ОПОРА ПОДВЕСНАЯ ДЛЯ УЧАСТКОВ ПОДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ
SUSPENSION SUPPORT FOR SECTIONS OF UNDERGROUND PIPELINE ROUTING

Заявленное изобретение относится к области строительства подземных трубопроводов и может быть использовано при прокладке и реконструкции трубопроводов в сложных геологических условиях, например в условиях вечной мерзлоты, в том числе и при наличии уклона местности.
Из уровня техники известны различные виды подвесных опор. Все они спроектированы таким образом, что, воспринимая вертикальные и горизонтальные нагрузки от трубопровода, одновременно не мешают его перемещению как в направлении своей оси, так и в поперечном направлении. Подвесные опоры устанавливаются для обеспечения перемещения трубопроводов на подвесках при его температурных деформациях и возможных гидравлических ударах. Эти подвески воспринимают вертикальную нагрузку - силу тяжести трубопроводов с транспортируемым по нему продуктом и теплоизоляцией различных типов. Наиболее распространенными подвесными опорами являются жесткие (стержневые) и пружинные подвесные опоры трубопровода, передающие нагрузку от трубопровода на строительные опорные конструкции.
Из уровня техники известны опоры трубопроводов подвесные [Типовые конструкции и детали зданий и сооружений. Серия 4.903-10 «Изделия и детали трубопроводов для тепловых сетей». Выпуск 6 «Опоры трубопроводов подвесные (жесткие и пружинные)». Введены в действие 01.10.1972 г. приказом Главпромстройпроекта Госстроя СССР от 17.08.1972 г. №58]. В данной серии приведены рабочие чертежи типовых конструкций опор подвесных жестких и пружинных, в том числе представлены различные конструкции подвесных опор: конструкция с двумя полухомутами, конструкция с использованием стержневого хомута и балки, охватывающих трубопровод, конструкция с использованием опорной балки. Передача нагрузки на строительную конструкцию осуществляется через жесткие (стержневые) или пружинные подвески (одна или две подвески на одну опору).
К недостаткам известного аналога можно отнести распространенность серии только на трубопроводы тепловых сетей. Опоры не предназначены для подземной прокладки, имеют узкий диапазон максимальной вертикальной нагрузки (от 7 до 23 тс), ограниченный диапазон используемых диаметров трубопровода (для жестких опор до DN600, для пружинных опор от DN720 до DN1420). Кроме того, в серии предусмотрено использование материалов, не предназначенных для сложных климатических условий.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является «Устройство для подвески подземного трубопровода на просадочных грунтах» [патент на изобретение RU 2525992 C1, опубл. 20.08.2014, МПК: F16L 3/14]. Конструкция в соответствии с формулой данного изобретения содержит несущий элемент с вертикальными тягами и ложементом. В качестве несущего элемента используется поперечная трубная балка с концевыми опорами, установленными на ферме. В средней части поперечной трубной балки смонтирована подвижная обечайка. Вертикальные тяги охватывают подвижную обечайку и выполнены в виде двух ветвей гибких круглозвенных цепей с закреплением в фиксаторах ложемента. Подвижная обечайка выполнена в виде трубы с внутренними опорными вкладышами по ее концам и снабжена двумя парами кольцевых направляющих ребер для размещения ветвей гибких круглозвенных цепей. Каждый фиксатор ложемента выполнен с закладными выемками под звено гибкой круглозвенной цепи и последующей прорезью на 90° по отношению к выемке для следующего звена цепи, а сверху звена цепи в фиксаторе установлен осевой стопор. После монтажа трубопровод и устройство засыпаются грунтом.
Недостатком наиболее близкого аналога является большой объем земляных работ при монтаже подвесной опоры, при эксплуатации подвесной опоры нет возможности контроля положения трубопровода, контроля натяжения цепной подвески в виду того, что подвесная опора с несущей балкой полностью закрывается грунтом.
Задачей заявленного изобретения является обеспечение проектного планово-высотного положения подземного магистрального трубопровода в случае несоблюдения условия прочности подземного трубопровода при его укладке на участках многолетнемерзлых грунтов вследствие их растепления и увеличения ореолов оттаивания под тепловым воздействием трубопровода, приводящим к потере несущей способности грунтов.
Технический результат заключается в ограничении перемещения магистрального трубопровода вниз и обеспечении в заданных пределах перемещений в продольном, поперечном и вертикальном направлениях вверх от температурных деформаций трубопровода и при воздействии максимальных нагрузок на опору (от массы трубопровода с транспортируемым продуктом, а также от массы грунта, расположенного над подземным трубопроводов и при условии просадки грунта под трубопроводом).
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что опора подвесная для участков подземной прокладки трубопроводов содержит взаимосопряженные подвижную и неподвижную части, при этом подвижная часть включает ложемент, выполненный в виде полуцилиндра с по меньшей мере тремя полукольцевыми шпангоутами, расположенными с внешней стороны ложемента, с которым соединен по меньшей мере один разъемный полухомут, обеспечивающий фиксацию трубопровода в ложементе, а неподвижная часть опоры включает ростверк, выполненный в виде взаимосопряженных балок, перемычек и ребер жесткости с расположенными сверху опорными плитами, и по меньшей мере два опорных узла шарнирного типа, через которые ростверк закреплен на свайном фундаменте, причем подвижная часть опоры сопряжена с неподвижной частью посредством гибкой цепной подвески, которая имеет шарнирное соединение с одного конца с ложементом и с другого конца с винтом регулировочным, опирающимся через опорные шайбы и гайки на опорную плиту ростверка.
Дополнительно на трубопроводе закреплен бандаж, состоящий из двух полускорлуп, установленный на трубопровод через предохранительный прокладочный материал, представляющий собой скальный лист.
Кроме того, ростверк выполнен с возможностью закрепления на свайном фундаменте при выполнении свайного фундамента двухсвайным либо четырехсвайным. Причем при выполнении свайного фундамента четырехсвайным ростверк установлен на продольные балки.
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен вид по оси трубопровода на заявляемую конструкцию для двухсвайного фундамента.
На фиг. 2 представлен вид сбоку заявляемой конструкции для двухсвайного фундамента.
На фиг. 3 схематично представлен вид по оси трубопровода на заявляемую конструкцию для четырехсвайного фундамента.
На фиг. 4 представлен вид сбоку заявляемой конструкции для четырехсвайного фундамента с продольными балками.
На фиг. 5 схематично представлено изображение ложемента подвесной опоры.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - бандаж;
2 - ложемент;
3 - шпангоуты;
4 - проушины;
5 - шарнирное соединение;
6 - полухомут;
7 - болтовое соединение;
8 - гибкая цепная подвеска;
9 - винт регулировочный;
10 - гайка;
11 - шайба опорная;
12 - шайба сферическая;
13 - звено соединительное;
14 - цепь;
15 - ростверк;
16 - продольная балка;
17 - муфта опорная;
18 - полукольцо упорное;
19 - свая (не входит в состав опоры);
20 - плита опорная;
21 - колпак.
Заявленная опора подвесная для участков подземной прокладки трубопроводов (фиг. 1-5) содержит взаимосопряженные подвижную и неподвижную части, взаимодействующие друг с другом за счет соединяющей их гибкой цепной подвески, обеспечивающей передачу вертикальной нагрузки от трубопровода на надземный ростверк 15, закрепленный на свайном фундаменте 19.
Подвижная часть опоры представляет собой сложнопрофильную конструкцию и включает ложемент 2 для размещения поддерживаемого трубопровода, выполненный в виде полуцилиндра и усиленный по меньшей мере тремя плоскими полукольцевыми шпангоутами 3. Шпангоуты 3 (фиг. 3) расположены с внешней стороны ложемента 2 и выполнены в форме плоских полуколец. Ширина полукольца шпангоута зависит от диаметра трубопровода и расчетной нагрузки.
