложения по оценке стабильности планово-высотной геодезической основы на подводных переходах 58
3.2 Краткие сведения об оценке стабильности высотных сетей з
3.3 Оценка стабильности плановых сетей 60
3.3.1 Определение параметров преобразования между двумя циклами наблюдений 60
3.3.2 Отбраковка нестабильных пунктов 65
3.4 Технологические схемы проведения обследований подводных переходов
3.4.1 Технологическая схема 1 72
3.4.2 Технологическая схема 2 77
ГЛАВА 4 Практическая реализация технологических схем проведения обследований подводных переходов 83
4.1 Экспериментальная проверка разработанной технологической схемы 1. 83
4.1.1 Краткая характеристика исследуемой территории 83
4.1.2 Этапы и состав проведения обследования 84
4.1.3 Обобщенные результаты обследования 88
4.2 Экспериментальная проверка разработанной технологической схемы 2. 88
4.2.1 Краткая характеристика исследуемой территории 89
4.2.2 Этапы и состав проведения обследования 90
4.2.3 Обобщенные результаты обследования 92
Заключение 954
Список литературы
- Способы и приборы для проведения береговой топографической и батиметрической съемок
- Водолазное обследование ППМГ
- Краткие сведения об оценке стабильности высотных сетей
- Этапы и состав проведения обследования
Способы и приборы для проведения береговой топографической и батиметрической съемок
Методический документ «РД 51-3-96 Регламент по техническому обслуживанию подводных переходов магистральных газопроводов через водные преграды» [61] является основополагающим документом, регламентирующим проведение геодезических и водолазных изысканий на ППМГ. В нем содержится информация о классификации 1111 по техническому состоянию. Дано описание периодичности проведения осмотров и обследований ППМГ. Документ содержит подробное описание методов и средств контроля технического состояния перехода, а также порядок организации проведения ремонтов ППМГ.
Обследование ППМГ сводится к проведению геодезических изысканий на береговой и русловой частях 1111 и проведению водолазного обследования участков перехода.
Методы и средства контроля, представленные в [61] без рассмотрения современных компьютерных технологий и средств измерений, следует взять за основу при разработке технологических схем геодезического обеспечения обследований ППМГ с применением современных программных комплексов средств измерений.
В инструкции «Требования, предъявляемые к цифровым топографо-геодезическим материалам подлежащим сдаче в ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» сторонними организациями после выполнения работ (исправлено и дополнено 17.09.2010г.)» [73] описано производство основных топографо-геодезических работ при обследовании ППМГ, представлены требования к точности выполнения полевых работ. Описаны геодезические сети, правила рекогносцировки и закладки реперов на ППМГ. Подчеркнуто, что картографические материалы результатов обследований предыдущих лет или паспорт 1111 являются исходными материалами для проведения обследования. Отмечено, что помимо традиционных методов геодезического и гидрографического обследования, для мониторинга следует применять геодезические методы изысканий с использованием GPS. Иными словами, в нормативном документе [73] лишь перечислены основные положения и общие требования по составу и содержанию работ, но не приведено конкретного описания методики обследований 1111МГ.
В «СНиП 2.05.06-85» Строительные нормы и правила. Магистральные газопроводы» [66] приведены максимальный и минимальный диаметры магистральных трубопроводов, классификация подводных переходов, а также размеры насыпи (толщины слоя грунта над трубопроводом) не менее 0,8 м с учетом уплотнения грунта в результате осадки.
«Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000-1:500» [15] содержит в себе основополагающие параметры и характеристики геодезических и топографических работ для выполнения крупномасштабных съемок.
В «СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Минстрой России, Москва 1997г.» [64] подробно описаны состав и порядок инженерно-геодезических и инженерно-гидрографических изысканий при проведении работ по строительству и эксплуатации инженерно-технических сооружений.
Методический документ «Межотраслевые правила по охране труда при проведении водолазных работ. Правила водолазной службы. ПОТ Р М» [46] отражает вопросы контроля и ответственности за соблюдение требований безопасности труда на водолазных работах, общие вопросы организации, руководства и подготовки к водолазным спускам и допуск к ним, вопросы погружения водолаза, обеспечения связи с ним и пребывания под водой, так же подъем и раздевание водолаза. Описаны общие требования безопасности при проведении аварийно-спасательных, судоподъемных, подводно-технических, судовых и взрывных водолазных работ. Отражены вопросы работы с учетом течения, работы при отрицательных температурах наружного воздуха, а также со льда и подо льдом.
