Подводные переходы трубопроводов

К подводным переходам относятся участки трубопроводов, пересекающих естественные или искусственные водоёмы (реки, озёра, водохранилища), шириной более 10м по зеркалу воды в межень и глубиной свыше 1,5м.

Подводные переходы трубопроводов через водные прекграды проектируются на основании данных гидрологических, инженерно-геологических и топографических изысканий с учётом условий эксплуатации в районе строительства ранее построенных подводных переходов, существующих и проектируемых гидротехнических сооружений, влияющих на режим водной преграды в месте перехода, перспективных дноуглубительных и выправительных работ в заданном районе пересечения трубопроводом водной преграды, требований по охране рыбных ресурсов и окружающей среды.

Границами подводного перехода трубопровода, определяющими длину перехода, являются для:

- многониточных переходов – участок, ограниченный запорной арматурой, установленной на берегах;

- однониточных переходов – участок, ограниченный горизонтом высоких вод (ГВВ) не ниже 10%-й обеспеченности.

Створы переходов через реки выбираются на прямолинейных устойчивых плёсовых участках с пологими не размываемыми берегами русла при минимальной ширине заливаемой поймы. Створ подводного перехода необходимо, как правило, предусматривать перпендикулярным динамической оси потока, избегая участков, сложенных скальными грунтами. Устройство переходов на перекатах, как правило, не допускается.

7.1. Расчёт устойчивости подводного перехода

В соответствии со СНиП 2.05.06-85* расчёт устойчивости против всплытия подводного трубопровода выполняется по условию:

, (7.1)

г де - суммарная расчётная нагрузка на трубопровод, действующая вверх (включая упругий отпор при прокладке свободным изгибом), Н; - суммарная расчётная нагрузка, действующая вниз ( включая собственный вес), Н; - коэффициент надёжности устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаемый равным для участков перехода через болота, поймы, водоёмы при отсутствии течения, обводнённые и заливаемые участки в пределах ГВВ 1%-й обеспеченности – 1,05; для русловых участков переходов при ширине реки до 200м – 1,10; для русловых участков переходов при ширине реки свыше 200м – 1,15.

Рис.7.1. Распределение скоростей водного потока

При расчёте устойчивости против всплытия подводного трубопровода, пересекающего реки, желательно учитывать вертикальную и горизонтальную составляющие силового гидродинамического воздействия потока воды на трубу в процессе укладки трубопровода на дно траншеи.

Горизонтальная составляющая гидродинамического воздействия на единицу длины трубопровода:

, (7.2)

где - гидродинамический коэффициент обтекания трубы водным потоком; - средняя скорость течения воды в слое на уровне уложенного на дно подводной траншеи трубопровода, м/с.

Изменение скорости водного потока и его направления показано на рис.7.1. В формуле (7.2) в качестве v можно с достаточной точностью принимать v₂, которое определяется в зависимости от откосов траншеи m, её ширины по дну B и глубины h_T. Ориентировочно значение P_x можно рассчитать, приняв в качестве v скорость v₁, а донную скорость v_дон=0,6 v_пов.

Коэффициент определяется в зависимости от числа Рейнольдса:

, (7.3)

где кинематическая вязкость воды м²/с.

По экспериментальным данным, при Re<10⁵ С_х=1,1÷1,2; при 10⁵<Re≤10⁷ C_x=0,7÷0,8 для гладких труб и С_х=1,0 для обетонированных или офутерованных труб.

Вертикальная составляющая воздействия гидродинамического потока на единицу длины трубопровода P_x рассчитывается по формуле:

(7.4)

где - гидродинамический коэффициент подъёмной силы, остальные параметры те же, что и в формуле (7.2). Коэффициент зависит от числа Рейнольдса.

Для расчёта устойчивости подводного трубопровода с учётом гидродинамического воздействия потока жидкости следует иметь в виду следующее.

1. Вертикальная составляющая действует в том же направлении, что и выталкивающая сила воды и, следовательно, вводится в основную формулу (4.60 [1]) с тем же положительным знаком.

2. Горизонтальная составляющая действует на трубу,сдвигая её в сторону от оси траншеи. Для противодействия за счёт дополнительной нагрузки создаётся сила трения: