5.4. подсадка подводных трубопроводов

5.4. ПОДСАДКА ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Для подсадки трубопроводов ниже фактического положения на реках большой протяженности применяют трубозаглуби-тели. Их использование наиболее эффективно при заглублении трубопроводов, не имеющих балластных грузов. По силовому воздействию рабочего органа на подводный грунтовый массив трубозаглубители подразделяют на гидравлические, механические, гидромеханические и гидрофлюидизаци-онные.

Гидравлические трубозаглубители предназначены для работы в несвязных грунтах. На рабочем органе устанавливают размывающие или отсасывающие насадки, в которые под давлением поступает вода. Эффективность заглубления трубопровода повышается с увеличением числа насадок и расхода воды.

Заглубление может осуществляться путем протаскивания одного или нескольких размывающих устройств, располагаемых вдоль трубопровода на равных расстояниях. Во избежание недопустимых напряжений в стенке трубопровода на каждом размывающем устройстве или непосредственно на трубе устанавливают плавучие емкости, датчики, клинометры или другие контрольные приборы. С их помощью можно контролировать равномерность движения размывающих уст-

ройств и предупреждать нежелательные прогибы и напряжения в трубопроводе.

Размывающие устройства могут состоять из трубчатых П-образных рам и ферм, связанных с плавсредством штангами. Для уменьшения сопротивления скольжению опор по трубопроводу на опорных рамках помещают ролики.

Объем воды, выбрасываемой из сопел, должен соответствовать объему воды, нагнетаемой насосом.

Наиболее эффективна разработка траншеи образовавшейся воронкой из струй.

Гидромониторная установка УПШ-360 изготовлена для разработки глинистых сланцев с помощью насадок (диаметр 45 мм). Скорость струи на выходе превышает 50 м/с. Возможно сочетание размывающего и замывающего устройств.

Эффективность гидравлических трубозаглубителей повышается при размыве и эжекции грунтов.

Трубозаглубитель следует устанавливать непосредственно на трубопровод с тем, чтобы по мере заглубления грунт, находящийся над трубопроводом, размывался и удалялся за бровку образующейся траншеи или транспортировался по пульпопроводу к месту провисания трубопровода до образования по ним грунтовой подушки.

После полной очистки заглубляемой части трубопровода из-под нее за один или несколько проходов удаляют расчетный слой грунта.

Механические трубозаглубители позволяют вести подсадку фрезами, расположенными по обеим сторонам трубопровода. Для их работы можно использовать гидро-, пневмо- или электроприводы. Кроме фрезерных можно применять рыхлители плужного типа. Механические трубозаглубители, предназначенные для разработки связных грунтов, могут перемещаться под водой с помощью тросов и лебедок, устанавливаемых на берегу, или иметь самостоятельный гусеничный ход.

Пульпопровод, по которому транспортируется разработанный грунт, перемещается по трубопроводу на роликах и поддерживается поплавками. На конце замыкающего пульпопровода устанавливают отражатель, направляющий грунт к месту разгрузки, предотвращающий рассеивание грунта в водной среде и, следовательно, снижающий загрязнение водоема.

В гидромеханических трубозаглубителях сочетаются механические (фрезерные, плужные), гидро эжекторные и пневматические методы воздействия на грунт. В результате этого образуется насыщенная пульпа и улучшается ее транспортирующая способность по пульпопроводу.

При растекании затопленной струи существует постоянный обмен между струей и окружающей средой. Кинетическая энергия растекания затопленной струи резко убывает по мере удаления от отверстия.

Для повышения транспортирующей способности затопленной струи разработаны способы генерирования пневмоги-дравлических струй, одно из существенных отличий которых — наличие в каждой точке направленных вверх вертикальных составляющих усредненных скоростей. Скорость поступательного движения суспензии по длине струи вследствие сильного торможения струй быстро падает. Их ось круто изгибается вверх, а насыщающий струю воздух стремится к выходу на поверхность и обеспечивает повышение транспортирующей способности подводного грунта. Используемые в данном случае грунторазрабатывающие конструкции называют пневмогидравлическими.

Существуют трубозаглубители, работающие по принципу флюидизации и предназначенные для бестраншейной подсадки трубопроводов.

