СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА В ЗОНАХ С ПОВЫШЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТЬЮ Российский патент 2005 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении подземных магистральных трубопроводов в зонах с повышенной сейсмичностью.

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. Задача эта усугубляется условиями строительства трубопроводных магистралей в районах Севера, Средней Азии, а также возрастанием диаметров магистральных трубопроводов и рабочих давлений в них.

С вопросами надежности связаны условия эксплуатации магистральных трубопроводов, вытекающие из характера местности, наличия естественных и искусственных преград и технологических особенностей работы.

Известно, что трубопроводы, прокладываемые в районах с сейсмичностью 7 баллов и выше, следует проектировать с учетом дополнительных требований, предъявляемых нормативными документами по строительству сооружений в этих условиях. Прокладка и эксплуатация газопроводов на таких грунтах во многих случаях затрудняется из-за постоянных повреждений труб, происходящих благодаря движению грунтовых масс, слагающих такие участки.

В одних случаях при движении грунтовых масс образуются трещины, сбросы, провалы и оползни, иногда перемещение грунта принимает катастрофические размеры. В других случаях происходят лишь небольшие и незаметные для глаза деформации грунта без образования трещин - пластические деформации. Движения второго вида (пластические деформации) происходят несравненно чаще, чем движения первого вида, причем пластические деформации почти всегда предшествуют движениям первого вида.

Большинство повреждений трубопроводов, проложенных на таких участках, происходит благодаря пластическим деформациям и сопровождаются течью перекачиваемого продукта, которую иногда не сразу можно заметить, причем вытекающий из трубопровода продукт насыщает окружающий грунт, что ведет к усилению деформаций и более сильным повреждениям.

Анализ инженерных решений, обеспечивающих строительство магистральных трубопроводов в зонах с повышенной сейсмичностью, показал, что предлагаемые решения можно условно классифицировать по следующим типам:

- создание искусственных оснований различного вида под трубопроводом, включая различные опорные элементы;

- создание в трубопроводе предварительных напряжений за счет монтажных изгибов трубопровода, которые при эксплуатационных перемещениях трубопровода совместно с грунтами обеспечивают придание трубопроводу новой эксплуатационной формы, что вызывает в нем эксплуатационные напряжения, противоположные по знаку предварительным монтажным, тем самым их компенсируя.

Из уровня техники известен способ прокладки трубопровода на оползневых склонах, при котором для предупреждения повреждений трубопровода при небольших деформациях грунта трубопровод свободно подвешен к перекрытию штольни, выполненной в грунте (cм. SU 47610 А, 30.07.1936). Известное решение сложно, трудоемко и требует значительных затрат материальных ресурсов.

Известен способ прокладки трубопровода, обеспечивающий его сейсмостойкость при прокладке на грунтовом основании с различными свойствами по длине трубопровода. Между участками, характеризующимися резким изменением свойств грунта (например, участок выхода подводного трубопровода на берег), выполняют промежуточный участок с относительным коэффициентом упругого основания, определяемым из соотношения, учитывающего коэффициенты упругого основания всех участков, геометрию трубопровода и его физико-механические характеристики (см. SU 1303786 А1, 15.04.1987). Способ трудоемок и не обеспечивает необходимой надежности в виду необходимости учета значительного количества факторов, имеющих широкий диапазон количественных характеристик.

Известен способ прокладки подземного трубопровода в просадочных грунтах в зонах с повышенной сейсмичностью, решающий задачу, - повышение эксплуатационной надежности трубопровода путем создания дополнительных опорных площадок для трубопровода и его укладки в виде пространственной ступенчатой спирали, поглощающей сейсмические колебания.

Способ осуществляют следующим образом. Отрывают траншею, расширяют ее с образованием продольных полок в боковых стенках траншеи, после чего укладывают трубопровод, который образует ступенчатую спираль, в плане уложенную “змейкой” и опирающуюся в местах поворота последовательно на полки и дно траншеи. При этом горизонтальные звенья укладывают на боковые полки и дно траншеи, соединяют горизонтальные звенья наклонными. После укладки и монтажа трубопровода производят засыпку траншеи (см. SU 1492149 А1, 07.07.1989). Способ требует повышенного расхода металлических труб, сложен в реализации и весьма трудоемок.