К торцам ложемента 2 присоединен посредством разъемного соединения по меньшей мере один полухомут 6, обеспечивающий фиксацию трубопровода в ложементе 2 посредством болтового соединения 7.
Дополнительно на трубопроводе закреплен цилиндрический бандаж 1, через который трубопровод укладывается на ложемент 2, состоящий из двух полускорлуп. Бандаж 1 установлен на трубопровод через предохранительный прокладочный синтетический материал - скальный лист, применяемый для предотвращения повреждения гидроизоляционного слоя трубопровода или теплоизоляционного слоя с антикоррозионным покрытием теплоизолированного трубопровода. Составные части бандажа 1 устанавливаются на трубопровод с гарантированным зазором между проушинами 4 - для обеспечения шарнирного соединения 5 трубопровода с бандажом 1.
Полухомут 6 и бандаж 1 смонтированы с технологическим зазором, в этом случае бандаж 1 с трубопроводом способен выполнить продольное перемещение в ложементе 2 опоры в случае защемления последнего грунтом. Гарантированный технологический зазор устанавливается в зависимости от диаметра трубопровода, а также с учетом типа и толщины антикоррозийного покрытия элементов опоры.
Подвижная часть опоры сопряжена с неподвижной частью посредством гибкой цепной подвески 8, состоящей из двух ветвей. На ложементе 2 выполнены две вертикальные проушины 4 для закрепления шарнира 5 гибкой цепной подвески 8. Шарнирное соединение 5 позволяет монтировать опору под трубопровод с уклоном до 30°. Цепная подвеска выполнена в виде цепи 14, шарнирно соединенной 5 через соединительные звенья 13 с одного конца с ложементом 2 и с другого конца с винтом регулировочным 9, опирающимся через опорные шайбы 11, сферические шайбы 12 и гайки 10 на опорную плиту 20 ростверка. Применение сферических шайб 12 обеспечивает беспрепятственный наклон регулировочных винтов 9 в случае наклона цепной подвески 8 при горизонтальном перемещении трубопровода.
Плавное регулирование планово-высотного положения подвесной опоры обеспечивается резьбовой парой - винт регулировочный 9 и гайка 10, расположенных на опорной плите 20 ростверка. В процессе эксплуатации для предотвращения самосвинчивания регулировочного винта 9, ослабления натяжения цепной подвески и опускания подвесной опоры на цепной подвеске производится стягивание (законтривание) двух гаек на резьбовой части.
При расчете толщин элементов подземной части учитывается допуск на коррозию деталей на расчетный период эксплуатации подвесных опор, а также выбирается антикоррозионное защитное покрытие. Материальное исполнение и покрытие деталей и элементов опоры выбирается с учетом климатической зоны эксплуатации подвесных опор.
Неподвижная часть опоры представляет собой ростверк 15 и узлы его крепления к свайному фундаменту 19. Ростверк 15 выполнен одноуровневым в виде взаимосопряженных двух балок, жестко соединенных между собой в одной плоскости и усиленных вертикально ориентированными ребрами жесткости и перемычками, с расположенными сверху опорными плитами 20. Ростверк 15 закреплен на свайном фундаменте 19 через по меньшей мере два опорных узла шарнирного типа.
При этом в случае применения двухсвайного фундамента (фиг. 2, фиг. 3) ростверк 15 устанавливают и закрепляют непосредственно на сваи фундамента 19. На ростверке размещены две опорные плиты 20 с отверстиями, через которые вводится регулировочный винт 9, устанавливаемый через опорные шайбы 11 и гайки 10 на опорную плиту 20 ростверка. В случае использования четырехсвайного фундамента (фиг. 4, фиг. 5) ростверк закреплен на фундаменте через две продольные балки 16 (продольно расположенные относительно оси трубопровода), связывающие между собой по две сваи 19 с каждой стороны, при этом крепление к сваям 19 выполнено через четыре опорных узла шарнирного типа.
