РАСПОРНАЯ РАМКА И СТОЙКА РАСПОРНОЙ РАМКИ

Предлагаемое техническое решение относится к области сооружения новых подземных трубопроводов, в том числе, проходящих по обводненным участкам, в зоне вечной мерзлоты, на переходах малых рек, или может быть использовано при реконструкции и ремонте уже существующих трубопроводов. Изобретение создано коллективом авторов-разработчиков ТУ 4834-121-31323949-2004, утвержденных ОАО «Газпром» и включает их положения.
Известно использование в полимерконтейнерном балластирующем устройстве, включающем связанные наложенными на трубопровод гибкими перемычками емкости, заполненные минеральным грунтом - жестких прямоугольных горизонтально расположенных каркасов, которые образованы стойками и поперечинами и выполнены из полосы. Стенки емкостей к указанным каркасам подвешены и выполнены из гибкого, имеющего отверстия для стока воды или водонепроницаемого материала, гибкие перемычки прикреплены к емкостям по углам их прямоугольных каркасов, а к непримыкающим к трубопроводу сторонам этих каркасов присоединены поворотные крышки емкостей, снабженные откидными панелями (SU, №769178, 1980 г.).
Известны прямоугольные рамки жесткости, используемые в полимерконтейнерном балластирующем устройстве, которые наклонно располагают в траншее. Верхние и нижние гибкие тяги соединены, соответственно, с наиболее удаленными друг от друга сторонами указанных рамок и с наименее удаленными друг от друга частями рамок. При этом емкости полимерконтейнерного балластирующего устройства выполнены из текстильного материала, например, ТБГ-360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89), огибающего рамки с образованием днища, передней и задней стенок емкостей и противоразмывочные перегородки, расположенные по боковым сторонам каждой емкости (ВСН 39-19-003-98 Конструкции и способы балластировки и закрепления подземных газопроводов, Газпром, М., 1998 г., с.6).
Наиболее близким из известных является распорная рамка полимерконтейнерного балластирующего устройство (RU, №2244194, С1, опубл. 10.01.2005 г.). В данном полимерконтейнерном балластирующем устройстве используется две размещенные по обе стороны от трубопровода распорные рамки жесткости, каждая из которых образована поперечинами и стойками. Рамки скреплены с заполняемыми грунтом емкостями из полотнищ полимерной технической ткани, а также верхними и нижними грузовыми лентами. Распорные рамки жесткости выполнены криволинейной формы с высотой, превышающей диаметр балластируемого трубопровода, изгиб каждой рамки жесткости выполнен под тупым углом, а нижняя часть каждой рамки размещена с уклоном в сторону трубопровода по отношению к дну траншеи, при этом размещенные вдоль трубопровода полотнища полимерной технической ткани обеспечивают опирание распорных рамок на грунт дна траншеи как при заполнении емкостей грунтом, так и при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки. - Предлагаемое техническое решение является развитием и дальнейшим совершенствованием указанного выше изобретения.
Известные решения, при наличии ряда положительных конструктивных и эксплуатационных характеристик, не в полной мере обеспечивают требуемые эффективность использования всего объема его емкостей, удобство в эксплуатации и надежность балластировки без возможности повреждения изоляции трубопровода, как при размещении устройства в траншее, так и в процессе эксплуатации. Это обусловлено тем, что распорные рамки из-за постоянного (как в процессе загрузки, так и в процессе эксплуатации трубопровода) опирания на грунт дна траншеи позволяют некоторую вертикальную подвижку трубопровода, вследствие чего нижняя часть рамки перемещается (на заранее не установленную величину) в сторону трубопровода, удерживая его в новом положении от дальнейшего всплытия. Таким образом, известное устройство не обеспечивает в полной мере защиту трубопровода от повреждения в процессе эксплуатации, а также не исключает возможности его частичного всплытия.
Задачей настоящих технических решений является повышение темпов проведения работ и надежности работы рамок балластирующего устройства, как на этапе монтажа на трубопроводе (исключая повреждение его изоляции в процессе развертывания и заполнения его емкостей грунтом), так и в процессе эксплуатации также исключая возможность повреждения изоляции трубопровода, что обусловлено заданными расположением и перемещением нижних поперечин относительно трубопровода, при этом, повышается коэффициент использования полезного объема балластной емкости за счет возможности их свободной подвижки, а технологичность изготовления стоек и рамки обеспечивается простотой их конструкции и возможностью их изгиба до требуемой величины в любом известном оборудовании.