За счет вибрации или гидравлических струй и воздуха низкого давления обеспечивается псевдоожижение грунта, в который трубопровод погружается под действием собственной массы. При этом методе эффективность заглубления достигается только в том случае, если погружение ведется на большой длине трубопровода.

Анализ показывает, что трубозаглубители для ремонта подводных трубопроводов должны удовлетворять следующим условиям:

1)    они должны состоять из отдельных агрегатов, которые можно перевозить на автомобилях типа КамАЗ или Урал, а перегружать автокранами;

2)    трубозаглубители должны работать как в прямом, так и в обратном направлении; насадки следует располагать таким образом, чтобы одновременно можно было разрыхлять грунт и удалять его за бровку траншеи; для разработки грунтов различной структуры необходимо, чтобы насадки были поворотными;

3)    масса трубозаглубителя не должна превышать 5 т, так как в противном случае трубопроводы диаметром менее 720 мм необходимо снабжать опорными устройствами или поддерживать кранами на мелководных участках, что значительно усложняет проведение работ;

08

-Avd noaden g 'vLiadeg ен eyoaodnogAdx noxeadepd э ошгехеон и ониоуэоп 'BVoaodnogAdx iraeadepd еэд ohhpxgoh :имрдоэонэ

HWHHE^d чхкнуошчя онжои рУояосТттооАгТ.т. эинэудАуге^;

'ЭИНЭУ

-дЛугее еончуехинуоноу .т.откуя.т.ро'гпAdo ‘хвмхэмхо хгшнвУее вн хижэу эн VoaodnogAdi иуэд rixogpd eriHdaiModn xBVoaeiiodH aoxovoxe oiatnoKon э oxoxe окииоц невуоУоа .т.отряигГ.т.ртлпо VoaodnogvCdx xogpd утчнчуат.иоЛу.тряодАгТ.т. иинэпМэяре oy

•иэинэьэх вэхиэонЛ и namHPdx jtaaodg ph кэхэрУон иуи Ajedeg ph вэхэАДиУвуяэ и BDxaAd -HxdoHDHPdx ‘HWKvexHgAvjpeogAdx Hiqwapanxpgpdepd ‘xm(dj

•pxHAdx xo KHHevgAvjpe э^хэрьЛ ph VoaodnogAdx чхиУодоаэо ‘иоУоя ээ чхинуопре и (гчх:яАУс^11Эхфэн) чхфен ихэоуон ей чхрър>тхо ‘сячхэонуоп о.тэ чхкнэ иуи OJOнdэфэ -оихр оУ эинэуярУ чхиеинэ оииУохдоэн ayoaodnogAdx а иинрз -оечуоыэи хи ndy (ох 'ond) аоУоас^пэхфэн имУвэУон куУ иуэх -ngAvjpeogAdx xoiKdoaxavaoVA wKHHPaogadx maHHayoHhaday

•АнУ ом эжиуд xcaptnewspd andoxoM ‘ннохнон чхряоечуонэи хэАУэуэ KyaxHgXvjpeogXdx кинэьхэудо к\А/ (f

pVoa — in !_пУрерн_гг и „Vedena,, оннэяхэхэахооэ кинэжиаУ эинэузрйырн — ц 'I !жон ии!гпАжэс1 — б !ниньэноярн шчньихэруе — д ^ogAdxpn ии^сяраиэрэз — [_ !KvexHVxi4depd oAndo^ — д !HavaxHVxi4depd имУрэрн — д ioAndo^i — р ipgAdx KPtnorearoPDa — ? iiaooooxmCdj — i InVoa ряохоп TvexPhorv^adan — i

iHvaxHgAvjBeogAdx 0J0MD9hHvaBdVHJ raxoged егоэхэ *от ‘эид

/// ////////////////////////////////////////////////////// /// ///J/A /// ///

a    i    в    в

чае на участке определенной длины производят полное заглубление трубопровода на заданную глубину, после чего за-глубитель перемещают на новый участок; во втором — тру-бозаглубитель при каждом проходе снимает определенный слой грунта по всему участку, а трубопровод, постепенно погружаясь, занимает заданное положение; в третьем (в отличие от первого) можно сократить объем земляных работ за счет создания на берегу криволинейного участка.

