СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА В МЕРЗЛЫХ И ОБВОДНЕННЫХ ГРУНТАХ
METHOD FOR ERECTION OF PIPELINE IN FROZEN AND WATERLOGGED SOIL

Изобретение относится к строительству и используется при прокладке трубопроводов в оттаивающих вечномерзлых грунтах и на обводняемых территориях.
Из уровня техники известен способ сооружения трубопровода в обводненных грунтах. На уложенный на дно траншеи трубопровод навешивают мягкие полотнища, края которых заблаговременно сложены в 2-3 слоя и зафиксированы в таком состоянии механическими прихватками или поверхностным оплавлением. Готовые армирующие маты из брусков опускают в траншею шипами вниз, ориентируя последние к смыканию стенки и дна траншеи, на сложенные в складку края мягких полотнищ. Частично загружая армирующие маты от собственного веса после контакта шипов со сложенными в складку краями мягких полотнищ, продавливают последние шипами, после чего, продолжая опускать противоположные концы брусьев, укладывают армирующие маты на мягкие полотнища. Траншею заполняют грунтом засыпки до образования поверхностного валика. Грунт для заполнения траншеи забирают из отвала, насыпанного при рытье траншеи, перемещая его с помощью бульдозера. В случае обводнения траншеи трубопровод испытывает действие выталкивающей силы, которая вызывает некоторое смещение трубопровода вверх. Вместе с трубопроводом поднимаются также участки мягких полотнищ, охватывающие трубопровод сверху. Участки мягких полотнищ, расположенные под армирующими матами из брусьев и скрепленные с ними с помощью шипов, лишены возможности смещаться. Поэтому процесс подъема трубопровода под действием выталкивающей силы воды сопровождается натяжением свисающих с трубопровода участков мягких полотнищ и поворотом армирующих матов с выворачиванием из грунта шипов. Поскольку материал полотнищ обладает относительным удлинением, то происходит потеря балластирующей способности полотнищ и возможно смещение трубопровода с проектных отметок под действием выталкивающей силы воды (см. SU 1809226 A1, 15.04.1993).
Из уровня техники известен способ прокладки подземного магистрального трубопровода на обводняемой территории (см. SU 1013689 A, 23.04.1983). Согласно известному способу, производят отрывку траншеи с образованием на расчетных расстояниях друг от друга симметричных уширений траншеи, а затем перекрытие берм (в местах расположения уширений), стенок и дна траншеи с размещенным на нем трубопроводом сплошными гибкими коврами, ширина которых не более длины уширения в направлении оси траншеи. В заключение производят засыпку траншеи и уширений балластирующим материалом, в том числе отрытым грунтом. Для увеличения надежности защемления краевых участков сплошных ковров уширения выполняют с дном, имеющим уклоны в сторону от дна траншеи. В случае необходимости размещения технологической дороги на берме траншеи при выполнении ее уширений в виде протяженных траншей-отводов отрывку траншеи с ее симметричными уширениями и засыпку ведут в два этапа, на первом из которых производят отрывку половин уширений траншеи и их засыпку на полосе технологической дороги. При этом засыпку выполняют вслед за отрывкой, а перед засыпкой в каждую половину уширения помещают краевой участок свернутого в рулон сплошного ковра. Это позволяет в дальнейшем монтировать трубопровод непосредственно на берме траншеи, а затем его опустить в траншею. Таким образом, в результате полученной возможности защемления краевых участков сплошных ковров грунтом обеспечена возможность закрепления трубопровода на дне траншеи. Недостатком известного способа является недостаточная надежность защемления грунтом засыпки краев гибких ковров, особенно при небольшой высоте слоя грунта засыпки, поскольку последний достаточно рыхлый, неслежавшийся, и его удерживающая способность обеспечивается только силами трения на границе поверхностей “гибкий ковер - грунт”.
