подземный трубопровод для местности с активными сейсмотектоническими зонами, способ прокладки его компенсационного участка

Формула изобретения

1. Трубопровод для местности с активными сейсмотектоническими зонами, содержащий компенсационный участок, размещенный в траншее, выполненной с пологими откосами, глубина траншеи составляет 2,5-4 наружных диаметра трубопровода, при этом трубопровод размещен в средней части слоя песчаного наполнителя, заполняющего траншею на высоту не менее двух наружных диаметров трубопровода, а в качестве песчаного наполнителя использован промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь.

2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что компенсационный участок трубопровода размещен по оси траншеи.

3. Трубопровод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что слой песчаного наполнителя заключен в оболочку из водонепроницаемого материала.

4. Трубопровод по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что верхняя часть траншеи заполнена грунтом или песком на всю высоту траншеи.

5. Трубопровод по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что трубопровод выполнен из металла, или пластика, или их комбинации.

6. Трубопровод для местности с активными сейсмотектоническими зонами, содержащий компенсационный участок, часть которого размещена в траншее, выполненной с пологими откосами, глубина траншеи составляет 2,5-4 наружных диаметра трубопровода, при этом эта часть трубопровода размещена в средней части слоя песчаного наполнителя, заполняющего траншею на высоту не менее двух наружных диаметров трубопровода, а часть компенсационного участка трубопровода размещена в трубе-кожухе, внутренний диаметр которого составляет 1,2-2 наружных диаметра трубопровода, а межтрубное пространство заполнено песчаным наполнителем, при этом в качестве песчаного наполнителя использован промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь.

7. Трубопровод по п.6, отличающийся тем, что трубопровод выполнен из металла, или пластика, или их комбинации.

8. Способ прокладки компенсационного участка трубопровода на местности с активными сейсмотектоническими зонами, заключающийся в том, что отрывают траншею с пологими откосами, ось которой в плане соответствует оси компенсационного участка, отсыпают на ее дно подушку из песчаного наполнителя высотой не менее 0,5 наружного диаметра трубопровода, укладывают на нее трубопровод, после чего засыпают песчаным наполнителем до высоты над верхней образующей трубопровода не менее высоты подушки, не превышая при этом высоту траншеи, а в качестве песчаного наполнителя используют промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что перед отсыпкой подушки укладывают на дно и откосы траншей водонепроницаемый материал, края которого после засыпки песчаным наполнителем соединяют с образованием водонепроницаемой оболочки.

10. Способ по любому из пп.8 и 9, отличающийся тем, что верхнюю часть траншеи засыпают грунтом или песком на всю высоту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и касается подземной прокладки трубопроводов на местности с активными сейсмотектоническими зонами.

Известен подземный трубопровод, содержащий траншею и размещенный в ней металлический трубопровод, компенсационный участок которого включает плавно соединенные отводами прямолинейные участки металлического трубопровода для компенсации продольной деформации трубопровода.

Способ прокладки компенсационного участка такого трубопровода заключается в отрывке зигзагообразной траншеи, укладке в нее металлического трубопровода и засыпке траншеи. Траншея для прокладки такого трубопровода содержит дно и откосы. Откосы в данном случае выполнены вертикальными. В местах наибольшего горизонтального перемещения трубопровода предусмотрено для компенсации возможных деформаций трубопровода увеличение ширины траншеи (СССР, а.с. №775576, кл. F 16 L 1/036, 1992 г.).

Однако этот трубопровод и способ его прокладки предназначены только для компенсации возникающей при эксплуатации продольной деформации путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи и не может быть использован на местности с активными сейсмотектоническими зонами.