В национальных гидрографических стандартах зарубежных стран [86-90] разработаны технологии гидрографических работ, инженерных батиметрических съемок, приведены методики совместного использования новейших гидрографических инженерных разработок в области многолучевых эхолотов, гидролокаторов, систем спутникового позиционирования.
Диссертация Дунчевского А.В. «Геофизический мониторинг подводных переходов трубопроводов» [35] основана на применении существующих методов инженерной геофизики для решения задачи мониторинга подводных переходов (гидроакустические и электромагнитные методы). Описаны аппаратурно-методические приемы проведения измерений с помощью системы спутниковой привязки, эхолота, гидроакустического комплекса, электромагнитной системы. Предложена и реализована схема промерного комплекса на основе однолучевого эхолота и трассопоискового приемника «Автоматизированный мобильный комплекс. Система картографирования акваторий и трубопроводов» (АМК «СКАТ»).
Диссертация Г.А. Гриня «Методические решения и технологическая реализация комплексного геодезического контроля подводных переходов магистральных трубопроводов» [28] содержит анализ современных методов и технических средств геодезического контроля Ш1МГ (однолучевые и многолучевые эхолоты, гидролокаторы бокового обзора, акустические профилографы, трассопоисковые системы и геодезическое оборудование) [26-32]. Рассматривая концепцию назначения точности и достаточности геодезических данных проф. Гуляева, основанную на принципе увеличения точности и подробности наблюдений с увеличением риска аварий, автор применяет ее для выполнения геодезического контроля подводных переходов в зависимости от его технического состояния. Г.А. Гринь приходит к выводу, что необходимость наиболее точного определения высотных отметок трубопровода возникает при его неисправном и предельном состоянии, вводит понятие специального контроля - использования многолучевого эхолота, для достижения максимальной точности и подробности съемки русловой части 1111.
Критикуя действующий нормативный документ по производству обследований ППМГ [61], предлагает назначать погрешность определения высотного положения трубопровода в процентном отношении от глубины [29].
Г.А. Гринь исследует точность и вероятность обнаружения трубопроводов различного диаметра на расчлененном рельефе и предлагает концепцию трех акустических контактов. Производит расчет погрешности определения центра трубопровода однолучевым эхолотом. На основе исследований делается вывод о соизмерении погрешности планового положения верхней образующей трубопровода с размерами пятна акустического контакта.
Автор предлагает принципиальную схему назначения геодезического контроля и классификацию 1111 по пяти категориям. Выполнена разработка и внедрение методики геодезического контроля технического состояния подводных переходов трубопроводов с применением многолучевых эхолотов.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что диссертационная работа Гриня Г.А. является обширным трудом, в котором подробно описаны методики и приборы для выполнения геодезического контроля 1111 предельного и неисправного состояния, близкого к предельному.
В работах Г.А. Гриня [26-32] не нашли отражения вопрос проведения обязательного водолазного обследования. Не рассмотрены вопросы определения глубины залегания трубопровода в русловой части, снижение которой постепенно приводит к оголению трубопровода, а значит, к его неисправному и предельному состоянию. Стоит отметить, что плановые ремонтные работы проводятся уже на этапах заметного снижения защитного слоя грунта над газопроводом, не доводя газопровод до предельного состояния.
Водолазное обследование ППМГ
Судовой трассоискатель ТИЭМ относится к группе динамических трассоискателей, основные технические характеристики представлены в таблице 2.2.
Исследованиями по разработке критериев назначения точности для геодезического контроля пространственного положения трубопровода, а так же вопросами периодичности обследований занимался к.т.н. Г.А. Гринь [26-32].
Гринь Г.А. предлагает изменить принцип расчета погрешности: не прямо пропорционально глубине, а выражать ее в % от глубины в зависимости от технического состояния трубопровода [28] (таблица 2.3). Таблица 2.2 - Основные технические характеристики судового трассоискателя
Согласно паспортной точности комплекса «СКАТ» [50] допустимые погрешности положения высотных отметок газопровода на глубинах до десяти метров достигаются уже на пяти метрах, а на глубинах более десяти метров - на тринадцати метрах (таблица 2.3).
Начиная с указанных глубин требуется дополнительный контроль положения газопровода.
По методике расчета погрешностей, предложенной Г.А. Гринем, требуемая погрешность определения высотного положения трубопровода на пяти метрах при исправном состоянии составит 0,25 м., при неисправном - 0,15 м., и при предельном - 0,05 м.
