2015-04-17
7711
Подводные трубопроводы сооружают при пересечении рек, водохранилищ, озер, морских акваторий. К подводным относятся и трубопроводы, прокладываемые в болотах, сложенных слабонесущими грунтами, не допускающими прохождения по ним обычной техники. Границы подводного перехода определяются уровнем воды в водоёме 10% обеспеченности.
Подводные трубопроводы, полностью пересекающие водную преграду в составе трубопроводов, называют переходами трубопроводов через соответствующую водную преграду.
 |
Рис. 6.3. Схема подводного перехода
Все подводные трубопроводы классифицируются следующим образом:
1. По глубине погружения Н
ü особо глубоководные Н > 400 м;
ü глубоководные 40 < H £ 400 м;
ü средней глубины 10 < H £ 40 м;
ü мелководные Н £ 10 м.
2. По внутреннему давлению
ü высокого давления Р ³ 12 кг/см2;
ü низкого давления Р £ 12 кг/см2;
ü самотечные.
3. По виду транспортируемого продукта
4. По виду укладки на дне водоёма
ü по дну без заглубления;
ü по дну с заглублением;
ü по дну с заглублением с грунтовым или каменным;
ü выше дна с закреплением на опорах или поплавках.
5. По числу параллельно проложенных труб
6. По характеру воздействия перекачиваемого продукта на окружающую среду
ü катастрофическое;
ü особо неблагоприятное;
ü неблагоприятное;
ü нейтральное.
По конструкции подводные трубопроводы подразделяют на заглубленные трубопроводы (укладываются ниже дна), незаглубленные (на дне) и погруженные (выше дна). Наиболее распространенной является укладка труб по заглубленной схеме, позволяющей надёжно защитить их от внешних силовых воздействий.
Створы переходов через реки надлежит выбирать на прямолинейных устойчивых плесовых участках с пологими неразмываемыми берегами при минимальной ширине заливной поймы.
Надёжная работа подводных переходов в течение расчётного срока их эксплуатации обеспечиваются выбором обоснованного решения о заглублении трубопровода в русловой части и на береговых её участках, а также соответствующих конструктивных решений.
В настоящее время для оценки возможных деформаций русла рек и берегов рек в створах трубопроводов применяют гидролого-морфологическую теорию руслового процесса. Результаты обследования большого числа нефте- и газопроводов показали, что всё многообразие размывов трубопроводов, встречающихся на практике, можно отнести к следующим типам: размывы в средней части русла и размывы прирезных и береговых участков. На разных участках рек эти размывы происходят по разным причинам, которые изучает наука гидрология.
Подводный переход, как правило, представляет в плане двухтрубную систему. При меженном уровне воды 75 м и более пересечение водной преграды по СНиП 2.05.06-85 рекомендуется осуществлять с обязательной укладкой резервной нитки трубопровода. Иногда допускается, при соответствующем обосновании, укладка однониточного перехода.
Подводный трубопровод заглубляется в грунт ниже возможной границы размыва дна реки и её берегов. В этом случае не производится крепление дна, берега же реки обычно закрепляются. Если же трубопровод не может быть уложен ниже границ размыва, то участки, на которых возможен размыв, крепятся в обязательном порядке. В пределах длины подводного перехода желательно укладывать трубопроводы без кривых вставок, т.к. это усложняет условия строительства.
Иногда с целью повышения надёжности трубопроводов над ними делают каменную отсыпку или укладывают железобетонные плиты, которые предохраняют трубы от механического повреждения. Подводные газопроводы обычно изолируют, покрывают футеровкой и навешивают пригруза.
Все работы по сооружению подводных переходов подразделяются на подготовительные и основные.
К подготовительным работам относятся: геодезические и гидрометрические работы, связанные с промерами глубин в створе перехода и определением скоростей потока, планового положения траншей; подготовка спускных дорожек; футеровка и балластировка трубопровода и т.д. Трубопроводы, подготовленные к укладке под воду, размещают обычно на берегу на специальных спусковых дорожках, которые служат для спуска трубопровода с берега в подводную траншею. Выбор типа дорожки зависит от вида грунта и веса трубопровода. Трубопроводы футеруют деревянными рейками для предохранения изоляции от повреждений при укладке. Балластировка трубопровода производится при его положительной плавучести в заполненном продуктом состоянии. Балластировку выполняют чугунными и железобетонными отдельными грузами и в виде сплошных покрытий бетоном или асфальтобетоном.
Трубопровод, расположенный в подводной траншее, подвергается воздействию различных нагрузок. Под устойчивым состоянием подводного трубопровода понимается такое состояние, при котором он будет находиться в покое при самой неблагоприятной комбинации силовых воздействий, стремящихся вывести его из устойчивого положения. Такими силами и воздействиями являются: выталкивающее усилие, определяемое по закону Архимеда, горизонтальная и вертикальная составляющие гидродинамического воздействия потока, силы упругости трубопровода, сжимающее или растягивающее продольное усилие, возникающее при протаскивании трубопровода или воздействие изменения его температурного режима и внутреннего давления. Условие устойчивости не засыпанного грунтом трубопровода на сдвиг записывается в виде:
, (6.37)
где Рх – горизонтальная составляющая силового воздействия потока;
kус – коэффициент устойчивости на сдвиг, принимаемый равным 1,15; Б – вес балласта в воде; Q – вес единицы длины трубы с учётом изоляции, футеровки и продукта, заполняющего трубу; kув – коэффициент устойчивости на всплытие, принимаемый равным 1,1; А – выталкивающая Архимедова сила; Ру – вертикальная составляющая силового воздействия потока; qи – сила, возникающая вследствие упругого изгиба трубопровода по заданной кривой; qн – сила, обусловленная наличием продольной растягивающей силы в искривленном трубопроводе при его протаскивании по дну траншеи; fтр – коэффициент трения трубопровода о грунт, принимаемый равным 
.
