СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА
METHOD FOR LAYING OF UNDERGROUND PIPELINE

Изобретение относится к строительству и может найти применение при сооружении трубопроводов, транспортирующих продукт с положительной или переменной во времени температурой, при подземной прокладке в многолетнемерзлых грунтах (ММГ) преимущественно островного типа.
Известно, что в процессе эксплуатации подземные трубопроводы меняют первоначальное положение, что происходит в связи с условиями перекачки продукта вследствие особенной укладки трубопровода при строительстве магистральных трубопроводов в многолетнемерзлых грунтах (ММГ).
Известны Рекомендации по проектированию теплоизоляционных конструкций магистральных трубопроводов в виде сплошного кольца, а также с теплоизоляционными экранами и подсыпкой («Рекомендации по проектированию теплоизоляционных конструкций магистральных трубопроводов» Р536-84 ВНИИСТ, Москва, 1985). Известны также сегменты теплоизоляционные из экструдированного пенополистирола «Экстрол», которые предназначены для тепловой изоляции трубопроводов диаметром от 57 мм до 1420 мм, в том числе в районах с многолетнемерзлыми грунтами, транспортирующими среду с температурой от минус 63°C до плюс 75°C, и плиты пенополистирольные экструзионные «Экстрол» ТУ 5767-004-77909577-12 и ТУ 5767-003-77909577-2012.
К недостаткам применения теплоизоляционных сегментов и скорлуп следует отнести увеличение размеров траншеи, потребность в дополнительной пригрузке, оснащении плетевозов съемными пеналами и деревянными ложементами дугообразной формы с резиновыми прокладками, увеличении затрат по их хранению, а главное, отсутствие инструментального контроля целостности кольцевой изоляции в процессе строительства трубопроводов при подземном методе прокладки до заполнения транспортируемым продуктом и согласно п. 5.8 СНиП 41-03-2003 при бесканальной прокладке предварительно изолированные трубопроводы с изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке должны быть снабжены системой оперативного контроля влажности изоляции (ОДК).
Известны способы прокладки подземного трубопровода на участках сплошного и прерывистого распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ), включающие разработку траншеи в отсыпанную насыпь шириной, превышающей радиус ореола оттаивания, или укладка трубопровода в уширенную траншею с отсыпкой по поверхности и по длине трубопровода грунтовых призм с расстояниями, не превышающими балочного пролета, высотой, определяемой расчетом. В результате растепления грунтов околотрубного пространства происходит уплотнение просадочности грунтов с осадкой трубы до уровня непросадочных грунтов (патент RU 2494302, опубл. 27.09.2013).
Известны и другие способы прокладки трубопроводов в ММГ (патент RU 2244191, опубл. 10.01.2005, патент РФ 2066806, опубл. 20.09.1996).
Все приведенные способы имеют общие недостатки: увеличение, объемов земляных работ, потребность в привозном песке и непрогнозируемость возможного развития ореолов оттаивания ММГ с последующим изменением проектного положения трубопровода.
Известен способ прокладки подземного трубопровода и устройство для его осуществления при строительстве магистральных трубопроводов в зимнее время на уклонах трассы, сложенных высокольдистыми многолетнемерзлыми грунтами (патент РФ 2472053, опубл. 10.01.2013), заключающийся в раскопке траншеи, укладке на ее дно трубопровода с размещением по его сторонам двух дренажных каналов, состоящих из состыкованных между собой трубчатых элементов, и обратной засыпке траншеи грунтом. Участки поверхности дна траншеи выполняют под углом с понижением к вертикальной ее оси. Состыкованные трубчатые элементы подбивают в пространство между трубопроводом и дном траншеи, после чего перекрывают трубопровод, дно траншеи, боковые поверхности трубчатых элементов и траншеи гибкими водопроницаемыми коврами с последующей их засыпкой грунтом, перекрытием его свободными боковыми участками ковров и окончательной засыпкой траншеи. Каждый трубчатый элемент выполнен в виде изгибно-естественной прямой призмы треугольного сечения, состоящей из высокопрочного стеклопластика.
