12.5 Укладання трубопроводів на болотах методом сплаву у каналах утворених вибухами

На переходах через болота різних типів трубопроводи споруджуються в основному в зимовий період. При необхідності виконання робіт на болотах в літній час трубопроводи прокладаються методом сплаву в каналах або траншеях, – утворених за допомогою енергії вибухів.

При будівництві переходів цим методом виключаються роботи з розчистки будівельної смуги траси, влаштування лежневих доріг, розробці траншей однокошовими екскаваторами із застосуванням інвентарних щитів, саней, понтонів та інше, а також проведення заходів з водовідведення.

Прокладання трубопроводів методом сплаву здійснюється згідно трьох схем:

- сплав ізольованого трубопроводу на всю довжину каналу, занурення шляхом заповнення водою і закріплення його на проектних відмітках гвинтовими анкерними пристроями;

- сплав ізольованого і забаластованого (кільцевими привантажувачами, або суцільним оббетонування) трубопроводу на всю довжину каналу з навісними на трубопровід понтонами, і занурення його на проектні відмітки після звільнення труби від понтонів;

- сплав ізольованого трубопроводу на всю довжину каналу і баластування його залізобетонними приван-тажувачами різної конструкції.

Прокладання магістральних трубопроводів методом сплаву на болотах складається з наступних технологічних процесів:

- влаштування каналу на болоті вибуховим методом і заповнення його водою;

- влаштування на одному з берегів болота монтажного майданчика, обладнаного стеллажами, рольгангом та машинами та механізмами для монтажу, зварки та ізоляції довгомірних секцій труб (див. рис. 12.13);

- монтажу, зварювання, ізоляція та нарощування довгомірних секцій до кінця плаваючого в каналі трубопроводу;

- сплаву трубопроводу вздовж каналу;

- занурення трубопроводу на проектні відмітки і закріплення його на дні каналу;

- очищення внутрішньої порожнини, випробування і засипки трубопроводу ґрунтом.

12.5.1 Розрахунок параметрів укладання трубопроводу з поверхні води

Дія зовнішніх сил на трубопровід, який знаходиться в напруженому стані показана на рис. 12.16. Ліва частина трубопроводу заповнена водою.

Необхідно мати на увазі, що в реальних умовах дія зовнішніх навантажень відрізняється від дії навантажень прийнятих в розрахункових схемах. Прикладання перерізуючої сили Q₀ в реальних умовах є не зосередженою, а рівномірно розподіленою на деякій дільниці трубопроводу. Походження даної сили обумовлено тим, що частина трубопроводу по обидві сторони , від прикладання сили Q₀ , при піднята на деяку висоту відносно плаваючого трубопроводу обумовлена опором труби згину.

Крім того, для виштовхуючої сили q₂ встановлюється область впливу від точки Q₀ до прикладання сили q₁. В дійсності дана область починається нев в точці прикладання сили Q₀ а в місці виходу трубопроводу на поверхню води (правіше від точки Q₀).

Дії, на трубопровід, вказаних в розрахункових схемах навантажень приводить до двохзначному згину його осі. При цьому в точках Q₀ та С значення кута повороту та згинаючого моменту рівні нулю, хоча для точки Q₀ дане положення носить дещо умовних характер.

Таким чином, враховуючи приведені раніше припущення, достатньо точно можна визначити згинаючі моменти та напруження, що виникають в любій точці перетину зігнутої частини трубопроводу.

Розрізняють три етапи укладання трубопроводу в проектне положення: початковий, проміжний і кінцевий, кожному з яких відповідає своя розрахункова схема і метод розрахунку. Враховуючи, що трубопровід є тонкостінною конструкцією, для спрощення розрахунків приймається рівність виштовхуючої сили і ваги води в одиниці довжини трубопроводу.

Початковий етап Схема даного етапу приведена на рис. 12.14. Трубопровід отримує консольне гнуття і найбільше напруження виникає в ньому в момент дотику трубопроводом дна траншеї (водойми).

