Занурення трубопроводу в траншею

Трубопровід зразу ж після встановлення у створ опускають у траншею. При цьому необхідно, щоб трубопровід занурювався плавно, без коливань у вертикальній площині і час занурення був мінімальним.

Занурення в траншею може бути виконано за двома схемами. Якщо занурюють трубопровід, що має додатну плавучість, то його занурюють заливом води в середину труби. Якщо плавучість від’ємна, то він утримується на плаву понтонами, а занурюється послідовною їх відстроповкою.

При зануренні затопленням, воду у трубу заливають з більш низького берега, а на іншому березі встановлюють вантуз для виходу повітря з трубопроводу.

Заливають воду насосами, що мають подачу до 200 м³/год. Під час заливання уважно слідкують за утворенням початкової ділянки перехідної кривої. В цей час вода повинна подаватися повільно, щоб уникнути перелому, що дуже небезпечно, оскільки, при швидкому переміщенні води у середині труби можуть виникнути коливання трубопроводу в вертикальній площині. Схема створення перехідної кривої при деформуванні трубопроводу наведена на рис.7.15.

Рисунок 7.15 – Формування перехідної прямої

В момент заливання утворюється прогин 2. Якщо дуже швидко подавати воду, то вода може переливатися в другу частину труби, ділянка 1 спорожниться і буде виштовхнута на поверхню, що спровокує коливальний процес. Повна подача води може бути тільки при утворенні нормальної перехідної кривої (положення 3 і 4).

При зануренні трубопроводів за допомогою понтонів, відстроповка проводиться від одного берега до іншого. Є спеціальні понтони, відстроповка яких здійснюється з поверхні води, що спрощує процес занурення.

Як в першому, так і в другому випадку відтяжки, що утримують трубопровід у створі, від’єднують тільки після занурення його у траншею.

Підводний трубопровід можна укладати у траншею з плавучих засобів послідовним нарощуванням трубопроводу.

При цьому способі укладання по трасі переходу переміщується судно, на якому знаходиться головна частина трубопроводу. До цієї частини приварюють наступну трубу або секцію і ізолюють стик. Потім судно переміщується вперед, опускаючи у воду закінчену частину трубопроводу, а цикл монтажних робіт продовжується. Судно обладнане пристроями для приймання та переміщення секцій труб, зварювання і ізолювання стиків. Допоміжна баржа підвозить до судна підготовлені секції труб, зварені, за ізольовані і покриті баластом на береговій базі. Завантаження секцій на естакаду судна (баржі – трубоукладача) здійснюється краном. Довжина секцій труб, як правило, не перевищує 60-65 м і залежить від потужності піднімальних засобів. Плавуча збирально-зварювальна площадка наведена на рис. 7.16.

Рисунок 7.16 – Плавучий складально-зварювальний майданчик

Для зменшення напружень, що виникають при згині трубопроводу, що укладається на ділянці від корми судна до дна водойми, використовують різні допоміжні розвантажувальні засоби (рис. 7.17). Найбільше розповсюдженим способом розвантаження є застосування проміжних роликових опор, по яких трубопровід, що нарощується, переміщується одночасно з рухом баржі – трубоукладача. Ці роликові опори підвішені до додаткових барж, що рухаються за основним судном. При укладанні можна використовувати також розвантажувальні понтони.

Укладати підводний трубопровід можна також способом буксування секцій до місця укладання. Підготовлена на березі секція трубопроводу спускається на воду, буксирується до місця укладання і опускається у створ переходу, після зварювання і ізоляції міжсекційних стиків на баржі.

Довжина секцій вибирається максимальною в залежності від вантажопідйомності понтонів та потужності буксирів.

а – з проміжними роликовими опорами; б – з відстроповуваними понтонами; в – з понтонами, що переміщуються разом з баржою; 1 – баржа-трубоукладач; 2 – плавуча опора (баржа); 3 – роликові опори; 4 – розвантажувальний понтон;

5 – жорсткий зв'язок; 6 – буй

Рисунок 7.17 – Схема укладання трубопроводу з баржі-трубоукладача

За кордоном для укладання трубопроводів застосовують спеціальні понтони, які називають «понтонами, що дихають» (рис.7.18).

