Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ РЕМОНТА ПРОВИСАЮЩИХ И РАЗМЫТЫХ УЧАСТКОВ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА - Патент РФ 2196269
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ РЕМОНТА ПРОВИСАЮЩИХ И РАЗМЫТЫХ УЧАСТКОВ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ РЕМОНТА ПРОВИСАЮЩИХ И РАЗМЫТЫХ УЧАСТКОВ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА

СПОСОБ РЕМОНТА ПРОВИСАЮЩИХ И РАЗМЫТЫХ УЧАСТКОВ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к строительству и используется при ремонте подземных магистральных трубопроводов. Вскрывают ремонтируемый участок трубопровода, углубляют под ним траншею на расчетную глубину, создают опорные и водозадерживающие перемычки. Заполняют траншею водой, срезают перемычки, пригружают трубопровод и засыпают его грунтом. Разработку траншеи ведут с концов участка, образуют под трубопроводом приямки, заполняют их насыпным материалом и разрабатывают траншею до русловой части. Создают водозадерживающие ограничивающие русловую часть участка перемычки, отрывают водоотводной рукав с организацией водотока вне русловой части и производят ремонт изоляции трубопровода. Срезают водозадерживающие перемычки, устанавливают пригрузки. Одновременно срезают опорные перемычки, восстанавливают русло с окончательной засыпкой траншеи. Предлагаемый способ повышает надежность трубопровода. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2196269
Класс(ы) патента: F16L1/26
Номер заявки: 2001106776/06
Дата подачи заявки: 13.03.2001
Дата публикации: 10.01.2003
Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Севергазпром"
Автор(ы): Шарыгин В.М.; Теплинский Ю.А.; Бирилло И.Н.; Будзуляк Б.В.; Яковлев А.Я.; Ульянцев В.В.
Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Севергазпром"
Описание изобретения: Изобретение относится к области строительства и ремонта магистральных трубопроводов подземной прокладки на провисающих и размытых участках в руслах малых водных преград.
Известен способ ремонта провисающих и размытых участков подводного трубопровода, включающий вскрытие траншеи провисающего и прилегающих к нему участков трубопровода, подъем вскрытых участков, разработку траншеи расчетной глубины, укладку трубопровода на новые отметки с последующей засыпкой траншеи.
Подъем участка подводного трубопровода осуществляют под некоторым углом с обеспечением расстояния между точками подвеса для облегчения провисания трубопровода на размытом участке, устранения сил трения трубопровода о грунт, облегчения продольного перемещения трубопровода в сторону прилегающих к размытому участку и заглубления трубопровода по профилю вновь подготовленных траншей (см. а.с. 1711729, Мкл F 16 L 1/26. Опубл. 15.02.92).
Недостатком известного способа является то, что данный способ содержит операцию подъема провисающего и прилегающих участков с использованием трубоукладочной техники с распределением усилия подъема под углом, что затрудняет выполнение работ на трубопроводах большого диаметра и значительной протяженности размытых и провисающих участков.
Известен другой способ ремонта провисающих и размытых участков трубопровода, взятый нами в качестве прототипа, включающий вскрытие ремонтируемого участка трубопровода, углубление под ним траншеи, последующую его укладку на новые отметки и засыпку грунтом, при этом для заглубления криволинейного участка трубопровода на размытом участке вскрывают его и прилегающие к нему участки трубопровода противоположной и идентичной кривизны. Раскрытие прилегающих участков выполняют частями, равными длине горизонтальной линии пересечения горизонта воды от верха обваловки нижней части участка с точкой будущей траншеи в направлении ее подъема, роют вдоль трубопровода траншею глубже проектной с увеличением раскрытия плеч в обе стороны и с последующим извлечением грунта из-под трубопровода по участкам, обеспечивающим допустимый радиус изгиба трубопровода, лежащего на двух опорах, заполняют траншею с перемычками водой, выбирают промежуточные опорные перемычки, удлиняя свободный пролет трубы, находящейся в воде. С обоих концов прилегающих участков производят подрезку перемычек поэтапно на глубину верхних перемычек к руслу размытого участка. При окончательной срезке перемычек, ограничивающих русловую часть, производят пригрузку трубопровода от центра размытого участка в обе стороны с последующей засыпкой траншеи (см. патент 2081366, МПК F 16 L 1/26. Опубл. 10.06.97. Бюлл. 16).
Недостатки способа, принятого в качестве прототипа, состоят в следующем. Во-первых, данный способ требует значительных затрат энергии и времени для закачки воды в траншею выше естественного горизонта. Во-вторых, необходимо обеспечить водонепроницаемость траншеи на уклонах с целью сохранения уровня закачиваемой воды, что потребует дополнительных трудозатрат. В-третьих, заглубление трубопровода вызывает повышение изгибающих моментов в его теле, достигающих максимальной величины на концах подсаживаемого участка, что снижает надежность трубопровода при эксплуатации. В-четвертых, по прототипу затруднен ремонт противокоррозионной изоляции, поврежденной на русловом участке трубопровода, так как этот участок частично или полностью расположен в воде. В-пятых, излишнее обводнение грунта по всей длине траншеи ухудшает структурную прочность грунта, а движение потоков воды по уклонам при срезании водозадерживающих перемычек размывает дно траншеи, изменяя его профиль от расчетного очертания, что при укладке трубопровода вызывает в нем нерасчетные напряжения изгиба и снижает его эксплуатационную надежность.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности трубопровода с одновременным снижением затрат на ремонт.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе ремонта провисающих и размытых участков подземного трубопровода, включающем вскрытие ремонтируемого участка трубопровода частями, углубление траншеи под ним на расчетную величину с последующим извлечением грунта, образование опорных и водозадерживающих перемычек, пригрузку и засыпку трубопровода, траншею начинают разрабатывать по концам участка, образуют под трубопроводом приямки расчетной глубины и длины, заполняют приямки насыпным материалом с последующей разработкой траншеи до русловой части, выполняют водозадерживающие перемычки, ограничивающие русловую часть, отрывают водоотводный рукав с организацией водотока вне русловой части, а после разработки траншеи в русле производят ремонт изоляции трубопровода, срезают водозадерживающие перемычки с установкой пригрузки, а опорные перемычки срезают одновременно, затем восстанавливают русло с окончательной засыпкой траншеи, причем в качестве насыпного материала используют песок или смесь песка и торфа с расчетным модулем деформации.
