СПОСОБ ЗАСЫПКИ УЛОЖЕННОГО В ПОДВОДНУЮ ТРАНШЕЮ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2014 года по МПК F16L1/16 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при сооружении трубопроводов на переходах через водные преграды.

В практике трубопроводного строительства используются различные способы и конструктивные решения по прокладке подводных переходов трубопроводов. Широко применяется траншейный способ прокладки по дну водоема. При данном методе прокладки используют стандартные способы засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода.

Прототипом изобретения является способ засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода (СП-108-34-97 утверждено РАО «Газпром» - Москва: 1998. - 56 с.), включающий рефулирование грунта земснарядами по пульпопроводу, или сброс грунта саморазгружающимися шаландами, или сброс грунта из барж путем выгрузки его грейфером, или перекачивание грунта из барж.

Недостатком прототипа является то, что засыпка ведется последовательно, а грунт, попадая в воду, вызывает увеличение удельной массы воды ρ_в=1100 кг/м³ до удельной массы пульпы, которая доходит до значения ρ_п=1400 кг/м³. Вследствие чего возрастает выталкивающая сила, трубопровод поднимается и после завершения засыпки оказывается выше проектной отметки.

Задачей изобретения является рационализация засыпки, при которой устраняется возможность выхода трубопровода из проектного положения.

Поставленная задача решается тем, что при способе засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода, включающем рефулирование грунта земснарядами по пульпопроводу, или сброс грунта саморазгружающимися шаландами, или сброс грунта из барж путем выгрузки его грейфером, или перекачивание грунта из барж, согласно изобретению трубопровод закрепляют перемычками протяженностью l и расстоянием между ними L, значения которых получают расчетным путем, затем производят засыпку трубопровода между полученными перемычками с последующей засыпкой оставшихся частей трубопровода. Кроме того, в качестве перемычек на трубопровод временно устанавливают железобетонные или металлические пригрузы на расстоянии k между ними, значение которого определяется расчетным путем.

На фиг.1 представлен порядок засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода перемычками, на фиг.2 представлены варианты конструкций железобетонного или металлического пригруза, используемого при засыпке подводного трубопровода, на фиг.3 представлена схема расстановки железобетонных или металлических пригрузов при засыпке, где 1 - забалластированный трубопровод, 2 - железобетонный или металлический пригруз.

Способ засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода заключается в следующем. Уложенный в подводную траншею забалластированный трубопровод 1 засыпается перемычками согласно порядку, представленному на фиг.1, протяженностью l и расстоянием между ними L, значения которых получают расчетным путем. Ограничение по протяженности перемычки в l метров обеспечивает отсутствие возможности всплытия трубопровода в начальный период засыпки, а сами перемычки №1 не дают возможности трубопроводу всплыть при дальнейшей засыпке последующих участков №11-№111 между перемычками.

Зная, что максимальный допустимый прогиб в середине пролета y=f_max=100 мм, расстояние между перемычками L и протяженность самих перемычек I можно определить, решив уравнение:

$$f_{\max }=\frac{1}{EI\left(2l+\frac{2q_{гр}l}{q}\right)}\left[\begin{array}{c}\left(q+q_{гр}\right)\frac{\left(l+\frac{2q_{гр}l}{q}\right)}{24}-q_{гр}\frac{\left(2l+\frac{2q_{гр}l}{q}\right)}{24}\\ -\left(q+2q_{гр}\right)\frac{l^4}{24}\end{array}\right]\left(l+\frac{\frac{2q_{гр}l}{q}}{2}\right)$$

$$+\frac{1}{EI}\left[q_{гр}\frac{\left(l+\frac{q_{гр}l}{q}\right)}{24}-\left(q+q_{гр}\right)\frac{\left(\frac{q_{гр}l}{q}\right)}{24}\right],\left(\text{1}\right)$$