Известен способ прокладки трубопровода, который используют при сооружении магистральных трубопроводов на обводняемых территориях. Способ осуществляют следующим образом. В случае использования гибких ковров с повышенными деформативными свойствами на дне уширения выполняют приямки, при засыпке уширений грунтом обеспечивается прилегание гибких ковров к дну уширений и приямков. При наличии воды в траншее дно уширений выполняют с расчетным уклоном в сторону трубопровода, при этом утолщения располагаются выше уровня воды. При сооружении трубопровода в вечномерзлых грунтах концевые участки гибких ковров размещают за пределами ареола протаивания грунта, т.е. они постоянно вморожены в грунт. В качестве материала для гибких ковров могут быть использованы ткань для балластировки газопроводов ТБГ-360, полотно нитепрошивное контейнерное “Поникон”. Таким образом, предварительное растяжение гибких ковров позволяет более полно использовать их механические свойства по балластировке трубопровода и устраняет нестабильность пригружающих усилий из-за эксплуатационной вытяжки гибких ковров (см. SU 1638419 A1, 30.03.1991).
Указанному решению присущи вышеуказанные недостатки - для увеличения балластирующей способности необходимо увеличить силы сопротивления выдергиванию краев гибких ковров из грунта, что можно обеспечить увеличением длины защемленных грунтом краев гибких ковров, увеличением высоты засыпки, применением уплотнения грунта засыпки, увеличением силы лобового сопротивления при выдергивании концевых участков гибких ковров из грунта засыпки траншеи.
Наиболее близким известным решением является СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (см. RU 2244191, F16L 1/026, 10.01.2005). Отрывают траншею с образованием располагающихся на расчетном расстоянии друг от друга пар симметричных относительно трубопровода уширений траншеи, укладывают трубопровод на дно траншеи. Поперечно перекрывают гибкими коврами трубопровод и дно траншеи в местах расположения уширений, защемляют в уширениях краевые участки гибких ковров с обратной засыпкой траншеи. В качестве анкерующих элементов используют размещенные в проушинах гибких ковров параллельно трубопроводу заполненные грунтом цилиндрические текстильные контейнеры. Перед защемлением краевых участков гибких ковров каждый из них натягивают с фиксацией натяжения, а расчетное предварительное растяжение краевых участков осуществляют при засыпке уширений и траншеи грунтом, обеспечивая прилегание гибких ковров к дну уширений и траншеи, при этом засыпку грунтом каждой пары уширений и траншеи ведут в направлении к трубопроводу и симметрично относительно него. Повышает надежность закрепления трубопровода на проектных отметках.
Данный способ технически сложен и затратен. В способе используется закрытая дренажная система и дренажные трубы. Насыпь грунта над траншеей и уклоны приходиться формировать из дополнительно вырытого грунта.
Также наиболее близким решением является СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ (ВАРИНАТЫ) (см. RU 2244192, F16L 1/026, 10.01.2005). На участках трассы со спокойным рельефом, на изрезанных гидрографической сетью участках трассы и с уклонами не более 30% траншею отрывают в деятельном слое глубиной, обеспечивающей расположение верхней образующей трубопровода не выше уровня дневной поверхности. Перед укладкой трубопровода выстилают дно, стенки и бермы траншеи полотнищами из нетканого синтетического материала (НСМ). Грунт засыпки размещают в навешенных на трубопровод балластирующих полимерно-панельных устройствах (ППУ) или в емкостях полимерно-контейнерных балластирующих устройств (ПКБУ). На участках трассы с уклонами создают в траншее противоэрозионные перегородки из полотнищ НСМ с формированием воронки, горловина которой располагается вниз по водотоку, охватывает трубопровод и фиксируется на нем с обеспечением расчетной величины зазора между горловиной и трубопроводом. Воронку формируют перекрытием естественного откоса грунта засыпки свободным нижним краем полотнища НСМ с размещением ППУ или ПКБУ на нижней части воронки и с последующей отсыпкой защищающей трубопровод насыпи. На изрезанных гидрографической сетью участках трассы на переходах со встречными уклонами микрорельефа создают в траншее противоэрозионные перегородки из противоэрозионных полотенец, а грунт засыпки размещают в емкостях навешенных на трубопровод грунтозаполняемых утяжелителей (ГУ) из технических тканей. В пониженных местах на пересечении встречных уклонов в траншее устраивают водопропускное или водоперепускное сооружение. Повышает надежность балластировки трубопровода при высоком уровне грунтовых вод и при слабой несущей способности верхнего слоя грунта, снижает объем земляных работ, связанных с разработкой траншеи в мерзлых грунтах, обеспечивает устойчивость трубопровода в горизонтальной плоскости, особенно на поворотах трассы, и уменьшает объем насыпи.
