СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА
METHOD TO INSTALL UNDERGROUND PIPELINE

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении магистральных трубопроводов на уклонах трассы в условиях льдистых многолетнемерзлых грунтов, подверженных сползанию при оттаивании.
4
Известен способ прокладки подземного трубопровода на обводненных участках с продольным уклоном, на которых используют грунтонесущие гибкие полотнища, укладываемые с разрывами по длине участка, а «карманы», образованные полотнищами для засыпки грунта, отделяют друг от друга перемычками в виде грунтовых водоупорных засыпок или плоских перегородок из гибкого синтетического материала (а.с. СССР №1038679, МПК F16L 1/02, опубл. 15.11.1987). Недостаток указанного способа состоит в том, что водоупорная засыпка препятствует стоку воды в пределах траншеи, а это неизбежно приведет к водной эрозии стенок траншеи при ее оттаивании и выносу балласта в массив оттаявшего грунта вне траншеи, в результате чего возможно всплытие трубопровода. Плоская перегородка из полотна не может служить надежной преградой для сдерживания массива сползающего грунта при оттаивании в объеме траншеи.
5
В качестве прототипа к заявленному техническому решению выбран способ прокладки подземного трубопровода (а.с. СССР №1732104, МПКF16L 1/028, опубл. 07.05.1992), в соответствии с которым уложенный в траншею трубопровод засыпают грунтом с формированием перегородок периодического, переменного по высоте траншеи и плоского по ее ширине профиля, затем перекрывают трубопровод и перегородки гибким ковровым материалом, после чего траншею окончательно засыпают грунтом.
Недостатком способа по прототипу является недоиспользование балластирующей способности грунта на участках формирования перегородок, на которых гибкие полотнища не охватывают трубопровод в виде «карманов», поэтому надежность балластировки снижается, и в случае низких весовых характеристик грунта возможно всплытие газопровода в обводненной траншее. Кроме того, при использовании в качестве засыпки грунта, вынутого из траншеи, склонного к оползанию при оттаивании, возможен общий сдвиг всего массива вдоль уклона с последующим оголением и всплытием трубопровода.
Задачей изобретения является создание способа прокладки подземного трубопровода, обеспечивающего более надежную его балластировку и повышение устойчивости грунта засыпки в траншее на уклоне трассы.
Техническим результатом изобретения, который проявляется при осуществлении заявляемого способа, является исключение всплытия и размыва подземного трубопровода на уклонах трассы в условиях оползающего льдистого грунта, которое достигается за счет повышения его устойчивости в траншее от возможного сдвига массива вдоль по уклону.
Поставленная задача в способе прокладки подземного трубопровода, заключающемся в раскопке траншеи, укладке в нее трубопровода, создании грунтовых перегородок из грунта засыпки периодического, переменного по высоте траншеи и плоского по ее ширине профиля, перекрытии грунтовых перегородок, стенок траншеи, ее дна и трубопровода гибким ковровым материалом, и засыпке траншеи грунтом, решается тем, что трубопровод, дно и стенки траншеи перекрывают гибким ковровым материалом до засыпки грунтом, причем, засыпают его в траншею по всей длине трубопровода до уровня верхней образующей, затем перекрывают гибким ковровым материалом образованную плоскую поверхность засыпки, после чего создают грунтовые перегородки из грунта засыпки периодического профиля с перекрытием их гибким ковровым материалом и окончательной засыпкой грунтом, причем грунт, перекрываемый гибким ковровым материалом, является балластом с заданными характеристиками, а верхние точки профиля грунтовых перегородок совпадают с уровнем бермы траншеи, при этом в качестве гибкого коврового материала используют нетканый геотекстильный материал.
Сущность способа представлена на фиг.1-3. На фиг.1 изображен продольный разрез траншеи, на фиг.2, 3 - поперечные разрезы на гребне профиля перегородки (фиг.2) и ее впадины (фиг.3).
Способ осуществляется в следующем порядке. На дно подготовленной траншеи укладывают трубопровод 1, перекрывают его дно 2, боковые поверхности 3 и берму 4 траншеи гибким ковром 5, засыпают грунт 6 с заданными характеристиками до уровня верхней образующей трубопровода 1, разворачивают гибкий ковер 7 по плоской поверхности засыпки 6, затем создают грунтозадерживающие перегородки 8 из грунта с заданными характеристиками, перекрывают перегородки 8 и промежутки между ними гибким ковром 9, после чего грунтом 10 из отвала засыпают промежутки между перегородками 8, одновременно формируя наружный валик засыпки 11.
Преимущество изобретения по сравнению с прототипом проявляется в следующем. Балластирующий эффект обеспечивается грунтом засыпки 6 и 8, заключенным в гибкие ковры, а также грунтом засыпки 10, находящимся между задерживающими перегородками. При интенсивном таянии мерзлого грунта 11 легкие пылеватые фракции, находящиеся выше бермы траншеи, будут уноситься вместе с поверхностными водами, более тяжелые будут опускаться вниз на массивы грунта 10, размещенные между перегородками, которые будут препятствовать сдвигу этих массивов по уклону трассы. Гибкий ковер 7 обеспечивает высокое значение коэффициента трения грунта по подошве, предотвращая сдвиги массивов 9 в местах их взаимного контакта. Вода будет дренировать через перегородки 8, а также через гибкие ковры 7, 9 и далее вниз по склону, при этом грунт 10 будет уплотняться и увеличивать балластирующий эффект засыпки. Таким образом, заявленный способ прокладки обеспечивает тройной эффект: балластирующую нагрузку грунта засыпки, фильтрацию обводненного массива грунта с последующим его уплотнением, противоуносный эффект грунтовых перегородок, перекрытых ковровым материалом.
