Подводно преминаване

КОНСТРУКТИВНИ И ТЕХНОЛОГИЧНИ РЕШЕНИЯ

Проектно изпълнение на полагане

Схеми на подводни тръбопроводи

В зависимост от положението на тръбопровода спрямо дъното на резервоара се използват три основни схеми.

Първата схема предвижда задълбочаване под прогнозната ерозионна повърхност на дъното на резервоара за прогнозния период на експлоатация. Освен това е необходимо да се вземе предвид възможността за повреда на тръбите от анкери, плъзгачи и др. При полагане на тръбопровода под пределната дълбочина на ерозия на почвата hp не се изисква допълнителна защита на тръбите от механични повреди. За да се предпазят тръбите от възможни механични повреди и да се даде на тръбопровода отрицателна плаваемост, се използва подсилено защитно покритие и бетониране. В някои случаи за фиксиране на повърхността на почвата под тръбопровода се използват скални плочи или бетонни плочи.

За тръбопроводи, положени под дънните маркировки, задълбочаването на баластния тръбопровод трябва да бъде най-малко 0,5 m под линията на деформация на речното корито след завършване на изграждането на подводния преход, предвиден за 25 години, но не по-малко от 1 m от естествените маркировки на дъното на резервоара.

При пресичане на водни прегради, дъното на които е съставено от скали, дълбочината на тръбопровода се приема най-малко 0,5 m, като се брои от върха на баластния тръбопровод до дъното на резервоара.

Незаровен тръбопровод. Използването на тази схема е допустимо само при условия, които напълно изключват локалната ерозия на почвата под тръбопровода. Това е възможно само в случай на много плътни или скалисти почви, които не се отмиват от водния поток при максималните стойности на неговата скорост. Нарушаването на това условие води до провисване на тръбата, вибрации от спиране на потока течност зад тръбата и вслучай на резонанс до разрушаване на тръбопровода.

При обосноваването на една или друга схема на полагане е необходимо да се вземе предвид силовото въздействие върху тръбопровода на потока вода в реката.

Изчисляване на силовото въздействие на потока върху тръбопровода

Скоростта на течението в различните точки на потока варира и зависи както от дълбочината, така и от позицията в плана. Тази скорост е 0,4÷0,6 повърхност. Средната скорост на потока се определя от израза:

Моментните скорости могат да се отклоняват от средната стойност до 30% в двете посоки. Информация за скоростите на течението и тяхното разпределение в план и дълбочина на речния отток се получава на базата на инженерно-геоложки проучвания през маловодието и наводненията. Периодът на шофиране се характеризира с най-високи скорости.

Разпределението на скоростите на течението при наличие на ледена покривка се различава от това при наличие на свободна повърхност. При свободна повърхност максималната стойност на скоростта е в горната част на потока, а при наличие на лед - на дълбочина 0,4 N от долния ръб на леда.

Силовото въздействие на потока за разглежданите схеми се изчислява, както следва.

За тръбопровод, разположен в потока над дъното на реката, съпротивителната сила на разстояние от дъното до тръбата S > DH и повдигащата сила се определят като:

Зависимостта на коефициента на съпротивление Cx от Re за тръби, облицовани с дървени летви или бетонни тръби:

Коефициентът на повдигаща сила Su зависи не само от Re и грапавостта, но и от разстоянието от дъното на тръбата. При S = 0, Cy = 0,6.

Когато тръбата е разположена близо до повърхността на потока:

За тръбопровод, разположен в траншея, е необходимо да се вземат предвид характеристиките на потока в близката дънна зона. Скоростта на потока в изкопа на дълбочина yсе определя от уравнението:

За изчисляване на Рх и Ру се използват формулите за челно съпротивление и подемна сила за симетрично обтичане на тръбата със съответната корекция на Сх и Су според скоростта в изкопа.

Тръбопроводът, който е в потока, е подложен не само на статични, но и на динамични натоварвания. Трептенията на тръбопровода възникват както в хоризонтална, така и във вертикална посока.

Честотата на трептене в хоризонтална посока е практически равна на собствената честота и се проявява в тесен диапазон от скорости от 0,1 m/s до 0,3 m/s.

Променливата хидродинамична сила се определя по формулата:

За неосцилиращи тръбопроводи Сn≈0.2 и Схn≈0.1, за осцилиращи тръбопроводи:

Сn достига максимум при у0≈0.6DH и след това спада, което ограничава неограниченото нарастване на амплитудата на трептенията.

