УСТРОЙСТВО КОМПОЗИТНОГО ПОНТОНА ПОД ОСНОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДНОЙ ТРАССЫ НА БОЛОТАХ И ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
DEVICE OF COMPOSITE BRIDGE BOAT UNDER PIPELINE ROUTE BASE AT SWAMPLANDS AND PERMAFROST SOILS

Изобретение относится к области создания конструкций устройств под основание магистрального трубопровода для преодоления болот всех типов, а также строительства трасс на вечномерзлых грунтах, и предназначено для осуществления возможности строительства магистральных трубопроводов без нарушения экологического равновесия в природе.
Известно звено понтонно-мостового парка (патент РФ №2052571, опубл. 20.01.1996), включающее шарнирно соединенные два крайних и два средних понтона с размещенными внутри поперечными балками и установленными поперечными перегородками, разделяющими каждый понтон на две автономные герметичные секции, стыковые узлы, расположенные на торцах понтонов, а секции выполнены с возможностью изменения расстояния между ними посредством механизма выдвижения, причем между секциями средних понтонов размещены силовые рамы и верхние, и нижние силовые телескопические балки, жестко соединенные одними концами с силовыми рамами в их углах, а другими с секциями средних понтонов посредством механизмов фиксации, при этом звено снабжено аппарелями, уложенными на верхние силовые телескопические балки, кроме этого механизм выдвижения секций выполнен в виде двух параллельно установленных в образованных в секциях средних понтонов нишах гидроцилиндров, шток каждого из которых прикреплен к силовой раме, а корпус - к поперечной балке секции понтона, а механизм фиксации выполнен в виде двухпозиционного фигурного пальца, одновременно замыкающего верхние и нижние телескопические балки.
Известно понтонное звено (патент №2018561, опубл. 30.08.1994), включающее два крайних и два средних понтона, шарнирно соединенных между собой, и межзвеньевые стыковые узлы, расположенные на торцах понтонов, и каждый крайний понтон выполнен складным из плоских и прямоугольных панелей, шарнирно соединенных между собой посредством гибких уплотнительных элементов и гибких торцевых диафрагм, при этом каждый крайний понтон снабжен съемными распорками и гибкой палубой, одна сторона которой жестко прикреплена к понтону, а другая прикреплена к нему с возможностью разъема посредством расположенных на понтоне крючков, взаимодействующих с выполненными на гибкой палубе отверстиями.
Недостатком известных устройств является сложность конструкции и трудоемкость изготовления.
Известна конструкция через водную преграду (А.с. №719184, опубл. 07.12.1990), включающая размещение в створе переправы плавучих опор и укладку настила проезжей части, предварительно плавучие опоры притапливают ниже уровня воды и устанавливают на них составные по длине геометрические трубчатые балки, размещенные по ширине переправы и образующие замкнутую циркуляционную систему, затем производят нагнетание жидкого воздуха в трубчатые балки до превращения окружающей их водной среды в искусственный лед, а при укладке настила проезжей части вмораживают его в искусственный лед.
Недостатком известной переправы является сложность и дороговизна конструкции.
Известно сборно-разборное покрытие временных площадок на болотах (А.с. NS 443143, опубл. 15.09.1974), включающее сборные щиты с тросом, а на нижней поверхности каждого щита в его средней части закреплена эластичная надувная камера. На концевых участках каждого щита смонтированы клиновые замки, через которые пропущен трос, снабженный упорными шайбами, взаимодействующими с клиньями клиновых замков.
Недостатком данного технического решения является непрочность надувных эластичных камер, низкая грузоподъемность.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению и принятым за прототип является плавучий понтон (патент РФ №57237, опубл. 10.10.2006 г.), преимущественно для крана манипулятора, который выполнен разборным и содержит узел крепления. Составные части жестко соединены между собой, в торце плавучего понтона выполнен вырез таким образом, что образует открытую рабочую зону, а в каждой составной части выполнен угловой вырез, при этом каждый угловой вырез расположен зеркально напротив другого соответствующего выреза, образуя открытую рабочую зону, например для крана манипулятора. Плавучий понтон выполнен из трех составных частей, причем средняя составная часть выполнена укороченной по длине относительно остальных составных частей. Узел крепления понтона выполнен в виде опорной рамы, которая выполнена в виде усеченной четырехгранной пирамиды, большее основание которой закреплено на плавучем понтоне, а меньшее основание предназначено для установки, например, крана манипулятора. Опорная рама расположена симметрично относительно продольной оси симметрии плавучего понтона, совпадающей с осью симметрии открытой рабочей зоны, и выполнена из угловых профилей или трубы прямоугольного сечения, а составные части понтона выполнены полыми и герметичными.
Недостатками известного понтона является то, что отсутствует возможность транспортирования того, что грузится краном, манипулятором, а отсутствие жесткого крепления с чем-либо не дает гарантии при погрузке от перевертывания плавучего понтона, а поэтому сужены функциональные возможности использования.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка устройства под основание магистрального трубопровода для осуществления возможности строительства магистральных трубопроводов без нарушения экологического равновесия в природе.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в увеличении устойчивости и грузоподъемности, а также расширении функциональных возможностей использования.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство композитного понтона под основание трубопроводной трассы содержит разборное трубопроводное основание, выполненное из базальтоуглеродопластика, составные элементы которого включают, по меньшей мере, один центральный и боковые понтоны, стянутые композитными продольными и поперечными тросами, при этом каждый составной элемент трубопроводного основания опирается на внутреннюю пространственную силовую раму, оборудованную сплошными тонкостенными двутаврами, при этом составные элементы понтона соединены между собой замковыми соединениями (типа «папа-мама»).
Причинно-следственная связь между заявляемым техническим результатом и существенными признаками, характеризующими изобретение, следующая.