Заявителю не известны из патентной и научно-технической информации следующие признаки изобретения:
- траншею начинают разрабатывать по концам участка и образуют под трубопроводом приямки расчетной глубины и длины, заполняют приямки насыпным материалом с последующей разработкой траншеи до русловой части;
- выполняют водозадерживающие перемычки, ограничивающие русловую часть участка;
- отрывают водоотводный рукав с организацией водотока вне русловой части, а после разработки траншеи в русле производят ремонт изоляции трубопровода;
- срезают водозадерживающие перемычки с установкой пригрузки, а опорные перемычки срезают одновременно, затем восстанавливают русло с окончательной засыпкой траншеи;
- в качестве насыпного материала используют песок или смесь песка и торфа с расчетным модулем деформации.
Суть способа ремонта представлена на фиг.1-4. На фиг.1 приведен профиль ремонтируемого участка трубопровода в двух положениях: 1 - до ремонта, 2 - после ремонта, причем до ремонта трубопровод находится в русле водной преграды 3. В положении 1 трубопровод опирается на перемычки 5 и водозадерживающие перемычки 6. Под трубопроводом проходит водоотводный рукав 7. В концевых сечениях трубопровода имеются приямки 8, заполненные насыпным материалом 9 с заданными свойствами. На фиг.2 показан вид сверху с очертанием русла водной преграды 10, водоотводного рукава 7 и защитной дамбы 11. На фиг. 3 представлено поперечное сечение участка трубопровода с насыпным материалом, на фиг.4 - фрагмент профиля трубопровода с приямком 8 и насыпным материалом 9.
Подсадку размытого участка подземного трубопровода осуществляют следующим образом. С помощью геодезических приборов измеряют профиль начального положения 1 оси трубопровода (фиг.1). Задают необходимую величину заглубления Δf трубопровода в русле водной преграды 10 и производят расчет параметров подсадки, определяя длину участка, отметки дна траншеи в положении 2 трубопровода, силовые факторы, воздействующие на трубопровод в концевых сечениях. Определяют размеры приямка 8 - длину, глубину, деформационные характеристики насыпного материала (коэффициент постели, модуль деформации при сжатии) и эффект снижения напряжений.
Рытье траншеи 4 начинают с концевых участков (т. О и К), образуя приямки 8, которые сразу заполняют насыпным материалом 9 - песком или смесью торфа с песком. Далее траншею разрабатывают на глубину расчетного положения 2 трубопровода, образуя опорные перемычки 5, расстояние между которыми определяют расчетом исходя из максимального использования резервов прочности трубопровода на изгиб. При подходе к русловой части участка 10 (фиг.2) образуют пару водозадерживающих перемычек 6. Затем копают водоотводный рукав 7 с устройством защитной дамбы 11 и организуют отвод воды из русла 10 в рукав 7 с переходом под трубопроводом 1 и далее снова в русло водной преграды 10 (фиг. 2). Разрабатывают траншею в русле 10, ремонтируют или заменяют поврежденную изоляцию. Срезают водозадерживающие перемычки 6, вода из рукава 7 заполняет траншею с уровнем горизонта 3 на длине LM (фиг.1). На образованный обводненный участок трубопровода устанавливают утяжеляющие пригрузы (на фиг.1-4 не показаны), компенсирующие плавучесть трубопровода, после чего одновременно срезают опорные перемычки 5, трубопровод при этом плавно погружается в воду, количество пригрузов (не показаны) увеличивают по мере увеличения длины погруженного в воду участка трубопровода. Крайние верхние участки OL, ОМ 5 также плавно садятся на дно траншеи, при этом насыпной материал 9 сжимается, равномерно распределяя нагрузку по длине приямка 8, снижая тем самым изгибающий момент и перерезывающую силу в концевых сечениях О, К. После посадки трубопровода на дно траншеи по всей длине восстанавливают русло водной преграды и засыпают траншею грунтом.
Ремонт по данному способу позволяет привести ремонтируемый участок магистрального трубопровода в соответствие с требованиями СНиП 2.05.06-85 для подземной прокладки, кроме того, не требуется стравливать газ в атмосферу и разрезать трубопровод. По сравнению с прототипом повышается надежность эксплуатации трубопровода за счет снижения напряжения в концевых его участках и ремонта противокоррозионной изоляции в русловой части участка за счет временного отвода водотока. Кроме того, не требуется создавать водозадерживающих перемычек более двух и перекачивать воду вверх по траншее.
Пример
Методика расчета подсадки приведена в работе "Аналитическое и экономическое обоснование метода подсадки по безвырезной технологии ремонта МГ/Ж." Газовая промышленность. - 1995 г, 2. - с.31. Использован энергетический подход. Исходные данные: труба ⊘ 1420 х 16,5 мм, предел текучести σт = 470 МПа, начальный прогиб f=12,5 м, требуемое заглубление в русле Δf=2 м, распределенная нагрузка q=0,5qтр=0,5•5700 Н/м=2850 Н/м. В результате расчета получено, что длина подсадки l=506 м. Профиль подсадки аппроксимирован синусоидой. Расчет прочности подтверждает соответствие участка СНиП 2.05.06-85.
Расчетные напряжения от продольной силы, изгибающего момента и внутреннего давления газа в соответствии с нормами СНиП 2.05.06-85 для строящегося трубопровода не учитывают вклад локальных напряжений в плоскости поперечного сечения за счет его овализации или некоторого сплющивания при воздействии перерезывающей силы Q, равной

