способ прокладки трубопроводов методом сплава в водоемах, болотах, на пойменных участках и понтон-утяжелитель для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ прокладки трубопроводов методом сплава в водоемах, болотах, на пойменных участках, заключающийся в оснащении трубопровода наполненными сыпучим материалом понтонами-утяжелителями, регулирующими плавучесть трубопровода, размещении последнего на плаву в створе перехода и погружении трубопровода последующим заполнением жидкой средой понтонов-утяжелителей, отличающийся тем, что в качестве последних используют мягкие контейнеры, каждый из которых содержит две соединенные налагаемой на трубопровод связью и заполненные грунтом мягкие герметичные емкости, каждая из которых имеет торцовый загрузочный рукав, средства его закрытия и клапаны для залива емкостей жидкой средой и выпуска из них воздуха, причем продольные оси мягких герметичных емкостей располагаются параллельно продольной оси трубопровода при наложении на него указанной связи, а мягкие емкости соединены дополнительной связью, охватывающей трубопровод снизу, при этом перед заполнением емкостей жидкой средой плавучесть системы понтоны-утяжелители - трубопровод положительная, близкая к нулю, а после погружения трубопровода - отрицательная с заданным коэффициентом его устойчивости.

2. Понтон-утяжелитель для магистрального трубопровода, прокладываемого методом сплава в водоемах, болотах, на пойменных участках, содержащий расположенные симметрично относительно продольной оси трубопровода и скрепленные с ним связью герметичные емкости, выполненные с возможностью заполнения их жидкой средой для регулирования плавучести, отличающийся тем, что герметичные емкости выполнены в виде мягкого контейнера, содержащего две заполненные грунтом мягкие емкости, каждая из которых имеет торцовый загрузочный рукав и средства его закрытия, при этом в контейнере для увеличения его грузоподъемности и прочности из единого водонепроницаемого полотнища посредством скрепления его поперечных кромок на ограниченной длине предварительным соединительным швом создана основная обечайка, каждый торец которой образован из водонепроницаемого полотнища, предварительно скрепленного своими отогнутыми краями с основной обечайкой, а мягкие емкости получены выворотом центральной части торцов основной обечайки внутрь ее с последующим смыканием диаметрально противоположных ее полос до образования перемычки и скреплением полос перемычки силовыми швами с формированием при этом налагаемой на трубопровод связи, причем продольные оси мягких емкостей располагаются параллельно продольной оси трубопровода при наложении на него указанной связи, при этом понтон-утяжелитель снабжен дополнительной гибкой связью, охватывающей трубопровод снизу, а каждая мягкая емкость снабжена клапанами для ее заполнения жидкой средой и выпуска воздуха из емкостей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при прокладке магистральных трубопроводов методом сплава.

Известно, что прокладываемые на пойменных участках, в болотах или по дну водоема газопроводы пригружают как при их укладке, так и для обеспечения в дальнейшей эксплуатации их устойчивого положения. Испытание подводных нефте- и нефтепродуктопроводов газом или воздухом без предварительной проверки их плавучести и балластировки недопустимо из-за опасности всплытия трубопроводов на поверхность и их повреждения. Пригрузка или закрепление указанных нефтепродуктопроводов необходима, когда возможно хотя бы кратковременное опорожнение трубопровода от транспортируемого продукта. С увеличением диаметра трубопровода уменьшается его устойчивость в обводненных грунтах, на болотах или на дне водоема.

Согласно требованиям п.8.30* СНиП 2.05.06.-85* устойчивость положения (против всплытия) трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках трассы, следует проверять для отдельных (в зависимости от условий строительства) участков по условию

Q_акт (Q_пac)/k_нв,

где Q_акт - суммарная расчетная нагрузка на трубопровод, действующая вверх, включая упругий отпор при прокладке свободным изгибом, Н;

Q_пac - суммарная расчетная нагрузка, действующая вниз (включая массу - собственный вес), Н;

k_нв - коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия, для участков перехода через болота, поймы, водоемы при отсутствии течения, обводненные и заливаемые участки в пределах ГВВ 1%-ной обеспеченности - 1,05.

При строительстве трубопроводов на глубоких болотах и в водоемах применяют разъемные кольцевые утяжелители, закрепляемые на трубопроводе при помощи стяжных болтов, а также сплошные утяжеляющие покрытия, например обетонирование.