Рисунок 7.18 – Сферо-подібний понтон змінної вантажопідйомності

Сферо-подібнийсталевий понтон має знизу отвори, що забезпечують вільний доступ в нього води, а в середині камеру з гуми і нейлону, заповнені повітрям. При зануренні вода поступає всередину понтона і стискає камеру, зменшуючи її об’єм та плавучість понтона. При підніманні понтона до поверхні водойми тиск, води в камері зменшується, вона розширюється, витискаючи частину води через нижні отвори в понтоні. При цьому зі збільшенням об’єму камери плавучість (вантажопідйомність) понтона підвищується.

Поступове зменшення плавучості понтона при зануренні трубопроводу забезпечує його згин по кривій великого радіус і, відповідно, зменшує діючі напруження.

Пліть трубопроводу переміщується до місця укладання двома буксирами у відповідному положенні на глибині 15 м від поверхні води. Головна частина пліті закріплюється тросом до першого буксира, а хвостова частина пліті – до другого буксира так, що трубопровід розтягується при буксируванні. (рис. 7.19, а).

а – буксирування трубопроводу в підводному положенні;

б – опускання одного кінця трубопроводу; в – укладання трубопроводу за допомогою сферо-подібних понтонів

Рисунок 7.19 – Схема буксирування і укладання нитки трубопроводу

При прибутті до місця укладання із другого буксира опускають важкий якір, закріплений у хвостовій частині пліті. Під дією ваги якоря кінець пліті опускається на дно і одночасно з цим, включаються у роботу сферо-подібні понтони (рис. 20), зі зниженням плавучості яких, пліть трубопроводу приймає зворотну форму і плавно занурюється на дно (рис. 7.19, б).

Рисунок 7.20 – Етапи занурення підводного трубопроводу у воду шляхом заповнення водою камер сферо-подібних понтонів

Спосіб укладання секцій трубопроводу з попереднім буксируванням також широко використовується при перетині заболочених ділянок значної протяжності.

7.5.4 Розрахунок трубопроводу при укладанні з поверхні

Води

Як зазначається вище, при заливанні води утворюється перехідна ділянка.

При цьому у стінці труби виникають згинальні напруження, які можуть привести до її руйнування. Задача полягає у визначенні допустимої глибини занурення h_доп, при якій напруження в трубі будуть менші, або рівні допустимим , тобто повинна виконуватися умова:

, (7.20)

де =0, 9 − границя міцності.

Дія зовнішніх сил на трубопровід у напруженому стані, показана на рис. 7.21. Правіше від точки В (рис. 7.21, а) трубопровід заповнений водою.

а – положення трубопроводу; б – епюра зовнішніх сил, що діє на подружений трубопровід;

Рисунок 7.21 – Розрахункова схема трубопроводу при укладанні вільним зануренням з заливом води у трубу

Для вказаних у розрахунковій схемі (рис. 7.21) сил приводить до двозначного згинання вісі трубопроводу. При цьому в точках А і С значення кута повороту і згинального моменту рівні нулю, хоча для точки А це положення носить трохи умовний характер.

Таким чином, враховуючи наведені вище допущення, досить точно можна визначити згинальні моменти і напруження, що виникають в любому перерізі зігнутої частини трубопроводу.

Для наступних розрахунків введено такі основні позначення:

р − вага 1 см довжина трубопроводу, що знаходиться у воді і заповнений водою, з врахуванням виштовхувальної сили в кг;

q − піднімальна сила води на 1 см довжини трубопроводу, заповненого повітрям, в кГ; − маса води в 1 см трубопроводу в кг;

, (7.21)

де a − довжина проекцій ділянки ВС трубопроводу, заповненого водою, в см; b − довжина проекцій ділянки АС трубопроводу, заповненого водою, в см; c − довжина проекцій зігнутої ділянки трубопроводу в см; h − глибина занурення вісі трубопроводу в см; S − вага ділянки трубопроводу, який трохи при піднятий відносно плаваючої частини трубопроводу в кгс; R − реакція ґрунту, що діє на трубопровід, в кгс; I_T − момент інерції труби в см⁴; W_T − момент опору труби в см⁴; D_н − зовнішній діаметр труби в см; D_B − внутрішній діаметр труби в см; r − внутрішній радіус труби в см; r_cp − середній радіус труби в см; − об’ємна вага води в кг/см³; − товщина стінки трубопроводу в см;

Рівновага укладальної ділянки трубопроводу виражається рівняннями:

. 7.22)

. (7.23)

Для крайнього положення зігнутої вісі труби в точці А при рівняння її для ділянки ВС подано у такому вигляді:

. (7.24)

Після інтегрування його отримаємо рівняння:

, (7.25)

якщо х=0, у=0, і, відповідно, постійна інтегрування С2=0.