Под воздействием этой силы, а также изгибающего момента М0 концевые сечения участка перемещаются вниз на величину w0 (Бородавкин П.П. Подземные трубопроводы. - М.: Недра. - 1973, с.162), равную

где - коэффициент, 1/м;
k0 - коэффициент постели грунта, Н/м3;
Dн - наружный диаметр трубопровода, м;
EJ - изгибная жесткость трубы, Н•м2.
Для рассматриваемого примера величина αМ0 на два порядка ниже, чем ql/2, поэтому формулу (2) для простоты представляем в виде

Нижний предел коэффициента k0 для грунтов ненарушенной структуры составляет порядка k0=3•106 Н/м3=3 МПа/м. Подставляя в (3) эту величину, а также найденные значения Q=7,2•105 Н, α=0,13 1/м, получим
w0=(2•0,13•7,2•105)/(3•106•1,42)=0,044 м.
При осадке w0=0,044 м на единичное кольцо трубы в концевом сечении будет действовать давление грунта, равное Pгp=k0w=3•106•0,044=1,32•105 Н/м2. При сжатии кольца равномерной пригрузкой q= Ргр•l0=1,32•105•1=1,32•105 Н/м в нем возникнет изгибающий момент Mmax=0,25qR2=0,25•1,32•105•0,712=1,65•104 Н•м, вызывающий напряжения σ= M/W= 1,65•104/(4,54•10-5)=3,64•108 Н/м2=364 МПа.
Здесь величина W определяется для сечения стенки трубы в виде полосы длиной 1 м и толщиной 0,0165 м.
Уровень напряжений составляет 77% предела текучести стали Х-70 и будет сохраняться в процессе эксплуатации, что снижает надежность трубопровода.
При использовании изобретения данные напряжения снижаются. Ставим задачу уменьшить напряжения в 1,5 раза. Задаемся длиной приямка b=10 м (фиг.4). Осадка w01=w0/1,5=0,029 м. Угол поворота в сечении (т. О) равен ϕ01 = w01•α = 0,029•0,13 = 3,77•10-3, осадка w02 = w0101•b = 0,029+3,77•10-3•10 = 0,067 м.
Коэффициент постели k02 насыпного материала 9 (фиг.4) определяется по выражению