Вес балласта на единицу длины трубопровода может быть установлен по выше приведенной формуле. Основные расчётные случаи:
1. Трубопровод прямолинейный, течение отсутствует
. (6.38)
2. Трубопровод прямолинейный при наличии течения
. (6.39)
3. Трубопровод искривлен по профилю перехода, течение отсутствует
. (6.40)
4. Трубопровод искривлен по профилю перехода при наличии течения
. (6.41)
5. Общий случай (при протаскивании)
. (6.42)
Если Б окажется отрицательным, то балластировка не требуется, при положительной Б трубопровод нужно балластировать.
В этих формулах сила qи определяется по формуле:
, (6.43)
где EJ – жесткость трубы; f – стрелка прогиба искривленного участка трубопровода; lкр – длина криволинейного участка подводного перехода.
Сумма сил 
определится следующим образом:
, (6.44)
где Тр – расчётное тяговое усилие при протаскивании трубопровода (определяется методом последовательного приближения).
При строительстве подводных переходов выполняют значительный объём земляных работ, связанных с устройством траншей. Эти работы ведутся с помощью специальных землеройных машин. Береговые траншеи разрабатывают с помощью одноковшовых экскаваторов, оборудованных обратной лопатой. Русловая часть перехода разрабатывается земснарядами. Время окончания земляных работ должно, как правило, совпадать с временем окончания подготовки трубопровода к укладке в подводную траншею, чтобы не произошло заиливание траншей.
При глубине водоёмов не более 2¸3 м и незначительной их ширине (до 200 м) для устройства траншеи в русловой части можно использовать экскаватор, установленный на барже или понтоне соответствующей грузоподъёмности. Широко распространена на практике разработка подводных траншей канатно-скреперными установками.
Ширину подводных траншей по дну следует назначать с учётом режима водной преграды, методов разработки траншеи, необходимости водолазного обследования, способа укладки трубопровода. Крутизну откосов подводных траншей следует назначать в соответствии с требованиями СНиП III-42-80.
Подготовленный к укладке в подводную траншею переход представляет отрезок или несколько отрезков трубопровода, общая длина которых на несколько десятков метров превышает ширину водной преграды между урезами воды. Сваренный в нитку, заизолированный и футерованный, утяжеленный грузами и оснащенный необходимыми приспособлениями трубопровод устанавливают в исходном перед укладкой положении. Операция по укладке является основной, завершающей большой объём подготовительных работ. Существует много способов и схем укладки трубопроводов в подводные траншеи. Все они могут быть разбиты на три способа: протаскивание по дну, погружение с поверхности воды трубопровода полной длины и погружение последовательным наращиванием секций трубопровода.
При первом способе трубопровод протаскивают по дну подводной траншеи с одного берега к другому с помощью троса, заранее проложенного в траншею. Этот способ позволяет выполнять укладку трубопровода, не создавая помех судоходству. Газопроводы укладывают протаскиванием обычно с одновременной заливкой внутрь него воды, чтобы трубопровод не всплыл при протаскивании, т.к. в незаполненном состоянии он обладает положительной плавучестью.
Для протаскивания трубопровода требуется обеспечить необходимое тяговое усилие. Расчётное тяговое усилие определяется из условия:
, (6.45)
где m – коэффициент условия работы тяговых средств, принимаемый 1,1 при протаскивании лебедкой и 1,2 – при протаскивании тягачами; Тп – предельное сопротивление трубопровода на сдвиг.
Предельное сопротивление при строгании трубопровода с места будет самым большим и определяется в общем случае из условия:
, (6.46)
где qi – вес единицы длины снаряженного трубопровода; jр – расчётный угол внутреннего трения грунта; i – длина части окружности трубы, врезающейся в грунт; lтр – длина протаскиваемого трубопровода; Епас – пассивный отпор грунта врезающимися в него неровностями на поверхности трубы. Если протаскивается трубопровод с гладкой поверхностью, то Епас = 0.
Суть способа укладки с поверхности воды заключается в следующем. Полностью подготовленный к укладке трубопровод устанавливают на плаву над подготовленной заранее траншеей, а затем погружают на её дно путем заполнения водой.
Метод погружения трубопровода с поверхности воды последовательным наращиванием секций трубопровода применяется при переходах водных преград большой протяженности. В этом случае укладка трубопровода производится с помощью специального трубоукладочного судна, которое закрепляется на якорях.
Известны специальные способы прокладки магистральных трубопроводов через водные преграды:
· постепенного заглубления – обетонированный трубопровод укладывают на спланированное дно водоёма, сложенное рыхлыми породами; по трубопроводу несколько раз проходит (вперед-назад) самоходный трубозаглубитель гидравлического, механического или гидромеханического типа, послойно удаляя из под него грунт; трубопровод под действием собственного веса погружается на дно водоёма (на проектную отметку); после этого он обследуется водолазами и засыпается;
· направленного бурения – с одного берега водоёма на другой методом направленного бурения под дном прокладывается труба-кожух, в которую протаскивается рабочая труба; межтрубное пространство заполняется цементным раствором или другим материалом.
