НАДЗЕМНЫЙ ТРУБОПРОВОД, ПРОЛОЖЕННЫЙ ВДОЛЬ ОПОЛЗНЕОПАСНОГО СКЛОНА Российский патент 2005 года по МПК F16L1/24 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может применяться при строительстве трубопроводов на склонах, подверженных оползням.

Известен способ прокладки трубопровода при продольном оползне (см. П.П. Бородавкин. Подземные магистральные трубопроводы. - М.: Недра, 1982, стр.101-108), заключающийся в копании траншеи, укладке в нее трубопровода и последующей засыпке траншеи.

Однако известный способ имеет существенные недостатки, такие как высокая стоимость трубопровода, что связано с большим объемом земляных работ и с необходимостью использовать трубы большого поперечного сечения для восприятия усилий от движущегося во время оползня грунта, вероятность увеличения подвижек которого обусловлена следующими причинами:

1) при рытье траншеи нарушается целостность грунтового массива, составляющего оползневой склон, из-за чего еще во время строительства могут возникнуть подвижки грунта;

2) грунт обратной засыпки траншеи оказывается более рыхлым, чем на соседних участках, в результате чего в нем происходит более интенсивное накопление влаги, а следовательно, снижается общая устойчивость грунта и, как следствие, возрастает вероятность оползней, что создает, помимо прочего, проблемы с охраной окружающей среды из-за провоцирования активизации оползней.

Известен надземный трубопровод, применяемый при переходе через препятствия или перекрытии больших пролетов, (см. И.П. Петров, В.В. Спиридонов. Надземная прокладка трубопроводов. - М.: Недра, 1964, стр. 353-386, содержащий трехсвязные опоры, установленные по краям препятствия и закрепленную к ним трубу по принципу "висячая нить".

Однако известный трубопровод имеет такие существенные недостатки, как высокая стоимость, обусловленная следующими причинами:

1) необходимость устройства высоких опор (наличия глубокого препятствия), к которым крепится подвешиваемая труба, для обеспечения стрелок провисания, при которых растягивающие усилия в трубопроводе будут наименьшими;

2) при перекрытии больших пролетов опоры получаются сильно нагруженными, и для предотвращения потери несущей способности их приходится отодвигать на значительные расстояния от краев препятствия, из-за чего расчетные пролеты "висячей нити" еще более увеличиваются;

3) помимо этого данному типу трубопроводов присуща недостаточная надежность при развивающемся оползне, так как расположенная сверху склона опора с течением времени может оказаться в истоке оползня, и при потере ею устойчивости произойдет разрушение всего данного участка.

Известен надземный трубопровод, проложенный вдоль оползневого склона, принятый за прототип (см. патент России №2093749 от 12.05.95), содержащий установленные на устойчивых участках выше и ниже оползнеопасной части склона трехсвязные опоры, установленные по оползнеопасному склону одно- и двухсвязные опоры, уложенные на них трубы и расположенный на устойчивом участке ниже оползнеопасного склона компенсатор для восприятия температурных деформаций. Причем односвязные опоры выполнены седлообразными и установлены в характерных местах оползневого склона: отрыва оползневого потока и ожидаемого выпучивания, а также в точках вероятного соприкосновения трубы с оползневым участком склона, а жесткостные характеристики трубы, укладываемой на оползневом участке, принимаются для любого из моментов расчетного срока службы трубопровода в зависимости от максимального расстояния L между двумя соседними седлообразными опорами для любой из частей оползнеопасного склона, которые определяются следующим соотношением:

где l_i - длина поверхности скольжения i-го вертикального элемента, на которые разбит грунтовой массив оползневого участка;

α _i - угол наклона данного i-ro элемента к горизонту;

K_i, К₂ - поправочные коэффициенты, зависящие от крутизны склона и типов оползней, возможных на данном участке в расчетный период времени; 0.8≤ K_i≤_{2; 0,8≤ К2≤2;}

q - равномерно распределенная по длине трубы нагрузка;

Е - модуль упругости материала трубы;

I - момент инерции поперечного сечения трубы;

f_i - стрелка провисания трубы на оползневом участке;

H_j - распорное усилие в трубе на провисшем участке.

Однако известный трубопровод имеет такой недостаток, как низкая надежность трубопровода, связанная с уязвимостью оползнем компенсатора, размещенного внизу по оползневому склону.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанного недостатка, а именно повышение надежности работы трубопровода.

Указанная задача решается за счет того, что надземный трубопровод проложен вдоль оползнеопасного склона, содержит установленные на устойчивых участках выше и ниже оползнеопасной части склона трехсвязные опоры и установленные по оползнеопасному склону односвязные опоры, а также компенсатор деформаций, причем расстояние от верхней опоры до места установки компенсатора деформаций, расположенного по рельефу ниже оползнеопасного склона, определяется соотношением:

где L - расстояние от верхней опоры до места установки компенсатора ниже оползнеопасного участка по рельефу;

L₀₁ - расстояние между верхней опорой и истоком оползня, определяемое из условия необходимости обслуживания трубопровода;

L₀₂ - расстояние между конечной частью оползня и нижним компенсирующим устройством, определяемое из условия необходимости обслуживания трубопровода;

- длина поверхности скольжения i-го вертикального элемента, на которые при

расчете случайным образом разбито вертикальное сечение грунтового оползнеопасного массива объемом до V;

α _i - угол наклона данного i-го элемента к горизонту;

К - поправочный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности трубопровода;

К₁ - поправочный коэффициент, учитывающий случайный характер оползневых процессов, зависящий от геометрических параметров оползня;

K_t - поправочный коэффициент, зависящий от конструкции трубопровода со сроком службы Т и оползнеопасного массива объемом до V, вероятного на данном участке с частотой λ _v за срок службы трубопровода 20≤ T≤ 60, лет;

К_v - коэффициент, учитывающий эффект разуплотнения грунта в оползневом теле К_v∈_[0.8-0.99];

λ _v - повторяемость с обеспеченностью 0.05 активной фазы оползня объемом V в пределах объема оползневого массива;

[К_t] - минимальное значение поправочного коэффициента [K_t]=0.8;

k∈ [1-40] - количество оползней объемом V, вероятных для срока службы Т с обеспеченностью более 0.05.

На фиг.1 показан общий вид надземного трубопровода, проложенного вдоль оползнеопасного склона; на фиг.2 показан общий вид надземного трубопровода после оползня, который произошел на одном из участков склона с совмещенной схемой разбиения оползнеопасного массива склона на элементарные участки.

Надземный трубопровод содержит трубу 1, закрепленную на трехсвязных опорах 2, установленных на устойчивых участках склона, имеющего угол наклона β к горизонту. Односвязные опоры 3 установлены на склоне. Компенсатор 4 установлен внизу склона на неоползнеопасном участке на двухсвязных опорах 5.

Надземный трубопровод вдоль оползнеопасного склона прокладывается следующим образом. Намечается участок оползнеопасного склона, по которому предполагается осуществить спуск трубопровода. Производится соответствующее инженерно-геологическое и топографическое исследование склона. Выполняется расчетная часть, в ходе которой определяются наиболее вероятные, имеющие углы наклона α к горизонту поверхности скольжения оползней, вычисляются известными автору методами поправочные коэффициенты К, K₁, K_t, назначаются параметры трубы 1 и компенсатора 4, конструкция опор 3 и расстояния между ними. Вычисления производятся на условия обеспечения работы трубопровода в течение расчетного времени. Сверху на расстоянии L₀₁ от склона и снизу на неоползнеопасных участках оползнеопасного склона выполняются трехсвязные опоры 2, а на оползнеопасном участке - односвязные опоры 3. При этом они выполняются с фундаментами мелкого заложения, чтобы наименьшим образом изменить структуру склона и не спровоцировать активизацию оползневых процессов. Производится укладка трубы 1 на односвязные опоры 3 с ее закреплением на трехсвязных 2 и двухсвязных 5 опорах. Внизу на устойчивом участке склона выполняется компенсирующее устройство 4. На фиг.2 показаны L₀₁, L₀₂ и , причем L₀₂ отмеряется до элемента, определяющего работоспособность, компенсатора.

