НАДЗЕМНЫЙ ТРУБОПРОВОД

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к надземной прокладке трубопроводов, например, газопроводов и нефтепроводов, сооружаемых из труб малых и средних диаметров, преимущественно до 600-700 мм, в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты.
Известны надземные трубопроводы, представляющие собой системы конструкций, в которых трубопровод работает как неразрезная балка, т.к. трубопровод уложен непосредственно на опоры различных типов: на низкие бетонные опоры, на скользящие, например свайные, опоры, на одностоечные или рамные железобетонные опоры и т.п. (И.П.Петров, В.В.Спиридонов. Надземная прокладка трубопроводов. Москва, «Недра», 1973, с.5-6; с.88, рис 5.8; с.91, рис.5.11; с.220-221, рис.13.4 и 13.5).
Такие надземные трубопроводы применяют на участках, где отсутствуют какие-либо естественные или искусственные препятствия: реки, овраги, ущелья, железные или автомобильные дороги, каналы и т.п., причем при назначении величины пролетов между опорами максимально используют прочность самого трубопровода. При малых и средних диаметрах трубопроводов, не превышающих 600-700 мм, пролеты между опорами трубопровода небольшие, т.к. их величина определяется прочностью и жесткостью труб, составляющих трубопровод, в которых кроме усилий от вертикальной нагрузки, деформаций опор, колебаний трубопровода и давления ветра, возникают значительные усилия от транспортируемого продукта (например, давления газа).
Недостатки этих известных трубопроводов заключаются в том, что наиболее опасными при эксплуатации таких трубопроводов являются дополнительные усилия в составляющих их трубах, возникающие в результате выпучивания опор, происходящего при замерзании деятельного слоя грунтов основания в условиях вечной мерзлоты при строительстве на пучинистых грунтах, и приводящие к необходимости дополнительных затрат не только на проведение наблюдений за перемещением и состоянием опор трубопроводов, но и на ликвидацию недопустимых вертикальных деформаций, что весьма трудоемко и дорого при эксплуатации трубопроводов в отдаленных северных районах. Незначительная погонная нагрузка от веса рассматриваемого трубопровода и небольшие пролеты между его опорами приводят к возникновению в опорах вертикальных усилий, недостаточных для противодействия силам морозного пучения, действующим на опоры трубопровода.
Наиболее близким аналогом предлагаемого является надземный трубопровод, включающий проложенные в районах залегания непучинистых грунтов участки трубопровода, уложенного непосредственно на опоры, установленные с постоянным или переменным шагом вдоль трассы трубопровода, и пересекающие реки, овраги, ущелья, железные и автомобильные дороги, каналы и другие естественные и искусственные препятствия участки трубопровода, снабженные поддерживающими трубопровод конструкциями, имеющими опоры, установленные поперек и/или по краям вышеназванных препятствий (Справочник по проектированию магистральных трубопроводов. Под редакцией А.К.Дерцакяна. Ленинград, «Недра», 1977, с.213-218, рис.5.10-5.13).
На участках надземного трубопровода малого или среднего диаметра, снабженных поддерживающими трубопровод конструкциями, пролеты между опорами, т.е. шаг установки опор вдоль трассы трубопровода, значительно больше, чем на участках трубопровода такого же диаметра без поддерживающих трубопровод конструкций, и поэтому вертикальные усилия в опорах от погонной нагрузки на участках трубопровода, снабженных поддерживающими трубопровод конструкциями, значительно больше таких же усилий на участках, не имеющих поддерживающих трубопровод конструкций, что увеличивает противодействие силам морозного пучения, действующим на опоры трубопровода, и существенно уменьшает дополнительные усилия в трубопроводе от выпучивания опор.
Однако недостаток наиболее близкого аналога состоит в том, что участки надземного трубопровода, снабженные поддерживающими трубопровод конструкциями, находятся локально на небольшом протяжении трубопровода, а именно, только в местах перехода надземного трубопровода через естественные или искусственные препятствия, что не влияет на общее состояние трубопровода по всей его длине.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности надземных трубопроводов малых и средних диаметров, преимущественно до 600-700 мм, и снижение трудоемкости возведения таких трубопроводов при их прохождении, в том числе, и через районы залегания пучинистых грунтов, например вечномерзлых грунтов, а также снижение трудовых и материальных затрат при эксплуатации названных трубопроводов.
