КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

Конструктивные решения Технологические решения Проектное исполнение укладки

Проектное исполнение укладки

Схемы положения подводного трубопровода

В зависимости от положения трубопровода относительно дна водоема применяются три основные схемы.

Первая схема предусматривает заглубление ниже прогнозируемой поверхности размыва дна водоема на расчетный период эксплуатации. Кроме того, необходимо учитывать возможность повреждения труб якорями, волокушами и т.д. При укладке трубопровода ниже предельной глубины размыва грунта hp какой-либо дополнительной защиты труб от механических повреждений не требуется. Для защиты труб от возможных механических повреждений и придания трубопроводу отрицательной плавучести применяется усиленное защитное покрытие и бетонирование. В ряде случаев для закрепления поверхности грунта под трубопроводом применяют каменную наброску или бетонные плиты.

Для трубопроводов, уложенных ниже отметок дна, заглубление забалластированного трубопровода должно быть не менее 0,5 м ниже линии деформации русла реки после окончания строительства подводного перехода, прогнозируемой на 25 лет, но не менее 1 м от естественных отметок дна водоема.

При пересечении водных преград, дно которых сложено скальными породами, заглубление трубопровода принимается не менее 0,5 м, считая от верха забалластированного трубопровода до дна водоема.

Незаглубленный трубопровод. Применение этой схемы допустимо только в условиях, полностью исключающих местные размывы грунта под трубопроводом. Это возможно только в случае очень плотных или скальных грунтов, не размываемых потоком воды при максимальных значениях его скорости. Нарушение этого условия приводит к провисанию трубы, колебаниям от срыва потока жидкости за трубой и в случае резонанса разрушению трубопровода.

При обосновании той или иной схемы прокладки необходимо учитывать силовое воздействие на трубопровод потока воды в реке.

Расчет силового воздействия потока на трубопровод

Скорость течения в различных точках потока изменяется и зависит как от глубины, так и от положения в плане. Данная скорость составляет 0,4÷0,6 поверхностной. Средняя скорость течения определяется выражением:

F6

Мгновенные значения скоростей могут отклоняться от среднего значения до 30% в обе стороны. Сведения о скоростях течения и распределения их в плане и по глубине речного потока получают на основании инженерно-геологических изысканий в меженный и поводковый периоды. Поводковый период характеризуется наибольшими скоростями.

Распределение скоростей течений при наличии ледяного покрова отличается от течения при свободной поверхности. При свободной поверхности максимальное значение скорости - в верхней части потока, а при наличии льда - на глубине 0,4Н от нижней кромки льда.

Силовое воздействие потока для рассматриваемых схем рассчитывается следующим образом.

Для трубопровода, находящегося в потоке выше дна реки, сила лобового сопротивления при расстоянии от дна до трубы S > DH и подъемная сила определятся как:

F7

Зависимость коэффициента лобового сопротивления Сх от для труб, футерованных деревянными рейками, или бетонированных труб:

Trend-1

Коэффициент подъемной силы Су зависит не только от и шероховатости, но и от расстояния от дна трубы. При S = 0, Су = 0,6.

При расположении трубы вблизи поверхности потока:

F9

Для трубопровода, расположенного в траншее, необходимо учитывать особенности течения в придонной области. Скорость потока в траншее на глубине у определяется из уравнения:

F10

Для расчета Рх и Ру используются формулы лобового сопротивления и подъемной силы при симметричном обтекании трубы с соответствующей корректировкой Сх и Су по скорости в траншее.

Трубопровод, находящийся в потоке, подвергается не только статическим, но и динамическим нагрузкам. Колебания трубопровода происходят как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Частота колебаний в горизонтальном направлении практически равна собственной частоте и проявляется в узком интервале скоростей от 0,1 м/сек до 0,3 м/сек.

Переменная гидродинамическая сила определяется по формуле:

F11

Для неколеблющихся трубопроводов Суn≈0,2 и Схn≈0,1, для колеблющихся трубопроводов:

F12

Суn достигает максимума при у0≈0,6DH и затем падает, что ограничивает беспредельное увеличение амплитуды колебаний.

Конструктивные схемы прокладки подводных переходов

При проектировании перехода необходимо предусмотреть защиту от перемещений свободного трубопровода, вызванных изменением как давления перекачиваемого продукта, так и температурными условиями. При этом происходит механическое разрушение изоляционного покрытия, как имеющего низкие прочностные показатели, и как следствие - прогрессирующее корродирование металла труб. В качестве защиты может применяться сплошное бетонирование трубопровода либо различного рода обвалования и защитные конструкции.

Погруженный трубопровод может применяться только в случае несудоходных участков водных переходов. Представляет собой жесткую нить, подвешенную на опорных устройствах двух типов, опирающихся на дно при положительной плавучести и плавающих на поверхности в случае отрицательной плавучести.

