5.3.4. Изыскания трассы и площадок станций

Изыскания выполняются на стадии технического проекта. При изысканиях собирают и уточняют исходные данные, необходимые для проектирования трубопровода, проводят со­гласования по различным вопросам строительства с органами местного самоуправления.

Изыскания по выбору трассы. Топографогеофизические изыскания. Между указанными в задании на проектирова­ние начальным и конечным пунктами можно проложить трубопровод по многим трассам, причем самой короткой будет трасса, полученная соединением начала и конца трас­сы прямой линией. Эту линию, называемую геодезической линией, можно получить пересечением земного сфероида плоскостью, проходящей через начальный и конечный пун­кты и центр Земли. Однако прокладка трубопровода по такой кратчайшей трассе не всегда осуществима, и во мно­гих случаях этот вариант оказывается невыгодным. Это объяс­няется тем, что трубопровод нельзя прокладывать через на­селенные пункты, причем нормами проектирования огова­ривается, что расстояние между крайними строениями насе­ленного пункта и нефтепроводом должно составлять не ме­нее 75 — 300 м в зависимости от класса трубопровода. Трубо­провод нецелесообразно прокладывать по болотам, вдоль ру­сел рек, через озера, если их можно обойти при небольшом удлинении трассы. Переходы крупных судоходных рек, ис­ходя из технических соображений или из условий согласо­вания с заинтересованными организациями, целесообразно осуществлять в определенных местах (например, при обходе водохранилища), что также вызывает отклонение от геоде­зической прямой. Необходимость обхода заповедников, пло­щадей горных разработок, приближение трассы к пунктам сброса или подкачки продукта, указанным в задании на проектирование, — все это вынуждает удлинять трассу по сравнению с геодезической линией.

Предварительные изыскания по выбору трассы произво­дятся в основном в камеральных условиях по картографичес­ким материалам, а также по фондовым и справочным источ­никам. При этом для камеральных исследований можно ис­пользовать топографические карты мелких, средних и круп­ных масштабов.

Большую помощь на стадии предварительных изысканий может оказать аэрофотосъемка. Особенно важна аэрофотосъ­емка при изысканиях в труднодоступной местности и в зас­троенных районах, где карты быстро устаревают и становят­ся малопригодными для трассирования и решения таких воп­росов, как обход застроенных зон, выбор разрыва между трубопроводом и железными и шоссейными дорогами, а так­же между трубопроводом и мостами. Аэрофотосъемка позво­ляет более точно и правильно намечать обходы трассой насе­ленных пунктов, озер, болот и других естественных и искус­ственных препятствий. Наиболее удобным временем для аэро­фотосъемки считают позднюю осень или раннюю весну, ког­да земля не покрыта снегом, на растениях нет листвы и влажность грунта максимальная. В это время при фотографи­ровании достигается наиболее четкое отображение земной поверхности на снимках. Ширина полосы фотографирования выбирается такой, чтобы можно было вносить коррективы в ранее намеченное направление трассы, производить проекти­рование в этой полосе притрассовых дорог, линий связи, перекачивающих станций, вторых ниток трубопровода и т. д.

По имеющейся карте можно наметить несколько вариан­тов трассы между начальным и конечным пунктами (с учетом при необходимости заданных промежуточных пунктов). Во многих случаях число возможных вариантов весьма велико, и для выбора оптимального варианта необходимо разработать надежную методику и установить критерии оптимальности, позволяющие определить направление трассы трубопровода. В некоторых случаях в качестве критериев оптимальности можно принять металловложения, надежность работы трубо­провода, время строительства и вероятность его завершения в заданный срок и др. Наиболее признанными критериями оптимальности являются экономические: приведенные затра­ты, капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Как правило, оптимальная трасса в какой-то степени должна удов­летворять нескольким критериям. В этом случае критерии оптимальности располагают в порядке убывания степени «важ­ности», определяемом в каждом конкретном случае в соот­ветствии с требованиями, предъявляемыми заказчиком. Из всех вариантов сравниваемых трасс предпочтение отдают той, у которой наилучший показатель «важности». Если значения первого показателя у двух (или более) трасс одинаковы, то выбирается тот вариант, у которого лучше второй показатель по степени «важности». Для выбора трассы широко применя­ются методы системного анализа.