Конструкция кольцевых чугунных грузов и железобетонных утяжелителей обеспечивает их прочное присоединение к трубопроводу, но и эти устройства имеют значительные недостатки. Так, перемещение трубопроводов, оснащенных кольцевыми грузами, по роликовой спусковой дорожке при укладке в обводненную или подводную траншею весьма затруднительно и сопряжено с повреждением изоляции. Монтаж этих грузов в процессе протаскивания трубопровода непосредственно за последней роликовой опорой около уреза воды весьма трудоемок, а на монтаж грузов и закрепление болтов затрачивается много времени.

Для постановки и закрепления кольцевых грузов под водой требуется значительный труд водолаза в условиях ограниченной видимости, а иногда и при полном ее отсутствии.

Сплошное утяжеляющее покрытие, например обетонирование трубопровода, лишено недостатков, свойственных одиночным грузам, однако оно трудоемко, дорого, кроме того, с увеличением толщины покрытия возрастает суммарная жесткость трубопровода, прогиб которого будет меньше прогиба стального трубопровода без покрытия, что создает определенные трудности на участках выхода трубопровода на берег (см. Левин С.И. "Подводные трубопроводы". - М.: Недра, 1970, стр. 132-136). Кроме того, обетонирование имеет еще один существенный недостаток, заключающийся в усложнении поиска утечек перекачиваемого продукта, например газа, под бетонным покрытием, а также в сложности подводного ремонта из-за необходимости снятия бетонного покрытия (с армирующей сеткой). Уложенный в траншею на глубоком болоте обетонированный трубопровод при эксплуатационных пульсациях перекачиваемого продукта легко разрушает основание под трубопроводом и смещается с проектного положения, поскольку в силу своего геометрического сечения легко, без значительного сопротивления, обтекается грунтом.

При сооружении нефтепровода в условиях протяженных глубоких болот с неравномерной толщиной обводненного торфа, обладающего низкой несущей способностью, перепогружение обетонированного трубопровода происходит также неравномерно, что может привести к локальному превышению допустимых изгибающих моментов по длине обетонированного нефтепровода, гибкость которого много меньше гибкости стального трубопровода без утяжеляющего покрытия. Из практики строительства трубопроводов известны случаи, когда обетонированный нефтепровод, проложенный в условиях глубоких болот, смещался с проектного положения вниз и в сторону на 8-10 метров.

Известен понтон-утяжелитель трубопровода, содержащий пару герметичных емкостей и их связь, охватывающую трубопровод с зазором. Емкости соединены между собой трубками контурной связи. Устройства выставляют в створе перехода, трубопровод протаскивают на плаву с его размещением под связями отдельных понтонов-утяжелителей. Погружение трубопровода осуществляют заливом воды в полость одной из емкостей, откуда вода поступает в полость другой емкости через трубки контурной связи (см. SU 1427142 А1, 30.09.1988, F 16 L 1/24). Указанное решение является наиболее близким к заявленному устройству как объекту изобретения.

Недостатком известного решения является его недостаточная надежность, возможность смещения понтонов-утяжелителей в процессе их заполнения водой, а также при погружении трубопровода.

Известен способ сооружения подводного трубопровода, заключающийся в его размещении на плаву в створе перехода с предварительным оснащением балластирующими устройствами, плавучесть которых регулируют частичным заполнением их объема балластом - сыпучим материалом. Погружение трубопровода осуществляют заполнением устройств водой. В качестве балластирующих устройств используют расположенные параллельно трубопроводу и соединенные с ним гибкими тягами вспомогательные трубопроводы меньшего диаметра, а в качестве сыпучего материала - бетон (см. SU 1781497 А1, 15.12.1992, F 16 L 1/18). Известный способ является наиболее близким к заявленному способу как объекту изобретения.

Известное решение позволяет отказаться от дорогостоящих, поддерживающих трубопровод на плаву понтонов, исключить из технологического процесса укладки трубопровода трудоемкую операцию съема понтонов с трубопровода, что повышает производительность работ. Однако данный способ имеет значительные недостатки. Так, трубопровод требуется оснастить пучками вспомогательных металлических труб длиной 12 метров, после заполнения бетоном вспомогательных труб необходимо герметизировать приваренными заглушками их торцы. Система крепления вспомогательных труб сложна и требует футеровки трубопровода для защиты его изоляции от повреждения тросами крепления. Кроме того, для металлических вспомогательных труб также требуется система коррозионной защиты. Наконец, у трубопровода, оснащенного системой длинных вспомогательных труб, понтонов-утяжелителей, возрастает суммарная жесткость трубопровода, прогиб которого будет меньше прогиба стального трубопровода.

