подземный переход трубопровода под дорогой

Формула изобретения

1. ПОДЗЕМНЫЙ ПЕРЕХОД ТРУБОПРОВОДА ПОД ДОРОГОЙ, содержащий трубопровод и экранирующий от нагрузки со стороны дороги элемент, установленный относительно трубопровода с зазором, заполненным наполнителем, отличающийся тем, что в зазоре между трубопродом и экранирующим элементом размещен упругопластический пространственно податливый амортизатор-энергопоглотитель, выполненный в виде пространственной конструкции из изогнутого прутка высокопластичной стали, а наполнитель представляет собой нефильтрующийся высоковязкий материал.

2. Переход по п. 1, отличающийся тем, что экранирующий элемент выполнен из железобетонной плиты.

3. Переход по п. 1, отличающийся тем, что экранирующий элемент выполненн из трубы диаметром больше диаметра трубопровода и с обеих сторон герметично соединен с трубопроводом посредством податливой тонкостенной трубы.

4. Переход по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве нефильтрующегося высоковязкого материала используют мазут.

5. Переход по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве нефильтрующегося высоковязкого материала используют пушечное сало.

6. Переход по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве нефильтрующегося высоковязкого материала используют петролатум.

7. Переход по одному из пп. 1 6, отличающийся тем, что нефтильтрующийся высоковязкий материал содержит до 74% объема твердый окатанный материал - керамзит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении перехода трубопровода под автомобильными и железными дорогами.

Известно устройство подземного перехода под дорогой, которое включает траншею, уложенную в нее трубу, засыпанную грунтом, и насыпь полотна дороги. Такие переходы допустимы только на автомобильных дорогах V категории, а для автомобильных дорог более высоких категорий и железных дорог не используются.

Наиболее близким из известных технических решений, является подземный переход трубопровода под железной дорогой и автомобильными дорогами, включающий трубопровод, установленный с зазором с ним экранирующий от нагрузки со стороны дороги элемент (кожух) и отвод для сброса флюида в случае его утечки из трубопровода.

Недостатком известного технического решения является неконтролируемое положение трубопровода внутри кожуха и возможность проникновения в зазор грунтовых вод. При движении транспорта по дороге возникают вибрационные нагрузки, которые через грунт или лед передаются как на кожух, так и на трубопровод. Под действием этих вибрационных нагрузок кожух и трубопровод, имеющие разные физико-механические характеристики, будут перемещаться в грунте по разным траекториям. В результате этого движения составляющие части подземного перехода трубопровода под дорогой могут занять произвольное положение друг относительно друга, в том числе и такое, которое может привести к возникновению высоких напряжений в трубопроводе. Взаимному перемещению трубопровода и кожуха способствуют также температурные деформации трубопровода. Кроме того, в процессе эксплуатации подземного перехода во внутрь кожуха попадает вода, в результате чего происходит интенсивная коррозия металла, ослабляющая стенки трубопровода, а при возможном замерзании воды внутри кожуха недопустимая динамическая нагрузка от транспортных средств передается непосредственно на трубопровод.

Задачей изобретения является повышение физической устойчивости трубопровода в подземном переходе под дорогой.

Поставленная задача решается тем, что в подземном переходе трубопровода через дорогу, включающем трубопровод и экранирующий элемент от нагрузки со стороны дороги, установленный относительно трубопровода с зазором, заполненным наполнителем, между трубопроводом и экранирующим элементом установлены упругопластические пространственно податливые амортизаторы-энергопоглотители, выполненные, например, в виде пространственной конструкции из изогнутого прутка высокопластичной стали, а наполнитель представляет собой нефильтрующийся высоковязкий материал. Экранирующий элемент может быть выполнен из железобетонной плиты, уложенной на борта траншеи с трубопроводом, или на трубы диаметром больше диаметра трубопровода, с обеих сторон герметично соединенной с трубопроводом с помощью податливой тонкостенной трубы. В качестве нефильтрующегося высоковязкого материала может использоваться мазут, пушсало или петролатум, которые могут содержать твердый окатанный материал в количестве до 74% объема наполнителя. В качестве твердого окатанного материала используется, например, керамзит или гравий.

