СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА НА ЗАБОЛОЧЕННОЙ МЕСТНОСТИ Российский патент 1998 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении трубопроводов в районах распространения болот.

Известны способ подземной прокладки трубопровода в минеральных грунтах и способ наземной прокладки по поверхности болота с устройством над трубопроводом насыпи требуемых размеров [1, с.224].

При прокладке трубопровода на заболоченной местности, где подземная укладка трубы в минеральных грунтах чередуется с переходами через отдельные болота, прокладка трубопровода по поверхности болота в насыпи являются экономически выгодным и технически целесообразным способом [2].

К недостатку известного комбинированного способа прокладки следует отнести неразработанность вопроса, как осуществлять переход трубы из подземного в наземный способ прокладки при прохождении трубопроводом болота.

Информационный поиск не выявил наиболее близкого к заявляемому способа прокладки трубопровода на болотах или на заболоченной местности. Однако в качестве прототипа можно принять способ прокладки трубопровода в многолетнемерзлых грунтах [3], при котором на участке с неустойчивыми при оттаивании грунтами осуществляют наземную прокладку трубопровода с защемлением его на границах данных участков.

Недостатком наиболее близкого к заявляемому способу является сложная технология его выполнения, которую практически невозможно осуществить в трассовых условиях и особенно в зимнее время.

Задача изобретения - максимальное упрощение технологии производства работ при одновременном снижении стоимости строительства. Задача решается тем, что на участке с неустойчивыми грунтами при наземной прокладке трубопровода с защемлением его на границах данных участков, трубопровод в профиле из подземного в наземный способ прокладки прокладывают по кривой поворота с минимально допустимым из условия прочности радиусом упругого изгиба трубы, при этом кривую поворота располагают преимущественно в слое торфа и обеспечивают совмещение ее начала с краем болота, а в плане трубопровод укладывают по поверхности торфа под насыпью, также с искривлением оси упругим изгибом трубы с расположением вершины поворота посередине перехода через болото.

Заявляемый способ прокладки поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана в профиле геометрия трубопровода при укладке (сплошная линия) и после укладки при ожидаемых осадке трубы и ее перемещении от внутренних воздействий (штриховая линия); на фиг. 2 - геометрия трубопровода в плане при укладке (сплошная линия) и после укладки при ожидаемом перемещении трубы от внутренних воздействий (штриховая линия); на фиг. 3 - пример реализации способа.

После определения границ участков, т. е. местоположения края болота (точка А), трубопровод 1 упругим изгибом трубы прокладывают из подземного в наземный вариант прокладки на поверхность болота. Упругий изгиб трубы создается отрывкой траншеи по заданному профилю. Кривая поворота АС состоит из двух участков АБ и БС, радиус упругого изгиба которых ρ₀ является минимальным из условия прочности трубы от расчетных эксплуатационных нагрузок и внутренних воздействий. Радиус ρ₀ определяется расчетом трубопровода с учетом совместной деформации трубы и окружающего грунта согласно разделу 8 СНиП 2.05.06-85 "Магистральные трубопроводы". В любом случае радиус ρ₀ при первом поверочном расчете можно принимать равным ρ_min (из таблицы 5 СНиП Ш-42-80 "Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ").

В плане трубопровод, также упругим изгибом трубы, прокладывают по поверхности болота с искривлением оси по максимально большому радиусу ρrmax

. При этом образуется начальная стрелка прогиба трубы f₀, вершину которой следует совместить с серединой болота. Величины ρrmax , f₀ зависят от диаметра трубопровода, длины болота, давления продукта, температурного перепада и определяются расчетом для каждого конкретного случая.

Технология производства работ по заявляемому способу проста и легко выполнима. Способ не требует применения кривых вставок искусственного гнутья, придания трубопроводу выпуклой формы для создания в нем предварительных растягивающих напряжений, использования утяжелителей, гидронамыва и т.п. Строительство трубопровода осуществляется обычным порядком стандартной строительной техникой, что позволяет достичь цели заявляемого способа. Насыпь 2 над трубой устраивают согласно обычных требований [1].

Как правило, через болота трубопроводы прокладывают в зимнее время, когда возможен проезд по ним тяжелой строительной техники. Поэтому трубу укладывают на предварительно очищенную от снега промороженную поверхность болота и обсыпают насыпью.

В летнее время, по мере оттаивания болота, труба вместе с насыпью начинает перемещаться вниз; величина осадки S (см. фиг. 1) зависит от диаметра трубопровода, мощности насыпи над трубой и торфа под трубой, от физико-механических характеристик торфа и т.д.

Следующим важным этапом является пуск трубопровода в эксплуатацию, при подаче продукта давлением p и с положительной температурой t, труба за счет температурного перепада Δt удлиняется на некоторую величину Δl . Удлинение трубы реализуется ее поперечным перемещением по поверхности торфа под насыпью, при этом стрелка прогиба изменяется от f₀ до f₁ (см. фиг. 2).