Указанному решению присущи следующие недостатки:
- конструкция не предотвращает процесс растепления ММГ околотрубного пространства при положительной температуре транспортируемого продукта;
- сложность профиля дна траншеи;
- постоянство живого сечения трубчатых элементов не гарантирует пропуск воды в течение срока эксплуатации, т.е. неремонтнопригодны без снятия с трубопровода гибких водопроницаемых ковров.
В качестве прототипа принят способ сооружения трубопровода в многолетнемерзлых грунтах с чередующимся характером рельефа (патент 2244192, опубл. 10.01.2005), заключающийся в отрывке траншеи, укладке в нее трубопровода, его фиксации и закреплении на проектных отметках грунтом засыпки. При этом на переходах со спокойным рельефом траншею отрывают в деятельном слое глубиной, обеспечивающей расположение верхней образующей трубопровода не выше уровня дневной поверхности, а перед укладкой трубопровода выстилают стенки и дно траншеи полотнищами из нетканого синтетического материала (НСМ) с перекрытием внахлест их поперечных трубопроводу кромок на бермах траншеи. Грунт засыпки размещают в навешенных на трубопровод вплотную друг к другу балластирующих полимерно-панельных устройствах (ППУ) с последующей отсыпкой защищающей трубопровод насыпи.
Недостатки способа по прототипу состоят в следующем:
- конструкция балластирующих устройств не предотвращает растепление ММГ и трудоемки при монтаже;
- отсутствие теплоизолирующего основания под теплым трубопроводом провоцирует развитие ореолов растепления ММГ;
- в протаявших грунтах в результате просадки пригруженного трубопровода не исключена вероятность нарушения закрепления продольных кромок полотнищ из НСМ на бермах траншеи;
- грунт засыпки, уложенный на НСМ за границей балластирующих полимерно-панельных устройств, не участвует в балластировке трубопровода.
Заявленное изобретение направлено на исключение непредсказуемого растепления ММГ при положительных температурах транспортируемого продукта в стальных трубопроводах большого диаметра.
Задачей изобретения является повышение надежности эксплуатации подземного трубопровода, проложенного на многолетнемерзлых грунтах преимущественно островного типа. Техническим результатом изобретения, который достигается при осуществлении данного способа, является обеспечение устойчивого положения участка трубопровода и грунта в траншее за счет многослойной конструкции, сочетающей элементы теплоизоляции и пригрузки.
Поставленная задача в способе прокладки подземного трубопровода, заключающемся в раскопке траншеи, укладке трубопровода, перекрытии трубопровода, дна траншеи и боковых поверхностей водопроницаемыми полотнищами из нетканого синтетического материала (НСМ), заполнении околотрубного пространства высотой не менее 200 мм над верхней образующей керамзитом, замыканием полотнища НСМ путем тепловой спайки, установке по концам теплоизолирующей конструкции из керамзита пригрузов и окончательной засыпке грунтом, решается тем, что перед укладкой трубопровода в поперечном сечении траншеи раскладываются гибкие силовые пояса с закреплением концов на берме траншеи временными штырями и по дну траншеи сооружением многослойного основания из пустотелых железобетонных плит-перекрытий, на поверхности которых формируется мягкая теплоизолирующая постель из песка перлитового вспученного мелкого, замкнутого тепловой спайкой в двух-трех слоях нетканого синтетического материала, а замыкаемые тепловой спайкой НСМ по верхней образующей на всей длине полотнища дополнительно укрепляются связкой с натяжением гибких силовых поясов, при этом в качестве теплоизолирующей постели могут быть использованы матрасы, изготовленные в базовых условиях.
В частных случаях выполнения способа железобетонные плиты-перекрытия снабжены проушинами и силовые пояса одним концом закреплены в проушины железобетонных плит-перекрытий, а другим концом закреплены на берме траншеи временными штырями.
Таким образом, формируется замкнутая конструкция теплоизоляции боковых и верхней поверхности теплого трубопровода, которая после связки мягких силовых поясов создает круговой теплоизолирующий слой, а наличие пустотелых железобетонных плит перекрытия, уложенных на основание ММГ, способствует рассеиванию теплового потока под трубой и предотвращению просадки всей конструкции трубопровода при экстремальном растеплении поверхностного слоя грунта обваловки. Кроме того, теплоизолирующий слой не требует уширения траншеи и специального контроля качества монтажа, т.к. аналогичная конструкция регламентирована для балластировки газопроводов минеральными грунтами в сочетании с полотнищами из нетканого синтетического материала (НСМ) (п. 2.14 ВСН 39-1.9-003-98).
Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 и фиг. 2 изображен поперечный разрез трубопровода, проложенного на участке ММГ, на фиг. 3 - продольный профиль с уложенными теплоизолирующими и пригружающими устройствами, при этом на фиг. 1 изображен поперечный разрез трубопровода с засыпкой керамзитом до соединения краев полотнищ НСМ, а на фиг. 2 - тот же поперечный разрез трубопровода после спайки полотнищ НСМ, связки гибких поясов и окончательной обратной засыпки траншеи грунтом.
Способ осуществляется следующим образом.
В многолетнемерзлых грунтах 1 отрывают траншею глубиной, обеспечивающей подземную прокладку трубопровода 2 с учетом теплоизоляционного основания в виде пустотелых железобетонных плит-перекрытий 3, песка перлитового вспученного мелкого (кремнезита) 4, заключенного в НСМ 5, замкнутого по периметру тепловой спайкой в трассовых условиях, либо поставляемого в виде матрасов размерами L×B×h (20×3×0,2) м, а также с учетом высоты засыпки не менее 200 мм керамзита 6 в полотнище из НСМ 7 и грунта 8 над керамзитом с общей высотой не менее 1 м от верха трубопровода 2.
Перед укладкой трубопровода 2 на определенном расстоянии, в зависимости от длины пустотелых железобетонных плит-перекрытий, по стенкам и дну траншеи выстилают силовые пояса 9, выполненные из прочных, не гниющих в грунтах нетканых материалов, которые закрепляются на берме траншеи временными штырями 10, либо одним концом пояса крепятся к плитам в специальные гнезда (проушины) до укладки их в траншею. После укладки плит второй конец поясов крепится аналогично на берме траншеи штырями 10.
По уложенным пустотелым железобетонным плитам-перекрытиям вдоль траншеи на ширину плит расстилается НСМ, на который ровным слоем насыпается песок перлитовый вспученный мелкий (кремнезит) с последующим покрытием НСМ и тепловой спайкой по периметру участками длиной ~20 м, либо кремнезитовые «матрасы» поставляются от производителей и раскладываются по плитам, что также снижает жесткость конструкции труба-плита.
На подготовленное теплоизолирующее основание укладывают трубопровод 2, после чего перекрывают трубопровод, дно и стенки траншеи гибкими водопроницаемыми полотнищами 7 (НСМ размерами 20×25 м, заготовленными в базовых условиях) с последующей их засыпкой керамзитом 7, и тепловой спайкой с последующей связкой гибких поясов 9' и установкой пригрузов 11, типа УБО-М и ПКУ, по концам теплоизолирующей конструкции из керамзита.
Окончательная засыпка грунтом 8 производится традиционным способом из отвала траншеи.
Эффект изобретения состоит в том, что вместо труб с дорогостоящей теплоизоляцией заводского изготовления с наружным гидроизолирующим покрытием, требующим особых условий транспортировки и хранения на трассе, применены стандартные гидроизолированные трубы, а околотрубное пространство формируется из конструкций, в которых применены материалы промышленного производства с низкими показателями теплопроводности:
Песок перлитовый вспученный мелкий (кремнезит) 0,05-0,06 Вт/м⋅K;
Керамзит 0,099-0,148 Вт/м⋅K;
Пустотелые плиты перекрытия 0,169 Вт/м⋅K.
В данном способе создается околотрубная среда с теплопроводностью, ограничивающей растепление ММГ, что обеспечивает устойчивое проектное положение в течение длительного срока эксплуатации.
В случае обводнения траншеи, которое происходит за счет наружного тепла, вызывающего весенне-летнее таяние снега, насыпной керамзит, находящийся в замкнутом объеме НСМ, в результате водопоглощения выполняет также роль пригрузки, обеспечивая «нулевую» плавучесть данного участка, и создается монолитность, в конструкции которой сочетаются теплоизолирующие и пригружающие свойства используемых материалов.
Таким образом, данное изобретение решает задачу повышения надежности работы трубопровода на трассах, сложенных многолетнемерзлыми грунтами.