Таким чином,

. (7.26)

Інтегруючи рівняння 7.26 отримаємо

,

якщо х=0, у=0,, і, відповідно, постійна інтегрування С2=0.

Рівняння зігнутої вісі трубопроводу на ділянці ВС має такий вигляд:

. (7.27)

Для ділянки АВ рівняння зігнутої осі:

(7.28)

Після інтегрування отримаємо:

. (7.29)

При х=a

. (7.30)

тому постійне інтегрування

. (7.31)

Інтегруючи отримане рівняння 7.29,

(7.32)

При х=a

.

і відповідно, постійне інтегрування

. (7.33)

Із рівняння 7.23 слідує:

. (7.34)

Позначивши a+b+c і p+q= отримаємо:

. (7.35)

Якщо цей вираз підкласти у рівняння (7.29) та (7.32), то при х = с вони отримають такий вид:

. (7.36)

. (7.37)

Із рівняння (7.37) після ділення його на і заміни відношення отримаємо:

. (7.38)

Ця залежність представлена графічно на рис. 7.22 а і б.

а – при умові ; б – при умові

Рисунок 7.22 – Залежність відношення від .

Із рівняння (7.39) після ділення його на маємо:

. (7.39)

Із рівняння(7.38) отримаємо:

. (7.40)

Тоді рівняння (7.39) прийме вигляд:

. (7.41)

де . (7.42)

Найбільш на згинальний момент для ділянки ВС (7.23), якщо порівняти до нуля першу похідну рівняння (7.23), будемо мати:

, (7.43)

.

і відповідно для ділянки АВ із рівняння (7.31):

, (7.44)

при .

Із формул (7.32) і (7.43) визначаємо найбільше значення згинального моменту для ділянки ВС, коли р > q:

, (7.45)

де . (7.46)

Максимальні згинальні напруження в трубопроводі виникають в перерізі, де діє найбільший згинальний момент

. (7.47)

Для труби круглого перерізу можна прийняти з достатньою точністю.

,

, (7.48)

Маса води в 1 см довжини трубопроводу

Прийнявши для сталевих труб і для води , знаходимо максимальне напруження:

- на ділянці ВС трубопроводу

. (7.49)

- і на ділянці АВ трубопроводу

, (7.50)

де . (7.51)

Відповідно з (7.46) та (7.51) для спрощення розрахунку можна використовувати графіки зміни коефіцієнтів і в залежності від відношення (рис. 7.23).

Рисунок 7.23 – Залежність коефіцієнтів та від відношення

Глибина водойми, на яку можна укладати трубопровід способом вільного занурення з заливанням води, визначається із (7.49) і (7.50):

. (7.52)

Значення приймається в залежності від відношення за формулами (7.46) та (7.50).

При р > q найбільше напруження виникає на ділянці ВС, де трубопровід заповнений водою, в при р < q − на ділянці АВ.

Напруження, що виникають в трубопроводах при укладанні їх способом вільного занурення, визначаються в залежності від глибини водойми за графіками на рис. 7.24, а і б, складених по графіках на рис. 7.22 і 7.23.

Криві на рис. 7.22 складені для трубопроводів з відношенням , коли найбільші напруження виникають на ділянці трубопроводу, заповненого водою. На рис. 7.23 криві складені для трубопроводів з відношенням , коли найбільші напруження виникають на ділянці АВ, а не заповнена водою.

Напруження в сталевих трубопроводах (різних діаметрів), що укладаються способом вільного занурення з заливом води наведено на рис. 7.24.

Рисунок 7.24 – Напруження в сталевих трубопроводах (різних діаметрів), що укладаються способом вільного занурення з заливом води

Підводні трубопроводи, які укладають способом вільного занурення, рекомендується розраховувати в наступній послідовності:

– обчислити значення р та q для трубопроводів, які укладаються з урахуванням типу ізоляції і футерування;

– визначати значення коефіцієнта або в залежності від відношення по графіку (рис.7.23) або за формулами (7.46) і (4.49);

– обчислити відношення в залежності від заданої характеристики трубопроводу;

– визначити напруження або за формулою (7.49) або (7.51) в залежності від відношення ;

– обчислити сумарні напруження від згину, що виникають від ваги води, що заливається і гідродинамічного тиску, а також перевірити величину напруження.

