СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА В ИМЕЮЩЕЙ ВЫТАЛКИВАЮЩУЮ СИЛУ СРЕДЕ Российский патент 1996 года по МПК F16L1/26 

Изобретение относится к строительству и может найти применение при прокладке магистральных "холодных" газопроводов.

Известны способы прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде.

Один из них заключается в размещении снаряженного утяжелителем трубопровода на ледовом покрове водоема, образовании в покрове майн и погружении трубопровода, при этом перед образованием майн трубопровод прикрепляют ко льду, а майны образуют по обеим сторонам трубопровода параллельно его оси (см. авт.свид. СССР N 594389, кл. F 16 L 1/04, 1975). Однако способ пригоден к применению только в отношении трубопроводов, имеющих отрицательную плавучесть.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде, заключающийся в размещении по оси трассы снаряженного утяжелителями трубопровода, имеющего вместе с ними плавучесть в погруженном положении (см. "Основные положения по выбору конструктивных решений прокладки северных газопроводов, включая газопроводы Надым-Ухта, Надым-Пунга, Медвежье-Надым", ВСН 1-29-71 Мингазпрома, утв. 11.01.71, с.21, р.7, фиг.II и III, в).

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип и характеризующегося отсутствием необходимости прилегания трубопровода ко дну имеющей выталкивающую силу среды, является наличие доступа к поверхности трубопровода атмосферного тепла в летнее время, в результате чего способ неприменим в отношении газопроводов, по которым транспортируется охлажденный газ.

Целью изобретения является расширение области применения способа на "холодные" газопроводы при их прокладке в сильнольдистых вечномерзлых грунтах путем обеспечения возможности придания трубопроводу положения "в насыпи".

Для достижения указанной цели в способе прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде, заключающемся в размещении по оси траверсы снаряженного утяжелителями трубопровода, имеющего вместе с ними плавучесть в погруженном положении, в зимнее время по оси трассы производят многощелевую прорезку грунта и на поверхность среды на среднюю щель выкладывают трубопровод, а в качестве утяжелителей последнего используют цепочку грузов с размещенным в них грунтом засыпки, при этом многощелевую прорезку ведут на глубину, равную диаметру трубы, и с общей площадью свободного сечения, определяемой из соотношения:

где F общая площадь свободного сечения при многощелевой прорезке в грунте; D диаметр трубы; i льдистость грунта; L ширина снаряженного трубопровода на уровне верхней образующей его трубы и расстояние между внешними стенками многощелевой прорезки.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображено поперечное сечение снаряженного трубопровода до погружения; на фиг.2 то же, после погружения.

Способ прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде заключается в размещении по оси трассы снаряженного утяжелителями трубопровода, имеющего вместе с ними плавучесть в погруженном положении. Поверхность выкладки вечномерзлый сильнольдистый грунт ровной или слабопересеченной местности, характерной для северных и приполярных районов РФ, особенно п-ва Ямал и побережья Обской губы. Этот грунт характеризуется на значительных участках одной и той же степенью льдосодержания 20-30% В летнее время сезонно-талый слой 1 поверхности выкладки обводняется и образует имеющую выталкивающую силу среду.

В зимнее время по оси трассы производят многощелевую прорезку грунта с 3-5 щелями 2 и на образованный прорезкой гребень столбов 3 осуществляют выкладку трубопровода и его снаряжение утяжелителями. В качестве последних используют цепочку скрепленных грузов из силовых поясов и закрепленных на рамках 4 полотнищ 5 с размещенным в них грунтом 6 засыпки (авт.свид. СССР N 769178, кл. F 16 L 1/02). Более предпочтительно размещать на трубопроводе грузы по поданной заявке N 5042831 того же заявителя, вариант II (см.фото 1 и 2), поскольку практически весь грунт засыпки оказывается размещенным выше уровня верхней образующей трубы, т.е. он сохраняет положение выше уровня среды и
Чтобы снаряженный трубопровод не погрузился ниже указанного уровня, необходимо объем засыпки утяжелителей осуществлять по критерию сохранения этим трубопроводом плавучести, т.е. по плавучести, стремящейся к нулю с положительной стороны.

Многощелевую прорезку грунта ведут на глубину, равную диаметру трубы 7, и с общей площадью свободного сечения, определяемой из соотношения:

где F общая площадь свободного сечения щелей; D диаметр трубы; i - льдистость грунта; L ширина снаряженного трубопровода на уровне верхней образующей трубы и расстояние между внешними стенками 8 и 9 многощелевой прорезки. Равенство указанной ширины и расстояния между стенками диктуется свободой погружения в оттаявшую среду ниже сезонно-талого слоя 1 рамок 4 утяжелителей.