Решение поставленной задачей достигается тем, что в надземном трубопроводе, включающем проложенные в районах залегания непучинистых грунтов участки трубопровода, уложенного непосредственно на опоры, установленные с постоянным или переменным шагом вдоль трассы трубопровода, и пересекающие реки, овраги, ущелья, железные и автомобильные дороги, каналы и другие естественные и искусственные
препятствия участки трубопровода, снабженные поддерживающими трубопровод конструкциями, имеющими опоры, установленные поперек и/или по краям вышеназванных препятствий, согласно полезной модели, проложенные в районах залегания пучинистых грунтов участки трубопровода выполнены в виде трубопровода, уложенного на поддерживающую его конструкцию с опорами, размещенными вдоль трассы трубопровода с шагом, большим постоянного или максимального шага установки опор вдоль трассы трубопровода в районах залегания непучинистых грунтов, при этом трубопровод выполнен однониточным или многониточным.
При этом в районах залегания как непучинистых грунтов, так и пучинистых грунтов, для компенсации температурных напряжений и продольных деформаций трубопровод может быть уложен в плане в виде ломаной линии с криволинейными вставками, или в виде плавной волнообразной кривой, или прямолинейно со слабоизогнутыми участками, или криволинейно в виде дуги, причем в районах залегания пучинистых грунтов поддерживающие трубопровод конструкции выполнены в плане такого же очертания, как и трубопровод.
В районах залегания непучинистых и/или пучинистых грунтов опоры могут состоять из плит, уложенных на грунт или мелкого заглубления в грунт, стоек, прикрепленных нижними концами к плитам и несущих, соответственно, трубопровод и/или трубопровод и поддерживающую его конструкцию, установленные сверху на стойках.
В районах залегания непучинистых и/или пучинистых грунтов опоры могут также состоять из уложенных на грунт плит, несущих, соответственно, трубопровод и/или трубопровод и поддерживающую его конструкцию, установленные сверху на плитах.
Кроме того, в районах залегания непучинистых и/или пучинистых грунтов опоры могу быть выполнены свайными.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан надземный трубопровод, проходящий через районы залегания непучинистых и пучинистых грунтов и пересекающий препятствия, вид сбоку; на фиг.2 - то же, план; на фиг.3 - фрагмент участка трубопровода, уложенного на поддерживающую его конструкцию, в районе залегания пучинистых грунтов; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3.
1
Надземный трубопровод 1 включает проложенные в районах залегания пучинистых грунтов 2 участки 3 трубопровода 1, уложенного непосредственно на опоры 4, установленные с постоянным или переменным шагом l вдоль трассы трубопровода 1, и пересекающие реки, овраги, ущелья, железные и автомобильные дороги, каналы и другие естественные и искусственные препятствия 5 участки 6 трубопровода 1, снабженные поддерживающими трубопровод 1 конструкциями 7, имеющими опоры 4, установленные
2
1
поперек и/или по краям препятствий 5. Проложенные в районах залегания пучинистых грунтов 8 участки 9 трубопровода 1 выполнены в виде трубопровода 1, уложенного на поддерживающую его конструкцию 7 с опорами 4, размещенными вдоль трассы трубопровода 1 с шагом l, большим постоянного или максимального шага l установки опор 4 вдоль трассы трубопровода 1 в районах залегания непучинистых грунтов 2. При этом трубопровод 1 может быть выполнен как однониточным, так и многониточным, например двухниточным (см. фиг.4).
В районах залегания как непучинистых грунтов 2, так и пучинистых грунтов 8, для компенсации температурных напряжений и продольных деформаций трубопровод 1 может быть уложен в плане в виде ломаной линии с криволинейными вставками 10 (см. фиг.2), или в виде плавной волнообразной кривой, или прямолинейно со слабоизогнутыми участками, или криволинейно в виде дуги (на чертежах не показано). Причем в районах залегания пучинистых грунтов 8 поддерживающие трубопровод 1 конструкции 7 выполнены в плане такого же очертания, как и трубопровод 1 (см. фиг.2).