При таком подходе назначения точности невозможным становится проведение мониторинга ППМГ, находящегося в предельном состоянии, комплексами, основанными на однолучевом эхолоте, поскольку погрешность определения высотного положения трубопровода будет всегда больше требуемой. С другой стороны, при инспекции 1111 исправного состояния, требования к точности становятся ниже более чем в три раза.
В рамках действующих требований [61], точность определения высотного положения трубопровода можно повысить путем непосредственного измерения величины залегания трубопровода в грунте при помощи прямых мануальных промеров специалистами водолазного дела. Все остальные методы измерения мощности грунта над трубопроводом являются косвенными и влекут за собой дополнительные погрешности.
На основании данных многократного мониторинга за техническим состоянием ППМГ Северо-Западного Федерального округа РФ примем минимальные расстояния, на которых следует выполнять прямые водолазные измерения (таблица 2.5). Таблица 2.5 - Длины участков для обязательного водолазного контроля
Примечание: при глубинах более 13 метров требуется проведение специализированных водолазных работ, выполняемых с установленных на якорь-массивы плавсредств, например барж или судов типа «Ярославец». Анализ многократных результатов обследований позволяет сделать следующие выводы: Помимо обязательного водолазного контроля в соответствии с таблицей 2.6, мануальное обследование следует проводить при обнаружении так называемых «аномалий», выявленных при проведении многократных обследований Ш1МГ и рассмотренных ниже.
Для исследования точностных характеристик оборудования комплекса «СКАТ» на примере ППМГ «Валдай-Псков-Рига» через р. Ловать), были проведены пять независимых промеров одного участка (таблица 2.6) при одинаковых погодных условиях (температура воздуха +18С, температура воды +16С, скорость течения 0,2 м/с, характеристика грунтов - песок, камни, остатки ДКР, видимость 0,3 м., максимальная глубина: 5 м.). Таблица 2.6 - Результаты независимых промеров одного участка трубопровода промер 2 промер 3 промер 4 промер 5 промер
На основании данных съемки (координат промерных точек) установлена зависимость увеличения средней квадратической ошибки положения газопровода по высоте от удаленности приемника трассискателя «ТИЭМ» от генератора (рисунок 2.4). Зависимость СКО высотного положения газопровода от удаленности приемника трассойскателя до генератора
В ходе корреляционного анализа получено уравнение М = 0.00014658-S + 0.01274394, где S - расстояние от генератора в метрах, М -средняя квадратическая ошибка положения газопровода по высоте. Коэффициент корреляции определялся двумя способами - по показаниям программы «Excel» и методом расчета и составил R = 52%, что говорит об умеренном характере тесноты зависимости.
На ППМГ, границы которого могут превышать сотни метров, требуется установка генератора на обоих берегах, для снижения ошибки определения высотного положения трубопровода. Согласно [32], существует «прямая зависимость точности определения положения трубопровода от глубины до его оси». Гринь Г.А. предлагает, для повышения достоверности измерений увеличивать количество съёмочных галсов, создавая избыточные измерения, дублировать измерения в разных частотных диапазонах и использовать независимый метод контроля.
Существенное повышение точности возможно в случае минимального расстояния от поискового приемника до трубопровода. В случае обследования руслового участка 1111 это означает необходимость создания буксируемого подводного аппарата, непрерывно фиксирующего залегание трубопровода. Разработками такой техники занималась организация «Интершельф» г. Санкт-Петербург.
Таким образом, при обследовании 1111 комплексами на основе однолучевого эхолота и трассоискателя в рамках действующих требований к точности определения высотного положения газопровода в русле, требуется дополнительный контроль прямыми измерениям.
С учетом проведенных выше исследований сформулируем первое защищаемое положение: обследование подводных переходов магистральных газопроводов, выполняемое однолучевым эхолотом и трассоискателем, должно контролироваться прямыми измерениями в контрольных точках.
Краткие сведения об оценке стабильности высотных сетей
Инженерные изыскательские работы по обследованию подводного перехода газопровода проводятся в следующей последовательности.
Первоначально определяется плановое местоположение трубопровода на береговых участках электромагнитным трассоискателем в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Газопровод на местности обозначается вехами (створными знаками). Оборудуется временный водомерный пост реечного типа для детализации положения срезочного уровня [13]. Он устанавливается в местах, где наблюдается изменение водного режима за счет неравномерности стока.
Проводится визуальный осмотр береговых участков на наличие оврагов, обвалов грунта, осмотр знаков, реперов, запорной арматуры и т.д.
