Полимерконтейнерное балластирующее устройство модернизированное криволинейное (пкбу-мк)

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 его положения. Задачей настоящего технического решения является повышение темпов проведения работ и надежности работы балластирующего устройства, как на этапе монтажа на трубопроводе, так и в процессе заполнения балластом и эксплуатации без возможности повреждения изоляции трубопровода, что обусловлено заданными расположением и перемещением нижних поперечин относительно трубопровода, при этом, повышается коэффициент использования полезного объема его емкости за счет их нового конструктивного выполнения, а технологичность изготовления обеспечивается сохранением простоты его конструкции и кроем используемого материала. Достигается поставленная задача тем, что полимерконтейнерное балластирующее устройство (ПКБУ-МК) содержит две распорные рамки жесткости, размещаемые наклонно к трубопроводу по обе стороны от его продольной оси и образованные верхними - соединенными между собой верхними грузовыми поясами, и нижними - соединенными между собой нижними грузовыми поясами, поперечинами, а также стойками, соединяющими нижние и верхние поперечины, причем к верхним поперечинам распорных рамок жесткости прикреплены заполняемые балластом емкости, каждая из которых образована единым для двух емкостей полотнищем полимерной технической ткани, средней частью охватывающим трубопровод сверху, пропущенным в каждую рамку над нижней поперечиной и соединенным непосредственно или через проушины с верхней поперечиной, и парой боковых стенок, каждая из которых выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам - боковым и нижней - к единому полотнищу на участке его длины, ниспадающем с трубопровода и поднимающемся к верхней поперечине, и парой косынок из полотнища, каждая из которых закреплена по двум сторонам - к верхнему и к нижнему поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости внахлест на полотнище боковой

стенки на не пришитую его сторону, при этом, каждая стойка распорной рамки жесткости выполнена с нижним концевым криволинейным или отогнутым прямолинейным участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода. Кроме того, стойка выполнена с возможностью опирания нижней поперечины или концевой части участка стойки на дно траншеи в пределах вертикальной проекции контура трубопровода, и с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части участка стойки к трубопроводу без опирания на его поверхность при загрузке емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы. При этом, длина нижнего грузового пояса L[м] может быть не менее 4,6 радиуса трубопровода или может быть определена по зависимости L=KR(¶+2), где: К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,9-1,10; R[м] - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство; ¶=3,1; а нижний грузовой пояс может быть образован лентой из полотнища, пришитой внутри емкости сверху к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод, либо образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод. Кроме того, нижний грузовой пояс может быть конструктивно совмещен на охватывающем трубопровод участке, с единым полотнищем, к которому для размещения в них нижней поперечины 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 петли или проушина из полотнища, равная ширине единого полотнища. Распорные рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства могут быть выполнены сборно-разборными. При этом, отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины (или выше нее - до кромки боковой стенки) до верхней поперечины, может быть выполнен с пришитыми петлями или образованной его прошивкой продольной проушиной для размещения стойки.

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. Техническое решение создано коллективом авторов-разработчиков ТУ 4834-121-31323949-2004, утвержденных ОАО «Газпром» и включает его положения.

Известно полимерконтейнерное балластирующее устройство, включающее связанные наложенными на трубопровод гибкими перемычками емкости, заполненные минеральным грунтом и выполненные с жесткими прямоугольными горизонтально расположенными каркасами, несущими монтажные петли, при этом, прямоугольные каркасы выполнены из полосы, а стенки емкостей к 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.).

Известно полимерконтейнерное балластирующее устройство, в котором продольные стенки и днища емкостей и связывающие их прилегающие к трубопроводу гибкие перемычки выполнены из единой полосы гибкого материала (RU, №1067284, А, 1984 г.)

