СПОСОБ БАЛЛАСТИРОВКИ ПОДВОДНОГО ТРУБОПРОВОДА
PROCEDURE FOR BALLASTING UNDERWATER PIPELINE

Изобретение относится к строительству и может найти применение при сооружении балластируемых трубопроводов на обводненных участках, при их прокладке через водные преграды, а также в иных случаях, когда необходимо преодолеть плавучесть протяженного цилиндрического тела.
Потребность в совершенствовании известных способов, используемых для преодоления плавучести подводных трубопроводов, диктуется не только сохраняющейся актуальностью этой задачи, но и появлением новых современных материалов, которые могут быть с успехом применены для ее решения.
Известны способы балластировки подводных трубопроводов посредством утяжелителей, используемых для транспортировки различных жидких или газообразных веществ, при этом утяжелители могут доставляться к месту их установки практически в готовом виде или создаваться непосредственно на сооружаемом трубопроводе, что влечет за собой появление определенных преимуществ, связанных, в частности, как с транспортировкой, так и с монтажом достаточно громоздких утяжелителей.
Известен способ балластировки подводного трубопровода с использованием бетонных утяжелителей, выполненных в виде разъемного по горизонтальной плоскости и охватывающего трубопровод кольца, снабженного пружинно-рычажным стяжным устройством, взаимодействующим с цепями траверсы грузоподъемного крана и после их ослабления замыкающим полукольца утяжелителя в единое целое (а.с. №544818, МПК F16L 1/00).
Очевидным недостатком такого технического решения наряду с громоздкостью утяжелителей, требующей использования грузоподъемного крана, и значительных затрат, связанных с их транспортировкой к месту монтажа, является то обстоятельство, что при этом требуется не только высокая точность изготовления полуколец по внутреннему диаметру, но и их соответствие наружному диаметру трубопровода, имеющему определенный допуск размера на изготовление, чтобы исключить как несрабатывание стяжного устройства, так и отсутствие надежного обхвата трубопровода.
Известен способ балластировки с помощью железобетонных сборных утяжелителей кольцевого типа, состоящих из двух охватывающих трубу магистрального подводного трубопровода полуколец, соединяемых между собой посредством стальных шпилек и гаек. (Нормативный сборник документов Газпрома. "Конструкции и способы балластировки и закрепления подземных газопроводов" ВСН 39-1.9-003-98, стр.4-5, фиг.1).
Будучи более надежным и широко применяемым, указанный способ, однако, не исключает присущих ему недостатков, о чем уже говорилось выше.
Известен способ балластировки подводного трубопровода с использованием утяжелителей, выполненных в виде гибкой водопроницаемой оболочки (часть объема которой заполнена сухой сыпучей смесью, твердеющей в воде), охватывающей верхнюю и боковые поверхности участка трубопровода на угол более 180° за счет выворачивания наизнанку средней части оболочки при ее опускании на трубу (а.с. №769173, МПК F16L 1/00).
3
3
Недостатком такого способа балластировки является отсутствие гарантии симметричного охвата трубопровода сухой сыпучей смесью, заполняющей лишь часть объема оболочки, что может приводить к развороту и опрокидыванию утяжелителя как до его погружения в воду, так и в процессе погружения, когда он будет неравномерно терять в весе согласно известному закону Архимеда. (Для сведения: при условно принятой плотности сухой смеси 1,5 т/м и плотности воды 1 т/м потери веса утяжелителя могут составить 2/3, соответственно уменьшится и сила трения, что также будет способствовать опрокидыванию).
Известен способ балластировки подводного трубопровода с помощью утяжелителей, выполненных в виде эластичной оболочки (рукава) из пористого водопроницаемого материала, заполненной сухой бетонной смесью или гравием и укладываемой непосредственно на сооружаемом трубопроводе по спирали (а.с. 636445, МПК F16L 1/00).
При определенных достоинствах предложенного решения задачи его применение связано с существенными недостатками - сложностью и неудобством немеханизированной намотки рукава на трубу. Например, примем, условно, диаметр трубы равным 530 мм, а диаметр рукава - 150 мм. Развернутая длина одного витка составит:
L=((D+d)=3,14(530+150)=2140 мм = 2,14 м,
где D - наружный диаметр трубы;
d - диаметр рукава.
3
3
При плотности сухой смеси 1,5 т/м (для гравия γ=1,7-2,0 т/м) заполненный ею рукав длиной 2,14 м будет весить 57 кг.
При указанных (на фиг.1 известного решения) семи витках можно говорить о весе балласта уже порядка 400 кг и длине рукава равной 15 м.
К тому же в известном решении совершенно ничего не говориться о креплении на трубопроводе концов наматываемого рукава и о том, каков может быть срок службы пористой оболочки, что особенно важно в случае использования в качестве балласта гравия, никак не связанного в единое целое.
Известен способ балластировки подводного трубопровода посредством утяжелителей, выполненных в виде тонкостенных собираемых на месте открытых сверху контейнеров из пластмассы, которые поочередно, по мере протаскивания трубопровода через водную преграду, заполняются грунтом на береговом урезе, например, с помощью экскаватора (А.с. №1798579, МПК F16L 1/16).
В качестве недостатка такого технического решения можно отметить то обстоятельство, что заполняемые грунтом контейнеры, будучи сверху открыты и имея, таким образом, незамкнутую форму, создают предпосылки для вымывания грунта из контейнеров движущейся водой реки, в том числе и за счет дополнительной турбулентности, неизбежно возникающей в зоне трубопровода, создающего определенное препятствие движению воды. При этом вымывание может быть достаточно интенсивным, так как насыпной рыхлый грунт предполагается использовать без применения вяжущих веществ, в результате чего снижается надежность балластировки подводного трубопровода.