Наиболее близким аналогом изобретения являются действующие на данный момент в России Строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85* (Минстрой России, ГУЛ ЦПП, 1997 г.), согласно п.5-37 которых "на участках пересечения трассой трубопровода активных тектонических разломов необходимо применять надземную прокладку". При этом трубопровод, установленный на опорах и выполненный обычно в виде П-образного компенсатора, должен обеспечить безопасную эксплуатацию при активизации тектонического разлома, перемещения в котором могут составить от 20 до 100 см в разных направлениях. Размеры такого компенсатора могут быть очень большими, что приведет к значительному увеличению землеотвода под строительство. Смещение опор на трубопроводе на такие величины приводит к его разрушению от собственного веса, так как длина несущего пролета может увеличиться в несколько раз. Кроме этого воздействие, в данном случае чаще всего при больших перемещениях динамическое, передающееся через жесткие опоры, может привести к сбросу трубопровода с опор, а совпадение частоты сейсмического воздействия и собственной частоты - к явлению резонанса и разрушению трубопровода.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации трубопровода при прохождении его через активную сейсмотектоническую зону с разломом.

Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности трубопровода в случае активизации разлома.

Задача изобретения решена в трубопроводе, содержащем компенсационный участок, размещенный в траншее, выполненной с пологими откосами, глубина траншеи составляет 2,5-4 диаметра трубопровода, при этом трубопровод размещен в средней части слоя песчаного наполнителя, заполняющего траншею на высоту не менее двух диаметров трубопровода. Компенсационный участок трубопровода размещен по оси траншеи. Слой песчаного наполнителя в траншее заключен в оболочку из водонепроницаемого материала. Остальная верхняя часть траншеи заполнена грунтом или песком на всю высоту траншеи.

В качестве песчаного наполнителя использован промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь.

Собственно трубопровод может быть выполнен из металла или пластика или их комбинации.

Размещение трубопровода в слое песчаного наполнителя создает условия для "подвижности" трубопровода. Равномерность пространственного распределения напряжений в трубопроводе обеспечивается пологими откосами траншеи и размещением трубопровода в средней части слоя песчаного наполнителя.

Проведенные расчетно-экспериментальные исследования показывают, что необходимая для безопасной эксплуатации трубопровода при его прохождении через активную сейсмотектоническую зону степень подвижности достигается при слое песчаного наполнителя два и более диаметров трубопровода в сочетании с определенными параметрами глубины траншеи. При этом минимальная глубина траншеи определяется из условия обеспечения целостности слоя песчаного наполнителя над верхней образующей трубопровода, а максимальная - степенью уплотнения слоя песчаного наполнителя под нижней образующей трубы, обеспечивающей возможность компенсационных перемещений трубопровода.

Гидроизоляция слоя песчаного наполнителя обеспечивает сохранение песка сухим, что усиливает технический результат.

Использование песчаного наполнителя обеспечивает оптимальный отпор грунта с точки зрения его силового воздействия на трубопровод. При этом эффект компенсации сейсмотектонических смещений (сдвиги, надвиги, сбросы, выбросы) усиливается, если в качестве наполнителя используется промытый речной песок, обладающий более высокими характеристиками сыпучести и продолжительности сохранения им первоначальных свойств. То есть использование промытого речного песка улучшает обтекание трубопровода наполнителем и тем самым уменьшает воздействие на трубу подвижек грунта.

Известно, что при пересечении трубопроводом авто- и железных дорог трубопровод всегда прокладывают в кожухе, где его устанавливают на жестких опорах (кольцах), которые дают возможность только осевых (продольных) перемещений и не дают возможности поперечных перемещений трубопровода, что исключает его использование на местности с активными сейсмотектоническими зонами.

Наиболее близким аналогом изобретения являются действующие на данный момент в России Строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85* (Минстрой России, ГУЛ ЦПП, 1997 г.), согласно п.5.37 которых "на участках пересечения трассой трубопровода активных тектонических разломов необходимо применять надземную прокладку". При этом трубопровод, установленный на опорах и выполненный обычно в виде П-образного компенсатора, должен обеспечить безопасную эксплуатацию при активизации тектонического разлома, перемещения в котором могут составить от 20 до 100 см в разных направлениях. Размеры такого компенсатора могут быть очень большими, что приведет к значительному увеличению землеотвода под строительство. Смешение опор на трубопроводе на такие величины приводит к его разрушению от собственного веса, так как длина несущего пролета может увеличиться в несколько раз. Кроме этого, воздействие, в данном случае чаще всего при больших перемещениях динамическое, передающееся через жесткие опоры, может привести к сбросу трубопровода с опор, а совпадение частоты сейсмического воздействия и собственной частоты - к явлению резонанса и разрушению трубопровода. Рекомендации СНиП 2.05.06-85* по надземной прокладке трубопровода исключают наличие участка трубопровода, проходящего под дорогой.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации трубопровода при прохождении его через активную сейсмотектоническую зону.

Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности трубопровода.

Задача изобретения решена в трубопроводе, содержащем компенсационный участок, часть которого размещена в траншее, выполненной с пологими откосами, глубина траншей составляет 2,5-4 диаметра трубопровода, при этом часть трубопровода размещена в средней части слоя песчаного наполнителя, заполняющего траншею на высоту не менее двух диаметров трубопровода, а часть компенсационного участка выполнена в виде отрезка, размещенного в трубе-кожухе, внутренний диаметр которого составляет 1,2-2 диаметра трубопровода, а межтрубное пространство заполнено песчаным наполнителем.

В качестве песчаного наполнителя использован промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь.

Трубопровод может быть выполнен из металла или пластика или их комбинаций.

При таком варианте выполнения трубопровода возможна прокладка дороги над отрезком, размещенным в трубе-кожухе, поскольку отрезок имеет возможность перемещения поперек оси с учетом отдачи песка, что необходимо при нахождении этого отрезка в активной сейсмотектонической зоне.

Известен способ прокладки подземного трубопровода на неустойчивых грунтах, заключающийся в геодезическом изыскании трассы с геологическим определением границ участков с неустойчивыми грунтами, отрывке траншеи, укладке в нее металлического трубопровода, стабилизации его путем формирования профиля допустимого упругого изгиба трубопровода на переходных зонах, примыкающих к устойчивым грунтам, и засыпке траншеи (патент РФ №1551008, кл. F 16 L 1/028, 1995 г.).

Такой способ прокладки трубопровода не обеспечивает компенсацию возможных перемещений на местности с активными сейсмотектоническими зонами.

Известен также способ прокладки компенсационного участка подземного трубопровода, заключающийся в отрывке зигзагообразной траншеи, укладке в нее металлического трубопровода и засыпке траншеи (СССР, а.с. №1775576, кл. F 16 L 1/036, 1992 г.).

Однако такой трубопровод и способ его прокладки предназначены только для компенсации возникающей при эксплуатации продольной деформации путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи и не может быть использован для местности с активными сейсмотектоническими зонами.

Наиболее близким аналогом изобретения являются действующие на данный момент в России Строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85* (Минстрой России, ГУП ЦПП, 1997 г.), согласно п.5.37 которых "на участках пересечения трассой трубопровода активных тектонических разломов необходимо применять надземную прокладку". При этом трубопровод, установленный на опорах и выполненный обычно в виде П-образного компенсатора, должен обеспечить безопасную эксплуатацию при активизации тектонического разлома, перемещения в котором могут составить от 20 до 100 см в разных направлениях. Размеры такого компенсатора могут быть очень большими, что приведет к значительному увеличению землеотвода под строительство. Смещение опор на трубопроводе на такие величины приводит к его разрушению от собственного веса, так как длина несущего пролета может увеличиться в несколько раз. Кроме этого воздействие, в данном случае чаще всего при больших перемещениях динамическое, передающееся через жесткие опоры, может привести к сбросу трубопровода с опор, а совпадение частоты сейсмического воздействия и собственной частоты - к явлению резонанса, что приводит к разрушению трубопровода.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации трубопровода при прохождении его через активную сейсмотектоническую зону.

Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности трубопровода.