Известно полимерконтейнерное балластирующее устройство, содержащее прямоугольные рамки жесткости, наклонно располагаемые в траншее, верхние и нижние гибкие тяги, соединенные, соответственно, с наиболее удаленными друг от друга сторонами рамок и с наименее удаленными друг от друга частями рамок, емкости 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 полимерконтейнерное балластирующее устройство (RU, №2244194, С1, опубл. 10.01.2005 г.), содержащее две размещенные по обе стороны от трубопровода распорные рамки жесткости, скрепленные с ними и заполняемые грунтом емкости из полотнищ полимерной технической ткани противоразмывные перегородки, а также верхние и нижние грузовые ленты, в котором 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 техническим 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 настоящего технического решения является повышение темпов проведения работ и надежности работы балластирующего устройства, как на этапе монтажа на трубопроводе, так и в процессе заполнения балластом и эксплуатации без возможности повреждения изоляции трубопровода, что обусловлено заданными расположением и перемещением нижних поперечин относительно трубопровода, при этом, повышается коэффициент использования полезного объема его емкости за счет их нового конструктивного выполнения, а технологичность изготовления обеспечивается сохранением простоты его конструкции и кроем используемого материала.

Достигается поставленная задача тем, что полимерконтейнерное балластирующее устройство (ПКБУ-МК) - содержит две распорные рамки жесткости, размещаемые наклонно к трубопроводу по обе стороны от его продольной оси и образованные верхними - соединенными между собой верхними грузовыми поясами, и нижними - соединенными между собой нижними грузовыми поясами, поперечинами, а также стойками, соединяющими нижние и верхние поперечины, причем к верхним поперечинам распорных рамок жесткости прикреплены заполняемые балластом емкости, каждая из которых образована единым для двух емкостей полотнищем полимерной технической ткани, средней частью охватывающим трубопровод сверху, пропущенным в каждую рамку над нижней поперечиной и соединенным непосредственно или через проушины с верхней поперечиной, и парой боковых стенок, каждая из которых выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам - боковым и нижней - к единому полотнищу на участке его длины, ниспадающем с трубопровода и поднимающемся к верхней поперечине, и парой косынок из полотнища, каждая из которых закреплена по двум сторонам - к верхнему и к нижнему поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости внахлест на полотнище боковой стенки на не пришитую его сторону, при этом, каждая стойка распорной рамки жесткости выполнена с нижним концевым криволинейным или отогнутым прямолинейным участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода. Кроме того, стойка выполнена с возможностью опирания нижней поперечины или концевой части участка стойки на дно траншеи в пределах вертикальной проекции контура трубопровода, и с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части участка стойки к трубопроводу без опирания на его поверхность при загрузке емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы. При этом, длина нижнего грузового

пояса L[м] может быть не менее 4,6 радиуса трубопровода или может быть определена по зависимости L=KR(¶+2), где К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,9-1,10; R[м] - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство, ¶=3,14, а нижний грузовой пояс может быть образован лентой из полотнища, пришитой внутри емкости сверху к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод, либо образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод. Кроме того, нижний грузовой пояс может быть конструктивно совмещен на охватывающем трубопровод участке, с единым полотнищем, к которому для размещения в них нижней поперечины 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 петли или проушина из полотнища, равная ширине единого полотнища. Распорные рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства могут быть выполнены сборно-разборными. При этом, отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины (или выше нее - до кромки боковой стенки) до верхней поперечины, может быть выполнен с пришитыми петлями или образованной его прошивкой продольной проушиной для размещения стойки.

Указанные параметры и формула для определения длины нижнего грузового пояса экспериментально апробированы и приняты в связи с тем, что при определяемых значениях не повреждается изоляция трубопровода (при обеспечении технологичности изготовления конструкции ПКБУ). При выходе за указанные параметры наблюдается повреждение изоляции трубопровода за счет контактирования его с нижней поперечиной, оказывающей местное давление на трубопровод в процессе его

эксплуатации, а также при загрузке балласта в емкости. Величина отклонения от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода ее концевого участка, т.е. оси концевого участка, (не превышающего по длине 1/3 длины стойки) может составлять до 30°(1°-30°) или определяться (при отгибе) положением касательной к криволинейному участку в месте касания его грунта.

На фиг.1 - представлена принципиальная схема полимерконтейнерного балластирующего устройства с действующими нагрузками в процессе загрузки емкостей и эксплуатации трубопровода.

