ПОЛИМЕРКОНТЕЙНЕРНОЕ БАЛЛАСТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПКБУ-МК ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель (ПМ) относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при прокладке подземных магистральных трубопроводов в условиях распространения вечномерзлых грунтов, при прокладке трубопроводов на болотах, а также на обводненных участках.
Из уровня техники известен аналог заявленной полезной модели - утяжелитель для прокладки подземного трубопровода, содержащий симметрично навешенную на трубопровод и заполненную грунтом пару емкостей, каждая из которых составлена из жесткой рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала, контейнера (SU 769178 A, 1978, F16L 1/06).
Известный утяжелитель используют при групповой балластировке трубопроводов, при этом утяжелители в группе скрепляют за торцовые поперечины рамок. Недостатком известного решения является повышенный расход материала на торцовые стенки контейнеров, поскольку обе примыкающие стенки контейнеров выполняют одну функцию - являются разделителями для грунта засыпки.
Аналогом заявленного устройства также является утяжелитель трубопровода, известный из патента RU 2164636 C1, 27.03.2001, F16L 1/06.
Утяжелитель содержит пару емкостей, каждая из которых составлена из жесткой плоской рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала контейнера.
Емкости выполнены многосекционными вдоль оси трубопровода, а секции отделены промежуточными поперечными стенками и рамными распорками.
Емкости утяжелителя соединены между собой налагаемой на трубопровод связью - силовыми поясами, изготовленными из гибкого материала и закрепленными концами на внешних прогонах рамок.
Недостатком известного решения является повышенный расход грунта засыпки. При установке утяжелителей в группе (при непрерывной балластировке трубопровода) под действием грунта засыпки полотнища, образующие емкости деформируются и между соседними в группе утяжелителями возникают клиновидные зазоры, в которые просыпается балластирующий грунт засыпки.
Известен утяжелитель трубопровода, содержащий V-образно размещенную пару бетонных блоков, подвешенных на трубопроводе посредством силовых поясов и опирающихся нижней частью на дно траншеи. В каждом из блоков выполнена открытая сверху глухая полость, создающая дополнительный объем, заполняемый грунтом засыпки (см. SU 1710913 A1, 07.02.1992).
Недостатком известного решения является возможность повреждения изоляции трубопровода, повышенный расход бетона и значительные затраты при изготовлении утяжелителей и при транспортировании их к месту строительства трубопровода.
Известен из уровня техники утяжелитель трубопровода, который содержит размещенные симметрично относительно продольной оси трубопровода емкости с жесткими прямоугольными каркасами - рамками. Продольные стенки емкостей подвешены к каркасам и выполнены из полос гибкого материала. Утяжелитель снабжен парой гибких перемычек образующих стенки емкостей (SU 1551930 A1, 23.03.1990).
Недостатком известного решения является низкая балластирующая способность утяжелителя, повышенная металлоемкость, возможность повреждения изоляции трубопровода Наиболее близким к заявленной полезной модели является известное из уровня техники полимерконтейнерное балластирующее устройство, которое содержит две размещенные по обе стороны от трубопровода и заполняемые грунтом емкости из полотнищ полимерной технической ткани, каждая из которых снабжена рамками жесткости и перегородками, а также силовые пояса, в проушинах которых размещены прогоны рамок жесткости. Нижний силовой пояс и заполняемые грунтом емкости выполнены в виде единого, налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них продольных прогонов рамок жесткости. Каждая перегородка скреплена с образующим емкость полотнищем и соответствующим верхним силовым поясом. Нижняя часть каждой рамки относительно дна траншеи размещена с уклоном в сторону трубопровода без опирания на него и на грунт дна траншеи при заполнении емкостей грунтом, а также при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки, что обеспечивается расчетной длиной единого полотнища между его проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов (см. RU 2266457 C1. 20.12.2005). Недостатком известного решения является возможность опирания рамки жесткости на трубопровод с возможностью повреждения его изоляции и деформация продольных элементов - прогонов рамок жесткости при воздействии на трубопровод эксплуатационных нагрузок.
