ПОЛИМЕРНО-ПАНЕЛЬНОЕ АНКЕРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ППА) МУХАМЕТДИНОВА Российский патент 2005 года по МПК F16L1/06 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении магистральных трубопроводов в мерзлых и скальных грунтах.

Магистральные трубопроводы проходят в разных географических зонах, различающихся рельефом, климатическими особенностями, наличием естественных и искусственных препятствий. Все это требует абсолютной надежности конструкций таких ответственных сооружений как магистральные трубопроводы, обеспечения их длительной и безаварийной эксплуатации. С вопросами надежности связаны условия эксплуатации магистральных трубопроводов, вытекающие из характера местности, наличия естественных и искусственных преград и технологических особенностей работы.

Задача эта усугубляется условиями строительства трубопроводных магистралей в районах Севера, а также с возрастанием диаметров магистральных трубопроводов и рабочих давлений в них. Так при производстве работ по вскрытию газопровода растепленный грунт из траншеи удаляют в отвал, где в условиях Севера он смерзается в течение нескольких часов. Известно, что мерзлые грунты по твердости приравниваются к скальным грунтам. После выполнения ремонтных работ засыпка грунта из отвала в траншею становится затруднительной. Наиболее распространенным методом рыхления в этих условиях является механизированный способ: клином дизель молота, навешенного на экскаватор, трактор или тракторный погрузчик, а также тракторами, оборудованными барами с резцами или клыком, землеройно-фрезерными машинами, посредством многократного прохода по мерзлому грунту гусеничными бульдозерами.

При незначительных объемах работ мерзлый грунт рыхлят вручную - ломами, кувалдами с использованием клиньев. Всем перечисленным методам присущ общий недостаток - мерзлый грунт содержит большое количество крупных кусков, превышающих по размеру предельно допустимые для условий засыпки траншеи трубопровода из-за опасности повреждения его изоляции.

Практика показала, что использование мерзлого крупнокускового грунта при засыпке его в емкости балластирующих трубопровод утяжелителей, особенно полимерно-контейнерного типа, приводит к повреждению их днищ и стенок, выполненных из полимерного материала.

Из уровня техники известен утяжелитель для прокладки подземного трубопровода, содержащий симметрично навешенную на трубопровод и заполненную грунтом пару емкостей, каждая из которых составлена из жесткой рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала, контейнера (SU 769178 А, 1978, F 16 L 1/06).

Известные утяжелители используют при групповой балластировке трубопроводов, при этом утяжелители в группе скрепляют за торцовые поперечины рамок. Недостатком известного решения является повышенный расход материала на торцовые стенки контейнеров, поскольку обе примыкающие стенки контейнеров выполняют одну функцию - являются разделителями для грунта засыпки, а также недостаточная механическая прочность контейнеров.

Аналогом заявленного изобретения является утяжелитель трубопровода, известный из патента RU 2164636 С1, 27.03.2001, F 16 L 1/06.

Утяжелитель содержит пару емкостей, составленных из жесткой плоской рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала контейнера. Емкости выполнены многосекционными вдоль оси трубопровода, секции отделены от соседних промежуточными поперечными стенками и рамными распорками. Емкости утяжелителя соединены между собой налагаемой на трубопровод связью - силовыми поясами, изготовленными из гибкого материала и закрепленными концами на внешних прогонах рамок. При установке утяжелителей под действием грунта засыпки полотнища, образующие емкости, деформируются и между соседними в группе утяжелителями возникают клиновидные зазоры, в которые просыпается балластирующий грунт засыпки, а также недостаточная механическая прочность контейнеров при загрузке в них мерзлого дробленого грунта.