При проектировании подводных переходов применяются две основные конструктивные схемы прокладки: однотрубная и двухтрубная.

Однотрубные переходы, не требующие дополнительной балластировки и защиты от механических повреждений, выполняются по схеме, включающей усиленную изоляцию и футеровку. При положительной плавучести трубопровода балластировка нитки выполняется с помощью чугунных кольцевых пригрузов или сплошным обетонированием трубы. Двухтрубные конструкции, построенные по принципу «труба в трубе», имеют большую надежность, т.к. позволяют снизить нагрузку на основную трубу и повысить коррозионную стойкость системы. Кроме того, наличие межтрубного пространства даёт возможность использовать его для теплоизоляции основного трубопровода. Эти свойства определяют область применения двухтрубных конструкций, которые предназначены в основном для транспорта коррозионно-активных, подогретых и охлажденных продуктов. Применение схемы с “пассивным” кожухом имеет ряд недостатков, связанных с необходимостью балластировки трубопровода и неэффективной с точки зрения силовой разгрузки, работы внешней трубы.

Межтрубное пространство в двух трубных конструкциях может быть свободно от наполнителей и ограничено использованием центрирующих элементов либо заполнено полностью или частично теплоизолирующими элементами или цементно-песчаным раствором.

В последнем случае после отвердевания образуется жесткая связка внешней и внутренней труб. Получающаяся в результате монолитная двухтрубная конструкция, способная вынести значительно большие нагрузки по сравнению с однотрубной конструкцией.

Кроме того, в этом случае при подборе толщины стенки кожуха и межтрубного зазора, обеспечивающих отрицательную плавучесть, отпадает необходимость в балластировке перехода.

Трассировка подводных траншей

При проектировании подводного перехода должны быть определены: положение трубопровода в вертикальной плоскости и продольный профиль подводной траншеи, в которую будет укладываться трубопровод (вертикальная трассировка).

Трассировка подводных траншей на переходах производится двумя способами: с прокладкой прямолинейного трубопровода и кривыми искусственного гнутья и с прокладкой трубопровода по кривым упругого изгиба.

Радиус поворота трубопровода в вертикальной плоскости при его укладке по кривой упругого изгиба зависит от рельефа русла реки и его расчетной деформации, заглубления трубопроводов, геологического строения дна и берегов, прочности и устойчивости стенок труб при изгибе, веса трубопровода с пригрузами под водой, упругости подводного трубопровода, способа укладки трубопровода, а также возможности выполнения последующих ремонтных работ. От радиуса упругого изгиба трубопровода будет зависеть глубина подводной траншеи и величина врезки в берега.

При проектировании ПП на продольный профиль перехода наносится линия прогнозирования деформации русла, которая, как правило, определяет заглубление трубопровода.

Предельно допустимый минимальный радиус кривизны устанавливается расчетом.

При свободном изгибе напряжения в металле изогнутой трубы не должны превосходить допустимые значения. При этом нужно учитывать, что напряжения изгиба, возникающие при укладке трубопровода, будут суммироваться с напряжениями от внутреннего давления и от перепада температур в процессе эксплуатации трубопровода. Напряжения изгиба для участков трубопроводов категории I не должны превышать 40 … 50%. Следовательно, для подводного трубопровода, укладываемого с упругим изгибом по минимальному радиусу ρмин расчетной кривой, напряжения изгиба не должны превосходить:

F13

Таким образом, из условия прочности минимальный радиус, по которому следует определять кривизну трубопровода:

F14

Расчетный радиус, является минимальным при трассировке подводного трубопровода на участках с выпуклым рельефом местности.

При проектировании подводного перехода, который имеет поворот трубопровода на вогнутом рельефе, необходимо решить три задачи:

  • определить минимальный радиус, обеспечивающий прилегание трубопровода ко дну подводной траншеи;
  • проверить напряжения в трубопроводе из условия его прочности;
  • установить оптимальное (наиболее экономичное) соотношение между радиусом кривизны траншеи (трубопровода) и весом (пригрузкой) трубопровода.

Минимальный радиус траншеи из условий прочности металла трубопровода, укладываемого по вогнутой кривой, рекомендуется определять по формуле:

Trend-1

Построение кривой по заданному радиусу и значения величин для этого построения.

Способ укладки подводного трубопровода определяется в проекте организации строительства (ПОС) в зависимости от гидрологических, геологических, топографических и климатических условий в районе перехода (гидрологического и ледового режима, ширины и глубины водоема, режима береговых участков), от места расположения строительной площадки, а также от судоходности водоема и наличия специального оборудования для укладки трубопровода, тяговых и плавучих средств, спусковых устройств, понтонов, такелажа.



Конструктивные решения Технологические решения Проектное исполнение укладки

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

Курс валют предоставлен сайтом kursvalut.com