Для выбора оптимальной трассы принимают сеточную схе­матизацию, позволяющую использовать ЭВМ для поиска. Для этого на подробную карту местности наносят сетку. Точки пересечения линий сетки называют узлами, а отрезок между двумя смежными узлами — дутой. Сетка может быть любой конфигурации (рис. 5.2). Ее наносят так, чтобы начало и конец трассы находились в узлах сетки. Дуги сетки соответ­ствуют участкам, по которым может проходить трасса трубо­провода. Любой путь на сетке, который может служить трас­сой или ее частью, называется допустимым путем, а все остальные пути (например, пути с самопересечениями) — недопустимыми. Задача состоит в том, чтобы на сетке между начальным и конечным пунктами трассы найти допустимый путь, являющийся оптимальным. Обычно критерий оптималь­ности — монотонная функция пути. Кроме того, многие кри­терии оптимальности аддитивны, т. е. в процессе движения по дугам от начала к концу трассы при продвижении на одну дугу показатель критерия оптимальности для этой дуги до­бавляется к ранее полученному суммарному показателю оп­тимальности для трассы, пройденной по этой дуге. К таким критериям относятся, например, капитальные и приведенные затраты, время строительства для участка, на котором ведет работы одна колонна, или для всего трубопровода при после­довательном строительстве, т. е. при строительстве от одного участка к другому. Существуют также неаддитивные крите­рии оптимальности. Примером неаддитивного критерия явля­ется вероятность завершения строительства в заданный срок. Если сроки строительства ограничены, то не имеет смысла рисковать, осуществляя строительство вдоль дут, где вслед­ствие различных препятствий вероятны большие отклонения истинных сроков строительства от ожидаемых. Тогда выражение для критерия

о птимальности можно получить следую­щим образом. Пусть Т_о — срок, за который нужно завершить строительство, а Т — действительное время строительства. Должно выполняться условие

Обозначим Т — случайное время проведения работ на i-м участке (дуге), образующем трассу. Тогда полное время стро­ительства будет

Е сли сумма Т_i по уравнению (5.2) содержит достаточно много слагаемых, то, согласно центральной предельной теоре­ме теории вероятностей, вероятность события (5.1) имеет вид

где М(Т_i) и D(T_i) — математическое ожидание и дисперсия случайной величины Т_i ψ{Т) — функция Лапласа,

Требуется найти такой путь на сетке между началом и концом трассы, для которого вероятность (5.3) достигает мак­симума. Поскольку ψ — монотонно возрастающая функция, задача сводится к отысканию такой трассы, для которой мак­симально значение выражения

Для поиска оптимальной трассы можно использовать мо­дифицированный алгоритм Ли. Согласно этому алгоритму на каждом шаге анализируют все варианты путей, построенных от начала трассы, и устанавливают путь, для которого показа­тель критерия оптимальности (в дальнейшем будем называть его стоимостью достижения концевого пункта трассы, или стоимостью) имеет наименьшее значение. Надстраиваем этот путь на одну новую дугу во всех допускаемых сеткой направ­лениях. Среди всех построенных к этому моменту путей ищем новый путь с наименьшей стоимостью и надстраиваем его на одну новую дугу во всех допускаемых сеткой направ­лениях. Этот процесс продолжается до тех пор, пока среди сформировавшихся последовательной надстройкой путей не окажется путь, оканчивающийся конечным пунктом трассы и имеющий минимальную стоимость по сравнению со стоимо­стью всех сформировавшихся к этому моменту путей. Этот путь и будет оптимальным вариантом трассы.

Как правило, стоимость трубопровода включает стоимость линейной части и перекачивающих станций. В общем случае число, а следовательно, и стоимость перекачивающих стан­ций как для нефтепроводов, так и для газопроводов зависят от длины и профиля трассы, которые могут быть известны только при доведении расчетов по выбору трассы до конеч­ного пункта. Тогда рекомендуется поступать следующим об­разом. Найдя оптимальную по стоимости линейной части трассу описанным образом, рассчитываем для нее число перекачива­ющих станций, а затем стоимость трубопровода с перекачи­вающими станциями. Потом находим, применяя тот же алго­ритм, вторую по оптимальности трассу, т. е. уступающую ранее выбранной, но лучшую, чем все остальные, и для нее рассчитываем число перекачивающих станций и полную сто­имость строительства. Затем находим следующую трассу, ус­тупающую по стоимости только двум найденным ранее, и проводим такие же расчеты. Обычно достаточно небольшого числа вариантов, чтобы выбрать оптимальный.