Наиболее близким к заявленному изобретению является утяжелитель трубопровода, известный из SU 1067284 А, 15.01.1984, F 16 L 1/06. Известный утяжелитель содержит размещенные симметрично относительно продольной оси трубопровода емкости с жесткими прямоугольными каркасами из прутка. Стенки емкостей подвешены к каркасам и выполнены из единой полосы гибкого материала. Утяжелитель снабжен парой гибких перемычек, прикрепленных концами к наружным углам каркасов. Гибкие перемычки и образующая стенки емкостей полоса гибкого материала соединены в средней части, налагаемой на верхнюю образующую трубопровода. Недостатком известного решения является недостаточная надежность днища емкостей, повышенная металлоемкость, возможность высыпания грунта засыпки через боковые стороны емкостей. Наклонное положение рамок емкостей при использовании мерзлого крупнокускового грунта в качестве балластирующего материала не позволяет использовать полностью объем емкостей как пригрузов для трубопровода.

Таким образом, существует задача по созданию балластирующего устройства, обладающего повышенной надежностью в условиях Севера при использовании мерзлого крупнокускового грунта в качестве балластирующего материала и позволяющего в полной мере использовать полезный объем емкостей утяжелителя для закрепления магистрального трубопровода в проектном положении, а также обеспечивающего полное вовлечение в работу грунта засыпки траншеи и повышение технологичности балластировки трубопровода.

Указанная задача решается тем, что в полимерно-панельном анкерующем устройстве (ППА) Мухаметдинова, содержащем пару симметричных относительно продольной оси трубопровода заполняемых балластирующим грунтом и выполненных из полотнищ гибкого материала емкостей, соединенных налагаемыми на трубопровод силовым поясом и гибкими силовыми перемычками, прикрепленными к наружным продольным сторонам жестких плоских прямоугольных рамок, образующих каркас емкостей и контактирующих с трубопроводом ниже его средних образующих внутренними продольными сторонами плоских прямоугольных рамок, согласно изобретению ППА снабжено дополнительной, расположенной над силовым поясом и огибающей внутренние продольные стороны плоских рамок накладкой, края которой повторно укладываются на трубопровод и соединены с нахлестом над верхней образующей трубопровода, а поперечные трубопроводу размеры емкостей превышают нормативную ширину траншеи, располагаются в отрытых с расчетным шагом в траншее приямках без передачи на их дно веса балластирующего грунта в емкостях, причем емкости снабжены боковинами и выполнены коробчатой формы, для чего боковины скреплены нижними кромками с днищем, а верхними кромками посредством проушин - с поперечными сторонами плоских прямоугольных рамок емкостей, при этом дно емкостей и силовой пояс выполнены из единого, налагаемого на трубопровод полотнища гибкого материала, проходящего под внутренними продольными сторонами плоских рамок и закрепленного на их внешних продольных сторонах краями посредством проушин, гибкие силовые перемычки выполнены в виде многослойных лент, концы которых снабжены проушинами, а сдвоенное полотнище накладки, силовой пояс и внешние силовые перемычки скреплены в налагаемой на трубопровод их средней части, причем угол между плоскостями жестких плоских прямоугольных рамок емкостей не превышает 180 градусов. Кроме того, дополнительные торцовые стенки скреплены с боковинами емкостей.

В частном случае выполнения ППА гибкие силовые перемычки снабжены скрепленными с ними дополнительными торцовыми стенками с возможностью заведения их внутрь емкостей. В частных случаях выполнения ППА жесткие плоские прямоугольные рамки выполнены сборно-разборными из трубчатых элементов, а также сдвоенными в продольном относительно трубопровода направлении.

В указанном частном случае выполнения ППА накладка, силовой пояс, гибкие силовые перемычки выполнены сдвоенными в продольном относительно трубопровода направлении и соединены проушинами соответственно с каждой из сдвоенных жестких плоских прямоугольных рамок.

В последнем случае выполнения ППА смежные кромки сдвоенных в продольном направлении и образующих днища емкостей полотнищ силовых поясов скреплены между собой.

Трубчатые элементы каркаса жестких плоских рамок обеспечивают удобство транспортирования и сборки при закреплении трубопровода на проектных отметках.

Выполнение дополнительной накладки из сдвоенного полотнища, закрепление ее концов на внутренних (нижних) продольных сторонах плоских рамок, а выполнение гибких силовых перемычек в виде многослойной ленты с проушинами, закрепленными на наружных (верхних) продольных сторонах плоских рамок, повышает надежность закрепления устройства на трубопроводе, разгружает продольные стороны жестких плоских прямоугольных рамок от изгибающих нагрузок, возникающих при заполнении емкостей балластирующим грунтом.

Наличие торцовых стенок емкостей и скрепленных с гибкими силовыми перемычками дополнительных торцовых стенок повышает надежность закрепления трубопровода за счет более полного заполнения объема устройства грунтом и устраняет высыпание грунта засыпки через торцы утяжелителя.

Коробчатая форма емкостей ППА предотвращает повреждение материала днищ емкостей при засыпке их грунтом, создает при этом первоначальное стабилизирующее положение ППА на трубопроводе и позволяет использовать в дальнейшем грунт с включениями крупных кусков.

Размещение заполненных грунтом емкостей в засыпанных грунтом обратной засыпки приямках с образованием угла между плоскостями жестких плоских прямоугольных рамок емкостей, не превышающего 180 градусов, превращает ППА в анкерную заглубленную в грунт плиту, которая воспринимает выдергивающее усилие, равное массе заполненного грунтом ППА и массе столба грунта засыпки над ППА (конуса или цилиндра выпирания). Такие анкерные плиты работают на изгиб от сил реактивного отпора грунта при эксплуатационном перемещении вверх трубопровода. С целью снижения материалоемкости ППА выполнено в виде мембран, натянутых на жесткие плоские прямоугольные рамки, при этом основной несущий элемент - мембраны (емкости) работают только на растяжение. Анкерные мембраны-емкости благодаря своей корытообразной форме обеспечивают симметричное и центральное приложение нагрузок к ППА.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображено устройство в плане; на фиг.2 - вид А на фиг.1 (повернуто).

ППА Мухаметдинова располагается в отрытых с расчетным шагом (10-20 м) приямках в траншее нормативной ширины (1,5 диаметра трубопровода) и содержит налагаемый на трубопровод 1 силовой пояс 2 и прикрепленные к его продольным относительно оси трубопровода кромкам пары плоских жестких рамок 3. С рамками связаны заполняемые балластирующим грунтом 4 емкости 5 из гибкого материала силового пояса.

Продольные кромки гибких полотнищ дна 6 емкостей 5 скреплены с наружными относительно трубопровода продольными сторонами 7 (прогонами) плоских жестких рамок 3 проушинами 8, в которых выполнены вырезы для размещения проушин гибких силовых перемычек. В наружных углах рамок 3 на расстоянии 100-300 мм от боковых торцов зафиксированы также проушины гибких силовых перемычек 9. Дно 6 емкостей и силовой пояс 2 выполнены из единого, налагаемого на трубопровод полотнища гибкого материала, проходящего под внутренними продольными сторонами 10 плоских рамок 3. ППА снабжено дополнительной, расположенной над силовым поясом 2, огибающей внутренние продольные стороны 10 плоских рамок 3 накладкой 11. Силовой пояс, накладка и гибкие силовые перемычки изготовлены из технической ткани, например ТБГ, с прочностью на разрыв не менее 300 кг/5 см (образец шириной 5 см).

Гибкие силовые перемычки 9 изготовлены в виде многослойных поясов с проушинами на концах, в которые вставлены элементы плоских рамок 3 - наружные продольные стороны 7. Силовой пояс 2, сдвоенное полотнище дополнительной накладки 11 и гибкие силовые перемычки 9 соединены в своих налагаемых на трубопровод 1 средних частях. К образующему дно емкостей 5 полотнищу пришиты торцовые стенки 12 емкостей 5, соединенные проушинами с поперечными элементами 13 плоских рамок 3 с образованием коробчатой формы емкостей 5.

С гибкими силовыми перемычками 9 соединены выполненные в виде косынок из технической ткани дополнительные торцовые стенки 14, которые при балластировке заводятся внутрь емкостей 5 с прилеганием к торцевым стенкам 12.

Емкости 5 симметрично навешены на трубопровод 1. Прогоны - продольные стороны 7, 10 плоских жестких рамок 3, их торцовые элементы - поперечины 13 (распорки) выполнены из трубчатых элементов. Такое выполнение плоских жестких рамок упрощает их транспортирование и монтаж. Плоские жесткие рамки являются силовыми несущими элементами емкостей ППА. Устойчивость ППА на трубопроводе обеспечивается размером нижнего полотнища - силового пояса, налагаемого на трубопровод, когда плоские жесткие рамки контактируют своими нижними продольными сторонами с поверхностью трубопровода ниже его горизонтального диаметра. Соотношение длин силового пояса, дополнительной накладки и гибких силовых перемычек обеспечивает размещение рамок, при котором их наружные продольные стороны - прогоны не выступают над верхней образующей трубопровода, а днища емкостей ППА располагаются в положении, близком к горизонтальному. Емкости утяжелителя заполняют грунтом последовательно, желательно симметрично, что препятствует перекосу емкостей. Изгибная в плоскости плоских жестких рамок нагрузка воспринимается их металлическим каркасом. Объем грунта, вмещаемый одним устройством, в зависимости от диаметра трубопровода составляет от 1,0 до 4 куб.м.

Частным случаем прокладки трубопровода является выполнение в траншее увеличенной длины приямков, что характерно для льдистых грунтов в условиях севера. В этом случае целесообразно использование ППА с увеличенным размером емкостей под балластирующий грунт, для чего жесткие плоские рамки 3 выполняют увеличенной длины со сдвоенными поперечными распорками в их средней части. В указанном частном случае выполнения ППА накладка, силовой пояс, силовые перемычки выполнены сдвоенными в продольном относительно трубопровода направлении и соединены проушинами соответственно с каждой из сдвоенных жестких плоских прямоугольных рамок, а смежные кромки сдвоенных в продольном направлении и образующих днища емкостей полотнищ силовых поясов скреплены между собой.

Для более полного использования объема утяжелителя гибкие силовые перемычки 9 снабжают верхними дополнительными торцовыми стенками 14, которые препятствуют высыпанию грунта из ППА. После заполнения емкостей ППА и засыпки грунтом трубопровода с образованием угла естественного откоса осуществляют засыпку траншеи и приямков грунтом с любым размером кусков. По мере заполнения емкостей и траншеи грунтом засыпки происходит расчетное удлинение текстильного материала ППА, и жесткие плоские прямоугольные рамки емкостей из наклонного положения переходят в положение близкое к горизонтальному, с образованием угла между плоскостями жестких плоских прямоугольных рамок емкостей, не превышающего 180 градусов, что превращает ППА в анкерную заглубленную в грунт плиту, которая воспринимает выдергивающее усилие, равное массе заполненного грунтом ППА и массе столба грунта засыпки над ППА (конуса или цилиндра выпирания).

ППА работает на изгиб от сил реактивного отпора грунта при эксплуатационном перемещении вверх трубопровода, при этом выполненные в виде мембран, натянутых на жесткие плоские прямоугольные рамки, емкости работают только на растяжение, а жесткие плоские прямоугольные рамки емкостей работают на изгиб. Анкерные мембраны - емкости благодаря своей корытообразной форме обеспечивают симметричное центральное приложение нагрузок на ППА.

Изобретение технологично при изготовлении из-за незначительного собственного веса и простой сборки, удобно при транспортировании и монтаже на трубопроводе, а также эффективно при различной прокладке и эксплуатации трубопроводов. Повышает надежность балластировки трубопровода и устраняет возможность повреждения его изоляции в процессе строительства и эксплуатации.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при прокладке магистральных трубопроводов в мерзлых и скальных грунтах. ППА содержит пару симметричных относительно трубопровода и заполняемых балластирующим грунтом емкостей, соединенных налагаемыми на трубопровод силовым поясом и гибкими силовыми перемычками, прикрепленными к наружным продольным сторонам жестких прямоугольных рамок, образующих каркас емкостей и контактирующих с трубопроводом ниже его средних образующих. ППА снабжено расположенной над силовым поясом и огибающей внутренние продольные стороны рамок накладкой, края которой повторно уложены на трубопровод и соединены с нахлестом над верхней образующей трубопровода. Поперечные трубопроводу размеры емкостей превышают нормативную ширину траншеи, располагаются в отрытых в траншее с расчетным шагом приямках без передачи на их дно веса балластирующего грунта в емкостях, которые снабжены боковинами и выполнены коробчатой формы. Дно емкостей и силовой пояс выполнены из единого полотнища гибкого материала, проходящего под внутренними продольными сторонами плоских рамок и закрепленного на их внешних продольных сторонах. Накладка, силовой пояс и гибкие силовые перемычки скреплены в налагаемой на трубопровод их средней части, а угол между плоскостями жестких рамок емкостей не превышает 180 градусов. Повышает надежность закрепления трубопровода на проектных отметках. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Полимерно-панельное анкерующее устройство (ППА), содержащее пару симметричных относительно продольной оси трубопровода заполняемых балластирующим грунтом и выполненных из полотнищ гибкого материала емкостей, соединенных налагаемыми на трубопровод силовым поясом и гибкими силовыми перемычками, прикрепленными к наружным продольным сторонам жестких плоских прямоугольных рамок, образующих каркас емкостей и контактирующих с трубопроводом ниже его средних образующих внутренними продольными сторонами, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной, расположенной над силовым поясом и огибающей внутренние продольные стороны плоских рамок накладкой, края которой повторно укладываются на трубопровод и соединены с нахлестом над верхней образующей трубопровода, при этом поперечные трубопроводу размеры емкостей превышают нормативную ширину траншеи, располагаются в отрытых в траншее с расчетным шагом приямках без передачи на их дно веса балластирующего грунта в емкостях, причем емкости снабжены боковинами и выполнены коробчатой формы, для чего боковины скреплены нижними кромками с днищем, а верхними кромками посредством проушин - с поперечными сторонами рамок емкостей, при этом дно емкостей и силовой пояс выполнены из единого, налагаемого на трубопровод полотнища гибкого материала, проходящего под внутренними продольными сторонами плоских рамок и закрепленного на их внешних продольных сторонах краями посредством проушин, гибкие силовые перемычки выполнены в виде многослойных лент, концы которых снабжены проушинами, а сдвоенное полотнище накладки, силовой пояс и гибкие силовые перемычки скреплены в налагаемой на трубопровод их средней части, причем угол между плоскостями жестких плоских прямоугольных рамок емкостей не превышает 180°.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что жесткие плоские прямоугольные рамки выполнены сдвоенными в продольном относительно трубопровода направлении.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что накладка, силовой пояс, гибкие силовые перемычки выполнены сдвоенными в продольном относительно трубопровода направлении и соединены проушинами соответственно с каждой из сдвоенных жестких плоских прямоугольных рамок.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что смежные кромки сдвоенных в продольном относительно трубопровода направлении полотнищ силовых поясов, образующих днища емкостей, скреплены между собой.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что жесткие плоские прямоугольные рамки выполнены сборно-разборными из трубчатых элементов.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкие силовые перемычки снабжены скрепленными с ними дополнительными торцовыми стенками с возможностью заведения их внутрь емкостей.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дополнительные торцовые стенки скреплены с боковинами емкостей.