Способ прокладки трубопровода предусматривает заключительную операцию, выполняемую после самозамораживания среды: увеличение объема грунта 6 засыпки утяжелителей до появления нормативных высоты (0,8 м) и ширины (1,5 м) по верху насыпи (по п.6,27 СНиП 2.05.06-85).

Способ реализуется следующим образом. Прорезку щелей 2 с определенной выше свободной общей площадью осуществляют в зимнее время. В этот же сезон осуществляют выкладку трубопровода на образованный гребень столбов 3, снаряжение его балластирующими устройствами, в том числе засыпку льдистого грунта.

В летнее время возникает как вытаивание льда из грунта 6 засыпки и протаивание сезонно-талого слоя 1, так и протаивание грунта столбов 3 гребня в результате циркуляции в щелях 2 атмосферного теплого воздуха. Столбы 3 после растепления включенного в них льда разрушаются под весом трубопровода, а их грунтовый остаток, составляющий (1-i) часть первоначального объема, оседает в предусмотренные прорезкой пазухи крайних щелей 2 или вытесняется наверх над боковинами трубопровода. При этом трубопровод из-за равномерной льдистости грунта равномерно по всей длине самопогружается в имеющую выталкивающую силу разжиженную среду, пока не займет в ней плавающего положения, строго определенного (ограниченного расчетом объема грунта 6 засыпки) положения. При правильном расчете объема грунта 6 засыпки погружение трубопровода прекращается, когда верхняя образующая трубы 7 сравняется с уровнем дневной поверхности и над ним образуется заранее сформированная насыпь из грунта 6.

В последующий зимний период трубопровод оказывается вмороженным в грунт и благодаря прокачке по нему "холодного" газа не допускает каких-либо пучинящих процессов при оттаивании сезонно-талого слоя 1 в последующие летние периоды. (Попутно отмечаем, что и сама граница этого слоя "уходит" в грунт насыпи). В этот же сезон над трубопроводом формируют окончательную насыпь 8 с нормативными параметрами.

Следует отметить, что эксплуатация трубопровода как "холодного" во всех случаях компенсирует ошибки введенных в способ расчетных допущений. Если общая площадь F свободного сечения при многощелевой прорезке, степень растепления столбов 3 и льдистость грунта среды окажутся недостаточными, то трубопровод не погрузится до уровня верха образующей трубы. Однако конструкция мягких утяжелителей и наличие насыпи "помогут" холоду от трубопровода и атмосферы сформировать требующуюся СНиПом укладку в насыпь.

Если же площадь F, степень растепления столбов 3 и объем грунта 6 засыпки окажутся чрезмерными, что приведет к появлению отрицательной плавучести трубопровода, то происшедшее в летний сезон начальное, близкое к поверхности среды затопление не будет развиваться в следующие сезоны, поскольку с началом эксплуатации "холодного" трубопровода наступит его окончательная стабилизация в мерзлоте в первый же зимний сезон.

Следует также указать, что как таковой отрицательной плавучести не должно наступить при переборе объема грунта засыпки утяжелителя, поскольку этот грунт начнет погружаться в среду вместе с трубопроводом (см.фиг.2) и объемный вес погрузившейся части начнет падать.

Таким образом, благодаря оснащению трубопровода грунтовыми утяжелителями с заданным объемом засыпки и осуществлению в среде под ним в зимнее время многощелевой прорезки с заданным объемом свободного сечения обеспечена возможность вмещающего и плавучего самопогружения трубопровода и занятия положения "в насыпи" в сильнольдистых вечномерзлых грунтах.

Использование: строительство трубопроводов в мерзлых грунтах. Сущность изобретения: способ прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде заключается в многощелевой прорезке грунта, выкладке на гребень столбов 3 грунта трубопровода 7 и его снаряжении утяжелителями с грунтом 6. При таянии слоя 1 и гребней 3 трубопровод 7 погружается в талый грунт. При сезонном промерзании грунта трубопровод вмерзает в него и над трубопроводом формируют насыпь. 2 ил.

Способ прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде, заключающийся в размещении по оси трассы снаряженного утяжелителями трубопровода, имеющего с ними плавучесть в погруженном положении, отличающийся тем, что в зимнее время по оси трассы проводят многощелевую прорезку грунта и на поверхность среды на среднюю щель выкладывают трубопровод, а в качестве утяжелителей последнего используют цепочку грузов с размещенным в них грунтом засыпки, объем которого определен по критерию сохранения снаряженному трубопроводу плавучести в оттаявшей среде, при этом многощелевую прорезку ведут на глубину, равную диаметру трубы, а после вмерзания снаряженного трубопровода в среду объем грунта засыпки утяжелителей увеличивают до появления нормативных высоты и ширины поверху насыпи.