Распорная рамка и стойка распорной рамки

Предлагаемое техническое решение относится к области сооружения новых подземных трубопроводов, в том числе, проходящих по обводненным участкам, в зоне вечной мерзлоты, на переходах малых рек, или может быть использовано при реконструкции и ремонте уже существующих трубопроводов. Изобретение создано коллективом авторов-разработчиков ТУ 4834-121-31323949-2004, утвержденных ОАО «Газпром» и включает их положения. Задачей настоящих технических решений является повышение темпов проведения работ и надежности работы рамок балластирующего устройства, как на этапе монтажа на трубопроводе (исключая повреждение его изоляции в процессе развертывания и заполнения его емкостей грунтом), так и в процессе эксплуатации также исключая возможность повреждения изоляции трубопровода, что обусловлено заданными расположением и перемещением нижних поперечин относительно трубопровода, при этом, повышается коэффициент использования полезного объема балластной емкости за счет возможности их свободной подвижки, а технологичность изготовления стоек и рамки обеспечивается простотой их конструкции и возможностью их изгиба до требуемой величины в любом известном оборудовании. Достигается поставленная задача тем, что распорная рамка для полимерконтейнерного балластирующего устройства содержит верхние - для прикрепления к ним грузовых поясов и полимерного полотнища заполняемых балластом емкостей, и нижние поперечины, и соединяющие верхние и нижние поперечины стойки, при этом каждая стойка распорной рамки выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в

сторону уложенного в траншею трубопровода. При этом, нижняя поперечина или концевая часть упомянутого криволинейного или отогнутого участка имеет возможность опирания на дно траншеи по параллельной в данном месте оси трубопровода линии, расположенной в пределах проекции его контура, с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части упомянутого участка стойки к трубопроводу без опирания на поверхность трубопровода после загрузки емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы. Распорная рамка выполнена сборно-разборной на стойки и поперечины. Для решения указанной выше задачи стойка распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода. Величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее прямолинейного концевого участка составляет до 30° или величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее криволинейного концевого участка определяется положением касательной к криволинейному участку.

Предлагаемое техническое решение относится к области сооружения новых подземных трубопроводов, в том числе, проходящих по обводненным участкам, в зоне вечной мерзлоты, на переходах малых рек, или может быть использовано при реконструкции и ремонте уже существующих трубопроводов. Изобретение создано коллективом авторов-разработчиков ТУ 4834-121-31323949-2004, утвержденных ОАО «Газпром» и включает их положения.

Известно использование в полимерконтейнерном балластирующем устройстве, включающем связанные наложенными на трубопровод гибкими перемычками емкости, заполненные минеральным грунтом - жестких прямоугольных горизонтально расположенных каркасов, которые образованы стойками и поперечинами и выполнены из полосы. Стенки емкостей к указанным каркасам подвешены и выполнены из гибкого, имеющего отверстия для стока воды или водонепроницаемого материала, гибкие перемычки прикреплены к емкостям по углам их прямоугольных каркасов, а к непримыкающим к трубопроводу сторонам этих каркасов присоединены поворотные крышки емкостей, снабженные откидными панелями (SU, №769178, 1980 г.).

Известны прямоугольные рамки жесткости, используемые в полимерконтейнерном балластирующем устройстве, которые наклонно располагают в траншее. Верхние и нижние гибкие тяги соединены, соответственно, с наиболее удаленными друг от друга сторонами указанных рамок и с наименее удаленными друг от друга частями рамок. При этом емкости полимерконтейнерного балластирующего устройства выполнены из текстильного материала, например, ТБГ-360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89), огибающего рамки с образованием днища, передней и задней стенок емкостей и противоразмывочные перегородки, расположенные по боковым сторонам каждой емкости (ВСН 39-19-003-98 Конструкции и способы балластировки и закрепления подземных газопроводов, Газпром, М., 1998 г., с.6).