Достигается поставленная задача тем, что распорная рамка для полимерконтейнерного балластирующего устройства (ПКБУ-МК) содержит верхние - для прикрепления к ним грузовых поясов и полимерного
полотнища заполняемых балластом емкостей, и нижние поперечины, и соединяющие верхние и нижние поперечины стойки, при этом каждая стойка распорной рамки выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода. При этом, нижняя поперечина или концевая часть упомянутого криволинейного или отогнутого участка имеет возможность опирания на дно траншеи по параллельной в данном месте оси трубопровода линии, расположенной в пределах проекции его контура, с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части упомянутого участка стойки к трубопроводу без опирания на поверхность трубопровода после загрузки емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы. Распорная рамка выполнена сборно-разборной на стойки и поперечины.
Для решения указанной выше задачи стойка распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода. Величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее прямолинейного концевого участка составляет до 30° или величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее криволинейного концевого участка определяется положением касательной к криволинейному участку.
На фиг.1 изображена распорная рамка с отклоненным на угол β, (имеющий значения до 30°) от продольной оси ее стойки прямолинейным концевым участком;
На фиг.2 изображена распорная рамка с отклоненным по дуге радиусом r на угол β, (имеющий значения до 30°) от продольной оси ее стойки криволинейным концевым участком;
На фиг.3 схематично изображен вид спереди распорных рамок в уложенном на трубопровод полимерконтейнерном балластирующем устройстве (без загрузки емкостей балластом);
На фиг.4 - представлена схема работы распорной рамки в полимерконтейнерном балластирующем устройстве в процессе загрузки емкостей и эксплуатации трубопровода (емкости условно не показаны).
Распорные рамки жесткости в качестве одного из примеров могут быть использованы в полимерконтейнерном балластирующем устройстве, которое в данном варианте состоит из двух размещаемых по обе стороны от продольной оси трубопровода 1 и образованных стойками 2 и поперечинами - верхней 3 и нижней 4 упомянутых распорных рамок жесткости, к верхним 3 из которых прикреплены заполняемые балластом емкости 5 и 6, образованные единым полотнищем 7 полимерной технической ткани, например ТБГ-360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89), парой боковых стенок 8. Каждая из боковых стенок 8 выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам к единому полотнищу 7 на участке его длины, ниспадающем с трубопровода, свободно провисающем в пространстве, ограниченном рамкой. Косынки 9 выполнены из отрезков полотнища и каждая из них закреплена по двум сторонам - к верхнему 10 и к нижнему 11 поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости 5 или 6 внахлест на полотнище боковой стенки 8 на не пришитую его сторону. Нижние поперечины 4 двух емкостей соединены между собой огибающим сверху трубопровод 1 нижним грузовым поясом 11, пришитым снизу к единому полотнищу 7 на части длины пояса, предпочтительно в средней части или на участках, удаленных от средней части, но не являющимися концевыми участками. Верхние поперечины 3 соединены
между собой верхними грузовыми поясами 10. Каждая стойка 2 распорной рамки жесткости выполнена с нижним концевым участком 12 - криволинейным по дуге радиусом «r» или отогнутым прямолинейным, который отклонен от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода 1 с возможностью опирания нижней поперечины 4 или концевой части участка 12 на дно траншеи по параллельной в данном месте оси трубопровода линии, предпочтительно расположенной в пределах проекции его контура (фиг.3). При этом, имеется возможность смещения нижней поперечины 4 или концевой части участка 12 к трубопроводу 1 без осуществления опирания концевого участка 12 на поверхность трубопровода 1 как при загрузке, так и после загрузки емкостей балластом или при воздействии на трубопровод 1 выталкивающей силы при его эксплуатации. Нижний грузовой пояс может быть выбран длиной L [м] не менее 4,6 радиуса трубопровода или его длина может быть более точно определена из условия L=KR(π+2), где К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,9-1,10 и учитывающий неровности дна траншеи, величину заглубления трубопровода в грунт дна траншеи под собственным весом, и физическое состояние грунта дна траншеи, например, его влажность. (Значения К=0,9 и более, принимают при достаточно податливом основании под трубопроводом, а значения К=1,10 и менее, принимают при значительных по величине неровностях основания, на которое уложен трубопровод). R [м] - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство, π - постоянная величина, численно равная 3,14. Нижний грузовой пояс 11, как вариант, может быть образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод. Кроме того, нижний грузовой пояс 11 может быть конструктивно совмещен на участке, охватывающем трубопровод, с единым полотнищем 7, т.е. единое полотнище функционально является на этом
участке и нижним грузовым поясом. В этом случае к нижнему грузовому поясу 11 для размещения в них нижней поперечины 4 ниже диаметральной горизонтальной плоскости трубопровода не менее, чем на половину радиуса трубопровода, пришиты по кромкам или, по крайней мере в один ряд по ширине полотнища 1 петли или проушина из материала полотнища, равная ширине единого полотнища 1. Распорные рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства могут быть выполнены сборно-разборными. При этом, отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с ниспадающим с трубопровода единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины (или выше нее - до кромки боковой стенки) до верхней поперечины, может быть выполнен с пришитыми вдоль него петлями или с продольной проушиной для размещения стойки 2, образованной прошивкой вдоль его свободной кромки, например, с ее подгибом или накладкой отрезка полотнища.