Анализ сейсмических воздействий на трубопроводы помог установить, что особенности передачи сейсмических воздействий на трубопроводы и характер их работы существенно зависят от системы прокладки трубопровода и его взаимодействия с окружающим грунтом.

Из уровня техники известно, что наибольшие воздействия на трубопровод оказывают сейсмические волны, направление распространения которых совпадает с направлением трубопроводов. Так установлено, что наибольшее число разрушений происходит на трубопроводах, направление которых совпадает с направлением распространения сейсмических волн, при этом указанные разрушения обусловлены растягивающими усилиями, возникающими в защемленных в грунте трубопроводах.

Как правило, подземные трубопроводы не рассчитываются на действие сейсмических волн или их составляющих, направленных нормально к продольной оси трубопровода.

Установлено, что величины деформаций и напряжений в трубопроводе во многом определяются характером взаимодействия грунта и трубопровода, что в свою очередь зависит от параметров сейсмических волн, конструктивных особенностей трубопровода, физико-механических свойств грунта, плотности засыпки траншеи, характера передачи сил трения и других усилий от грунта на трубопровод.

При этом установлено, что сравнительно небольшие смещения трубопровода в конструкциях, обеспечивающих его податливость, не вызывают повреждений трубопровода.

Известен способ прокладки подземного трубопровода на сейсмоопасных участках трассы, заключающийся в укладке трубопровода в траншею и использовании специальных оберток трубопровода с засыпкой траншеи рыхлым грунтом или специальным материалом с малым коэффициентом сцепления и с небольшим объемным весом (см. “Сейсмостойкость магистральных трубопроводов и специальных сооружений нефтяной и газовой промышленности” ред. САВИНОВ О.А., Москва, “Наука”, 1980, стр.102). Указанное решение является наиболее близким к заявленному изобретению.

Известный способ прокладки трубопровода обеспечивает его подвижность за счет снижения степени защемления трубопровода в грунте.

Однако нанесение на трубопровод специальных оберток в известном решении в полевых условиях является процессом не технологичным и трудоемким. Кроме того, засыпка траншеи рыхлым грунтом или специальным материалом с малым коэффициентом сцепления и с небольшим объемным весом отрицательно скажется на работе трубопровода при изменении в нем давления, температурных воздействиях, то есть при основных эксплуатационных воздействиях.

Таким образом, существует задача создания способа подземного трубопровода, которая устраняет защемление трубопровода в грунте и обеспечивает возможность смещения грунта относительно трубопровода без его значительных деформаций, разрушений изоляции и самого трубопровода в случае воздействия на него сейсмических волн.

Указанная задача решается тем, что в способе прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью, заключающемся в отрывке траншеи, укладке в нее трубопровода и засыпке траншеи грунтом с предварительным нанесением на трубопровод оберток для снижения степени защемления трубопровода в грунте, причем обертку выполняют из “скального листа”, для чего последний предварительно заводят под трубопровод, сгибают с перекрытием продольных кромок “скального листа” и скрепляют их внахлест с образованием из “скального листа” канала, при этом между наружной поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью указанного канала создают расчетной величины зазор.

В частных случаях выполнения способа “скальный лист” выполняют из эластичного пористого материала в виде одно или двухслойного листа, который предварительно пропитывают карбамидоформальдегидной смолой с отвердителем с последующим отверждением, при этом “скальный лист” выполняют из нетканого синтетического материала (НСМ).

Использование канала для прокладки подземного трубопровода обеспечивает его подвижность за счет снижения степени защемления трубопровода в грунте. Выполнение канала из “скального листа” упрощает технологический процесс сооружения подземного трубопровода, обеспечивает необходимую долговечность его конструкции. В качестве бандажей используют отожженную проволоку, упаковочную ленту и т.п. упаковочные материалы.

На участках горизонтальных углов поворота трассы трубопровода следует отрывать траншею с пологими откосами, для чего крутизну откосов назначают меньшей величины угла естественного откоса для данного типа грунтов.