7.5.5 Укладання з розвантажуючими понтонами із

заливом води в трубопровід в процесі занурення

Попередньо закріплені на трубопроводі розвантажуючи понтони створюють у трубопроводі додаткові згинальні напруження, які сумуються з поздовжніми напруженнями, що виникають при зануренні трубопроводу (рис.7.25).

Рисунок 7.25 – Вплив внутрішніх сил на трубопровід, споряджений понтонами, при укладанні вільним зануренням з заливом води

Розглядаючи трубопровід як багатопрогінну балку з опорами в місцях закріплення понтонів при рівномірно розподіленому по довжині трубопроводу навантаженні від понтонів, одержимо

, (7.53)

де − момент опору трубопроводу в см³ − коефіцієнт багатопрогінної балки (); − рівномірно розподілене навантаження.

,

де − вантажопідйомність понтона в кг; l − відстань між понтонами в см;

Трубопровід, який знаходиться на плаву з прикріпленими до нього на відстані один від одного понтонами, встановлюється у створі переходу і заповнюється водою. По мірі заповнення переходу водою трубопровід занурюється на дно разом з понтонами, що зберігають свою підйомну силу. Після укладання трубопроводу в проектне положення, відстропування понтонів виконується механічними засобами або водолазами.

Напруження в трубопроводі змінюються (в порівнянні з укладанням трубопроводів без понтонів) у відповідності з функцією , що залежить від нового відношення . Тут − вага 1 см довжини трубопроводу, що знаходиться у воді і який заповнений водою, за вираховуванням підйомної сили понтонів на 1 см довжини труби; − сума піднімальної сили води в об’ємі занурення частини труби, заповненої повітрям (плавучість трубопроводу), і піднімальної сили на 1 см довжини труби.

Навантаження на трубопровід

, (7.54)

, (7.55)

де − підйомна сила понтонів на 1 м довжини трубопроводу

.

Знаючи величину відношення , можемо визначити значення і за графіком (рис.7.23). Користуючись отриманими даними, можна знайти максимальні напруження на ділянках ВС і АВ. При укладанні трубопроводу з прикріпленими до нього понтонами, інколи в ньому утворюються повітряні мішки, що можуть пошкодити трубопровід. Це являється основним недоліком даного способу укладання трубопроводу.

7.6 Технологія спорудження морських трубопроводів

Технологія спорудження морських трубопроводів включає наступні елементи: земляні роботи, підготовку трубопроводу до укладання, укладання трубопроводу, засипання і захист від пошкоджень.

Земляні роботи виконуються при розробці траншей і на тих ділянках трубопроводу, які повинні бути заглиблені нижче від поверхні дна. У світовій практиці існують пристрої, що дозволяють розробляти ґрунт з поверхні води і в підводному положенні.

До перших відносяться плавучі земснаряди, гідромоніторні установки, грейферні землечерпачі, пневматичні та гідравлічні землесоси. До других – різного роду автономні пристрої, що працюють під водою.

Так в Італії створений землеснаряд S – 23, що може розробляти траншеї на глибині до 60 м. Розробка траншеї здійснюється фрезерним розрихлювачем глибиною до 2, 5 м при ширині по дну від 1, 8 до 4, 5 м. Швидкість проходження до 130 м/год. в ґрунтах середньої щільності. Земснаряд переміщається по дну за допомогою двох лебідок і тягового троса. Управління здійснюється оператором, що знаходиться у спеціальній камері на земснаряді.

Ця ж Італійська фірма розробила земснаряд В – 70, що переміщується по укладеному на дно трубопроводу на санях. За один прохід земснаряд розробляє ґрунт на глибину до 1 м. Він працює на глибинах до 30 м зі швидкістю проходження до 30 м/год., а керування здійснюється з обслуговуючого судна.

В Японії розроблений підводний бульдозер для земляних робіт на глибинах до 60 м. Бульдозер має масу 34 т, потужний двигун і гусеничний хід. Може розробляти щільні ґрунти, які земснарядами звичайного типу розробляти неможна.

У Німеччині створена установка для розробки траншеї на великих глибинах. Основу її складає екскаватор, що керується з проміжної підводної станції і надводного судна. Глибина опускання підводної проміжної станції приймається такою, щоб ґрунт, що розробляється екскаватором у вигляді пульки, поступав в неї за рахунок перепаду гідростатичного тиску. У проміжній станції відбувається розділення ґрунту і води. З надводним судном проміжна станція зв’язана трубопроводом для подачі розробленого ґрунту на поверхню у трубопровід більшого діаметра, що забезпечує доступ у капсулу з обслуговуючим персоналом необхідних матеріалів та прокладанням кабелів. В середині станції підтримується атмосферний тиск, тому обслуговування і ремонт її проводиться без глибоководних стандартів.