После предварительных изысканий и выбора трассы про­водят окончательные изыскания и закрепление трассы на местности. Для этого трассу при большой протяженности разбивают на участки. На каждый из участков направляется изыскательская партия, состоящая из 10— 12 чел., в которую входят топографы, геологи, геофизик, гидролог и другие спе­циалисты в зависимости от конкретных условий.

Для получения подробного плана трассы изыскательская партия ведет трассирование линии с помощью теодолита с закреплением этой линии на местности или на плане на отрезки длиной 100 м. Измерение линии при разбивке пикетажа трассы осуществляется разбивкой кривых в на­туре. Радиусы кривых естественного изгиба в зависимости от диаметра трубопровода задаются еще до начала изысканий. На местности фиксируют начало и конец кривой и биссектрису. Разница между их длинами (так называемый домер) учитывается при пикетаже. Детальную разбивку кривой следует проводить при рытье траншеи. Кроме того, для составления продольного профиля трассы выполняется нивелирование.

Местоположение перекачивающих станций определяется в соответствии и гидравлическим расчетом. При выборе пло­щадок для размещения перекачивающих станций необходимо стремиться к снижению стоимости строительства, располагая площадки ближе к путям сообщения, источникам водо- и энергоснабжения и культурно-бытовым объектам. Террито­рия площадки станции должна по возможности удовлетво­рять следующим условиям: иметь спокойный рельеф, благо­приятные грунтовые условия (несущая способность грунта не менее 0,15 МПа, уровень грунтовых вод ниже глубины зало­жения фундаментов), площадка не должна затапливаться па­водковыми водами. На площадках перекачивающих станций производятся крупномасштабные съемки с закреплением гра­ниц площадки долговременными знаками.

В результате топографических изысканий должны быть получены следующие материалы:

1) план трассы масштаба 1:25 000 с шириной снятой поло­сы съемки 2 — 2,5 км (на план должны быть нанесены основ­ные элементы ситуации, железные, шоссейные и автогуже­вые дороги, границы населенных пунктов, площадки для стро­ительства перекачивающих станций, а также границы адми­нистративных районов и землепользователей);

2) продольный профиль трассы, причем горизонтальный и вертикальный масштабы для профиля принимаются разными, так как в противном случае из-за небольшой по сравнению с длиной трассы разности отметок пунктов вдоль нее профиль изобразится почти горизонтальной линией. Обычно горизон­тальный масштаб составляет 1: 10 000, а вертикальный — от 1:200 до 1: 1000; для изображения инженерно-геологического строения трассы принимается вертикальный масштаб 1:100. Поскольку при нивелировании определяются отметки (высо­ты) всех пунктов трассы, ее геологический профиль имеет вид ломаной линии; длину измеренной на местности линии откладывают в горизонтальном масштабе на графическом про­филе по горизонтали, а превышения — в вертикальном мас­штабе по вертикали. Поэтому для определения по профилю расстояния между двумя пунктами трассы на местности надо измерить это расстояние на профиле по горизонтали и, пользуясь коэффициентами горизонтального масштаба, вычислить истинное расстояние между пунктами;

3) ведомость землепользователей;

4) каталоги реперов, закрепительных знаков, углов пово­рота и разведочных выработок;

5) документы согласований и сноса строений;

6) планы площадок перекачивающих станций с планами и профилями внешних коммуникаций;

7) пояснительная записка к материалам изысканий.

На пересечениях трассы водотоков, оврагов, железных и шоссейных дорог проводятся более тщательные изыскания по переходам этих препятствий. По переходам составляют отдельную отчетную изыскательскую документацию, причем масштабы планов и профилей переходов принимаются круп­нее, чем у обычных планов и профилей трассы [3, 6].

Вследствие того, что разность отметок (в пределах 300 м) в отличие от нефтепровода не влияет на гидравлические параметры потока в газопроводе, для магистральных газопро­водов составляют спрямленные профили (в виде горизонталь­ной линии), характеризующие трассу преимущественно по инженерно-геологическим условиям.