Наиболее близким из известных является распорная рамка полимерконтейнерного балластирующего устройство (RU, №2244194, С1, опубл. 10.01.2005 г.). В данном полимерконтейнерном балластирующем устройстве используется две размещенные по обе стороны от трубопровода распорные рамки жесткости, каждая из которых образована поперечинами и стойками. Рамки скреплены с заполняемыми грунтом емкостями из полотнищ полимерной технической ткани, а также верхними и нижними грузовыми лентами. Распорные рамки жесткости выполнены криволинейной формы с высотой, превышающей диаметр балластируемого трубопровода, изгиб каждой рамки жесткости выполнен под тупым углом, а нижняя часть каждой рамки размещена с уклоном в сторону трубопровода по отношению к дну траншеи, при этом размещенные вдоль трубопровода полотнища полимерной технической ткани обеспечивают опирание распорных рамок на грунт дна траншеи как при заполнении емкостей грунтом, так и при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки. - Предлагаемое техническое решение является развитием и дальнейшим совершенствованием указанного выше изобретения.

Известные решения, при наличии ряда положительных конструктивных и эксплуатационных характеристик, не в полной мере обеспечивают требуемые эффективность использования всего объема его емкостей, удобство в эксплуатации и надежность балластировки без возможности повреждения изоляции трубопровода, как при размещении устройства в траншее, так и в процессе эксплуатации. Это обусловлено тем, что распорные рамки из-за постоянного (как в процессе загрузки, так и в процессе эксплуатации трубопровода) опирания на грунт дна траншеи позволяют некоторую вертикальную подвижку трубопровода, вследствие чего нижняя часть рамки перемещается (на заранее не установленную величину) в сторону трубопровода, удерживая его в новом положении от дальнейшего всплытия. Таким образом, известное устройство не обеспечивает в полной мере защиту трубопровода от повреждения в процессе эксплуатации, а также не исключает возможности его частичного всплытия.

Задачей настоящих технических решений является повышение темпов проведения работ и надежности работы рамок балластирующего устройства, как на этапе монтажа на трубопроводе (исключая повреждение его изоляции в процессе развертывания и заполнения его емкостей грунтом), так и в процессе эксплуатации также исключая возможность повреждения изоляции трубопровода, что обусловлено заданными расположением и перемещением нижних поперечин относительно трубопровода, при этом, повышается коэффициент использования полезного объема балластной емкости за счет возможности их свободной подвижки, а технологичность изготовления стоек и рамки обеспечивается простотой их конструкции и возможностью их изгиба до требуемой величины в любом известном оборудовании.

Достигается поставленная задача тем, что распорная рамка для полимерконтейнерного балластирующего устройства (ПКБУ-МК) содержит верхние - для прикрепления к ним грузовых поясов и полимерного

полотнища заполняемых балластом емкостей, и нижние поперечины, и соединяющие верхние и нижние поперечины стойки, при этом каждая стойка распорной рамки выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода. При этом, нижняя поперечина или концевая часть упомянутого криволинейного или отогнутого участка имеет возможность опирания на дно траншеи по параллельной в данном месте оси трубопровода линии, расположенной в пределах проекции его контура, с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части упомянутого участка стойки к трубопроводу без опирания на поверхность трубопровода после загрузки емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы. Распорная рамка выполнена сборно-разборной на стойки и поперечины.

Для решения указанной выше задачи стойка распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода. Величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее прямолинейного концевого участка составляет до 30° или величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее криволинейного концевого участка определяется положением касательной к криволинейному участку.

На фиг.1 изображена распорная рамка с отклоненным на угол , (имеющий значения до 30°) от продольной оси ее стойки прямолинейным концевым участком;

На фиг.2 изображена распорная рамка с отклоненным по дуге радиусом r на угол , (имеющий значения до 30°) от продольной оси ее стойки криволинейным концевым участком;

На фиг.3 схематично изображен вид спереди распорных рамок в уложенном на трубопровод полимерконтейнерном балластирующем устройстве (без загрузки емкостей балластом);

На фиг.4 - представлена схема работы распорной рамки в полимерконтейнерном балластирующем устройстве в процессе загрузки емкостей и эксплуатации трубопровода (емкости условно не показаны).