У Японії сконструйований підводний траншейний екскаватор. Екскаватор переміщується по дну зі швидкістю 3 км/год. і може розробляти ґрунт на глибині до 70 м. Маса екскаватора на суші 60 т, у воді – близько 50 т. Управляють екскаватором два оператора з надводного судна. Екскаватор може працювати при швидкості течії до 3 вузлів, поздовжньому схилі до 20º і поперечному до - 15º. Екскаватор розробляє ґрунт у смузі шириною до 8, 5 м по напрямку руху за один прохід на глибину до 3 м, в тому числі 1м вниз і 2 м вверх від опорної поверхні гусениць ходової частини екскаватора. Продуктивність для ґрунту із піску з галькою і камінням діаметром 75 – 90 мм приблизно 45 м³/год.

7.6.1 Підготовка трубопроводу до укладання і укладання

Укладати трубопровід у підводну траншею можна за двома схемами: протягуванням та зануренням з поверхні води.

В залежності від схеми укладання визначається технологія підготовки трубопроводу.

Світовий досвід спорудження морських трубопроводів показав, що як для газопроводів, так і нафтопроводів, кращим захисним покриттям і одночасно баластом є бетонне покриття. При цьому немає необхідності заливання води в середину трубопроводу.

Укладання труб протягуванням здійснюється зазвичай з берега у напрямку моря. Протягують пліті до бетонованих труб. Бетоном труби покривають на березі, де пліті укладають на стапелі паралельно спусковій доріжці. Головна пліть оснащена спеціальним оголовком. По мірі укладання пліті по роликовій доріжці (з пневматичними роликами), відбувається стикування наступних плітей, ізолювання стику і бетонування.

Довжина трубопроводу, що укладається таким способом, лімітується перш за все міцністю труб на розтяг та можливістю створення необхідного тягового зусилля.

На рис. 7.26 наведена схема протягування. Трубопровід переміщується по роликовій спусковій доріжці. Тягове зусилля від лебідки, що встановлена на судні 3, передається по линві 2.

Рисунок 7.26 – Схема укладання трубопроводу трубоукладальним судном

На практиці таким способом укладалися трубопроводи довжиною до 15 км.

Метод протягування дуже простий, забезпечує укладання трубопроводу точно по трасі. Проте у сучасній практиці морського трубопровідного спорудження доводиться укладати трубопроводи на віддалі в декілька десятків і навіть сотень кілометрів, як наприклад освоєння морських родовищ нафти у Північному морі (до 360 км), або газопровід Росія – Терція, морська ділянка якого проходить по дну Чорного моря на глибині 2150 м довжиною 378 км.

Забезпечити протягування на такі віддалі практично неможливо. У цих випадках використовується укладання з поверхні води.

Методи укладання трубопроводів з поверхні води досить різноманітні. Проте найбільше розповсюдження отримало укладання трубопроводу за допомогою спеціальних трубоукладальних суден. На рис. 7.27 показана схема укладання.

Рисунок 7.27 – Розрахункова схема укладання

Трубоукладальне судно 4 закріплюється на якорях 6. Їх може бути до 10 шт. із загальним тримаючим (горизонтальним) зусиллям до 6 ∙ 10⁶ Н. Судно є одночасно накопичувачем секцій оббетонованих труб, що подаються спеціальними транспортними суднами. Перевантаження з транспортних суден на укладальне відбувається у місці укладання трубопроводу.

Так трубоукладальне судно типу ЕТРМ 1601 має тонаж у 60 000 т, довжину 185 м, ширину 36 м, осідання 10 м, кран вантажопідйомності 1450 т при висоті стріли від 5 до 50 м. Судно має приміщення для робочих і команди на 300 чоловік.

Трубопровід може розтягуватися зусиллям до 160 тс. На судно доставляють готові секції довжиною по 36 м. Довжина судна дозволяє збирати пліті довжиною 180 м і укладати їх у траншею. Вмістимість складів труб дозволяє створювати запас труб до 2, 5 км при діаметрі до 800 мм і до 9, 9 км – діаметром 600 мм.