При монтаже полимерно-контейнерного балластирующего устройства на трубопровод 1, размещенный в траншее, развертывают единое полотнище 7 из ткани ТБГ-360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89) или подобной, образующее при закреплении его к распорным рамкам жесткости, выполненным из стоек 2 и поперечин 3 и 4, емкости 5 и 6. Рамки имеют в нижней части отгибы на стойках 2, позволяющие разместить продольную ось нижней поперечины 4 вне плоскости распорной рамки со смещением ее в сторону трубопровода 1. Этим обеспечивается возможность гарантированного подведения поперечины 4, опирающейся на грунт дна траншеи или расположенной над ним при монтаже устройства на трубопроводе, к стенке трубопровода без касания и повреждения ее. Провисание единого полотнища 7 в каждую рамку и подвешивание его только к верхним поперечинам 3 обеспечивает разгрузку нижней поперечины 4, располагаемой под полотнищем 7, и тем самым не влияет на характер ее перемещения под действием сил F по дугообразной траектории с
радиусом, близким к радиусу «R», к трубопроводу, исключая возможность касания его изоляции. Опирание на грунт поперечины 4 также полностью исключает ее произвольное перемещение к трубопроводу 1 при монтаже и в начале загрузки балласта, что исключает повреждение его изоляции. По мере увеличения массы загружаемого балласта происходит смещение поперечины 4 к трубопроводу 1 на величину «е» (фиг.2) и вывешивание ее на нижнем грузовом поясе 11 на высоте «h» (фиг.2). Наличие отгиба концевого участка 12 стойки 2 создает реактивные силы, препятствующие ее контакту с трубопроводом, что экспериментально подтверждено.
Боковые стенки 8, выполненные каждая в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам к единому полотнищу 7 на участке его длины от нижней поперечины 4 до верхней поперечины 3, обеспечивают заполнение емкостей и удержание материала балласта совместно с косынками 9, выполненными из полотнища и закрепленными по двум их сторонам - к верхнему 10 и к нижнему 11 поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости 5 или 6 внахлест на полотнище боковой стенки 8 на не пришитую его сторону. Этим обеспечивается увеличение объема емкости и возможность некоторой ее деформации без нарушения ее целостности, как в процессе загрузки балласта, так и в процессе эксплуатации при возможных просадках грунта. Как другой вариант, возможно упрошенное исполнение емкостей 5 и 6 - без косынок 9, но с большей величиной боковых стенок 8, которые пришиты в этом случае к верхним поясам 10. При попытке всплытия трубопровода, центр массы каждой емкости с балластом смещается к трубопроводу, а отсутствие непосредственного крепления полотнища емкости к нижней поперечине обеспечивает ее перемещение в направлении трубопровода, значительно меньшее, чем перемещение центра масс емкости. Различные варианты расположения нижнего грузового пояса 11 обеспечивают достаточно широкий выбор схем нагружения, определяемый диаметром трубопровода,
свойствами грунта траншеи и свойствами полотнища и балласта. Выполнение распорных рамок полимерконтейнерного балластирующего устройства сборно-разборными повышает его технологичность и ремонтопригодность, а также условия транспортировки на объект.
Предлагаемые распорная рамка и стойка для использования в полимерно-контейнерном балластирующем устройстве обладает высокой технологичностью изготовления, обеспечивают надежность в эксплуатации.