Таким образом, существует задача создания способа и устройства для сооружения трубопровода в водоемах, на болотах, в обводненных грунтах, направленная на упрощение процесса оснащения трубопровода, укладку его в проектное положение, а также предотвращение смещения трубопровода с проектных отметок в процессе его эксплуатации. При этом желательно иметь в качестве понтонов-утяжелителей устройства, не требующие расхода дорогостоящих труб, не требующих специальных мероприятий по коррозионной защите и в то же время срок службы которых составлял бы не менее срока службы магистрального трубопровода.

Заявленная группа изобретений направлена на решение указанной задачи и обеспечивает ее решение тем, что при сооружении трубопровода на болотах, в обводненных грунтах и водоемах его оснащают наполненными сыпучим материалом понтонами-утяжелителями, регулирующими плавучесть трубопровода, размещают последний на плаву в створе перехода и погружают трубопровод последующим заполнением жидкой средой понтоны-утяжелители. В качестве последних используют мягкие контейнеры, каждый из которых содержит две соединенные налагаемой на трубопровод связью и заполненные грунтом мягкие герметичные емкости. Каждая из них снабжена торцовым загрузочным рукавом, средством его закрытия и клапанами для залива в емкость жидкой среды и выпуска из емкости воздуха. При наложении на трубопровод указанной связи продольные оси мягких герметичных емкостей располагаются параллельно продольной оси трубопровода. Мягкие емкости соединены дополнительной гибкой связью, охватывающей трубопровод снизу. Перед заполнением емкостей жидкой средой плавучесть системы понтоны-утяжелители - трубопровод положительная, близкая к нулю, а после погружения трубопровода - отрицательная с заданным коэффициентом его устойчивости в проектном положении. Кроме того, в понтоне-утяжелителе для магистрального трубопровода, сооружаемого на болотах, в обводненных грунтах и водоемах, содержащем герметичные, расположенные симметрично относительно продольной оси трубопровода и скрепленные с ним связью герметичные емкости выполнены в виде мягкого контейнера, содержащего две заполненные грунтом мягкие емкости, каждая из которых имеет торцовый загрузочный рукав и средства его закрытия. В контейнере для увеличения его грузоподъемности и прочности из единого водонепроницаемого полотнища посредством скрепления его поперечных кромок на ограниченной длине предварительным соединительным швом создана основная обечайка, каждый торец которой образован из водонепроницаемого полотнища, предварительно скрепленного своими отогнутыми краями с основной обечайкой, а мягкие емкости получены выворотом центральной части торцов основной обечайки внутрь ее с последующим смыканием диаметрально противоположных ее полос до образования перемычки и скреплением полос перемычки силовыми швами с формированием при этом налагаемой на трубопровод связи, причем продольные оси мягких емкостей располагаются параллельно продольной оси трубопровода при наложении на него указанной связи, при этом понтон-утяжелитель снабжен дополнительной гибкой связью, охватывающей трубопровод снизу, а каждая мягкая емкость снабжена клапанами для ее заполнения жидкой средой и выпуска из нее воздуха.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображен оснащенный трубопровод, находящийся наплаву в створе перехода; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1.

На трубопроводе 1 с расчетным шагом размещены и закреплены понтоны-утяжелители 2, заполненные сыпучим пористым материалом 3. В качестве понтонов-утяжелителей используют герметичные мягкие контейнеры, каждый из них содержит две соединенные налагаемой на трубопровод связью 4 и заполненные сыпучим материалом 3 мягкие герметичные водонепроницаемые емкости 5, каждая из которых имеет торцовый загрузочный рукав 6 и клапаны 7, 8 соответственно для залива емкостей 5 жидкой средой и выпуска из них воздуха, причем продольные оси мягких емкостей располагаются параллельно продольной оси трубопровода 1 при наложении на него указанной связи, а мягкие емкости соединены дополнительной связью 9, охватывающей трубопровод 1 снизу. Задача состоит в том, чтобы обладающий плавучестью трубопровод оснастить расчетным количеством понтонов-утяжелителей, заполненных сыпучим материалом, погонный вес которого в объеме емкостей меньше суммарной выталкивающей силы, действующей в жидкой среде на систему понтон-утяжелитель - трубопровод, а при заполнении емкостей жидкой средой - суммарный погонный вес сыпучего материала и жидкой среды в емкостях превышает погонную плавучесть указанной системы и обеспечивает заданный коэффициент устойчивости трубопровода после его погружения в проектное положение.

