Материалы для закрепления магистральных трубопроводов от всплытия

Закрепляют в основном трубы, имеющие положительную и нулевую плавучесть. Иногда закрепляют трубы с отрицательной плавучестью. Это делается только в том случае, когда возможно образование на каком-либо участке газовых пузырей или требуется обеспечить пригрузку труб для предотвращения выпучивания под воздействием продольных сил. Трубопровод закрепляют путём утяжеления его или с помощью анкеров.

К средствам балластировки первой группы относятся устройства, воздействующие на трубопровод собственным весом:

- одиночные железобетонные грузы;

- групповая установка одиночных железобетонных грузов;

- одиночные чугунные грузы;

- минеральный грунт засыпки, обычно используется при повышенном заглублении трубопровода;

- закреплённые гидрофобизированные грунты;

- полимерно-контейнерные балластирующие устройства (ПКБУ), заполненные местным или привозным грунтом или щебнем;

- минеральный грунт в оболочке из нетканых синтетических материалов;

- сплошное обетонирование труб;

- анкерные плиты;

- комбинированные способы.

Утяжеление трубопровода осуществляют железобетонными, чугунными грузами, бетонированием труб, грунтом. Навеска грузов выполняется трубоукладчиками с лежнёвой дороги, кранами с салазок или с понтона. При навеске утяжелителей краном с салазок, на последних устраивают площадку и устанавливают на неё автокран. Вдоль траншеи салазки протаскивают тракторами или лебёдками. После навески на трубопровод грузов, находившихся на грузовой площадке, салазки возвращаются к месту погрузки. Таким образом, работа осуществляется челночным способом. Челночный способ развозки и навески грузов целесообразен при ширине болот до 500м, когда наибольшая длина хода (при работе с двух берегов) не превышает 250 – 300м. По этой схеме за одну рабочую смену (7ч) можно пригрузить 250 – 300м трубопровода. В сильно увлажнённых болотах II – III типов при навеске пригрузов может быть использован понтон с установленным на нём грузоподъёмным оборудованием для перемещения грузов. Размеры понтона и его грузоподъёмность должны обеспечивать одновременно подъём нескольких утяжеляющих грузов. Понтон обычно изготавливают из труб диаметром 1020 или 1220мм.

Рис. 4.1. Железобетонный седловидный груз типа ЖГ.

1 –груз; 2 –трубопровод; 3 –прокладка из нескольких слоёв бризола.

Таблица 4.1. Характеристика железобетонных седловидных грузов типа ЖГ

Рис. 4.2. Утяжелитель бетонный обхватывающий УБО.

1 –блок железобетонный; 2 –трубопровод; 3 – стальной соединительный пояс; 4 – монтажная петля; 5 – скоба;

Таблица 4.2. Характеристика грузов типа УБО.

Число пригрузов, необходимое для балластировки участка трубопровода длиной L, определяется по формуле:

, где

, где

Q_г – средняя масса одного груза; γ_в – удельный вес воды; V_г – объём груза; q_бал^н – вес балластировки в воде.

При утяжелении трубопровода грунтом используют два способа, последний обрабатывается специальным связывающим материалом – отходами переработки нефти или без его обработки.

Рис. 4.3. Схема балластировки с использованием минерального грунта засыпки.

1- торф; 2- скос.

Рис.4.4.Схемы балластировки закреплённым грунтом:

1 – перемычка из закреплённого грунта; 2 – минеральный грунт; 3 – рекультивационный слой; 4 – сплошной слой закреплённого грунта; 5 – трубопровод.

Балластировка закреплённым грунтом производится отдельными перемычками или сплошным слоем (рис.), размеры которых определяются соответствующими расчётами в зависимости от диаметра трубопровода, физико-механических свойств грунта, размеров траншеи.

Балластировку сплошным слоем из закреплённого грунта предпочтительнее использовать при сооружении трубопроводов диаметром 720мм и менее.