С помощью трубозаглубителей трубопровод можно погружать по криволинейной линии, которую теоретически можно изобразить в виде S-образной кривой. Иными словами, одни заглубляемые участки могут оказаться на выпуклых, а другие участки — на вогнутых кривых. На криволинейных участках трубопровод испытывает дополнительные напряжения, величина которых зависит от глубины траншеи. При-грузка концов заглубляемого участка трубопровода грунтом также увеличивает изгибающие напряжения. Вот почему для их снижения трубопровод освобождают от грунта. Увеличение изгибающих напряжений наблюдаетя также при большой массе труб о заглубит еля.

Если прогиб провисающей части трубопровода по сравнению с пролетом невелик, влиянием растягивающей силы на величину прогиба можно пренебречь. Однако в этом случае за счет растяжения может увеличиться напряжение в стенках трубопровода, поэтому допускаемый прогиб будет меньше. Растягивающие напряжения можно найти, используя закон Гука. Для этого надо знать общую длину L₀, на которой происходит удлинение, и абсолютное удлинение Л1_₀. Для ориентировочных расчетов L₀ = L + 21 (рис. 11, а). Поскольку прогиб на участках I значительно меньше, чем на участке L, абсолютное удлинение, AL₀ можно определить как разность между длиной дуги параболы, образованной упругой линией трубопровода на участке L, и стягивающей ее хордой. Тогда, приняв AL₀ = 8F²/(3L), получим

AL₀ / L = 8F² /31_Ц.

Напряжение в трубопроводе от действия растягивающего усилия

ст_т = EAL₀/L = 8F² /31L₀, а растягивающее усилие Т = ct_tF,

о    0,1 o,z о,з о*

2 -Д    Rzfec ’ бт/бс

0,10

OrQO

0,70

0,60

0,1    0,Z

3 Ар, м

О

Рис. 11. Схемы характерных профилей и геометрические параметры трубопроводов при заглублении:

а — схема профиля при дополнительном заглублении на пониженные отметки по всей длине; б — график для определения геометрических парамет ров трубопровода при заглублении по всей длине; в — схема профиля при переводе на разные отметки; г — графики для определения геометрических параметров трубопровода при переходе на разные отметки; д — зависимость растягивающего усилия на единицу поверхности трубопровода от высоты слоя грунта над трубопроводом; уравнения 1 — F/L = F₁(R₂/o_c)_r L₂/L₁ = 0,53; 2 — F/L₁ = F₂(R₂/o_c); 3 — L₂/L₁ = F₃(R₂/o_c); h₁ — высота слоя грунта над трубопроводом

где Е — модуль деформации материала трубы; F — площадь ее поперечного сечения.

Для практических расчетов используют геометрические параметры изогнутой оси трубопровода при различных схемах заглубления.

Из графика (рис. 11, 6) видно, что отношения F/L и I/L зависят не от диаметра трубопровода, а от отношения допускаемого напряжения R₂ к приведенному напряжению а_с. Используя данные, приведенные на рис. 11, в, г, можно определить величину заглубления трубопровода за один проход тру-

82

бозаглубителя при известной длине размываемого участка или, наоборот, длину участка размыва, обеспечивающую безопасное погружение трубопровода на заданную глубину.

При практических расчетах допускаемую глубину траншеи можно определять без учета растягивающего усилия, а затем уменьшать полученную таким образом величину в

2 раза.

Наибольшее растягивающее усилие не может быть больше максимально возможной силы трения Т_тах. Если длина засыпанной части трубопровода меньше необходимой для полного защемления, то расчет допускаемой глубины траншеи упрощается, так как ст_т = T_max/F.

Сила трения на единицу поверхности не зависит от диаметра трубопровода и может быть определена по графику, представленному на рис. 11, д.

Если учитывать массу труб о заглубит еля М, то сосредоточенную силу можно заменить эквивалентной нагрузкой, исходя из условия равенства моментов действующих сил в однопроектной балке при распределенной и сосредоточенной нагрузках, т.е. q₃ = 2M/L.

Общую нагрузку, действующую на трубопровод при заглублении, принимают равной q + q₃.

5.5. дно- и берегоукрепительные работы  »

Библиотека »