Задачей, решаемой заявленной ПМ, является устранение возможного повреждения рамок и изоляции трубопровода элементами распорных жестких рамок при строительстве, эксплуатации и ремонте трубопровода. Достигаемым техническим результатом является повышение надежности трубопровода за счет полного вовлечения в работу грунта засыпки траншеи, обеспечения сохранности элементов распорных рамок жесткости, сохранение изоляции трубопровода за счет устранения контакта элементов распорных рамок женскости с наружной поверхностью трубопровода.
Указанная задача решается полимерконтейнерным балластирующим устройством ПКБУ - МК для балластировки магистральных трубопроводов, в котором две заполняемые балластирующим материалом емкости выполнены из единого полотнища полимерной технической ткани, с возможностью размещения их по обе стороны от трубопровода и размещения единого полотнища своей средней зоной на трубопроводе, каждая из емкостей снабжена торцевыми перегородками и распорными рамками жесткости, наружные продольные стороны - прогоны каждой указанной рамки размещены в проушинах, которыми снабжены соответствующие края единого полотнища, внутренний прогон каждой указанной рамки проходит под единым полотнищем вне емкости и каждый конец внутреннего прогона размещен в соответствующей проушине, которой снабжен каждый край нижних силовых поясов, налагаемых сверху на единое полотнище, при этом средние зоны нижних силовых поясов и единого полотнища скреплены между собой, например, соединительными строчными швами, концы нижних силовых поясов на ограниченной длине скреплены с единым полотнищем разрывными элементами, например, строчными швами, разрушаемыми при заполнении емкостей балластирующим материалом, пропущены через выполненные в едином полотнище отверстиях и располагаются вне емкостей, а наклон каждой распорный рамки жесткости в сторону трубопровода без опирания ее нижней частью на трубопровод и дно траншеи при заполнении емкостей балластирующим материалом, обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса/поясов и длиной верхних силовых поясов.
В частных случаях выполнения устройства верхние силовые пояса образованы однослойными или сложенными в несколько слоев и прошитыми лентами из полимерных нитей или из полимерной технической ткани, количество верхних силовых поясов каждой емкости составляет не менее двух, при этом верхние силовые пояса пришиты к единому полотнищу в его средней части.
Проушины единого полотнища образованы его отогнутыми и прошитыми краями, и усилены, а усиление проушин единого полотнища образовано пришитыми к нему однослойными или сложенными в несколько слоев и прошитыми лентами из полимерных нитей или из полимерной технической ткани, что позволяет заменить равномерно распределенную нагрузку от веса балластирующего материала на сосредоточенную. Замена распределенной нагрузки на наружные прогоны распорных рамок жесткости сосредоточенной нагрузкой, желательно, смещенной к краям наружных прогонов, снимает нагрузку с середины прогонов, устраняет их деформацию в процессе строительства и эксплуатации трубопровода и позволило снизить материалоемкость рамок жестокости, например, заменой труб диаметром 73 мм на трубы, диаметром 60 мм. В частном случае выполнения ПКБУ-МК, распорные рамки жесткости снабжены дополнительными распорными элементами, при этом распорные рамки жесткости выполнены сборно-разборными из трубчатых элементов или проката, а продольные стороны рамок жесткости снабжены соединительными элементами с возможностью фиксации указанных рамок при групповой балластировке трубопровода. Каждая емкость снабжена, по меньшей мере, одной перегородкой, соединенной с единым полотнищем, а торцевые стенки соединены с единым полотнищем и верхними силовыми поясами. Кроме того, каждая емкость снабжена откидной в сторону стенки траншеи панелью, что увеличивает балластирующую способность ПКБУ-МК.
Кроме того, указанная задача решается вариантом ПМ - полимерконтейнерным балластирующим устройством ПКБУ-МК для балластировки магистральных трубопроводов, в котором две заполняемые балластирующим материалом емкости выполнены из полотнищ полимерной технической ткани, с возможностью размещения емкостей по обе стороны от трубопровода, каждая из емкостей снабжена соединенными с единым полотнищем и соответствующим верхним силовым поясом торцевыми перегородками, а также распорными рамками жесткости, продольные, относительно трубопровода, стороны - прогоны каждой указанной рамки размещены в проушинах, которыми снабжены соответствующие края образующего каждую емкость полотнища, каждый конец внутреннего и наружного прогона размещен в проушине, которой снабжены, соответственно, нижние и верхние силовые пояса, налагаемые на трубопровод, а наклон каждой распорной рамки жесткости в сторону трубопровода без опирания ее нижней частью на трубопровод и дно траншеи, при заполнении емкостей балластирующим материалом, обеспечивается расчетной длиной нижних и верхних силовых поясов.