Задача изобретения решена в способе прокладки компенсационного участка трубопровода на местности с активными сейсмотектоническими зонами, заключающемся в том, что проводят геодезические изыскания, по результатам которых определяют положение и размеры зоны разлома на местности по обе стороны от трассы трубопровода на расстоянии не менее 100 метров, а также возможные величины горизонтальных и вертикальных сейсмотектонических смещений, с учетом которых, а также с учетом параметров трубопровода определяют форму и размеры компенсационного участка трубопровода, после чего отрывают траншею с пологими откосами, ось которой в плане соответствует оси компенсационного участка, отсыпают на ее дно подушку из песчаного наполнителя высотой не менее 0,5 диаметра трубопровода, укладывают на нее трубопровод, после чего засыпают песчаным наполнителем до высоты над верхней образующей трубопровода не менее высоты подушки, не превышая при этом высоту траншеи.

Перед отсыпкой подушки укладывают на дно и откосы траншеи водонепроницаемый материал, края которого после засыпки песчаным наполнителем соединяют с образованием водонепроницаемой оболочки.

В качестве песчаного наполнителя используют промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнооболочную примесь.

Верхнюю часть траншеи засыпают грунтом или песком на всю высоту.

Известна траншея для прокладки компенсационного участка подземного трубопровода, содержащая дно и откосы, которые выполнены вертикальными. В местах наибольшего горизонтального перемещения трубопровода предусмотрено увеличение ширины траншеи для компенсации возможных деформаций трубопровода (СССР, а.с. №1775576, кл. F 16 L 1/036, 1992 г.). Однако такая траншея не может быть использована для прокладки компенсационного участка трубопровода на местности с активными сейсмотектоническими зонами, поскольку предназначена только для компенсации возникающей при эксплуатации продольной деформации.

Наиболее близким аналогом изобретения являются действующие на данный момент в России Строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85* (Минстрой России, ГУЛ ЦПП, 1997 г.), согласно п.5.37 которых "на участках пересечения трассой трубопровода активных тектонических разломов необходимо применять надземную прокладку". При этом трубопровод, установленный на опорах и выполненный обычно в виде П-образного компенсатора, должен обеспечить безопасную эксплуатацию при активизации тектонического разлома, перемещения в котором могут составить от 20 до 100 см в разных направлениях. Размеры такого компенсатора могут быть очень большими, что приведет к значительному увеличению землеотвода под строительство. Смещение опор на трубопроводе на такие величины приводит к его разрушению от собственного веса, так как длина несущего пролета может увеличиться в несколько раз. Кроме этого, воздействие, в данном случае чаще всего при больших перемещениях динамическое, передающееся через жесткие опоры, может привести к сбросу трубопровода с опор, а совпадение частоты сейсмического воздействия и собственной частоты - к явлению резонанса, что приводит к разрушению трубопровода.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации трубопровода при прохождении его через активную сейсмотектоническую зону.

Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности трубопровода.

Задача изобретения решена в траншее, содержащей дно, ширина которого составляет 2-3 диаметра трубопровода, и откосы, которые выполнены под углом 25-45° к дну.

Расчетно-экспериментальные исследования поведения трубы в траншее в условиях возможных внешних воздействий и вызванных ими напряжений и перемещений позволили установить взаимосвязь между углами наклона откосов и сейсмобезопасностью трубопровода: при угле наклона откосов траншеи от 25 до 45° обеспечиваются наилучшие условия для перераспределения и выравнивания напряжений, возникающих в трубе при смещениях земной коры на участках прохождения трубопровода. При этом уменьшение угла ниже 25° нецелесообразно, поскольку существенно сокращается прирост эффекта, в то время как неоправданно возрастает требуемый объем земляных работ. При >45° компенсационные свойства траншеи не позволяют избежать появления пластических деформаций в теле трубы, которые могут привести в дальнейшем к ее разрушению при эксплуатации или к разрыву в момент активизации разлома.

Установленная взаимосвязь между углами наклона откосов и сейсмобезопасностью трубопроводов обусловлена и шириной дна траншеи: выполнение ширины дна траншеи менее двух диаметров даже в сочетании с указанным диапазоном углов наклона откосов не обеспечивает повышения эксплуатационной надежности трубопровода, а при ширине более трех диаметров трубопровода не происходит существенного изменения технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображено расположение трубопровода в плане и местоположение активной сейсмотектонической зоны;

на фиг.2 - профиль трубопровода по длине компенсационного участка;

на фиг.3 - поперечное сечение траншеи компенсационного участка с расположенным в ней трубопроводом;

на фиг.4 - поперечное сечение траншеи компенсационного участка с расположенным в ней трубопроводом диаметром 300 мм.