Данный способ также технически сложен и затратен. В способе используется закрытая дренажная система и дренажные трубы. Насыпь грунта над траншеей и уклоны приходиться формировать из дополнительно вырытого грунта.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение и ускорение процесса укладки трубопровода при обеспечении устойчивости трубопровода и устранения обводнения основной траншеи.
Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 показан способ сооружения трубопровода в мерзлых и обводненных грунтах на трассе без склона, где 1 - траншея трубопровода, 2 - трубопровод, 3 - система водопонижения (мелкие траншеи), 4 - дренажное полимерное синтетическое покрытие, 5 - колышки - закрепители дренажного покрытия к грунту. А на Фиг.2 показан способ сооружения трубопровода в мерзлых и обводненных грунтах на трассе со склоном.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ сооружения трубопровода в мерзлых и обводненных грунтах, заключается в отрывке основной траншеи, укладке и засыпке в ней трубопровода и устройстве параллельных систем дренажного водоотведения, отличающихся тем, что над основной траншеей (1) укладки трубопровода (2) создают насыпь грунта, а по обе стороны от нее (см. Фиг.1) создают систему водопонижения путем устройства двух мелких параллельных траншей (3) с применением дренажных полимерных синтетических покрытий (ДПСП) (4), которыми укрывают насыпь так, чтобы от нее был образован направленный водосток к параллельным мелким траншеям (3), либо при прохождении трубопровода под углом к склону более 20° (см. Фиг.2) создают только одну траншею (3) водопонижения с расположением вниз по склону параллельно основной.
Траншеи водопонижения устраивают в зоне сезонно-талого грунта глубиной 0,4÷0,7 м, шириной до 1 м и на расстоянии от оси трубопровода 7÷10 м. Дренажные полимерные синтетические покрытия (4) укладывают на поверхности грунта с уклоном от оси трубопровода в сторону мелких траншей 3÷10°, а дно этих траншей покрывают ДПСП, при этом конструкция ДПСП позволяет организовать направленный водосток. Края ДПСП, выходящие из мелких траншей, и ДПСП на дне этих траншей закрепляют, например, колышками (5) из полимерных материалов в грунте с шагом вдоль трубопровода 5÷6 м. Вход и выход мелких траншей водопонижения обустраивают специальными лотками из ДПСП длиной 1÷1,5 м.
С целью обеспечения устойчивости трубопровода и устранения обводнения основной траншеи (трассы трубопровода), в том числе на склоновых, обводненных участках создают систему водопонижения путем устройства двух мелких параллельных траншей с применением дренажных полимерных синтетических материалов (ДПСП), которыми покрывают насыпь грунта засыпки, образованную над основной траншеей, где уложен трубопровод.
Упрощение и ускорение процесса укладки обеспечивается за счет того, что для создания уклона от насыпи над основной траншеей может использоваться грунт, выкопанный из вспомогательных мелких траншей водопонижения. Кроме того, использования дренажных труб не требуется, что также удешевляет процесс формирования дренажа в сравнении с прототипами и дренажная система формируется полуоткрытой.