Каждая торцевая перегородка дополнительно соединена с соответствующим нижним силовым поясом.
Наличие скрепленных с верхними силовыми поясами и единым полотнищем торцевых стенок емкостей повышает надежность балластировки за счет более полного заполнения объема устройства грунтом и устраняет высыпание грунта засыпки через торцы ПКБУ-МК.
Расположение внутренних прогонов каждой распорной рамки жесткости и их связи с поясами устраняют жесткое закрепление нижнего силового пояса и, соответственно внутренних прогонов распорных рамок жесткости, обеспечивает самоустановку емкостей относительно трубопровода без опирания распорных рамок жесткости на его наружную поверхность, устраняет контакт внутренних прогонов указанных рамок с наружной поверхностью трубопровода и возможное повреждение его изоляции, а также устраняет деформацию прогонов, что обеспечивает повторное применение указанных рамок при ремонте трубопровода.
Трубчатые элементы каркаса рамок жесткости обеспечивают удобство сборки, особенно при групповой балластировке трубопровода.
Полезная модель иллюстрируется графическим материалом, где изображено установленное на трубопровод заявленное устройство, вид спереди, а позициями соответственно обозначены:
1 - трубопровод;
2 - грунт засыпки;
3 - емкости ПКБУ-МК;
4 - единое полотнище полимерной технической ткани;
5 - распорные рамки жесткости;
6 - торцовая перегородка;
7 - верхний силовой пояс;
8 - нижний силовой пояс;
9 - наружные продольные стороны - прогоны рамок жесткости;
10 - внутренние продольные стороны - прогоны рамок жесткости;
11 - траншея.
ПКБУ-МК содержит две размещенные по обе стороны от трубопровода 1 заполняемые балластирующим материалом, например, грунтом засыпки 2 емкости 3, выполненные из единого полотнища полимерной технической ткани. Каждая из указанных емкостей 3 снабжена распорными рамками жесткости 5 и торцевыми перегородками 6, а также, соответственно, верхними и нижним/нижними силовыми поясами 7 и 8. Наружные продольные стороны - прогоны 9 каждой рамки 4 размещены в проушинах, которыми снабжены соответствующие края единого полотнища полимерной технической ткани.
При этом указанные проушины, в частном случае выполнения устройства, усилены. Усиление проушин единого полотнища образовано пришитыми к нему однослойными или сложенными в несколько слоев и прошитыми лентами из полимерных нитей или из полимерной технической ткани. Желательно усиление выполнять вдоль поперечных трубопроводу краев единого полотнища полимерной технической ткани, что позволит заменить равномерно распределенную нагрузку от веса балластирующего материала на сосредоточенную нагрузку. Замена распределенной нагрузки на наружные прогоны рамок жесткости сосредоточенной нагрузкой, желательно, смещенной к краям наружных прогонов, снимает нагрузку с середины прогонов, устраняет их деформацию в процессе строительства и эксплуатации трубопровода, и обеспечивает снижение материалоемкости распорных рамок жестокости. Емкости ПКБУ-МК симметрично размещены относительно трубопровода. Располагаемые вдоль трубопровода прогоны распорных рамок жесткости, а также их поперечины выполнены из трубчатых элементов. Такое выполнение рамок жесткости упрощает их транспортирование и монтаж. Внутренний прогон 10 каждой указанной рамки проходит под единым полотнищем полимерной технической ткани 4 вне емкости 3, а каждый конец внутреннего прогона 10 размещен в проушине, которой снабжены нижние силовые пояса 8, налагаемые сверху на единое полотнище полимерной технической ткани 4. Средние зоны нижних силовых поясов 8 и единого полотнища полимерной технической ткани 4 скреплены между собой, например, соединительными строчными швами. Для облегчения монтажа устройства концы нижних силовых поясов 8 на ограниченной длине скреплены с единым полотнищем полимерной технической ткани 4 разрывными элементами, например, строчными швами, разрушаемыми при заполнении емкостей балластирующим материалом, пропущены через выполненные в едином полотнище полимерной технической ткани 4 отверстиях и располагаются вне емкостей 3, что позволяет емкостям самоустанавливаться без опирания рамками на трубопровод. Наклон каждой рамки жесткости 5 в сторону трубопровода 1 без опирания ее нижней частью на трубопровод 1 и дно траншеи 11 при заполнении емкостей 3 балластирующим материалом, обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса/поясов 8 и длиной верхних силовых поясов 7.
