СПОСОБ ЗАСЫПКИ УЛОЖЕННОГО В ПОДВОДНУЮ ТРАНШЕЮ ТРУБОПРОВОДА
METHOD TO FILL UP PIPELINE LAID INTO UNDERWATER TRENCH

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при сооружении трубопроводов на переходах через водные преграды.
В практике трубопроводного строительства используются различные способы и конструктивные решения по прокладке подводных переходов трубопроводов. Широко применяется траншейный способ прокладки по дну водоема. При данном методе прокладки используют стандартные способы засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода.
Прототипом изобретения является способ засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода (СП-108-34-97 утверждено РАО «Газпром» - Москва: 1998. - 56 с.), включающий рефулирование грунта земснарядами по пульпопроводу, или сброс грунта саморазгружающимися шаландами, или сброс грунта из барж путем выгрузки его грейфером, или перекачивание грунта из барж.
в
п
3
3
Недостатком прототипа является то, что засыпка ведется последовательно, а грунт, попадая в воду, вызывает увеличение удельной массы воды ρ=1100 кг/м до удельной массы пульпы, которая доходит до значения ρ=1400 кг/м. Вследствие чего возрастает выталкивающая сила, трубопровод поднимается и после завершения засыпки оказывается выше проектной отметки.
Задачей изобретения является рационализация засыпки, при которой устраняется возможность выхода трубопровода из проектного положения.
Поставленная задача решается тем, что при способе засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода, включающем рефулирование грунта земснарядами по пульпопроводу, или сброс грунта саморазгружающимися шаландами, или сброс грунта из барж путем выгрузки его грейфером, или перекачивание грунта из барж, согласно изобретению трубопровод закрепляют перемычками протяженностью l и расстоянием между ними L, значения которых получают расчетным путем, затем производят засыпку трубопровода между полученными перемычками с последующей засыпкой оставшихся частей трубопровода. Кроме того, в качестве перемычек на трубопровод временно устанавливают железобетонные или металлические пригрузы на расстоянии k между ними, значение которого определяется расчетным путем.
На фиг.1 представлен порядок засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода перемычками, на фиг.2 представлены варианты конструкций железобетонного или металлического пригруза, используемого при засыпке подводного трубопровода, на фиг.3 представлена схема расстановки железобетонных или металлических пригрузов при засыпке, где 1 - забалластированный трубопровод, 2 - железобетонный или металлический пригруз.
Способ засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода заключается в следующем. Уложенный в подводную траншею забалластированный трубопровод 1 засыпается перемычками согласно порядку, представленному на фиг.1, протяженностью l и расстоянием между ними L, значения которых получают расчетным путем. Ограничение по протяженности перемычки в l метров обеспечивает отсутствие возможности всплытия трубопровода в начальный период засыпки, а сами перемычки №1 не дают возможности трубопроводу всплыть при дальнейшей засыпке последующих участков №11-№111 между перемычками.
max
Зная, что максимальный допустимый прогиб в середине пролета y=f=100 мм, расстояние между перемычками L и протяженность самих перемычек I можно определить, решив уравнение:
<mrow><msub><mi>f</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>E</mi><mi>I</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mi>l</mi></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>q</mi><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mi>l</mi></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>24</mn></mrow></mfrac><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mi>l</mi></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>24</mn></mrow></mfrac></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>q</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mfrac><mrow><msup><mi>l</mi><mn>4</mn></msup></mrow><mrow><mn>24</mn></mrow></mfrac></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mi>l</mi></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mi>l</mi></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>24</mn></mrow></mfrac><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>q</mi><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mi>l</mi></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>24</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                            </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
в
где q - распределенная нагрузка, воздействующая на подводный трубопровод вследствие его засыпки грунтом и увеличением удельной массы (плотности) воды с грунтом на величину Δρ и определяемая по формуле, Н/м:
<mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><msub><mi>n</mi><mi>п</mi></msub><mfrac><mrow><mi>π</mi><msubsup><mi>D</mi><mrow><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>ф</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mi>Δ</mi><msub><mi>ρ</mi><mi>в</mi></msub><mi>g</mi><mo>,</mo><mtext>                                  </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
п
где n - коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1;
н.ф
D - наружный диаметр изолированного, футерованного трубопровода, м;
в
в
3
Δρ - изменение плотности воды при засыпке трубопровода, погруженного в воду, различными грунтами (определяется инженерными изысканиями, натурными экспериментальными исследованиями, а при их отсутствии принимается для наиболее неблагоприятного случая равным Δρ=300 кг/м);
2
g - ускорение свободного падения, м/с;
гр
q - распределенная нагрузка от действия грунта (с учетом архимедовой силы, действующей на него), Н/м:
<mrow><msub><mi>q</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>ф</mi></mrow></msub><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>,</mo><mtext>               </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>3</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
гр
γ - удельный вес грунта в воздухе, Н/м;
в
3
γ - удельный вес воды, принимается равным /ц=11000 Н/м;
0
h - глубина заложения трубопровода от дна водоема до верхней образующей, м;
Е - модуль упругости материала трубы, МПа;
4
I - осевой момент инерции сечения трубы, м:
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>π</mi><mrow><mn>64</mn></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>D</mi><mi>н</mi><mn>4</mn></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>D</mi><mrow><mi>в</mi><mi>н</mi></mrow><mn>4</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mtext>                      </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>4</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
Решение данного уравнения вполне легко получить при помощи программы Microsoft Office Excel.
п
Второй вариант способа засыпки уложенного в подводную траншею трубопровода заключается во временной установке на период проведения работ по засыпке трубопровода железобетонных или металлических пригрузов 2 на забалластированном трубопроводе 1 на расстоянии k между ними, как представлено на фиг.3. После окончания работ по засыпке трубопровода железобетонные или металлические пригрузы 2 демонтируются, т.е. их применение носит многоразовый характер, тем самым удорожание проведения работ по засыпке не значительно. Размеры железобетонного или металлического пригруза, масса m, а также расстояние между пригрузами k определяются расчетами.
Возможный перекрываемый пролет, т.е. расстояние между металлическими или железобетонными пригрузами определяется по формуле:
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mroot><mrow><mfrac><mrow><mn>384</mn><msub><mi>f</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow><mi>q</mi></mfrac></mrow><mn>4</mn></mroot><mo>,</mo><mtext>                                 </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>5</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
max
max
где f - максимальный прогиб в середине пролета, допустимое отклонение оси трубопровода от проектного положения, f=100 мм.
п
Массу пригруза m определяется по формуле:
<mrow><msub><mi>m</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>n</mi><mi>п</mi></msub><mfrac><mrow><mi>π</mi><msubsup><mi>D</mi><mrow><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>ф</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mi>Δ</mi><msub><mi>ρ</mi><mi>в</mi></msub><mfrac><mi>k</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>n</mi><mi>п</mi></msub><mfrac><mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>в</mi><mo>.</mo><mi>г</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>п</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>                            </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>6</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
в.г
где ρ - плотность воды при засыпке грунтом;
п
ρ - плотность материала пригруза (стали, чугуна или железобетона).