При грунтах засыпки, склонных к быстрому уплотнению, следует выстилать пологие откосы материалом с пониженным коэффициентом сцепления с грунтом засыпки, например геотекстильным материалом с термофиксированной, обращенной к грунту засыпки поверхностью.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен уложенный в траншею трубопровод.

Способ осуществляют следующим образом. В зоне с повышенной сейсмичностью отрывают траншею 1. Для снижения степени защемления трубопровода 2 в грунте 3 на трубопровод предварительно наносят обертку 4, которую выполняют из “скального листа”, для чего последний заводят под трубопровод, сгибают с перекрытием продольных кромок “скального листа” и скрепляют их внахлест с образованием из “скального листа” канала, при этом между наружной поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью указанного канала создают расчетной величины зазор, не превышающий 10-15 мм.

“Скальный лист” выполняют из эластичного пористого материала - нетканого синтетического материала (НСМ) в виде одно или двухслойного листа, который предварительно пропитывают карбамидоформальдегидной смолой с отвердителем с последующим отверждением.

Скрепление кромок “скального листа” осуществляют посредством бандажей 5. В качестве бандажей используют отожженную проволоку, упаковочную ленту и т.п. упаковочные материалы.

Укладывают трубопровод 2 в траншею 1 и засыпают ее грунтом 3. На участках поворота трассы трубопровода 2 отрывают траншею 1 с пологими откосами 6, для чего крутизну откосов назначают меньшей величины угла естественного откоса для данного типа грунтов. При грунтах засыпки, склонных к быстрому уплотнению, выстилают пологие откосы 6 материалом 7 с пониженным коэффициентом сцепления с грунтом засыпки 3, например геотекстильным материалом с термофиксированной, обращенной к грунту засыпки поверхностью. При этом грунты засыпки, плотность которых через три года и менее составляет 70% от материнской плотности грунта, следует считать склонными к быстрому уплотнению.

Использование канала из “скального листа” для прокладки подземного трубопровода обеспечивает подвижность трубопровода за счет снижения степени его защемления в грунте. Выполнение канала из “скального листа” упрощает технологический процесс сооружения подземного трубопровода, обеспечивает необходимую долговечность его конструкции.

Изобретение относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при прокладке магистральных трубопроводов в зонах с повышенной сейсмичностью. Отрывают траншею, укладывают в нее трубопровод и засыпают траншею грунтом с предварительным нанесением на трубопровод оберток для снижения степени защемления трубопровода в грунте. Обертку выполняют из “скального листа”, который заводят под трубопровод, сгибают с перекрытием продольных кромок “скального листа” и скрепляют их внахлест с образованием из “скального листа” канала. Между наружной поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью канала создают расчетной величины зазор. “Скальный лист” выполняют из эластичного пористого материала в виде одно или двухслойного листа, который предварительно пропитывают карбамидоформальдегидной смолой с отвердителем с последующим отверждением. “Скальный лист” выполняют из нетканого синтетического материала. На участках горизонтальных углов поворота трассы трубопровода отрывают траншею с пологими откосами, для чего крутизну откосов назначают меньшей величины угла естественного откоса для данного типа грунтов. Изобретение повышает надежность трубопровода. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью, заключающийся в отрывке траншеи, укладке в нее трубопровода и засыпке траншеи грунтом с предварительным нанесением на трубопровод оберток для снижения степени защемления трубопровода в грунте, отличающийся тем, что обертку выполняют из “скального листа”, для чего последний заводят под трубопровод, сгибают с перекрытием продольных кромок “скального листа” и скрепляют их внахлест с образованием из “скального листа” канала, при этом между наружной поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью указанного канала создают расчетной величины зазор.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что “скальный лист” выполняют из эластичного пористого материала в виде одно- или двухслойного листа, который предварительно пропитывают карбамидоформальдегидной смолой с отвердителем с последующим отверждением.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что “скальный лист” выполняют из нетканого синтетического материала (НСМ).4. Способ по п.1, отличающийся тем, что продольные кромки “скального листа” скрепляют бандажами.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на участках горизонтальных углов поворота трассы трубопровода отрывают траншею с пологими откосами, для чего крутизну откосов назначают меньшей величины угла естественного откоса для данного типа грунтов.