Верхние силовые пояса снабжены проушинами и образованы однослойными или сложенными в несколько слоев лентами из полимерных нитей или из полимерной технической ткани, а количество верхних силовых поясов каждой емкости составляет не менее двух. Верхние силовые пояса пришиты к единому полотнищу полимерной технической ткани 4 в его средней части.
Каждая торцовая перегородка 6 скреплена с образующим емкость 3 единым полотнищем полимерной технической ткани 4 и соответствующим верхним силовым поясом 7, что устраняет высыпание грунта засыпки из емкостей.
В частном случае выполнения ПКБУ-МК распорные рамки жесткости 5 снабжены дополнительными распорными элементами и выполнены сборно-разборными. Кроме того, продольные стороны рамок жесткости снабжены закладными элементами-вставками с возможностью фиксации рамок при групповой балластировке трубопровода.
Каждая емкость 3 снабжена откидной в сторону стенки траншеи панелью, что позволяет увеличить балластирующую способность ПКБУ-МК.
В варианте ПКБ-МК (не показан) две заполняемые балластирующим материалом емкости выполнены из полотнищ полимерной технической ткани, с возможностью размещения емкостей по обе стороны от трубопровода. Каждая из емкостей снабжена торцевыми перегородками и рамками жесткости, продольные, относительно трубопровода, стороны -прогоны каждой рамки размещены в проушинах, которыми снабжены соответствующие края образующего каждую емкость полотнища, а каждый конец внутреннего и наружного прогона размещен в проушине, которой снабжены, соответственно, нижние и верхние силовые пояса, налагаемые на трубопровод. Наклон каждой рамки жесткости в сторону трубопровода без опирания ее нижней частью на трубопровод и дно траншеи, при заполнении емкостей балластирующим материалом, обеспечивается расчетной длиной нижних и верхних силовых поясов. В частном случае выполнения варианта устройства каждая торцевая перегородка скреплена с краями образующего емкость полотнища, нижнего и верхнего силового поясов.
Емкости ПКБУ-МК заполняют грунтом последовательно, желательно симметрично, что препятствует перекосу емкостей относительно трубопровода.
При групповом балластировании трубопровода с использованием ПКБУ-МК в группу включают до четырех балластирующих устройств, при этом количество групп на один километр трубопровода составляет от 40 до 50.
Частным случаем прокладки трубопровода является выполнение траншеи увеличенной глубины, что характерно для льдистых грунтов в условиях Севера. Поскольку траншея имеет увеличенную относительно рекомендованной СНиП глубину, то выступающие над верхней образующей трубопровода части балластирующего устройства - ПКБУ-МК не влияют на увеличение объема земляных работ. В этом случае целесообразно использовать ПКБУ-МК с откидными панелями или с увеличенным размером емкостей под балластирующий грунт, для чего поперечные элементы рамок жесткости выполняют увеличенной длины. При балластировке верхние продольные элементы рамок жесткости располагаются выше верхней образующей трубопровода на 10-20 см. При этом допустимо касание верхних прогонов рамок жесткости и стенок траншеи.
Основной несущий элемент - днища емкостей, будучи мембранами, работают только на растяжение. Сопротивление выдергиванию трубопровода из грунта при воздействии на него эксплуатационных нагрузок складывается из массы столба грунта (конуса или цилиндра выпирания) над ПКБУ-МК.
Полезная модель технологична при изготовлении, при незначительном собственном весе и простой сборке удобна при транспортировании и монтаже на трубопроводе, а также эффективна при прокладке и эксплуатации трубопроводов в различных климатических условиях. ПКБУ-МК повышает надежность балластировки трубопровода и устраняет возможность повреждения его изоляции в процессе строительства и эксплуатации.