На фиг.3 представлена схема подземного перехода трубопровода под дорогой с экранирующим элементом из железобетонных плит; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 вариант установки на трубе упругопластического пространственно податливого амортизатора-энергопоглотителя; на фиг.4 вариант выполнения упругопластического пространственно-податливого амортизатора-энергопоглотителя; на фиг.5 представлена схема подземного перехода трубопровода под дорогой с экранирующим элементом, выполненным из трубы, с обеих сторон герметично соединенной с трубопроводом с помощью податливой тонкостенной трубы; на фиг.6 разрез Б-Б на фиг.5.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При строительстве подземного перехода под дорогой 1 в траншее 2 укладывают трубопровод 3 и перекрывают траншею железобетонной плитой 4 (фиг. 1,2). В случае прокладки трубопровода в неустойчивом грунте боковые стенки траншеи укрепляют бетонными плитами для предотвращения обрушения грунта. В этом случае верхнюю плиту 4, экранирующую трубопровод от нагрузки со стороны дороги, укладывают на бетонные плиты, укрепляющие стенки траншеи 2.

Пространство между трубопроводом 3, стенками траншеи 2 и экранирующим элементом 4 заполняют наполнителем 5, представляющим собой нефильтрующийся высоковязкий материал, например, мазут, пушсало или петролатум. Все эти материалы отличаются низкой температурой замерзания, что обеспечивает работоспособность технического решения в широком диапазоне температур.

В зазоре между трубопроводом 3 и экранирующим элементом 4 устанавливают упругопластические пространственно податливые амортизаторы-энергопоглотители 6.

При нарушении герметичности газопровода в зоне подземного перехода под дорогой газ из этой зоны через отвод 7 и свечу 8 выводят в атмосферу.

Амортизатор-энергопоглотитель, выполненный, например, в виде пространственной конструкции из изогнутого прутка высокопластичной стали, крепится к трубопроводу хомутами 9 (фиг.3).

При выполнении экранирующего элемента из трубы 10 диаметром больше диаметра трубопровода 3 (фиг. 5) экранирующая от внешней нагрузки труба 10 скреплена с трубопроводом 3 податливыми тонкостенными трубами 11, образуя тем самым замкнутый объем, который заполняют наполнителем 5.

В зазоре между трубопроводом 3 и экранирующей трубой 10 установлены амортизаторы энергопоглотители 6 (фиг.6).

При прохождении по дороге 1 транспорта возникают колебания, которые через грунт передаются на экранирующий элемент 4 (фиг.1) или 10 (фиг.5) и через него наполнителю 5 зазора между трубопроводом 3 и экранирующим элементом. Так как наполнитель состоит из высоковязкого материала, то приходящие с поверхности акустические колебания затухают в нем на расстоянии от экранирующего элемента, измеряемом несколькими сантиметрами, оставляя трубопровод защищенным от этих колебаний. При содержании в наполнителе твердого окатанного материала коэффициент затухания колебаний существенно увеличивается вследствие разнородности массы наполнителя и трения между твердыми частицами включения. При использовании в качестве твердого окатанного материала в составе наполнителя керамзита часть энергии колебаний будет поглощаться за счет совершения работы сжатия воздуха в порах керамзита. Количество твердого окатанного материала в наполнителе может составлять до 74% объем наполнителя. При этом верхняя граница содержания твердого окатанного материала определяется объемом пустот свободно уложенного окатанного материала, а нижняя граница экономической целесообразностью использования твердого окатанного материала в наполнителе.

Одним из предназначений экранирующего элемента в подземном переходе трубопровода под дорогой является предохранение трубопровода от повреждения и последующего разрушения при авариях автомобильного или железнодорожного транспорта в месте пересечения трасс. В этом случае сильные ударные нагрузки через полотно дороги и грунт передаются экранирующему элементу, вызывая его смещение. При малых смещениях возникает незначительная нагрузка, которая воспринимается трубопроводом через наполнитель и амортизатор-энергопоглотитель. Последний при незначительной нагрузке работает в упругой области, передавая свою долю нагрузки на трубопровод.