Для закрепления грунтов в него добавляют вяжущее вещество ВМТ, представляющего собой остаток термического крекинга гудрона нефти с лёгким газойлем коксования и нефтяным битумом. Грунт, смешанный с таким материалом, через некоторое время образует прочный конгломерат, схватывающийся как с трубой, так и со стенками траншеи.

К средствам балластировки второй группы относятся анкерные устройства, несущую способность которых определяют свойствами грунтов:

- винтовые анкерные устройства (ВАУ, АС, АЛ);

- раскрывающегося типа (АР);

- выстреливаемые (АВ);

- взрывные;

- вмораживаемые;

- свайные консольного типа;

- якорные анкерные устройства;

- козловые анкерные устройства;

- ВАУ с повышенной удерживающей способностью;

- анкер-инъекторы.

Закрепление трубопровода анкерами выполняется тремя основными способами – завинчиванием анкеров, забивкой и выстреливанием их из гарпунных пушек. Завинчивание анкеров осуществляется после укладки трубопровода на дно траншеи. Забивные анкеры с раскрывающимися лопастями представляют собой трубу диаметром 8 – 15см и длиной 5 – 7м с прикреплёнными на нижнем конце шарнирно лопастями. Анкеры располагаются по одной линии или крестообразно. Трубопровод крепится к анкерам специальным силовым поясом, представляющим металлическую ленту шириной от 20 до 70см. Под ленту подкладывается мягкий материал для более равномерного распределения давления на изоляционное покрытие. Несущая способность одиночного анкера складывается из сопротивления лопастей на выдёргивание из грунта Р_в, сил сцепления грунта с поверхностью лопастей и стержня анкера Р_с, а также из сил, определяемых присосом. Все эти силы легко определяются по решениям механики грунтов. Расстояние между анкерами по длине трубопровода определяется расчётом. Выстреливаемые анкеры представляют собой патрубки длиной 1 – 1,5м и диаметром до 7см с прикреплёнными к их концам гибкими металлическими прутками. Оголовки патрубков имеют острия и лепестки или лопасти, раскрывающиеся при вытягивании патрубков. При выстреливании патрубок-снаряд погружается в грунт на 3 – 5м. Простота конструкции и их установка обеспечивают надёжное закрепление трубопровода, однако иногда неблагоприятно воздействуют на изоляцию, повреждая её при закреплении. Для уменьшения негативного влияния установленных анкеров на изоляцию, предварительно производят футеровку трубопровода.

Рис. 4.5. Схема закрепления трубопровода винтовым анкерным устройством:

1 –трубопровод; 2– силовой пояс; 3 – футеровочный мат; 4– штанга анкерная; 5 –винтовая лопасть.

Винтовые анкеры ВАУ-1 (рис.) предназначены для закрепления от всплытия трубопроводов диаметром от 273 до 1420мм, прокладываемых в условиях обводнённой и заболоченной местности. Несущая способность анкера (Ф_анк) обеспечивается винтовой лопастью и определяется как:

,

где m_а – коэффициент условий работы (m=0,5÷0,7) в зависимости от состава грунта; Р_пр – предельное (критическое) сопротивление анкера, определяемое экспериментальным путём.

Промышленностью выпускаются винтовые анкеры с диаметром лопастей 0,2; 0,3; 0,4; 0,45; 0,5м.

Таблица 4.3. Технические параметры винтовых анкеров.

Раскрывающиеся анкеры типа АР предназначены для закрепления от всплытия трубопроводов диаметром 1020-1420мм в условиях обводнённой и заболоченной местности, болот всех типов на сезонно обводняемых поймах рек, на руслах малых рек и ручьёв. Несущая способность анкера обеспечивается лопастями трапецеидальной формы, шарнирно закреплёнными на штанге. Анкер погружается в грунт под действием ударной нагрузки и раскрывается обратным частичным выдёргиванием на 1,2-1,5м. Разработаны двухпластные модификации анкеров АР-401-2А; АР-401-2Л-У; АР-401-2Л-УМ и четырёхлопастные модификации с лопастями в одном уровне АР-403-Л; АР-403-АМ; АР-403; АР-403-А и в двух уровнях АР-401; АР-404.