Пример. На участке трассы длиной 100 м с продольным уклоном 5°, сложенном льдистым супесчаным грунтом, склонным к оползанию при оттаивании в пределах глубины траншеи, необходимо проложить газопровод сечением 1420×19 мм.
В качестве гибких ковров используют нетканый синтетический материал (НСМ) типа «Геоком-450» производства ООО «Комитекс» (г.Сыктывкар).
1
уд1
взв
гр
3
3
3
Траншею разрабатывают роторным экскаватором в зимнее время. Сечение траншеи прямоугольное: глубина h=2,4 м; ширина b=3 м. В качестве грунта-балласта для засыпки нижней части траншеи и образования перегородок используют доставленный из карьера крупнозернистый песок со следующими характеристиками в насыпном состоянии: насыпная плотность γ=18 кН/м; удельный вес частиц грунта γ=26,5 кН/м; коэффициент пористости ε=0,77; плотность во взвешенном состоянии γ=9,4 кН/м; угол внутреннего трения φ=25°.
2
уд2
взв2
гр
3
3
3
Характеристики грунта, вынутого из траншеи: γ=13 кН/м; γ=25 кН/м; ε=1,2; γ=6,9 кН/м; φ≅0° (в запас устойчивости). Геометрические характеристики (в усредненных размерах):
п
ш
п
а) грунтозадерживающей перегородки: длина по оси трубопровода ℓ=2,5 м; ширина поперек оси трубопровода ℓ=3 м; высота h=1 м;
о
ш
о
б) массива грунта из отвала во впадине: ℓ=10 м; ℓ=3 м; h=1 м.
гр.ср
Принимаем в расчет вероятность уноса с поверхностной водой обваловки 11, расположенной над уровнем бермы траншеи (см. фиг.1). Определяем усредненную балластирующую способность q грунта засыпки балласта и оставшегося грунта из отвала между грунтозадерживающими перегородками в условиях полного обводнения по формуле:
гр1
где q - удерживающая способность грунта-балласта, кН/м;
гр2
q - удерживающая способность грунта из отвала, кН/м;
п
∑ℓ - суммарная длина перегородок, м;
о
∑ℓ - суммарная длина участков засыпки между перегородками, м.
гр1
гр2
Значения q и q определяем по формуле:
н
где D - наружный диаметр трубопровода, м;
o
h - расстояние от оси трубопровода до верха засыпки, м;
взв.ср
взв1
взв2
3
γ=0,5(γ+γ) - усредненная плотность грунта на участках между перегородками, кН/м;
взв2
3
γ - плотность грунта из отвала, кН/м.
Условие обеспечения устойчивости против всплытия имеет вид:
в
н
в
где q=0,25πDρg - выталкивающая сила воды в расчете на 1 м длины трубопровода, кН/м;
- распределенный вес трубопровода, кН/м;
ст
3
ρ - плотность стали, кг/м.
р
о
0
в
н.в.
3
Подставляя исходные данные в формулы (1-4) и учитывая, что ∑ℓ=2,5·8=20 м, ∑ℓ=10·8=80 м, h=1,71 м, ρ=1000 кг/м, к=1,05, получаем следующие результаты:
;
;
н.в.
2
;к·q=1,05·0,25·3,14·1,42·1000·9,81=16,3 кН/м;
тр
2
2
q=0,25·(1,42-1,382)·3,14·7850·9,81=6,4 кН/м.
Условие (4), имеющее вид 15,5≥(16,3-6,4) или 15,5≥9,9, соблюдается, поэтому устойчивость участка против всплытия обеспечена.
Оценим устойчивость грунтовой засыпки против ее сдвига вниз по уклону.
Условие устойчивости имеет вид:
0
где G - вес грунта засыпки из отвала на участке между перегородками, кН;
α - угол между осью трубопровода и горизонталью, град;
п
F - сила трения по подошве грунтозадерживающей перегородки в предельном состоянии (в момент начала сдвига), кН.
0
п
Значения G и F определяем по формулам:
Подставляя исходные данные в формулы (6), (7), получим:
0
G=13·1·3·10=390 кН,
п
F=18·1·3·2,5·tg25°=63,0 кH.
Условие (5) имеет вид: 390·sin5°<63 или 34<63.
Таким образом, грунтозадерживающие перегородки удерживают массивы засыпки грунта из отвала от сползания при оттаивании.
В целом предложенный способ прокладки участка трубопровода не требует дефицитных материалов, дорогостоящих конструкций, специальной тяжелой техники, обеспечивает устойчивое положение трубопровода и грунтовой засыпки, тем самым повышает эксплуатационную надежность способа прокладки газопроводов на уклонах местности в условиях льдистых слабонесущих мерзлых пород при их оттаивании.