Полимерконтейнерное балластирующее устройство выполнено в соответствии с разработанными коллективом авторов настоящего технического решения ТУ 4834-121-31323949-2004, утвержденными ОАО «Газпром» и включает их положения. Полимерконтейнерное балластирующее устройство состоит из двух размещаемых по обе стороны от продольной оси трубопровода 1 и образованных стойками 2 и поперечинами - верхней 3 и нижней 4 распорных рамок жесткости, к которым 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 от нижней поперечины 4 до верхней поперечины 3. Косынки 9 выполнены из 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. Верхние поперечины 3 соединены между собой верхними грузовыми поясами 10. Каждая стойка 2 распорной рамки

жесткости выполнена с нижним концевым участком 12 - криволинейным 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 вертикальной проекции его контура (фиг.1). 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 при загрузке 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, а физическое состояние грунта дна траншеи, например, его влажность; R[м] - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство, ¶ - постоянная величина, численно равная 3,14. Как один из вариантов, нижний грузовой пояс 11 может быть образован лентой из материала полотнища, пришитой внутри емкости сверху к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод 1 в его верхней части. 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 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 расположенных наклонно к трубопроводу в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси 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 при монтаже устройства на трубопроводе, к стенке трубопровода без касания и повреждения ее. Опирание на грунт поперечины 4 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 под действием распределенной нагрузки «F»

происходит смещение поперечины 4 к трубопроводу 1 на величину «е» (фиг.1) и вывешивание ее на нижнем грузовом поясе 11 на высоте «h» (фиг.1). 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 размещенными 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. Различные варианты расположения нижнего грузового пояса 11 обеспечивают достаточно широкий выбор схем нагружения, определяемых диаметром трубопровода, свойствами грунта траншеи и свойствами балласта. Выполнение распорных рамок полимерконтейнерного балластирующего устройства сборно-разборными повышает его технологичность и ремонтопригодность, а также условия транспортировки на объект.

Предлагаемое полимерно-контейнерное балластирующее устройство обладает высокой технологичностью изготовления, надежно в эксплуатации, имеет емкости, конструкция которых позволяет увеличить объем загружаемого в них балласта и, кроме того, не требует в процессе приведения устройства в рабочее состояние сколь-нибудь значительных трудозатрат.

1. Полимерконтейнерное балластирующее устройство, содержащее две распорные рамки жесткости, размещаемые наклонно к трубопроводу по обе стороны от его продольной оси и образованные верхними - соединенными между собой верхними грузовыми поясами, и нижними - соединенными между собой нижними грузовыми поясами, поперечинами, а также стойками, соединяющими нижние и верхние поперечины, причем к верхним поперечинам распорных рамок жесткости прикреплены заполняемые балластом емкости, каждая из которых образована единым для двух емкостей полотнищем полимерной технической ткани, средней частью охватывающим трубопровод сверху, пропущенным в каждую рамку над нижней поперечиной и соединенным непосредственно или через проушины с верхней поперечиной, и парой боковых стенок, каждая из которых выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам - боковым и нижней - к единому полотнищу на участке его длины, ниспадающем с трубопровода и поднимающемся к верхней поперечине, и парой косынок из полотнища, каждая из которых закреплена по двум сторонам - к верхнему и к нижнему поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости внахлест на полотнище боковой стенки на не пришитую его сторону, при этом каждая стойка распорной рамки жесткости выполнена с нижним концевым криволинейным или отогнутым прямолинейным участком, отклоненным от продольной оси стойки в сторону уложенного в траншею трубопровода.

2. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором стойка выполнена с возможностью опирания нижней поперечины или концевой части участка стойки на дно траншеи в пределах вертикальной проекции контура трубопровода, и с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части участка стойки к трубопроводу без опирания на его поверхность при загрузке емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы.

3. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1 или 2, в котором длина нижнего грузового пояса не менее 4,6 радиуса трубопровода.

4. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1 или 2, в котором длина нижнего грузового пояса определена по зависимости:

L=KR(+2),

где К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,90-1,10;

R - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство,м; =3,14.

5. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором нижний грузовой пояс образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод.

6. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором нижний грузовой пояс на участке, охватывающем трубопровод, соединен дискретно или непрерывно с единым полотнищем, к которому для размещения в них нижней поперечины ниже диаметральной горизонтальной плоскости трубопровода не менее, чем на половину радиуса трубопровода, с внешней стороны емкости пришиты по кромкам или, по крайней мере, в один ряд по ширине полотнища петли или проушина из полотнища.

7. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1 или 2, в котором отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины до верхней поперечины, выполнен с пришитыми петлями или образованной его прошивкой продольной проушиной для размещения стойки.

8. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором распорные рамки выполнены сборно-разборными.