Укладання трубопроводу 1 здійснюється наступним чином. На судні 4 (рис.7.26) зварюють чергову пліть, стики ізолюють, оббетоновують і споряджають поплавками 2. Пліть стикують з кінцем трубопроводу, укладеним раніше і утримують натяжним пристроєм і спеціальною жорсткою приставкою. Кут нахилу цієї приставки встановлюється в залежності від голубини водойми Н так, щоб напруження у трубопроводі на ділянці перехідної кривої були мінімальні. Визначенню раціональної форми перехідної кривої приділяється значна увага. На рис. 7.27 наведена розрахункова схема перехідної ділянки. Забаластований трубопровід має від’ємну плавучість (вага одиниці довжини труби у підводному положенні). Якщо підняти кінець трубопроводу у точці О^/ на величину Н, то він займе положення І.

Глибина укладання Н при такій схемі є дуже малою (до 10 м), а укладання на більшу глибину викликає у матеріалі труб напруження, що перевищують границю плинності, і, відповідно, створюють пластичне згинання труб або їх руйнування.

Тому для зменшення згинальних напружень у трубах на перехідній ділянці а, як правило, застосовують два способи: розвантаження понтонами і розтягування трубопроводу.

Розвантажувальні понтони розвантажують трубопровід на величину , тобто фактична вага одиниці довжини трубопроводу буде

.

Зовсім очевидно, що чим менше , тим меншим буде напружений стан перехідної ділянки, що витікає із відомої залежності для пружної лінії трубопроводу

. (7.56)

У цьому виразі ЕІ – величина постійна, і тому положення пружної вісі буде залежати тільки від .

Використання великої кількості розвантажувальних понтонів ускладнює процес укладання. Тому для зменшення їх кількості застосовують натяг трубопроводу поздовжньою силою Р. При цьому перехідна пряма стає пологою (положення ІІ); трубопровід працює як жорстка нитка, а згинальні напруження у трубопроводі суттєво менші.

При цьому довжина перехідної ділянки збільшується, проте і різко зростає глибина укладання. Таким способом трубопровід можна укладати на глибини до 300 м.

Для спрощення роботи труб на перехідній ділянці, укладальне судно обладнують спеціальною жорсткою приставкою 3 (рис. 7.26) довжиною 100 м.Приставка може міняти кут нахилу до горизонту а, що потрібно для регулювання положення перехідної кривої при різних глибинах укладання. По жорсткій приставці трубопровід переміщується по роликовийй доріжці.

Напружений стан трубопроводу розраховують за правилами розрахунку жорстких ниток. При цьому заданими характеристиками є: вага труби у воді (визначається з умови стійкості трубопроводу), граничний згинальний момент , де − контрольні напруження, W − момент опору перерізу труб з врахуванням захисного шару бетону.

Таким чином, при розв’язанні задачі необхідно визначити величину розвантаження , довжину перехідної ділянки і кут нахилу жорсткої приставки .

Рівняння пружної лінії жорсткої нитки має вид:

, (7.57)

де , Р − поздовжня сила у трубопроводі; розподілення навантаження.

Довільні сталі С1, С2, С3, С4 можна визначити, використовуючи граничні умови

х=0; у=0 і у^//=0; х= а, у = H і у^//= . (7.58)

Визначаючи надалі згинальні моменти по довжині перехідної ділянки а, встановлюють можливість укладання трубопроводу на задану глибину Н при відповідних q, E, I. Якщо укладання за умови міцності виявиться неможливим, тобто коли

, (7.59)

то величину q зменшують на q₁ (розвантаження понтонами) і розрахунок повторюють. Ця інтеграційна процедура повторюється до тих пір, доки не буде отриманий розв’язок.

Оскільки при укладанні не відома довжина ділянки а, то для її визначення можна використати умову х= а, . Якщо пліть, що стикується знаходиться у горизонтальному положенні, то

Таким чином, змінюючи кут нахилу жорсткої приставки, навантаження q і силу натягу Р, можна регулювати глибину укладання від Н_мін до Н_мах.

Контроль за укладанням ведуть водолази, а також команда, що знаходиться у спеціальних автономних занурювальних апаратах.

7.6.2 Захист підводного трубопроводу від пошкодження

Укладений на дно трубопровід повинен бути надійно захищений від механічних пошкоджень якорем суден, риболовних траулерів. Це може бути забезпечено заглибленням трубопроводу, його оббетонуванням, обвалуванням. При заглибленні трубопроводу повинна бути забезпечена нерозмивність труб течією, а також захист труб від пошкодження якорями. Проте заглиблення трубопроводу на великих глибинах є досить складною задачею.