Известен также способ балластировки трубопровода согласно патенту WO 9708484 МПК F16L 1/06, F16L 1/24, F16L 1/12, принятый нами за прототип, посредством сборных контейнеров, выполненных в виде двух многогранных полностью замкнутых емкостей (см. фиг.5 и фиг.6 патента WO 9708484), собираемых в единое целое с помощью болтов и гаек непосредственно на трубопроводе и заполняемых балластом (песком, гравием, землей и т.д.) через два загрузочных люка.
Существенным недостатком такого технического решения является, в частности, наличие внутри собранного контейнера двойной перегородки, каждая из которых охватывает трубу по всей длине контейнера и имеет значительную площадь, что не только усложняет его конструкцию и исключает часть полезного объема, но и приводит к неоправданному увеличению расхода материала, используемого для изготовления контейнера. Последнее обстоятельство усугубляется и выбранной многогранной формой составных частей контейнера, образующих после его сборки восьмигранную призму (см. фиг.3 патента WO 9708484), так как при равном объеме различных геометрических тел (куба, призмы, усеченных пирамид и конусов, цилиндра и шара) минимальная наружная поверхность будет у шара.
3
3
3
Как следует из несложных расчетов, при условно принятом объеме куба, равном 1 м, суммарная площадь его граней составит 6 м, в то время как у шара его поверхность будет равна только 4,8 м.
Следовательно, для изготовления, например, наименее рациональной кубической оболочки потребовалось бы материала на 25% больше (6/4,8=1,25), для восьмигранной призмы указанное соотношение будет равно примерно 1,17 (и это без учета имеющейся внутри контейнера двойной перегородки).
Задачей настоящего изобретения является создание более рационального и относительно менее дорогого способа балластировки подводного трубопровода.
Технический результат - преодоление плавучести подводных трубопроводов в сочетании со снижением затрат на приобретение оболочек, используемых для изготовления утяжелителей трубопровода непосредственно на месте его сооружения.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе балластировки, заключающемся в установке на трубопроводе сборных тонкостенных оболочек и их заполнении балластом, согласно изобретению на сооружаемом трубопроводе собирают из стеклопластиковых полусфер с открытым основанием шаровидные пустотелые оболочки и заполняют их смесью инертного наполнителя с быстротвердеющим вяжущим веществом. (При этом подача смеси к приемному устройству оболочки может производиться, например, по напорному рукаву или шлангу - см. патент SU 1800193.)
Заявленная совокупность существенных признаков "собирают из стеклопластиковых полусфер с открытым основанием шаровидные пустотелые оболочки и заполняют их смесью инертного наполнителя с быстротвердеющим вяжущим веществом" не только обеспечивает преодоление плавучести подводных трубопроводов, но и позволяет существенно уменьшить стоимость оболочек за счет упрощения их конструкции и снижения расхода материала.
На фиг.1 изображен участок балластируемого трубопровода с установленными на нем оболочками, полностью подготовленными для приема быстротвердеющей смеси.
На фиг.2 представлен поперечный разрез оболочки.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
p
На балластируемом трубопроводе 1 устанавливаются с расчетным шагом t шаровидные пустотелые оболочки 2, собранные из стеклопластиковых полусфер 3 с открытым основанием (т.е. выполненных подобно отечественным армейским каскам), и снабженные плоскостями разъема 4, располагаемыми вертикально и соединяемыми болтами 5. Вертикальное расположение плоскостей разъема способствует более равномерному распределению нагрузок от сил тяжести на каждую из полусфер за счет образования упрочняющего оболочку ребра (см. фиг.2). Плоскость разъема снабжена приклеенными прокладками из мягкой резины, поверхности, находящиеся в контакте с трубопроводом, также уплотняются.
Для подсоединения напорного рукава 6 полусферы оболочек снабжены штуцерами 7, располагаемыми при установке оболочки в верхнем положении. Также в верхнем положении должен быть установлен штуцер, предназначенный для выпуска воздуха из оболочки при ее заполнении смесью инертного наполнителя (песка, мелкого гравия и др.) с быстротвердеющим вяжущим веществом, в качестве которого может использоваться синтетическая смола, "жидкое стекло" и др.
Указанная смесь готовится перед самым заполнением оболочек и подается насосом (на фиг.1 он не показан). Так как и напорный рукав, и оболочка непрозрачны, выпускной штуцер также должен быть снабжен рукавом, по которому будет сливаться избыток смеси после окончания заполнения оболочки и выхода находившегося в ней воздуха.
Освобожденные от рукавов штуцера заглушаются колпачками (на фиг.2 не показаны).
Укладку утяжеленного трубопровода на дно водоема осуществляют с использованием, например, понтона методом опускания сверху вниз. При этом рекомендуемые диаметры трубопровода - до 530 мм, наружный диаметр сферы - порядка 600-800 мм, расчетный шаг установки утяжелителей 2,0-4,0 м.
Использование для балластировки подводных трубопроводов замкнутых коррозионно-стойких стеклопластиковых оболочек, заполняемых смесью инертного наполнителя с быстротвердеющим вяжущим веществом, не только гарантирует надежную защиту утяжелителей от воздействия внешней среды и, как следствие этого, более длительный срок их службы, но и облегчает монтаж утяжелителей на трубопроводе, а также существенно снижает затраты на балластировку трубопровода благодаря уменьшению стоимости оболочек и за счет использования местных подручных песчано-гравийных материалов.