Распорные рамки жесткости в качестве одного из примеров могут быть использованы в полимерконтейнерном балластирующем устройстве, которое в данном варианте состоит из двух размещаемых по обе стороны от продольной оси трубопровода 1 и образованных стойками 2 и поперечинами - верхней 3 и нижней 4 упомянутых распорных рамок жесткости, к верхним 3 из которых прикреплены заполняемые балластом емкости 5 и 6, образованные единым полотнищем 7 полимерной технической ткани, например ТБГ-360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89), парой боковых стенок 8. Каждая из боковых стенок 8 выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам к единому полотнищу 7 на участке его длины, ниспадающем с трубопровода, свободно провисающем в пространстве, ограниченном рамкой. Косынки 9 выполнены из отрезков полотнища и каждая из них закреплена по двум сторонам - к верхнему 10 и к нижнему 11 поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости 5 или 6 внахлест на полотнище боковой стенки 8 на не пришитую его сторону. Нижние поперечины 4 двух емкостей соединены между собой огибающим сверху трубопровод 1 нижним грузовым поясом 11, пришитым снизу к единому полотнищу 7 на части длины пояса, предпочтительно в средней части или на участках, удаленных от средней части, но не являющимися концевыми участками. Верхние поперечины 3 соединены

между собой верхними грузовыми поясами 10. Каждая стойка 2 распорной рамки жесткости выполнена с нижним концевым участком 12 - криволинейным по дуге радиусом «r» или отогнутым прямолинейным, который отклонен от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода 1 с возможностью опирания нижней поперечины 4 или концевой части участка 12 на дно траншеи по параллельной в данном месте оси трубопровода линии, предпочтительно расположенной в пределах проекции его контура (фиг.3). При этом, имеется возможность смещения нижней поперечины 4 или концевой части участка 12 к трубопроводу 1 без осуществления опирания концевого участка 12 на поверхность трубопровода 1 как при загрузке, так и после загрузки емкостей балластом или при воздействии на трубопровод 1 выталкивающей силы при его эксплуатации. Нижний грузовой пояс может быть выбран длиной L [м] не менее 4,6 радиуса трубопровода или его длина может быть более точно определена из условия L=KR(+2), где К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,9-1,10 и учитывающий неровности дна траншеи, величину заглубления трубопровода в грунт дна траншеи под собственным весом, и физическое состояние грунта дна траншеи, например, его влажность. (Значения К=0,9 и более, принимают при достаточно податливом основании под трубопроводом, а значения К=1,10 и менее, принимают при значительных по величине неровностях основания, на которое уложен трубопровод). R [м] - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство, - постоянная величина, численно равная 3,14. Нижний грузовой пояс 11, как вариант, может быть образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод. Кроме того, нижний грузовой пояс 11 может быть конструктивно совмещен на участке, охватывающем трубопровод, с единым полотнищем 7, т.е. единое полотнище функционально является на этом

участке и нижним грузовым поясом. В этом случае к нижнему грузовому поясу 11 для размещения в них нижней поперечины 4 ниже диаметральной горизонтальной плоскости трубопровода не менее, чем на половину радиуса трубопровода, пришиты по кромкам или, по крайней мере в один ряд по ширине полотнища 1 петли или проушина из материала полотнища, равная ширине единого полотнища 1. Распорные рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства могут быть выполнены сборно-разборными. При этом, отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с ниспадающим с трубопровода единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины (или выше нее - до кромки боковой стенки) до верхней поперечины, может быть выполнен с пришитыми вдоль него петлями или с продольной проушиной для размещения стойки 2, образованной прошивкой вдоль его свободной кромки, например, с ее подгибом или накладкой отрезка полотнища.