а – схема занурення, б – розрахункова схема

Рисунок 12.14 – Початковий етап занурення трубопроводу

При відомих вихідних значеннях й визначають параметри та відповідно за формулами

; (12.31)

, (12.32)

де – відстань між поверхнею труби і верхньою утворюючою прилягаючої ділянки трубопроводу на плаву, яку визначають згідно графіку (рис. 12.15) в залежності від зовнішнього діаметра труби , власної ваги трубопроводу на повітрі та відношення q₂/q₁.

Рисунок 12.15– Залежність у₀/D_з від q₂ /q_тп

Значення безрозмірних довжин дільниць а та с розраховуються за формулами

, (12.33)

, (12.34)

де – безрозмірні максимальні напруження на дільниці b,

. (12.35)

де – розрахунковий опір метала труби;

W – момент опору поперечного перетину стінки трубопроводу.

Безрозмірну величину перерізуючої сили в початку координат та безрозмірні максимальні напруження згину на прилягаючій ділянці трубопроводу знайдемо із виразів

, (12.36)

. (12.37)

Якщо та то відповідно до виразу

, (12.38)

визначаємо безрозмірну допустиму глибину укладання трубопроводу.

Якщо то , а розрахунок проводиться методом послідовних наближень, зменшуючи до тих пір, поки не почне виконуватись умова , що .

На завершення розрахунку здійснюється перевід безрозмірних лінійних параметрів та в лінійні

; (12.39)

, (12.40)

і визначається допустима глибина занурення за формулою

. (12.41)

Проміжний етап. Схема проміжного етапу приведена на рис. 12.16. Трубопровід в даному випадку розглядається як однопрогінна балка з нульовими граничними умовами на двох кінцях для кута повороту та згинаючого моменту.

Найбільші значення згинаючих моментів для дільниць а та b визначаються за формулами

, (4.12)

, (4.13)

де та – безрозмірні функції, що залежать від співвідношення q₁/q₂ і визначаються згідно графіків (рис. 12.17);

– сума навантажень ;

h – глибина занурення трубопроводу, при відомій глибині водойми .

а – схема занурення, б – розрахункова схема

Рисунок 12.16 – Занурення трубопроводу на проміжному етапі

При співвідношенні q₁/q₂ >1 максимальним згинаючим моментом буде , при співвідношенні q₁/q₂<1 максимальним згинаючим моментом буде .

Максимальне напруження в трубопроводі від згину розраховують за формулою

, (12.44)

і порівнюють з допустимим, що дорівнює . Якщо , то занурення трубопроводу можливе.

Рисунок 12.17 – Залежність коефіцієнтів та від співвідношення q₁/q₂

Далі визначають відстані а, b та с відповідно за формулами

, (12.45)

, (12.46)

, (12.47)

де n – коефіцієнт, що визначається з графіка приведеного на рис. 12.18 в залежності від співвідношення q₁/q₂.

Максимально можливу глибину занурення трубопроводу можна розрахувати за емпіричною залежністю

, (12.48)

де – коефіцієнт, що приймається рівним при q₁/q₂ >1 та при q₁/q₂ <1.

а – при значенні ; б – при значенні

Рисунок 12.18 – Залежність n від q₁/q₂.

Відповідна максимальна глибина водойми буде

. (12.49)

Кінцевий етап. Схема кінцевого етапу приведена на рис.12.19.

Довжини дільниць а, b та с визначаються за допомогою залежностей

; (12.50)

, (12.51)

де R – реакція ґрунту в точці дотику трубопроводу дна водойми, рівна

; (12.52)

– максимальне напруження згину на дільниці а.

Якщо прийняти в якості розрахунковий опір сталі з якої виготовлені труби то можна визначити:

• максимальне значення реакції ;

• найбільші значення а, b, та с;

• та значення висоти h при цьому використавши рівняння прогинів

. (12.53)

а – схема занурення, б – розрахункова схема

Рисунок 12.19 – Кінцевий етап занурення трубопроводу

Тоді максимальна глибина водойми буде рівною

. (12.54)