Підводний перехід

КОНСТРУКТИВНІ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ РІШЕННЯ

Проектне виконання укладання

Схеми положення підводного трубопроводу

Залежно від положення трубопроводу щодо дна водоймища застосовуються три основні схеми.

Перша схема передбачає заглиблення нижче за прогнозовану поверхню розмиву дна водойми на розрахунковий період експлуатації. Крім того, необхідно враховувати можливість пошкодження труб якір, волокуш тощо. При укладанні трубопроводу нижче граничної глибини розмиву ґрунту hp будь-якого додаткового захисту труб від механічних пошкоджень не потрібно. Для захисту труб від можливих механічних пошкоджень та надання трубопроводу негативної плавучості застосовується посилене захисне покриття та бетонування. У ряді випадків для закріплення поверхні ґрунту під трубопроводом застосовують кам'яну структуру або бетонні плити.

Для трубопроводів, покладених нижче відміток дна, заглиблення забаластованого трубопроводу має бути не менше 0,5 м нижче за лінію деформації русла річки після закінчення будівництва підводного переходу, прогнозованої на 25 років, але не менше 1 м від природних позначок дна водойми.

При перетині водних перешкод, дно яких складене скельними породами, заглиблення трубопроводу приймається не менше 0,5 м, рахуючи від верху забаластованого трубопроводу до дна водойми.

Незаглиблений трубопровід. Застосування цієї схеми допустиме лише в умовах, що повністю виключають місцеві розмив грунту під трубопроводом. Це можливо тільки у випадку дуже щільних або скельних ґрунтів, що не розмиваються потоком води при максимальних значеннях його швидкості. Порушення цієї умови призводить до провисання труби, коливань від зриву потоку рідини за трубою тау разі резонансу руйнування трубопроводу.

При обґрунтуванні тієї чи іншої схеми прокладання необхідно враховувати силовий вплив на трубопровід потоку води в річці.

Розрахунок силового впливу потоку на трубопровід

Швидкість течії у різних точках потоку змінюється залежить як від глибини, і від становища у плані. Ця швидкість становить 0,4÷0,6 поверхневої. Середня швидкість течії визначається виразом:

Миттєві значення швидкостей можуть відхилятися від середнього до 30% в обидві сторони. Відомості про швидкості течії та розподілу їх у плані та за глибиною річкового потоку отримують на підставі інженерно-геологічних вишукувань у меженний та повідковий періоди. Поводковий період характеризується найбільшими швидкостями.

Розподіл швидкостей течій за наявності крижаного покриву відрізняється від течії при вільній поверхні. При вільній поверхні максимальне значення швидкості - у верхній частині потоку, а за наявності льоду - на глибині 0,4 Н від нижньої кромки льоду.

Силовий вплив потоку для схем розраховується наступним чином.

Для трубопроводу, що знаходиться в потоці вище дна річки, сила лобового опору на відстані від дна до труби S > DH та підйомна сила визначаться як:

Залежність коефіцієнта лобового опору Сх від Rе для труб, футерованих дерев'яними рейками, або бетонованих труб:

Коефіцієнт підйомної сили Су залежить як від Rе і шорсткості, а й від відстані від дна труби. За S = 0, Су = 0,6.

При розташуванні труби поблизу поверхні потоку:

Для трубопроводу, розташованого в траншеї, необхідно враховувати особливості течії у придонній області. Швидкість потоку в траншеї на глибині увизначається з рівняння:

Для розрахунку Рх і Ру використовуються формули лобового опору та підйомної сили при симетричному обтіканні труби з відповідним коригуванням Сх і Су за швидкістю в траншеї.

Трубопровід, що у потоці, піддається як статичним, а й динамічним навантаженням. Коливання трубопроводу відбуваються як у горизонтальному, так і вертикальному напрямку.

Частота коливань у горизонтальному напрямку практично дорівнює своїй частоті і проявляється у вузькому інтервалі швидкостей від 0,1 м/сек до 0,3 м/сек.

Змінна гідродинамічна сила визначається за такою формулою:

Для трубопроводів, що не вагаються, Суn≈0,2 і Схn≈0,1, для трубопроводів, що коливаються:

Сун досягає максимуму при у0 0,6 DH і потім падає, що обмежує безмежне збільшення амплітуди коливань.