При монтаже полимерно-контейнерного балластирующего устройства на трубопровод 1, размещенный в траншее, развертывают единое полотнище 7 из ткани ТБГ-360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89) или подобной, образующее при закреплении его к распорным рамкам жесткости, выполненным из стоек 2 и поперечин 3 и 4, емкости 5 и 6. Рамки имеют в нижней части отгибы на стойках 2, позволяющие разместить продольную ось нижней поперечины 4 вне плоскости распорной рамки со смещением ее в сторону трубопровода 1. Этим обеспечивается возможность гарантированного подведения поперечины 4, опирающейся на грунт дна траншеи или расположенной над ним при монтаже устройства на трубопроводе, к стенке трубопровода без касания и повреждения ее. Провисание единого полотнища 7 в каждую рамку и подвешивание его только к верхним поперечинам 3 обеспечивает разгрузку нижней поперечины 4, располагаемой под полотнищем 7, и тем самым не влияет на характер ее перемещения под действием сил F по дугообразной траектории с

радиусом, близким к радиусу «R», к трубопроводу, исключая возможность касания его изоляции. Опирание на грунт поперечины 4 также полностью исключает ее произвольное перемещение к трубопроводу 1 при монтаже и в начале загрузки балласта, что исключает повреждение его изоляции. По мере увеличения массы загружаемого балласта происходит смещение поперечины 4 к трубопроводу 1 на величину «е» (фиг.2) и вывешивание ее на нижнем грузовом поясе 11 на высоте «h» (фиг.2). Наличие отгиба концевого участка 12 стойки 2 создает реактивные силы, препятствующие ее контакту с трубопроводом, что экспериментально подтверждено.

Боковые стенки 8, выполненные каждая в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам к единому полотнищу 7 на участке его длины от нижней поперечины 4 до верхней поперечины 3, обеспечивают заполнение емкостей и удержание материала балласта совместно с косынками 9, выполненными из полотнища и закрепленными по двум их сторонам - к верхнему 10 и к нижнему 11 поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости 5 или 6 внахлест на полотнище боковой стенки 8 на не пришитую его сторону. Этим обеспечивается увеличение объема емкости и возможность некоторой ее деформации без нарушения ее целостности, как в процессе загрузки балласта, так и в процессе эксплуатации при возможных просадках грунта. Как другой вариант, возможно упрошенное исполнение емкостей 5 и 6 - без косынок 9, но с большей величиной боковых стенок 8, которые пришиты в этом случае к верхним поясам 10. При попытке всплытия трубопровода, центр массы каждой емкости с балластом смещается к трубопроводу, а отсутствие непосредственного крепления полотнища емкости к нижней поперечине обеспечивает ее перемещение в направлении трубопровода, значительно меньшее, чем перемещение центра масс емкости. Различные варианты расположения нижнего грузового пояса 11 обеспечивают достаточно широкий выбор схем нагружения, определяемый диаметром трубопровода,

свойствами грунта траншеи и свойствами полотнища и балласта. Выполнение распорных рамок полимерконтейнерного балластирующего устройства сборно-разборными повышает его технологичность и ремонтопригодность, а также условия транспортировки на объект.

Предлагаемые распорная рамка и стойка для использования в полимерно-контейнерном балластирующем устройстве обладает высокой технологичностью изготовления, обеспечивают надежность в эксплуатации.

1. Распорная рамка для полимерконтейнерного балластирующего устройства, содержащая верхние - для прикрепления к ним грузовых поясов и полимерного полотнища заполняемых балластом емкостей, и нижние поперечины, и соединяющие верхние и нижние поперечины стойки, отличающаяся тем, что каждая стойка распорной рамки выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода.

2. Распорная рамка по п.1, отличающаяся тем, что нижняя поперечина или концевая часть упомянутого криволинейного или отогнутого участка имеет возможность опирания на дно траншеи по параллельной в данном месте оси трубопровода линии, расположенной в пределах проекции его контура, с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части упомянутого участка стойки к трубопроводу без опирания на поверхность трубопровода после загрузки емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы.

3. Распорная рамка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что распорная рамка выполнена сборно-разборной на стойки и поперечины.

4. Стойка распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства, характеризующаяся тем, что она выполнена с нижним концевым криволинейным или прямолинейным отогнутым на участке ее длины от нижнего конца, не превышающем одной трети длины стойки, участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода.

5. Стойка распорной рамки по п.4, в которой величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее прямолинейного концевого участка составляет до 30°

6. Стойка распорной рамки по п.4, в которой величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее криволинейного концевого участка определяется положением касательной к криволинейному участку.