где - часть перерезывающего усилия, воспринимаемого насыпным материалом, Н;
w0cp=0,5•(w01+w02) - усредненная осадка трубопровода в приямке, м.
Подставляя в (5) Q02=0,029/0,044•7,2•105=4,7•105 Н; w0ср= 0,5•(0,029+0,067)=0,0365 м; b=10 м; Dн=1,42 м, получим k02= 4,7•105/(0,0365•10•1,42)=9,07•105 Н/м3=0,9 МПа/м.
Отношение k0/k02=3/0,9=3,33, т.е. применяется более податливый материал, чем грунт ненарушенной структуры. В качестве такого материала может быть разрыхленный грунт обратной засыпки - торф, песок, смесь песка с торфом без уплотнения.
Глубина приямка h зависит от модуля деформации материала Егр и коэффициента постели k02 и в первом приближении определяется зависимостью
h=Eгр/k02 (6)
Если выбрать в качестве засыпки торф с модулем деформации Егр=1 МПа, то h= 1/0,9= 1,1 м. Величина h отсчитывается от низа трубы до дна приямка, а засыпается торф до середины сечения трубы. В сечении с осадкой w02 на кольцо трубы будет воздействовать давление торфа Pгр=k02w02=0,9•0,067=6,03•10-2 МПа= 6,03•104 Н/м2, что в 2,19 раза меньше, чем в концевом сечении, следовательно, и напряжения также будут меньше во столько же раз.
Максимально возможное расстояние между опорными перемычками определяется по формуле

где kн=1,1 - коэффициент надежности;
qтр=5700 Н/м - весовая нагрузка трубопровода;
lоп - расстояние между опорами;
W=0,0252 м3 - момент сопротивления сечения трубы.
Из (7) находим

Количество пролетов выбирается нечетным, чтобы русловая часть оказалась симметрично расположенной относительно опорных перемычек 5. Выбираем пять пролетных расстояний с длиной пролетов l=101,2 м, четыре опорных перемычки 5 при двух концевых защемлениях, играющих роль крайних опор (т. О и К).
Водная преграда шириной 20 м располагается посередине между опорными перемычками. Также между ними симметрично располагаются две водозадерживающие перемычки, ограничивающие русловую часть. Расстояние между центрами этих перемычек порядка 25 м.
Эффект изобретения проявляется в следующем. За счет использования на концевых частях подсаживаемого участка приямков с более податливым грунтовым основанием удается снизить напряжения в трубопроводе в процессе ремонта и эксплуатации в 1,5 раза. В результате временного водоотвода из русловой части участка газопровода значительно упрощается ремонт поврежденной изоляции. Плавность укладки трубопровода в углубленную траншею достигается сначала одновременным срезанием водозадерживающих перемычек с постепенной установкой утяжеляющих пригрузов на трубопровод по мере его погружения в воду, а затем одновременным срезанием опорных перемычек с дальнейшей установкой пригрузов на погружаемую в воду часть трубопровода. Плавности подсадки на концах участка способствует сжимаемый насыпной грунт в приямках.
Формула изобретения: 1. Способ ремонта провисающих и размытых участков подземного трубопровода, включающий вскрытие ремонтируемого участка трубопровода частями, углубление траншеи под ним на расчетную величину с последующим извлечением грунта, образование опорных и водозадерживающих перемычек, заполнение траншеи водой, срезку опорных и водозадерживающих перемычек, пригрузку и засыпку трубопровода, отличающийся тем, что траншею начинают разрабатывать по концам участка, образуют под трубопроводом приямки расчетной глубины и длины, заполняют приямки насыпным материалом с последующей разработкой траншеи до русловой части, выполняют водозадерживающие перемычки, ограничивающие русловую часть участка, отрывают водоотводный рукав с организацией водотока вне русловой части, а после разработки траншеи в русле производят ремонт изоляции трубопровода, срезают водозадерживающие перемычки с установкой пригрузки, а опорные перемычки срезают одновременно, затем восстанавливают русло с окончательной засыпкой траншеи.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве насыпного материала используют песок или смесь песка и торфа с расчетным модулем деформации.