Конструктивні схеми прокладання підводних переходів

При проектуванні переходу необхідно передбачити захист від переміщень вільного трубопроводу, викликаних зміною як тиску продукту, що перекачується, так і температурними умовами. При цьому відбувається механічне руйнування ізоляційного покриття, як має низькі показники міцності, і як наслідок - прогресуюче корродування металу труб. Як захист може застосовуватися суцільне бетонування трубопроводу чи різноманітних обвалування і захисні конструкції.

Занурений трубопровід може застосовуватися лише у разі несудноплавних ділянок водних переходів. Є жорсткою ниткою, підвішеною на опорних пристроях двох типів, що спираються на дно при позитивній плавучості і плавають на поверхні у разі негативної плавучості.

При проектуванні підводних переходів застосовуються дві основніконструктивні схеми прокладки: однотрубна та двотрубна.

Однотрубні переходи, що не вимагають додаткового баластування та захисту від механічних пошкоджень, виконуються за схемою, що включає посилену ізоляцію та футерування. При позитивній плавучості трубопроводу баластування нитки виконується за допомогою чавунних кільцевих привантажень або суцільним бетонуванням труби. Двотрубні конструкції, побудовані за принципом "труба в трубі", мають більшу надійність, т.к. дозволяють знизити навантаження на основну трубу та підвищити корозійну стійкість системи. Крім того, наявність міжтрубного простору дозволяє використовувати його для теплоізоляції основного трубопроводу. Ці властивості визначають сферу застосування двотрубних конструкцій, які призначені в основному для транспорту корозійно-активних, підігрітих та охолоджених продуктів. Застосування схеми з пасивним кожухом має ряд недоліків, пов'язаних з необхідністю баластування трубопроводу і неефективної з точки зору силового розвантаження роботи зовнішньої труби.

Міжтрубний простір у двох трубних конструкціях може бути вільний від наповнювачів і обмежений використанням центруючих елементів або заповнений повністю або частково теплоізолюючими елементами або цементно-піщаним розчином.

В останньому випадку після затвердіння утворюється жорстка зв'язка зовнішньої та внутрішньої труб. Отримана в результаті монолітна двотрубна конструкція, здатна винести значно більші навантаження порівняно з однотрубною конструкцією.

Крім того, у цьому випадку при підборі товщини стінки кожуха і міжтрубного зазору, що забезпечують негативну плавучість, відпадає необхідність у баластуванні переходу.

Трасування підводних траншів

При проектуванніпідводного переходу повинні бути визначені: положення трубопроводу у вертикальній площині та поздовжній профіль підводної траншеї, в яку укладатиметься трубопровід (вертикальне трасування).

Трасування підводних траншей на переходах проводиться двома способами: з прокладанням прямолінійного трубопроводу та кривими штучного гнуття та з прокладанням трубопроводу по кривих пружного вигину.

Радіус повороту трубопроводу у вертикальній площині при його укладанні по кривій пружного вигину залежить від рельєфу русла річки та його розрахункової деформації, заглиблення трубопроводів, геологічної будови дна та берегів, міцності та стійкості стінок труб при вигині, ваги трубопроводу з привантаженнями під водою, пружності підводного трубопроводу , способу укладання трубопроводу, а також можливості виконання подальших ремонтних робіт Від радіусу пружного вигину трубопроводу залежатиме глибина підводної траншеї та величина врізання у береги.

Гранично допустимий мінімальний радіус кривизни встановлюється розрахунком.

Таким чином, з умови міцності мінімальний радіус, яким слід визначати кривизну трубопроводу:

Розрахунковий радіус є мінімальним при трасуванні підводного трубопроводу на ділянках з опуклим рельєфом місцевості.

При проектуванні підводного переходу, що має поворот трубопроводу на увігнутому рельєфі, необхідно вирішити три завдання:

визначити мінімальний радіус, що забезпечує прилягання трубопроводу до дна підводної траншеї;
перевірити напруги у трубопроводі з умови його міцності;
встановити оптимальне (найекономічніше) співвідношення між радіусом кривизни траншеї (трубопроводу) і вагою (привантаженням) трубопроводу.

Мінімальний радіус траншеї з умов міцності металу трубопроводу, що укладається по увігнутій кривій, рекомендується визначати за формулою:

Спосіб укладання підводного трубопроводу визначається у проекті організації будівництва (ПОС) залежно від гідрологічних, геологічних, топографічних та кліматичних умов у районі переходу (гідрологічного та льодового режиму, ширини та глибини водойми, режиму берегових ділянок), від місця розташування будівельного майданчика, а також від судноплавності водойми та наявності спеціального обладнання для укладання трубопроводу, тягових та плавучих засобів, спускових пристроїв, понтонів, такелажу.