Тому у місцях, де можливе пошкодження труб якорями суден і волокушами риболовних траулерів, крім заглиблення можна передбачити різні конструктивні рішення з захисту трубопроводу.

Для цього можуть бути використані наступні конструктивні рішення: бетонування без заглиблення (рис.7.28, а), бетонування з малим заглибленням (б), бетонування з облаштуванням захисного обвалування (в), бетонування і покриття трубопроводу армованими блоками (г), бетонування по спеціальному профілю (д).

Рисунок 7.28 – Закріплення трубопроводу

Всі захисні схеми, крім схем (рис.7.28, а, б), забезпечують висмикування лап якорів із ґрунту при волоці якорів через захисну конструкцію.

Контрольні запитання

1. При якій ширині водної перешкоди рекомендується обов’язкове прокладання резервної нитки
2. Скільки разів достатньо робити проміри глибин для складання поздовжнього профілю.
3. При якій ширині водойми достатньо встановлювати створні знаки на одному березі.
4. При якій ширині водойми створні знаки встановлюють на обидвох берегах.
5. За яких умов підводну траншею розробляють одним земснарядом.
6. Коли підводні траншеї можна розробляти екскаватором.
7. Виходячи з якої умови визначають розрахункове тягове зусилля при протягуванні підводного трубопроводу.
8. За якою формулою визначається зусилля зрушення трубопроводу з місця Т_{п, тр}, при протягуванні по ґрунтовій доріжці.
9. За якою формулою підбирають діаметр тягового тросу при протягуванні підводних трубопроводів.
10. За якою формулою підбирають допустиму глибину занурення трубопроводу з поверхні води h_доп.

8 НАДЗЕМНІ ТРУБОРОВОДИ

Надземна схема укладання складає тільки незначну долю в загальному об’ємі трубопровідного спорудження. Застосовується ця схема в основному для перетину різного роду природних і штучних перешкод, тобто коли застосування підземної схеми з якихось причин є недоцільним. Мають на увазі дві причини: експлуатаційна ненадійність підземної схеми трубопроводу в тій чи іншій конкретній ситуації, або її економічна неефективність.

Найбільш часто за надземною схемою перетинають болота і яри, оскільки розміри їх (глибина, ширина, крутизна підкосів) змінюються, а закріплення відкосів, в місці перетину трубопроводом, мало ефективне.

Ріки, що мають нестійке русло, також перетинають за підземною схемою.

Доцільно при проектуванні трубопроводів на болотах і вічномерзлих ґрунтах розглядати як підземну, так і надземну схеми прокладки. За рівнем надійності вони приблизно рівнозначні, тому економічний фактор тут виступає на перший план.

8.1 Основні конструктивні схеми, що застосовують при

надземній прокладці трубопроводів

При проектуванні надземних трубопроводів дуже важливо правильно вибрати схему прокладання і раціонально сконструювати перехід з врахуванням місцевих умов (ґрунтових, наявності будівельних матеріалів, трудових ресурсів, водного режиму). Від цього залежать не тільки матеріальні і трудові затрати, але і загальна вартість споруди, а також терміни спорудження та умови експлуатації.

У звичайних умовах надземне прокладання трубопроводів здійснюють без захисних кожухів, які захищають труби від механічних пошкоджень, а також без теплоізоляції. Захисні кожухи інколи застосовують на перетинах трубопроводом доріг, а також при розташуванні трубопроводу поблизу населених пунктів, доріг і в інших випадках, коли це викликано особливими місцевими умовами.

Треба мати неувазі, що трубопровід в кожусі під навантаженням працює як балка із защемленими кільцями у ґрунті, а частіше всього – як балка з вільними кільцями.

На подібних переходах, як правило, теплоізоляція непотрібна не тільки при транспортуванні газу, але і нафти і нафтопродуктів, в’язкість яких збільшується зі зниженням температури, коли протяжність наземних ділянок відносно невелика, оскільки температура транспортованого продукту за час проходження по відкритих ділянках трубопроводу мало зміцнюється.

Балкові системи, що рекомендується застосовувати при надземній прокладці трубопроводу, можна поділити на наступні типи.

1 Прямолінійна прокладка без компенсації поздовжних деформацій (прості однопрогінні переходи; багатопрогінні системи по земляних дамбах).

2 Прокладка трубопроводів із само-компенсацією поздовжних деформацій (однопрогінні консольні переходи, багатопрогінні системи з Г –. П –. Z –. І Л – подібними, трапецевидними, трикутниковими компенсаторами; системи з лінзовими і сальниковими компенсаторами).