Трубопровод ABCDEL содержит размещенный в траншее 1 компенсационный участок СDЕK, выполненный в виде плавно соединенных отводами участков CD, DE, EK трубопровода 2. Траншея 1 в зоне компенсационного участка CDEK выполнена с дном 3, пологими откосами 4, глубина Н ее составляет (2,5-4,0)D, где D - наружный диаметр трубопровода 2, а трубопровод 2 размещен в средней части слоя 5 песчаного наполнителя, заполняющего траншею 1 на высоту h не менее (2-2,5)D.

Ширина L дна 3 траншеи 1 составляет (2-3)D, а откосы 4 выполнены под углом =25-45° к дну 3 траншеи 1. Компенсационный участок СDЕК размещен по оси траншеи 1.

Траншея 1 с указанными параметрами может быть выполнена и на участках, примыкающих к компенсационному. Слой 5 песчаного наполнителя заключен в оболочку 6 из водонепроницаемого материала. Верхняя часть траншеи 1 заполнена грунтом или песком на всю высоту (глубину H) траншеи. Компенсационный участок CDEK трубопровода 2 содержит отрезок трубопровода МК, который размещен в трубе-кожухе MN, устанавливаемом под дорогой. Внутренний диаметр трубы-кожуха составляет (1,2-2,0)D, а межтрубное пространство заполнено песчаным наполнителем. В качестве песчаного наполнителя использован промытый речной песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь.

Трубопровод 2 может быть выполнен из металла, пластика или комбинации металла и пластика. Компенсационный участок СDЕК трубопровода прокладывают следующим образом. Отрывают траншею 1 с пологими откосами 4, ось которой в плане соответствует оси компенсационного участка, отсыпают на ее дно 3 подушку из песчаного наполнителя высотой t0,5, укладывают на нее трубопровод 2, после чего засыпают песчаным наполнителем до высоты над верхней образующей трубопровода 2 не менее t.

Для избежания попадания атмосферных осадков в песчаный наполнитель, которые могут изменить его свойства, перед отсыпкой подушки укладывают на дно 3 и откосы 4 траншеи 1 водонепроницаемый материал, края которого после засыпки песчаным наполнителем соединяют с образованием водонепроницаемой оболочки 6, после чего траншею засыпают грунтом или песком на всю высоту (глубину Н). В качестве песчаного наполнителя используют речной промытый песок средней крупности или крупный, не содержащий пылеватые или глинистые фракции или крупнообломочную примесь.

Пример способа прокладки трубопровода на местности с активными сейсмотектоническими зонами для трубопровода диаметром D=300 мм показан на фиг.4.

При прокладке трубопровода на местности с активными сейсмотектоническими зонами проводят геодезические изыскания, по результатам которых определяют положение и размеры зоны разлома на местности по обе стороны от трассы трубопровода на расстоянии 100 м, а также возможные величины горизонтальных и вертикальных сейсмотектонических смещений. С учетом этих величин, а также с учетом геометрических и других параметров трубопровода (материала, размеров и пр.) определяют расчетным путем форму и размеры компенсационного участка трубопровода, после чего отрывают траншею с откосами в 30°, ось которой в плане соответствует оси компенсационного участка. На дно траншеи отсыпают подушку из речного промытого песка высотой 150 мм. На подушку укладывают трубопровод и засыпают песком до высоты 150 мм над верхней образующей трубопровода, обеспечивая таким образом размещение трубопровода в средней части песчаного наполнителя. После этого траншею засыпают грунтом на всю высоту.

Описанная группа изобретений позволяет осуществлять подземную прокладку трубопровода на местности с активными сейсмотектоническими зонами, поскольку обеспечивает большую эксплуатационную надежность при активизации разлома, высокую технологичность строительства и защиту от постороннего вмешательства.