При сильных взрывах или ударах, возникающих в результате аварийной ситуации в месте подземного перехода трубопровода под дорогой, происходит сильное смещение грунта, которое вызывает соответствующее смещение поверхности экранирующего элемента локально или по всей его длине. В свою очередь экранирующий элемент деформирует пространственно податливый амортизатор-энергопоглотитель, который поглощает значительную часть внешнего импульса за счет работы пластической деформации своих рабочих элементов. При этом нагрузка на трубопровод не может превышать усилия, вызывающие пластическую деформацию амортизатора-энергопоглотителя, что позволяет заранее рассчитать и задать допустимую нагрузку на трубопровод в процессе его проектирования и строительства подземного перехода под дорогой за счет выбора необходимого типоразмера упругопластического амортизатора-энергопоглотителя.

При выполнении экранирующего элемента в виде кожуха из трубы большего диаметра, чем диаметр трубопровода, большую опасность для целостности трубопровода представляют концы кожуха, которые, как правило, контактируют с трубопроводом через сальниковое уплотнение, служащее для предотвращения попадания грунтовых вод внутрь кожуха. Кожух из трубы большого диаметра с обеих сторон герметично соединен с трубопроводом с помощью податливой тонкостенной трубы переменного сечения, т.е. с каждой стороны кожуха устанавливается труба переменного сечения, которая одним концом соединяется с кожухом, а другой ее конец охватывает трубопровод. В этом случае значительно легче осуществить герметизацию монтажных зазоров и уменьшить до допустимых пределов нагрузку на трубопровод при смещении кожуха в результате воздействия внешней нагрузки, т.к. податливая тонкостенная труба при динамическом воздействии будет играть роль податливой пластичной опоры, ограничивающей передаваемую нагрузку величиной усилия пластической деформации.

Кроме того, положительным моментом такого выполнения соединения трубного кожуха с трубопроводом является возможность заводского изготовления секции подземного перехода с последующей установкой готовой секции, что позволяет существенно сократить время строительства перехода.

Большую опасность для трубопровода представляет прохождение над ним тяжелогрузного транспорта. В обычных случаях это приводит к появлению на трубе вмятин с последующим ее разрушением, вследствие потери трубой проектной прочности. Заполнение зазора между трубой и экранирующим элементом высоковязким материалом позволяет трансформировать локальную высокую нагрузку тяжелого транспортного средства в незначительную гидростатическую нагрузку, равномерно распределенную по поверхности трубопровода. Действительно, наполнитель зазора в состав которого входит мазут либо пушсало, либо петролатум, независимо от включения в него твердого окатанного материала, имеет коэффициент Пуассона, равной 0,5, вследствие чего коэффициент бокового распора наполнителя равен 1,0 (как и у всякой жидкости). Поэтому вертикальная нагрузка от проходящего транспорта будет трансформироваться в давление, равномерно распределяемое по объему зазора по всей зоне подземного перехода трубопровода под дорогой.

Стабильная работа наполнителя зазора определяется его высокой вязкостью и низкой фильтруемостью, что обеспечивает его сохранность в месте перехода и невозможность проникновения в зону перехода грунтовых и ливневых вод, которые при замерзании способны создать аварийную ситуацию. Кроме того, предложенный состав наполнителя зазора сводит к минимуму коррозию трубопровода в подземном переходе, что также повышает физическую устойчивость трубопровода в зоне перехода.

Используемые дешевые и широкодоступные материалы позволяют осуществить строительство и реконструкцию подземного перехода трубопровода под дорогой в полевых условиях, не отключая газоснабжения, с использованием стандартных технических средств, применяемых при строительстве трубопроводов.

Безопасность предлагаемого перехода при эксплуатации и в аварийных ситуациях по сравнению с прототипом повышается в 3-4 раза.

Экономические затраты на его реализацию находятся в пределах 5-8% от сметной стоимости используемого в настоящее время подземного перехода трубопроводов под дорогой. При этом значительная экономия создается от бесперебойного снабжения потребителей газом во всем периоде реконструкции.