3 Прокладка трубопроводу зі зломами у вигляді «змійки» (зі згином по кривій лінії; у вигляді ломаної лінії з криволінійними вставками).

4 Прямолінійна прокладка зі слабо зігнутими ділянками (прямолінійні ділянки на поздовжньо-рухомих опорах і слабо зігнуті на вільно рухомих опорах).

5 Паралельна прокладка з нахиленими компенсуючи ми ділянками.

Балкові конструкції є само несучими, і тільки в окремих випадках, при перекриванні ними великих прогонів, може виникнути потреба у їх підсиленні, яке здійснюється за рахунок прикріплення до труб додаткових елементів, встановлення шпренгелів і постановка похилих вант.

8.2 Прямолінійна прокладка без компенсації поздовжніх

деформацій

Найбільш простими і найпоширенішими у трубопровідному будівництві є однопрогінні переходи без компенсації поздовжніх деформацій. При досить стійких ґрунтах в місцях перетину невеликих ярів і річок трубопровід прокладають прямолінійно, без облаштування спеціальних опор в місцях виходу його з ґрунту. При слабких ґрунтах, нестійких відкосах і максимальних розрахункових прогонах, у місцях виходу трубопроводу з ґрунту, облаштовують опори у вигляді залізобетонних плит (рис.8.1).

1 – залізобетонна плита; 2 – подвійна опора; 3 – насип;

4 – масивні стовпи

Рисунок 8.1 – Різні випадки використання прямолінійних балкових схем переходів без компенсації поздовжніх деформацій

Трубопровід укладають зверху плит на шарі піску товщиною 10-15 см.

Розрахункову довжину відкритої ділянки трубопроводу при відсутності опорних плит встановлюють в залежності від щільності ґрунту у місці виходу трубопроводу з землі та стійкості відкосів, що дорівнює прогону плюс 1-3 м.

При можливості розмиву відкосів або берегів, прогін повинен додатково зменшуватися проти розрахункового на величину очікуваного розмиву. У тому випадку, коли під трубопровід, в місцях його виходу з ґрунту, укладають залізобетонні плити, розрахунковий прогін приймають рівним віддалі між центрами плит. Двох і чотирьох прогінні переходи споруджують аналогічно однопрогінним. Проміжні опори в цьому випадку розраховують як на поздовжні зусилля, так і на сили, що діють перпендикулярно до вісі переходу.

Величину розрахункових прогонів одно-чотирьох прогінних переходів (із защемленими кінцями) назначають в залежності від діаметра труб, товщини їх стінки і марки сталі. Її приймають рівною 20-50 м на газопроводах і 15-35 м на продуктопроводах діаметром 525-1420 мм.

Розрахункову величину проміжних прогонів приймають рівною віддалі між центрами опорних частин. Розрахункова довжина крайніх прогонів встановлюється від центра опорної частини проміжної опори до центра опорної плити, або, якщо трубопровід укладений без плит, то до початку опирання його на ґрунт плюс 1-3 м.

У трьох – і чотирьохпрогонних схем крайні прогони назначають трохи меншими середніх.

Схеми, що застосовують, можуть бути симетричними і несиметричними, з рівними і нерівними один від одного прогонами. Розташовують трубопроводи в залежності від рельєфу місцевості горизонтально або похило. На рис.8.1 наведені різні схеми прямолінійних балкових систем переходів без компенсації поздовжних деформацій.

При прямолінійній прокладці можливе використання і земляних опор у вигляді відсипок, наскрізь яких проходить трубопровід (рис. 8.2).

а – на щільному ґрунті; б – болотах при занурення до щільного ґрунту; в – на болотах на піщаних звоях

Рисунок 8.2 – Застосування ґрунтових опор при прямолінійній прокладці трубопроводу без компенсації поздовжніх деформацій

В окремих випадках на одному переході допускається використання різних типів опор. Ґрунтові опори використовують на поймах рік з невеликими швидкостями течії води і болотах. На болотах з малою несучою здатністю насип виконують на підстилаю чому мінеральному ґрунті (рис. 8.2, б), або на піщаних своях і піщаній подушці (рис. 8.2, в).

Прямолінійне прокладання трубопроводу без компенсації поздовжних деформацій застосовують і при числі прогонів більше трьох – чотирьох, тобто при довжині відкритої ділянки 60-80 м, однак при цьому повинна звертатися увага на прямолінійність прокладання трубопроводу і на надійність опор.