Конструктивни схеми за полагане на подводни прелези

При проектирането на прехода е необходимо да се осигури защита срещу движения на свободния тръбопровод, причинени от промяна както в налягането на изпомпвания продукт, така и в температурните условия. В този случай се получава механично разрушаване на изолационното покритие, което има ниски показатели за якост и в резултат на това прогресивна корозия на метала на тръбата. Като защита може да се използва непрекъснато бетониране на тръбопровода или различни видове насипи и защитни конструкции.

Потопен тръбопровод може да се използва само в случай на неплавателни участъци от водни пресичания. Това е твърда нишка, окачена на опорни устройства от два вида, лежаща на дъното с положителна плаваемост и плаваща на повърхността в случай на отрицателна плаваемост.

При проектирането на подводни прелези две оснконструктивни схеми на полагане: еднотръбни и двутръбни.

Еднотръбни преходи, които не изискват допълнително баластиране и защита срещу механични повреди, се извършват по схема, включваща подсилена изолация и облицовка. При положителна плаваемост на тръбопровода колоната се баластира с помощта на чугунени пръстеновидни тежести или чрез непрекъснато бетониране на тръбата. Двутръбните конструкции, изградени на принципа "тръба в тръба", са по-надеждни, т.к. позволяват да се намали натоварването на главната тръба и да се увеличи устойчивостта на корозия на системата. В допълнение, наличието на пръстеновидно пространство позволява използването му за топлоизолация на главния тръбопровод. Тези свойства определят обхвата на приложение на двутръбни конструкции, които са предназначени главно за транспортиране на корозивни, нагряти и охладени продукти. Използването на схема с „пасивен“ корпус има редица недостатъци, свързани с необходимостта от баласт на тръбопровода и неефективно, от гледна точка на силово разтоварване, работата на външната тръба.

Пръстенообразното пространство в двутръбни конструкции може да бъде освободено от пълнители и ограничено чрез използване на центриращи елементи или запълнено изцяло или частично с топлоизолационни елементи или циментово-пясъчен разтвор.

В последния случай след втвърдяване се образува твърд сноп от външни и вътрешни тръби. Полученият монолитен двутръбен дизайн е способен да носи значително по-високи натоварвания в сравнение с еднотръбен дизайн.

Освен това, в този случай, при избора на дебелината на стената на черупката и пръстеновидната междина, които осигуряват отрицателна плаваемост, няма нужда от баластиране на прехода.

Проследяване на подводен изкоп

При проектиранетона подводно преминаване трябва да се определят: положението на тръбопровода във вертикалната равнина и надлъжния профил на подводния изкоп, в който ще бъде положен тръбопроводът (вертикално трасе).

Проследяването на подводни окопи при прелези се извършва по два начина: с полагане на прав тръбопровод и изкуствени криви на огъване и с полагане на тръбопровод по еластични криви на огъване.

Радиусът на завъртане на тръбопровода във вертикална равнина, когато се полага по еластична крива на огъване, зависи от релефа на речното корито и неговата изчислена деформация, дълбочината на тръбопроводите, геоложката структура на дъното и бреговете, здравината и стабилността на стените на тръбата по време на огъване, теглото на тръбопровода с тежести под вода, еластичността на подводния тръбопровод, метода на полагане на тръбопровода, както и възможността за извършване на последващи ремонтна дейност. Дълбочината на подводния изкоп и размерът на връзката в бреговете ще зависят от радиуса на еластичния завой на тръбопровода.

Максимално допустимият минимален радиус на кривина се определя чрез изчисление.

По този начин, от условието за якост, минималният радиус, по който трябва да се определи кривината на тръбопровода, е:

Изчисленият радиус е минималният при трасиране на подводен тръбопровод в зони с изпъкнал терен.

При проектирането на подводно преминаване, което има завой на тръбопровод върху вдлъбнат релеф, е необходимо да се решат три проблема:

определяне на минималния радиус, който гарантира, че тръбопроводът пасва на дъното на подводния изкоп;
проверете напреженията в тръбопровода от състоянието на неговата якост;
установете оптималното (най-икономичното) съотношение между радиуса на кривината на изкопа (тръбопровода) и теглото (надбавката) на тръбопровода.

Минималният радиус на изкопа от условията на якост на метала на тръбопровода, положен по вдлъбната крива, се препоръчва да се определи по формулата:

Методът за полагане на подводния тръбопровод се определя в проекта за организация на строителството (COP) в зависимост от хидроложките, геоложките, топографските и климатичните условия в преходната зона (хидроложки и ледени условия, ширина и дълбочина на резервоара, режим на крайбрежните участъци), от местоположението на строителната площадка, както и от плавателността на резервоара и наличието на специално оборудване за полагане на тръбопровода, тягови и плаващи съоръжения, устройства за изстрелване, понтони, такелаж.