7.3 Схеми прокладання магістральних трубопроводів в пустельних районах
При будівництві магістральних трубопроводів в пустельних районах головною проблемою є захист його від процесу видування піску. Сам процес переносу піску негативно не впливає, а піскові нагромадження можна розглядати як позитивні явища. Останні в значній ступені звужують задачу боротьби з піском, яка зводиться тільки до розробки заходів із запобіганню видування піску з-під трубопроводу.
Ширина смуги, яка захищається, як правило, не залежить від ступеня рухомості золових пісків чи їхньої площі. Вона, головним чином, залежить від ширини траншеї, котра, в свою чергу, визначається діаметром трубопроводу.
Наприклад, для трубопроводів діаметром (1020-1220) мм ширина траншеї становить (5-6) метрів.
Магістральні трубопроводи, залежно від конкретних умов, можуть прокладатися згідно таких схем: підземна, напівпідземна, наземна та надземна.
Підземна схема прокладання магістральних трубопроводів є найбільш розповсюджена. При даній схемі прокладання товщина шару ґрунту над трубою повинна бути не меншою ніж 0,5 м. Однак, при визначенні глибини закладання трубопроводу в пустелі необхідно враховувати стан поверхні ґрунту.
Переважно пустелі із барханними пісками представляють хвилясту поверхню з різним типом та висотою барханів (від 2 до 15 м). Розрізняють гребінчасті та крупноячеїсті бархани. До першого типу відносяться хвилеподібні пагорби шириною до 120 м, паралельні між собою, до другого - хаотично розкидані окремі пагорби, що чергуються впадинами які не мають чітко виражених границь. В обох випадках траса магістрального трубопроводу, особливо великого діаметру, не може відтворювати рельєф місцевості без використання кривих вставок.
Тому при будівництві трубопроводів профілювання трас може здійснюватися по середній лінії або з збереженням середнього природного рельєфу (рис. 7.1).
а – по середній лінії; б – із збереженням середнього природного рельєфу; в – прямолінійно нижче впадин рельєфу; г – хвилеподібно нижче впадин рельєфу; 1 – спланована поверхня; 2 – дно траншеї.
Рисунок 7.1 – Схема профілювання траси трубопроводу в барханних
Згідно першої схеми проводиться зрізання гребенів барханів з таким розрахунком, щоб зрізаний ґрунт заповнював впадини. В результаті чого отримуємо рівну горизонтальну поверхню (рис. 7.1а.). При даному способі порушується природній мікрорельєф і при дії вітрів, в деяких випадках, швидко відновлює свою попередню форму. Гребні барханів насипаються, а впадини, що були засипані в процесі планування траси, утворюються заново тим самим оголюють укладений трубопровід.
Друга схема прокладання трубопроводу передбачає збереження середнього природного профілю (рис. 7.16.). Однак і при такій схемі можливе оголення трубопроводів внаслідок повільного переміщення незакріплених пісків.
Враховуючи досвід проектування та будівництва трубопроводів в пустельній місцевості, укладання необхідно здійснювати вздовж кривої в межах пружного згину із заглибленням його в міжгребінчасте пониження не менше ніж на (1,5-2,0) метра від поверхні труби. Хоча це призводить до збільшення обсягу земляних робіт однак, необхідність забезпечення надійної роботи трубопроводу та використання сучасної землерийної техніки дозволяє використовувати даний варіант профілювання траси.
Напівпідземна схема прокладання трубопроводів раціональна при будівництві їх на ділянках пустель зі скельними ґрунтами, які розміщені на невеликій глибині. Технологія будівництва аналогічна як у гірській місцевості.
Наземну схему прокладання трубопроводів здійснюють в насипах трапецієподібного або трикутникового профілів. Цю схему в деяких випадках використовують на ділянках пустель де ґрунти багаті на вміст солей так звані солончакові ґрунти. Однак, якщо в таких умовах є можливість періодичного зволоження насипу, то вони з часом також заселяються і перестають захищати трубопровід від інтенсивного корозійного впливу солончаків.
Спостереження показали, що інтенсивний процес видування піску (при відсутності піскозакріплювального захисту або при руйнуванні його) особливо часті на трубопроводах укладених даним способом.
Надземна схема прокладання трубопроводу вигідна в технічному та економічному відношенні для ділянки з ґрунтами де є високий вміст солей (де недоцільна наземна схема). Досвід експлуатації надземних трубопроводів на засолених ґрунтах показав, що при надземній схемі прокладання значно збільшується термін служби трубопроводу в порівнянні з раніше приведеними схемами.
Крім того дана схема використовується при перетині трубопроводом ділянки поливних земель. Так як поливні землі мають густу мережу зрошувальних каналів, ариків, каналів руйнування яких в процесі виконання будівельних робіт навіть на короткий термін недопустиме.
Тому звичайними методами перетину дрібних водяних перешкод із використанням підземної схеми укладання трубопроводу в більшості випадків недопустимі.
Будівництво переходів балкової конструкції також недоцільне, так як зрошувальні канали періодично поглиблюють та розчищають за допомогою спеціальних машин й механізмів, котрі повинні вільно проходити під трубопроводом.
Тому через арики й зрошувальні канали будують переходи аркового типу, трапецеїдальні та консольні переходи, що дозволяють прохід спеціальної техніки.
Однак, внаслідок недостатнього защемлення сипучими ґрунтами підземних ділянки труб, що прилягають до надземних, проходить додатковий поздовжній стиск надземної конструкції lо (рис. 7.2).
а – опорні перетини нерухомі; б – опорні перетини рухомі.
Рисунок 7.2 – Схема трапецієподібного переходу
Якщо не враховувати вплив підземних ділянки, то перехід повинен розраховуватися тільки на дію в межах даної ділянки (рис. 7.2а.).
А якщо враховувати вплив підземних ділянки (рис. 7.2б.), то при розрахунку конструкції переходу необхідно прийняти до уваги додатковий стиск переходу в перетинах А та В на величину u0. Таким чином, при розрахунку надземного переходу його необхідно розглядати одне ціле із прилеглими підземними дільницями.
Для покращення статичних умов роботи надземного переходу необхідно, в міру можливості, зменшити загальну жорсткість всієї надземної системи, зробивши її більш гнучкою тобто збільшити компенсуючу здатність. Це досягається шляхом збільшення стрілки прогину та прогону переходу або наданням певних конструктивних форм.
Можливий інший шлях, а саме: збільшення жорсткості надземної конструкції, що призведе до зменшення впливу прилеглих підземних ділянки. А також це можна досягнути шляхом використання труб з більшою товщиною стінок або прокласти надземну дільницю прямолінійно (якщо дозволяють умови).