Таблица 4.4. Технические параметры анкеров АР.

Рис. 4.6. Конструкция раскрывающегося анкера АР-401.

1 – анкер; 2 – силовой пояс; 3 – мат (прокладка) для защиты изоляции; 4 – трубопровод.

Минеральные грунты разбиты на группы по следующему признаку:

группа I – мягкопластичные глины и суглинки; пластичные супеси;

группа II – пески мелкие, плотные и средней плотности; маловлажные, влажные и водонасыщенные, полутвёрдые тугопластичные глины и суглинки;

группа III – пески гравелистые, крупные и средней зернистости, маловлажные, влажные и водонасыщенные, твёрдые супеси, глины и суглинки.

Трубопроводы диаметром до 820мм можно закреплять выстреливаемыми анкерами типа АВ.

Таблица 4.5. Технические параметры анкеров АВ.

Для закрепления трубопроводов на проектных отметках могут также использоваться анкер-инъекторы.

Внедрение анкер-инъекторов производят на расчётную глубину 4-8м в зависимости от свойств грунта. После внедрения осуществляют инъектирование вяжущего продукта в грунт через тяги анкера, перфорированные в нижней части. Порядок работы описан в РД 39 Р – 00147105 – 028 – 02 «Инструкция по балластировке трубопровода с применением анкер-инъекторов».

В качестве закрепляющего вяжущего вещества могут быть использованы нефтяные битумы и мастики, цементные растворы, силикаты натрия, различные смолы и другие жидкие водонерастворимые быстротвердеющие вещества.

Закачиваемое через тягу анкера закрепляющее вяжущее вещество постепенно затвердевает и образует «корень» анкера, длина и диаметр которого определяют несущую способность анкерного устройства. После затвердевания вяжущего вещества водоустойчивость и удерживающая способность грунта значительно увеличиваются.

Рис. 4.7. Способ балластировки трубопровода анкер-инъкторами.

1 – инъектируемый вяжущий продукт «корень анкера»; 2 – трубопровод; 3 – силовой пояс; 4 – защитный коврик и футеровочный мат; 5 – штуцер для подачи вяжущего вещества; 6 – корпус сменного оголовка; 7 – штуцер для подачи вяжущего; 8 – траншея трубопровода; 9 – тяга анкера;

10 – минеральный грунт.

Балластировка трубопровода производится при строительстве газопроводов, а также любых подводных трубопроводов, обладающих положительной плавучестью в заполненном продуктом состоянии. Балластировку выполняют чугунными или железобетонными отдельными грузами и в виде сплошных покрытий бетоном или асфальтобетоном. В настоящее время наибольшее распространение имеют чугунные и железобетонные грузы из двух полумуфт. Основное достоинство – простота их изготовления и сравнительно невысокая стоимость. Недостаток – меньший объёмный вес по сравнению с чугунными, поэтому увеличивают размер железобетонных грузов или располагают их более часто, что в свою очередь, усложняет производство работ как по навеске грузов, так и по протаскиванию трубопровода при необходимости. Наиболее эффективным является утяжеление труб сплошным покрытием из бетона при укладке однотрубного перехода или заполнение утяжеляющим раствором межтрубного пространства при укладке по схеме «труба в трубе».

Торкретирование заключается в нанесении на покрываемую поверхность слоёв цементного раствора струёй сжатого воздуха. Толщина слоя торкрета, наносимого на поверхность за один заход, составляет 200мм. На трубы диаметром до 529мм торкрет-бетон наносят в два этапа. Сначала покрывают верхнюю половину трубы, а после выдержки бетона в течение 1 – 2 суток трубопровод переворачивают и производят покрытие остальной части. Трубы большого диаметра покрывают в несколько этапов. Бетонное покрытие обычно армируют. В качестве арматуры используют металлическую сетку с размером ячеек от 2,5х5 до 10х10см. Торкретирование трубопровода защищает тело трубы от коррозии.