Опорная муфта 17 устанавливается свободно с зазором на двух жестко приваренных к свае фундамента полукольцах 18, на которой размещена опорная плита с отверстием, соответствующим внутреннему диаметру муфты 17, при этом плита соединена с корпусом муфты 17 вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, усиливающими жесткость опорного узла. На опорные плиты муфты ростверк 15 может устанавливаться жестко путем приварки при монтаже опоры или полужестко путем болтового соединения, имеющего зазоры, обеспечивающие гибкость соединения, необходимую при пучении (просадке) грунтов под свайным основанием. Полукольца 18 закреплены к свае с технологическим зазором между торцами полуколец. Зазор между внутренним диаметром муфты 17 и наружным диаметром сваи составляет не менее 8 мм. Таким образом, зазор между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром сваи обеспечивает возможность поднятия (опускания) сваи в случае возможного пучения (просадки) грунта до 400 мм. Ширина полукольца 18 соответствует толщине муфты, увеличенной на величину зазора между муфтой и сваей.
Заявленное изобретение работает следующим образом.
При осуществлении работ по прокладке подземного трубопровода устраивают опорные конструкции с учетом качества грунта, его уклона и т.д.
При реконструкции подземного трубопровода до выемки грунта производят сварочные и огневые работы. К сварочным и огневым работам относится: подрезка свай после установки, приварка полуколец упорных на надземной поверхности свай.
На месте под установку опоры на трубопровод укладывают и фиксируют стяжными лентами защитную прокладку (скальный лист). Размеры защитной прокладки указываются в технической документации в зависимости от диаметра трубопровода. Производят установку бандажа на трубопровод с защитной прокладкой. При этом сохраняют такую ориентацию полускорлуп бандажа, при которой поверхность разъема бандажа расположена параллельно уровню грунта. Полускорлупы стягивают болтовым соединением. Соединение с трубопроводом жесткое, момент затяжки регламентируется в технической документации.
Далее производят последовательную установку ложемента и полухомута опоры. Трубопровод нижней частью опирают через бандаж на ложемент, верхней частью ограничивают полухомутом с технологическим зазором.
На опорные полукольца устанавливают муфты опорные, на которые монтируют ростверк. В отверстия опорных плит ростверка вводят регулировочные винты с закрепленной в них через пальцы, втулки, шайбы и гайки цепной подвеской и фиксируют гайками через опорные шайбы. Ростверк с подвеской монтируют на муфты опорные, установленные на опорные полукольца. Цепные подвески соединяют с проушинами ложемента с помощью соединительных скоб, пальцев шайб, втулок и гаек. Последовательной затяжкой гаек регулировочного винта производят плавное натяжение цепной подвески. По окончании операции натяжения подвески производят законтривание натяжных гаек.
В случае необходимости проводят мероприятия по теплоизоляции подвесной опоры, стыковке теплоизоляции опоры с теплоизоляцией трубопровода. По окончании монтажа производят земляные работы с засыпкой грунта.
Регулярные изменения температуры транспортируемой рабочей среды, вибрации, изменение давления внутри трубопровода - все это вызывает постоянные, часто значительные (до 100-200 мм), смещения трубопровода в случае его неполного защемления грунтом. При применении подземной опоры заявляемого типа смещения трубопровода воспринимаются опорой, точнее, ее подвижной частью, в результате чего подвижная часть вместе с жестко зафиксированным в ней трубопроводом смещается. Ложемент перемещается в грунте, связанный на цепной подвеске. В случаях защемления ложемента в грунте трубопровод в бандаже перемещается в ложементе в продольном направлении.
В результате достигается ограничение перемещения магистрального трубопровода вниз и обеспечение в заданных пределах перемещений в продольном, поперечном и вертикальном направлениях вверх при температурных деформациях трубопровода и при воздействии максимальных нагрузок на опору трубопровода.