В качестве поддерживающих трубопровод 1 конструкций 7 могут быть применены любые системы, подходящие и удобные в каждом конкретном случае использования настоящей полезной модели, например, балочные системы, висячие системы, арочные системы. В описываемом в качестве примера случае трубопровод 1 уложен на поддерживающую конструкцию 7, представляющую собой пространственную сквозную нарезную балку 11, состоящую из двух или более ферм 12, объединенных для совместной работы с помощью раскосов (на чертежах не показаны), и установленную на опоры 4.
В районах залегания непучинистых грунтов 2 и/или пучинистых грунтов 8 опоры 4 могут состоять из плит 13, уложенных на грунт или мелкого заглубления в грунт, стоек 14, прикрепленных нижними концами к плитам 13, и несущих, соответственно, трубопровод 1 и/или трубопровод 1 и поддерживающую его конструкцию 7, установленные сверху на стойках 14.
Также в районах залегания непучинистых грунтов 2 и/или пучинистых грунтов 8 опоры 4 по сравнению с вышеописанными могут быть выполнены без стоек 14 и состоять из уложенных непосредственно на грунт плит 13, несущих, соответственно, трубопровод 1 и/или трубопровод 1 и поддерживающую его конструкцию 7, установленные сверху на плитах 13 (на чертежах не показано).
Кроме того, в районах залегания непучинистых грунтов 2 и/или пучинистых грунтов 8 опоры 4 могу быть выполнены свайными, т.е. в первой из вышеописанных конструкций опор 4 плиты 13 могут быть удалены, а вместо стоек 14 использованы сваи (на чертежах не показано).
2
2
1
Поддерживающие конструкции 7 обладают значительно большей несущей способностью, чем составляющие трубопровод 1 трубы, поэтому участки 9 трубопровода 1, снабженные поддерживающими трубопровод 1 конструкциями 7, имеют существенно большие пролеты l между опорами 4. Во сколько раз пролеты l больше пролетов l, во столько же раз увеличивается в опорах 4 противодействующие силам морозного пучения вертикальные усилия от веса трубопровода 1 на участках 9 трубопровода 1 с поддерживающими его конструкциями 7 по сравнению с участками 3 трубопровода 1 без поддерживающих конструкций 7.
2
1
2
1
2
2
При одинаковых напряжениях допустимые вертикальные перемещения опор 4 трубопровода 1 с поддерживающими его конструкциями 7 намного больше, чем у трубопровода 1 без поддерживающих конструкций 7, увеличение этих перемещений в первом случае приблизительно пропорционально отношению l /l  (например, при увеличении пролетов l по сравнению с пролетами l в 2-3 раза допустимые перемещения опор 4 увеличатся в 4-9 раз). Указанное увеличение допустимых перемещений опор 4 трубопроводов 1 с поддерживающими их конструкциями 7 приводит к существенному сокращению расходов как на наблюдения за перемещениями опор 4 и состоянием трубопровода 1, так и на ликвидацию недопустимых деформаций последнего, что снижает расходы при эксплуатации надземного трубопровода 1. Значительное увеличение допустимых вертикальных перемещений опор 4 предлагаемого надземного трубопровода 1 в районах залегания пучинистых грунтов 8 позволяет широко применять менее дорогие и быстровозводимые безсвайные опоры 4, не снижая надежности трубопровода 1.
Ветровые и динамические нагрузки при колебании трубопровода 1 воспринимают поддерживающие его конструкции 7. Совместные деформации трубопровода 1 и поддерживающих его конструкций 7 обеспечиваются их одинаковой конфигурацией в плане в районах залегания пучинистых грунтов 8.
Трубопровод 1 устанавливают на поддерживающие его конструкции 7 аналогично тому, как на опоры 4. Нагрузки от трубопроводов 1 малого и среднего диаметра (до 600-700 мм) невелики, поэтому сравнительно невелика и масса поддерживающих их конструкций 7, что не приводит к существенному удорожанию надземного трубопровода 1 при его строительстве в районах залегания пучинистых грунтов 8. Поддерживающие конструкции 7 могут быть использованы как сборочные площадки и транспортные средства, что существенно снизит трудоемкость возведения надземного трубопровода 1.