Оползнеопасный склон имеет несколько поверхностей скольжения. При расчете выбирается наиболее вероятная поверхность скольжения, а тело оползня разбивается на i участков, со своими углами наклона поверхностей скольжения α _i к горизонту.

При назначенных жесткостных и прочностных характеристиках трубопровода определяются известными методами параметры компенсатора и его местоположение в соответствии с зависимостями, приведенными в формуле изобретения. Для этого, задавшись первоначальным положением компенсатора, проверяют риск его повреждения оползнем и, если он более допускаемой величины, перемещают компенсатор далее от оползня до тех пор, пока условие надежности не будет удовлетворено.

Трубопровод на данном участке работает следующим образом. Опоры 3, имеющие мелкозаглубленные фундаменты, обладают устойчивостью, достаточной для того, чтобы при оползневых подвижках выполнять свою функцию. В ходе развития оползня трубопровод получает помимо температурных деформаций и оползневые, которые воспринимает компенсатор, располагающийся в нижней части оползнеопасного склона. Жесткостные параметры трубопровода являются достаточными, чтобы обеспечить при задаваемых параметрах компенсатора работоспособность при выходе из строя расчетного количества односвязных опор. При растекании оползневого тела в нижней части склона компенсатор, там находящийся, не будет им поврежден, т.к. находится вне зоны досягаемости оползня и при этом сохраняет способность воспринимать оползневые деформации трубопровода.

Таким образом, по сравнению с известным, предложенный трубопровод обладает высокой надежностью в эксплуатации.

Изобретение относится к строительству и используется при прокладке трубопроводов на подверженных оползням склонах. Проложенный вдоль оползнеопасного склона надземный трубопровод содержит установленные на устойчивых участках выше и ниже оползнеопасной части склона трехсвязные опоры и установленные по оползнеопасному склону односвязные опоры, а также компенсатор деформаций. Расстояние от верхней опоры до места установки компенсатора деформаций, расположенного по рельефу ниже оползнеопасного склона, определяется по заданной математической зависимости. Повышает надежность трубопровода. 2 ил.

Надземный трубопровод, проложенный вдоль оползнеопасного склона, содержащий установленные на устойчивых участках выше и ниже оползнеопасной части склона трехсвязные опоры и установленные по оползнеопасному склону односвязные опоры, а также компенсатор деформаций, отличающийся тем, что расстояние от верхней опоры до места установки компенсатора деформаций, расположенного по рельефу ниже оползнеопасного склона, определяется соотношением

где L - расстояние от верхней опоры до места установки компенсатора ниже оползнеопасного участка по рельефу;

L₀₁ - расстояние между верхней опорой и истоком оползня, определяемое из условия необходимости обслуживания трубопровода;

L₀₂ - расстояние между конечной частью оползня и нижним компенсирующим устройством, определяемое из условия необходимости обслуживания трубопровода;

- длина поверхности скольжения i-го вертикального элемента, на которые при расчете случайным образом разбито вертикальное сечение грунтового оползнеопасного массива объемом до V;

α _i - угол наклона данного i-го элемента к горизонту;

К - поправочный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности трубопровода;

К_l - поправочный коэффициент, учитывающий случайный характер оползневых процессов, зависящий от геометрических параметров оползня;

K_t - поправочный коэффициент, зависящий от конструкции трубопровода со сроком службы Т и оползнеопасного массива объемом до V, вероятного на данном участке с частотой λ _V за срок службы трубопровода 20≤ Т≤ 60, лет;

К_v - коэффициент, учитывающий эффект разуплотнения грунта в оползневом теле

K_v∈_{[0,8÷ 0,99];}

λ _v - повторяемость с обеспеченностью 0.05 активной фазы оползня объемом V в пределах объема оползневого массива;

[K_t] - минимальное значение поправочного коэффициента [K_t]=0.8;

k∈ [1÷ 40] - количество оползней объемом V, вероятных для срока службы Т с обеспеченностью более 0,05.