где q - распределенная нагрузка, воздействующая на подводный трубопровод вследствие его засыпки грунтом и увеличением удельной массы (плотности) воды с грунтом на величину Δρ_в и определяемая по формуле, Н/м:

$$q=n_{п}\frac{\pi D_{н.ф}^2}{4}\Delta {\rho }_{в}g,\left(\text{2}\right)$$

где n_п - коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1;

D_н.ф - наружный диаметр изолированного, футерованного трубопровода, м;

Δρ_в - изменение плотности воды при засыпке трубопровода, погруженного в воду, различными грунтами (определяется инженерными изысканиями, натурными экспериментальными исследованиями, а при их отсутствии принимается для наиболее неблагоприятного случая равным Δρ_в=300 кг/м³);

g - ускорение свободного падения, м/с²;

q_гр - распределенная нагрузка от действия грунта (с учетом архимедовой силы, действующей на него), Н/м:

$$q_{гр}=\left({\gamma }_{гр}-{\gamma }_{в}\right)D_{н.ф}{h}_0,\left(\text{3}\right)$$

γ_гр - удельный вес грунта в воздухе, Н/м;

γ_в - удельный вес воды, принимается равным /ц=11000 Н/м³;

h₀ - глубина заложения трубопровода от дна водоема до верхней образующей, м;

Е - модуль упругости материала трубы, МПа;

I - осевой момент инерции сечения трубы, м⁴:

$$I=\frac{\pi }{64}\left(D_{н}^4-D_{вн}^4\right).\left(\text{4}\right)$$

Решение данного уравнения вполне легко получить при помощи программы Microsoft Office Excel.

Второй вариант способа засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода заключается во временной установке на период проведения работ по засыпке трубопровода железобетонных или металлических пригрузов 2 на забалластированном трубопроводе 1 на расстоянии k между ними, как представлено на фиг.3. После окончания работ по засыпке трубопровода железобетонные или металлические пригрузы 2 демонтируются, т.е. их применение носит многоразовый характер, тем самым удорожание проведения работ по засыпке не значительно. Размеры железобетонного или металлического пригруза, масса m_п, а также расстояние между пригрузами k определяются расчетами.

Возможный перекрываемый пролет, т.е. расстояние между металлическими или железобетонными пригрузами определяется по формуле:

$$k=\sqrt[4]{\frac{384f_{\max }EI}{q}},\left(\text{5}\right)$$

где f_max - максимальный прогиб в середине пролета, допустимое отклонение оси трубопровода от проектного положения, f_max=100 мм.

Массу пригруза m_п определяется по формуле:

$$m_{п}=\frac{n_{п}\frac{\pi D_{н.ф}^2}{4}\Delta {\rho }_{в}\frac{k}{2}}{1-n_{п}\frac{{\rho }_{в.г}}{{\rho }_{п}}},\left(\text{6}\right)$$

где ρ_в.г - плотность воды при засыпке грунтом;

ρ_п - плотность материала пригруза (стали, чугуна или железобетона).

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при сооружении трубопроводов на переходах через водные преграды. В предложенном способе подводный трубопровод закрепляют перемычками протяженностью l и расстоянием между ними L, значения которых получают расчетным путем. Затем производят засыпку трубопровода между полученными перемычками. После этого засыпают оставшиеся участки трубопровода. В качестве перемычек на трубопровод могут быть временно установлены железобетонные или металлические пригрузы на расстоянии k между ними, значение которого определяется расчетным путем. Технический результат: рационализация засыпки, при которой снижается возможность выхода трубопровода из проектного положения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода, включающий рефулирование грунта земснарядами по пульпопроводу, или сброс грунта саморазгружающимися шаландами, или сброс грунта из барж путем выгрузки его грейфером, или перекачивание грунта из барж, отличающийся тем, что трубопровод закрепляют перемычками протяженностью l и расстоянием между ними L, значения которых получают расчетным путем, затем производят засыпку трубопровода между полученными перемычками с последующей засыпкой оставшихся частей трубопровода.

2. Способ засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода по п.1, отличающийся тем, что в качестве перемычек на трубопровод временно устанавливают железобетонные или металлические пригрузы на расстоянии k между ними, значение которого определяется расчетным путем.