Съемка берегов и урезов на участках работ выполняется спутниковой системой в режиме RTK с записью результатов в электронный журнал полевого контроллера. База устанавливается на исходном пункте (репере), а подвижный приемник (ровер) осуществляет съемку.
В ходе съемки береговой части ППМГ выполняется определение залегания трубопровода трассоискателем с привязкой точек измерений. Глубина залегания трубопровода измеряется, устанавливая антенну трассоискателя на грунт. Съёмка перехода производится в местной системе координат и высот. Плотность съемки составляет один пикет на 15 м2.
По результатам обследования охранной прибрежной зоны трубопровода составляется акт осмотра сухопутных участков (приложение А. 2).
Гидрографическая (батиметрическая) съемка перехода состоит из непрерывных измерений глубин однолучевым эхолотом с определением координат точек по их измерениям тахеометром или GPS в единой с тахеометрической съёмкой береговых участков системе координат и высот.
Частота замеров глубины в поперечниках должна производиться согласно таблице 3.5 и на расстоянии 50 м. от перехода выше и ниже по течению.
Определение планово-высотного положения и глубины залегания трубопроводов в русловом участке подводного перехода через несудоходные водные объекты следует выполнять дистанционно с маломерного судна, используя погружную антенну трассоискателя, выполненную в герметичном исполнении, путем опускания в воду до дна. При проведении обследования средних ППМГ через судоходные водные объекты следует использовать промерный комплекс на основе однолучевого эхолота, описанный в главе 1.
В случае, если границы ППМГ превышают сотни метров требуется установка генератора на обоих берегах, для снижения ошибки определения высотного положения трубопровода.
Результаты определения глубины залегания трубопровода фиксируются в акте водолазного обследования и отображаются на продольных профилях перехода.
Выявление предполагаемых мест обнажений и провисаний газопровода, а также предметов искусственного происхождения осуществляется посредством водолазного осмотра.
Согласно исследованиям, проведенным в главе 2, необходимо контролировать высотное положение газопровода в русле непосредственными измерениями в соответствии с таблицей 2.6 и на участках «аномалий».
При проведении контрольных водолазных спусков проводится уточнение размеров и координат участков с недостаточным заглублением. Полевые камеральные работы включают в себя: - обработку полевых измерений, контроль точности геодезической привязки; - уточнение планового положения МГ в границах обследования; - составление первичного профиля ППМГ, определение участков недостаточного заглубления, оголения, провисания трубопровода; - анализ материалов рекогносцировочного маршрутного обследования (наличие и состояние реперов, опознавательных наружных знаков, указателей трубопровода, состояние берегов, наличие посторонних предметов и растительности в створе ППМГ, состояние оборудования ППМГ, состояние береговых защитных сооружений.) -составление акта обследования подводного перехода магистрального газопровода. При камеральной обработке выполняется: - камеральное оформление топографического плана для технического отчета в соответствии с требованиями технического задания на обследование ППМГ, нормативно-технической документации (с нанесенными: реперами, оборудованием газопровода, информационно-опознавательными знаками, пикетажем трассы МГ, дефектами, подлежащими ремонту, выделением размытых участков берегов); - оформление продольных профилей ППМГ для технического отчета в соответствии с требованиями технического задания на обследование ППМГ, нормативно-технической документации (с показом отметок земли и верха трубы, с указанием пикетажа трассы МГ, с указанием пикетажа и протяженности провисов, оголений и участков с недостаточным заглублением трубопровода, с составлением поперечников в местах оголений и провисов трубопровода, результатов предыдущих обследований русловой части ППМГ с указанием даты обследования и исполнителя.); - составление бумажной и электронной версий технического отчета.
В связи с применением систем ГНСС на борту маломерного судна при батиметрической съемке использованием их для береговой съемки существенно сокращает время проведения работ, т.к. не требует прокладки дополнительных точек съемочного обоснования. В общем виде технологическая схема 2 представлена на рисунке 3.12. Применение технологической схемы 2 для обследования средних ППМГ категории сложности 2-5 глубиной до 30 м., шириной более 100 м. (таблица 3.3) в полной мере обеспечивает требования [61]. При обследовании ППМГ категории сложности 1, следует применять комплекс, основанный на применении многолучевой системы, разработанный Г.А. Гринем [3-7, 26-32, 49].