В качестве несущего элемента понтона объемной конструкции использована тонкостенная оболочка из базальтоуглеродопластика. Преимущество такого понтона состоит в том, что они обладают значительно более высоким коэффициентом грузоподъемности (отношение веса к весу самого понтона) по сравнению с понтонами других конструкций. Использование в качестве постелирования композитных понтонных модулей, не подтвержденных коррозии, позволяет исключить земляные работы, и обеспечить тем самым сохранение экологического равновесия внутри болота и на его дневной поверхности.
Связывание составных элементов понтона между собой посредством тросов создает прочную конструкцию под трубопровод. Использование высокопрочных композитных тросов, не подверженных коррозии, обеспечит надежную долгосрочную работу построенного трубопровода при любых погодных условиях и величинах подъема паводка вод. Для обеспечения долгосрочной и безотказной работы в качестве несущих элементов во внутренней полости составных элементов основания понтона усилены продольными тонкостенными двутаврами, способными выдерживать нагрузки от построенного большого диаметра трубопровода и тяжелой строительной техники (бульдозеры, трубоукладчики, автовозы и др.), передвигающихся по их поверхности.
На фиг. 1 представлена конструкция составного элемента устройство композитного понтона под основание трубопроводной трассы - центральный понтон 1, опирающийся на силовую двутаврового сечения раму 2, продольные пазы 3 под тросы, сверху размещен трубопровод 4, закрытый кожухом 5.
На фиг. 2 представлена конструкция составного элемента - боковой понтон со скругленной боковой поверхностью 6, опирающийся на силовую двутаврового сечения раму 2, палубная листовая часть 7, опирающаяся на двутаврого сечения балку 8.
На фиг. 3 показано натяжение продольных высокопрочных композитных тросов 9, проложенных в пазах 3, для связки составных элементов в дорожку устройства композитного понтона под основание трубопроводной трассы.
На фиг. 4 показана компоновка высокопрочных композитных тросов 11 для поперечной связки составных элементов трубопроводного основания, проходящих через отверстия, выполненные под палубной частью 7 понтона.
На фиг. 5 показано трубопроводное основание в связке центрального 1 понтона, боковых понтонов 6, опирающихся на силовую раму 2, палубной части 7, связанных поперечной связкой из композитных тросов 11, продольные тросы 9, связывающие составные элемента понтона 1 и 6 в дорожку, трубопровод 4, расположенный на палубной части 7 устройства композитного понтона под основание трубопроводной трассы, закрытый кожухом 5.
На фиг. 6 показано замковое соединение 12-13 со стопорными для фиксации отверстиями 14, необходимыми для надежного соединения составных элементов понтона в дорожку и между собой.
Конструкция понтона с силовой металлической рамой из профилей двутаврого сечения, собранная из составных элементов: модулей центральных и боковых, скрепленных высокопрочными продольными и поперечными композитными тросами, представляет собой высокопрочную конструкцию для размещения на ней трубопровода и дороги для проезда автомобильного и специального транспорта.
Понтон выполнен из базальтоуглеродопластика при низкой стоимости - базальтоуглеродонановинил волокон (БУНВ).
Выбор базальтоуглеродового волокна в качестве армирующего материала осуществлен по показателям прочности, жесткости, стойкости к агрессивным средам, теплостойкости и морозостойкости, указанный материал превосходит другие композитные материалы и сталь по прочности.
3
2
Характеристики БУНВ: плотность (кг/м) 1900-2200 модуль упругости, ГПА 65 удельный модуль упругости, км 3250-3500 предел прочности (для материалов предел текучести) при растяжении. МПа 1920 удельный придел прочности (для материалов придел текучести), КМ 92,5-99 отношение усталостной прочности к статической (число циклов 110) 0,33, теплопроводность при 20°С ВТ/мС° 0,40. Коэффициент линейного расширения, x100 град-10,4-8,2 гигроскопичность, % 0,05 стойкость к воздействию химически агрессивных сред, солевых растворов, коррозии.
Базальтоуглеродопластика - это композитный материал, в состав которого входит базальтовое углеволокно, и полимерное связующее.
По характеристикам БУНВ успешно конкурирует с изделиями как из металла, так из стеклопластика, и превосходит их по коррозионной стойкости и кислотостойкости. Самое актуальное в настоящее время - это высокая прочность БУНВ даже в сравнении с базальтопластиком. Благодаря этому свойству БУНВ изделия в 3,5 раза прочнее изделий из стали и при этом в 4,5 раза их легче.
В отличие от прочих материалов БУНВ останутся неизменными в течение 100-200 лет, термо- и огнестойкости. Выдерживают длительное воздействие температуры до 720°С и водонепроницаемы.
Строительство композитного понтона под основание трубопроводной трассы на болотах и вечномерзлых грунтах осуществляют следующим образом.
Устраивают зафиксированную стартовую площадку с укрытием от непогоды; устанавливают на противоположном по ходу трассы магистрального трубопровода берегу железобетонный пирамидальный якорь; натягивают высокопрочные композитные грузофиксирующие тросы от якоря к стартовой площадке; укладывают понтонные модули на грузофиксирующие тросы; закрепляют понтоны на тросах с одновременной фиксацией их на дневной поверхности; с помощью монтажно-укладочного комплекса последовательно наращивают понтонную дорожку под строящийся трубопровод; параллельно на понтоны монтируют полками вверх швеллеры для обеспечения проезда по этой колее требуемой техники; при этом по построенной из модульных композитных понтонов дорожке возвратно-поступательно перемещается монтажно-укладочный комплекс, несущий в подбрюшной части секции трубопровода для обеспечения возможности последовательного наращивания строящегося наземного трубопровода трассы методом «на себя».