В конечном итоге трубопровод перемещается одновременно вниз и в сторону, причем интенсивные перемещения по вертикали соответствуют периоду таяния (растепления) торфа под трубой и насыпью, а по горизонтали - периоду пуска трубопровода в эксплуатацию. В результате трубопровод занимает новое положение, показанное на фиг. 1 и 2 штриховой линией.

Фактически участок трубопровода в пределах болота по заявляемому способу является компенсатором, что положительно сказывается на работе трубопровода и о чем будет сказано ниже. Основание компенсатора ОА защемлено в минеральном грунте, а его деформируемая часть располагается в торфе и под насыпью. Известно, что сопротивление торфа и насыпи поперечному перемещению трубы много меньше, чем минерального грунта природного сложения. Этот фактор используется в предлагаемом способе прокладки для снижения напряженно-деформированного состояния (НДС) трубопровода от эксплуатационных нагрузок.

НДС трубы должно удовлетворять требованиям раздела 8 СНиП 2. 05.06-85 "Магистральные трубопроводы". Показатели НДС определяют на стадии проектирования трубопровода подбором начального минимального радиуса упругого изгиба ρ₀ и расчетом на внутренние воздействия p и Δt . При эксплуатации трубопровод занимает положение, показанное штриховой линией. При этом начальный радиус его упругого изгиба ρ₀ только возрастает до значения ρ₁ , следовательно, и НДС трубы будет только уменьшаться. Перемещаясь в положение, показанное штриховой линией, трубопровод как бы разгружается, изгибные напряжения в его стенке уменьшаются, соответственно надежность конструкции возрастает.

Заявляемый способ прошел опытную проверку при строительстве магистрального нефтепровода Уса-Ухта-Ярославль в районе г. Усинска (Республика Коми). Нефтепровод диаметром 720 мм через несколько болот общей протяженностью 2800 м проложили наземно; в качестве примера на фиг. 3 показана часть одного из переходов через болото с мощностью торфа 115 см. Укладку трубы на поверхность болота и устройство насыпи выполнили в апреле. Минимальный радиус упругого изгиба для трубы 720 мм равен ρ_min= 720 м (табл. 5 СНиП Ш-42-80). Однако расчетом НДС с учетом требований СНиП 2.05.06-85 определили, что радиус упругого изгиба должен быть ρ₀= 900 м. За участком установили наблюдение, осадку трубы определяли 5 июля, 22 августа и 4 октября (см. таблицу и фиг. 3).

Осадка трубы произошла за счет оттаивания торфа и заполнения трубы водой при гидравлических испытаниях, за счет осадки радиус упругого изгиба трубы увеличился с 900 до 1306 м, соответственно напряжения в трубе от расчетных нагрузок и воздействий уменьшились на 12%.

при реализации заявляемого способа прокладки на этих трех болотах за счет отказа от балластировки и упрощения технологии строительства получили существенный экономический эффект, а именно снижение сметной стоимости строительства.

Источники информации
1. Справочник по проектированию магистральных трубопроводов. Под ред. А. К. Дерцакяна. - Л.: Недра, 1977, 519 с.

2. Вершинин В.Н., Димов Л.В. Прокладка магистральных нефтепроводов через болота и заболоченные участки на севере России. - Трубопроводный транспорт нефти, 1996, N 1, с. 16-18.

3. А.с. СССР N 1598573, кл. F 16 J 1/028, опуб 27.09.95, БИ N 27.

Способ предназначен для строительства трубопроводов на заболоченной местности. Трубопровод прокладывают подземно в минеральном грунте, а на границе с торфом болота трубопровод по кривой упругого изгиба выводят на поверхность и с расчетным радиусом изгибают упруго с укладкой трубопровода в насыпи на поверхности торфа. Вершину поворота трубопровода в плане располагают посередине перехода через болото. При просадке трубопровода и его горизонтальных смещениях трубопровод работает как компенсатор, расположенный в торфе и защемленный в минеральном грунте. Изобретение упрощает строительство за счет использования компенсирующей способности изогнутого трубопровода. 1 табл., 3 ил.

Способ прокладки трубопровода на заболоченной местности, включающий определение границ участков минерального и торфяного грунтов, подземную прокладку в минеральном грунте и наземную по поверхности торфа прокладку в насыпи при переходе болота с защемлением трубопровода на границах данных участков, отличающийся тем, что трубопровод в профиле из подземного в наземный способ прокладки прокладывают по кривой поворота с минимально допустимым из условия прочности радиусом упругого изгиба трубы, при этом кривую поворота располагают преимущественно в слое торфа и обеспечивают совмещение ее начала с краем болота, а в плане трубопровод укладывают по поверхности торфа над насыпью, также с искривлением оси упругим изгибом трубы и расположением вершины поворота посередине перехода через болото.