Каждый герметичный текстильный контейнер содержит две расположенные на трубопроводе 1 заполненные сыпучим материалом 3 емкости 5, соединенные налагаемой на трубопровод связью 4 и дополнительной гибкой связью 9, охватывающей трубопровод снизу. Продольные оси емкостей 5 расположены параллельно продольной оси трубопровода 1 при закреплении на нем понтонов-утяжелителей. Каждая емкость 5 снабжена торцовым загрузочным рукавом 6 и размещенными симметрично относительно продольной оси емкостей грузовыми петлями 10. Нижний торец 11 емкостей 5 образован единым водонепроницаемым полотнищем, края 12 которого предварительно отогнуты и соединены с единой обечайкой 13, образующей емкости 5. После соединения краев 12 полотнища с обечайкой 13 диаметральную часть полотнища выворачивают внутрь обечайки 13, сплющивают в плоскости налагаемой на трубопровод 1 связи 4 и соединяют с ней, в результате чего формируется торец 11 емкостей 5.

Такое выполнение торца емкостей позволяет увеличить длину и количество соединительных швов днища с обечайками емкостей, устраняет работу соединительных швов на раздир, что позволяет повысить прочность соединения и контейнера в целом. Каждый рукав 6 снабжен средством его закрытия, которое может быть выполнено по известным рекомендациям, например, см. SU 1738706 А1, 07.06.1992, B 65 D 33/00.

Способ осуществляют следующим образом. Емкости понтонов-утяжелителей заполняют сыпучим материалом, например песчаным грунтом, шлаками, местным грунтом. Оснащают трубопровод, для чего понтоны-утяжелители в вертикальном положении посредством траверсы выводят на продольную ось трубопровода и опускают до наложения связи 4 на наружную поверхность трубопровода с симметричным расположением герметичных мягких емкостей относительно продольной оси трубопровода, причем продольные оси мягких емкостей располагаются параллельно продольной оси трубопровода и закрепляют понтоны-утяжелители на трубопроводе посредством дополнительных связей, охватывающих трубопровод снизу. Оснащенный трубопровод выводят в створ перехода к месту погружения трубопровода, при этом плавучесть системы понтоны-утяжелители - трубопровод положительная, близкая к нулевой. Производят разгерметизацию емкостей понтонов-утяжелителей, то есть через клапаны 7 обеспечивают поступление жидкой среды в герметичные мягкие емкости, а выпуск воздуха из емкостей осуществляется через клапаны 8. Вследствие пористости сыпучего материала жидкая среда поступает в емкости и заполняет указанные поры, при этом вес понтонов-утяжелителей возрастает на величину веса жидкой среды, поступившей в емкости понтона, плавучесть системы понтоны-утяжелители - трубопровод становится отрицательной и оснащенный трубопровод погружается в проектное положение. Объем емкостей понтонов-утяжелителей и заполняющего их сыпучего материала рассчитывают исходя из необходимости получения положительной плавучести системы, близкой к нулевой, а при заполнении емкостей жидкой средой - отрицательной плавучести, регламентированной требованиями п.8.30* СНиП 2.05.06.-85* к устойчивости положения (против всплытия) уложенного в проектное положение трубопровода. Например, трубопровод диаметром 1420 мм с погонной плавучестью 1,1 т/м оснащают понтонами-утяжелителями с общим объемом мягких герметичных емкостей, равным 1,25 м³/пог.м. В качестве засыпного материала использовали песчаный грунт с объемным весом в воздухе 1,6 т/м³. При плотности воды, равной 1,0 т/м³, погонная плавучесть снаряженного трубопровода положительна и составляет плюс 0,35 т/м. При заполнении емкостей понтонов-утяжелителей жидкой средой - водой погонная плавучесть снаряженного трубопровода становится отрицательной и равна минус 0,15 т/м, что соответствует коэффициенту надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия для участков подводного перехода, принимаемому в соответствии с п.8.30* СНиП 2.05.06.-85*.

Таким образом, изобретение обеспечивает технологичность укладки трубопровода в обводненных грунтах, болотах, при этом понтоны после заполнения их жидкой средой выполняют функцию утяжелителей, срок службы которых не менее срока службы трубопровода. Выполнение понтонов-утяжелителей из мягкого материала позволяет равномерно распределить их вес на большую поверхность трубопровода, что устраняет возникновение местных контактных напряжений в стенке трубопровода при сохранении неизменной его гибкости.