Этапы и состав проведения обследования
Обследование ППМГ «Отвод к г. Дедовичи» через р. Шелонь (основная нитка) было проведено от ПК 0 до ПК 1+12,4, водолазное обследование выполнено на участке от ПК 0+66,1 до ПК 0+86,1. В результате обследования выявлено, что залегание от ПК 0+66,1 до ПК 0+86,1 составляет от 0,49 до 0,89 м. Пикетаж условный, за ПК 0 принята условная точка на левом берегу в 115,7 м. против хода газа от проекции информационного знака на ось трубы. Система высот «условная», система координат «условная».
Обследование ППМГ «Отвод к г. Дедовичи» через р. Шелонь (резервная нитка) было проведено от ПК 0 до ПК 1+18,9, водолазное обследование выполнено на участке от ПК 0+70,6 до ПК 0+94,1. В результате обследования выявлено, что залегание от ПК 0+70,6 до ПК 0+94,1 составляет от 0,27 до 0,87 м. Пикетаж условный, за ПК 0 принята условная точка на левом берегу в 118,6 м. против хода газа от проекции информационного знака на ось трубы. Система высот «условная», система координат «условная». В русле обе нитки укрыты защитными банкетами из мешков с бетонными смесями.
Обобщенные результаты обследования и технические характеристики ППМГ приведены в приложениях Г и Д.
На основании сопоставления данных двух смежных обследований ППМГ Отвод к г. Дедовичи» через р. Шелонь за 2013 и 2012 года можно сделать вывод об успешном выполнении мониторинга. С применением технологической схемы 1 обследование было выполнено за два рабочих дня.
В соответствии с технологической схемой 2, изложенной во второй главе, ниже представлены этапы проведения приборного обследования «Грязовец-Ленинград-1» через р. Нева (основная и резервная, Ду 1000 мм). Процедура проведения приборного обследования и обработка результатов выполнялась в феврале и апреле 2013 г. на базе ООО «Подводсервисстрой».
В соответствии с планом проведения обследований подводных переходов ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» на 2013 год, ООО «Подводсервисстрой» выполнило обследование подводного перехода магистрального перехода ««Грязовец-Ленинград-1» через р. Нева (основная, резервная нитки, Ду 1000 мм).
Основная цель проведенного обследования: определение планово-высотного положения газопровода в русле реки и пойменной части, выявление участков с недостаточным залеганием, оголенных участков и участков с провисом.
Обследованный ППМГ расположен в районе г. Кировск, Кировского района Ленинградской области в 0,5 км выше по течению от Ладожского моста и пересекает на левом берегу шоссе Кировск-Шлиссельбург (рисунок 4.3). состоит из двух ниток. Река в районе подводного перехода судоходная. Средняя температура воздуха на момент обследования составляла - 15С, температура воды +3 С, скорость течения - 0.9 м/с. Видимость в воде менее одного метра. Донный грунт - песок, галька, суглинок, щебень, мешки с ЦПС. Максимальная глубина составляет 13,5 м. Граница перехода между двумя крановыми узлами на обоих берегах составляет 970 м.
На первом этапе (в зимний период с 13.02.2013 по 16.02.2013) было определено местоположение трубопровода на береговых участках и в русловой части со льда. Выполнены контрольные водолазные спуски. Газопровод обозначен вешками.
Проведен визуальный осмотр береговых участков на наличие оврагов, обвалов грунта, произведен осмотр знаков, реперов, запорной арматуры и т.д.
Съемка береговой части перехода выполнялась спутниковой геодезической аппаратурой «Javad Triumph-1» в режиме RTK. Общая технология проведения береговой топографической съемки аналогична описанной в технологической схеме
Количество контрольных водолазных спусков для уточнения размеров и координат участков с недостаточным заглублением выбиралось исходя из расчетов, выполненных во второй главе (таблица 2.6). Промеры выполнялись каждые 25 м. В каждой контрольной точке выпиливалась майна для проведения спуска водолаза согласно требованиям [46].
На втором этапе (весенний период 17.04.2013 по 19.04.2013) была проведена уточняющая батиметрическая съемка русловой части перехода при отсутствии льда с использованием АМК «СКАТ», с применением системы спутникового позиционирования JAVAD Triumph. Русловая съемка согласована с береговой через планово-высотную основу ППМГ.
Ввиду большого количества пунктов геодезической основы на переходе (7 реперов) и проводимых работ по строительству ППМГ «СЕГ» через р. Нева была выполнена оценка стабильности планового положения по алгоритму, описанному в главе 3. Максимальное смещение в плане составило 8 мм. у пункта № 7226. Смещение обусловлено строительными работами ППМГ «СЕГ» в непосредственной близости от пункта. Данные переданы в ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» с соответствии с требованиями [9, 16, 19-25, 75].