Разработка способа прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью

Магистральные трубопроводы проходят в разных географических зонах, различающихся рельефом, климатическими особенностями, наличием естественных и искусственных препятствий.

Значительная часть территории РФ характеризуется высокой сейсмической активностью. В таких регионах страны, как Северный Кавказ, Юг Сибири и Дальнего Востока интенсивность сейсмических сотрясений достигает 8-9 и 9-10 баллов по 12-балльной макросейсмической шкале MSK-64. Все это приводит к необходимости учитывать сейсмические воздействия на подземные трубопроводы, чувствительные к сейсмическим смещениям и к динамическим воздействиям [1, с. 15-16].

Данная тематика является особенно актуальной в настоящее время, когда запущен в работу грандиозный проект нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий океан», а также проектируется газопровод «Алтай».

Таким образом, очевидна необходимость разработки специальных методов обеспечения абсолютной надежности конструкции и безаварийной эксплуатации магистральных трубопроводов.

Анализ инженерных решений, обеспечивающих строительство магистральных трубопроводов в зонах с повышенной сейсмичностью, показал, что предлагаемые решения можно условно классифицировать по следующим типам:

- создание искусственных оснований различного вида под трубопроводом, включая различные опорные элементы;

- создание в трубопроводе предварительных напряжений за счет монтажных изгибов трубопровода, которые при эксплуатационных перемещениях трубопровода совместно с грунтами обеспечивают придание трубопроводу новой эксплуатационной формы, что вызывает в нем эксплуатационные напряжения, противоположные по знаку предварительным.

Известен способ прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью, заключающийся в отрыве траншеи, укладке в нее трубопровода и засыпке траншеи грунтом с предварительным оснащением трубопровода приспособлениями, компенсирующими сейсмические нагрузки, в виде нанесенных на трубопровод оберток с закреплением их продольных кромок бандажами, между наружной поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью обертки создают расчетной величины зазор [2, с. 5].

Недостатками известного способа прокладки являются сложность и достаточно высокая стоимость операции, а также сложности при проведении ремонтных и профилактических работ в процессе эксплуатации трубопровода.

В Санкт-Петербургском государственном горном университете разработан способ прокладки трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью [3, с. 3-5].

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы трубопровода за счет упрощения способа его прокладки, а также за счет упрощения и удешевления операций, связанных с ремонтом и профилактикой оборудования трубопровода в процессе его эксплуатации.

Рис.1. Продольный разрез по трубопроводу

Способ прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью, осуществляется следующим образом. После отрыва траншеи 1 и укладки в нее трубопровода 2 он оснащается приспособлениями, компенсирующими сейсмические нагрузки, которые выполняются в виде размещенных по длине трубопровода на поверхности грунта 3 плит 4, фиксируемых в грунте с помощью закрепленных на плите по ее периметру и размещенных с отклонением наружу от плиты четырех опор 5, 6 и 7, 8. На каждой плите с помощью шарнира 9 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось трубопровода, установлен двуплечий рычаг, одно плечо 10 которого ориентировано нормально к продольной оси трубопровода и шарнирно 11 соединено с закрепленным на нем бандажом 12, а второе плечо 13 двуплечего рычага ориентировано под прямым углом к первому плечу 10, направлено вдоль оси трубопровода, шарнирно 14 соединено с тягой 15, наклонно ориентированной (под углом 45 градусов к продольной оси трубопровода) и шарнирно 16 соединенной с другим бандажом 17, также закрепленном на трубопроводе 2. После монтажа компенсационного узла траншея засыпается грунтом.

В процессе эксплуатации трубопровода 2 при возможных сейсмических воздействиях, особенно при ориентировании сдвигающих усилий в продольном относительно трубопровода направлениях, эти усилия будут компенсироваться за счет описанного выше способа прокладки. А именно, при приложении продольного усилия к трубопроводу 2 плечо 10 двуплечего рычага имеет тенденцию к повороту относительно шарнира 9, установленного на бандаже 12, закрепленном на трубопроводе. При этом крутящий момент, создаваемый этим усилием относительно шарнира 9, установленного на плите 4, за счет кинематической связи второго плеча 13 двуплечего рычага с тягой 15, обеспечивает передачу на трубопровод 2 усилия такой же величины, но противоположного знака за счет тенденции второго бандажа 17, закрепленного на трубопроводе 2, сместиться в строну первого бандажа 12. При этом реакции от нагрузок на плечи 10 и 13 двуплечего рычага воспринимаются опорами 5,6 и 7, 8, которые, благодаря своей ориентации относительно плиты, фиксируют последнюю в грунте, предотвращая смещение плиты вдоль продольной оси трубопровода 2. В связи с этим при сейсмических воздействиях трубопровод не будет подвержен растягивающим усилиям. Кроме того, в процессе эксплуатации трубопровода проведение ремонтных и профилактических работ на трубопроводе при предлагаемом способе его прокладки значительно упрощаются, т.к. удалять насыпной грунт 18 необходимо удалять лишь в зонах размещения плит 4 с опорами 5-7.

Выводы:

Отличительные признаки изобретения обеспечивают повышение надежности трубопровода, упрощение его прокладки, а также упрощение и удешевления операций, связанных с ремонтом и профилактикой оборудования трубопровода в процессе его эксплуатации.

Небольшая материалоемкость, простота конструкции и отсутствие в ней сложных узлов является несомненным преимуществом данной опоры. Предложенная опора удобна в монтаже. Её составные части можно изготовить на базе, а на трассе вести лишь монтаж.

Литература:

1. Савинов О.А. Сейсмостойкость магистральных трубопроводов и специальных сооружений нефтяной и газовой промышленности. М.: Наука, 1980.

2. Мухаметдинов Х.К. Способ прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью. Патент на изобретение №2250409 от 20.04.2005.

3. Тарасов Ю.Д., Николаев А.К., Червонный С.И., Быков К.В. Способ прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью. Заявка на изобретение №2010148810/06 приоритет от 29.11.2010.