Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОТАСКИВАНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ В НЕПРОХОДНОЙ ТОННЕЛЬ С ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ КРУГОВОГО ОЧЕРТАНИЯ

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано для протаскивания нескольких параллельных цилиндрических трубопроводов в непроходной тоннель с поперечным сечением кругового очертания.

Как показывает практика, тоннельная прокладка нескольких параллельных цилиндрических трубопроводов применяется в основном для проходного тоннеля, когда имеется возможность для производства строительно-монтажных работ непосредственно в тоннеле. В непроходных тоннелях с поперечным сечением кругового очертания такая возможность отсутствует, а существующие технические решения не позволяют обеспечить протаскивание в эти тоннели нескольких трубопроводов с соблюдением требований по обеспечению их сохранности от повреждений в процессе протаскивания.

Перед авторами стояла задача по разработке технического решения по протаскиванию в непроходной тоннель с поперечным сечением кругового очертания нескольких параллельных цилиндрических трубопроводов с обеспечением их сохранности от повреждений в процессе протаскивания.

При рассмотрении технической литературы выявлены технические решения, относящиеся к поставленной задаче.

Известен способ протаскивания трубопровода, заключающийся в создании осевого усилия, прилагаемого к хвостовой части трубы с приданием трубопроводу вращательного движения. Способ реализуется с помощью опорных элементов, располагаемых на поверхности трубопровода по винтовой линии с расстоянием между ними, равным шагу винта (см. RU 2023935, кл. F16L 55/18 от 30.11.1994 г.).

Недостатками данного способа являются: использование сложных устройств для перемещения трубопровода в осевом направлении с одновременным приданием трубопроводу вращательного движения, невозможность его применения для протаскивания в один тоннель нескольких трубопроводов без повреждения их изоляционных покрытий.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ монтажа трубопровода типа «труба в трубе», заключающийся в установке на передней части трубопровода кольцевых опорных элементов, соединенных между собой тросом, один конец которого закрепляется на переднем торце протаскиваемого трубопровода, а другой - на торце трубы, в которую протаскивается трубопровод со стороны ввода в нее протаскиваемого трубопровода (см. SU 1076685 А, кл. F16L 7/00 от 28.02.1984 г.).

Недостатками данного способа являются: невозможность его применения для протаскивания в один тоннель нескольких трубопроводов, необходимость приложения значительных тяговых усилий для преодоления сил трения скольжения при перемещении опорных элементов в полости наружной трубы, сложность замены трубопровода в процессе его эксплуатации.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа протаскивания в один непроходной тоннель с поперечным сечением кругового очертания нескольких цилиндрических трубопроводов с меньшими тяговыми усилиями для преодоления сил трения и обеспечением возможности замены трубопроводов в процессе их эксплуатации.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что для обеспечения возможности одновременного протаскивания в непроходной тоннель с поперечным сечением кругового очертания нескольких цилиндрических трубопроводов используются кольцевые опорные элементы в виде полых цилиндров с отверстиями-ложементами, выполненными в торцевых стенках кольцевых опорных элементов, для повышения эффективности использования тяговых усилий при протаскивании трубопроводов используются элементы качения, для обеспечения сохранности трубопроводов от повреждений в процессе их протаскивания и возможности их замены в процессе эксплуатации используются отверстия-ложементы, выполненные в кольцевых опорах с заданным расстоянием друг от друга.

Указанная задача решается тем, что согласно способу протаскивания параллельных цилиндрических трубопроводов в непроходной тоннель с поперечным сечением кругового очертания отрезки трубопроводов размещают на связанных между собой тросами кольцевых опорных элементах, кольцевые опорные элементы выполняют в виде полых цилиндров, имеющих элементы качения, в торцевых стенках каждого из кольцевых опорных элементов выполняют отверстия-ложементы в количестве, равном количеству параллельных цилиндрических трубопроводов, диаметр каждой соосной пары которых составляет 1,05-1,10 диаметра протаскиваемых трубопроводов, которые размещают в этих отверстиях-ложементах перед вводом в непроходной тоннель, центры соосных отверстий-ложементов размещают на окружности, удаленной от окружности торцевой стенки полого цилиндра кольцевого опорного элемента, наружный диаметр которой составляет 0,80-0,90 диаметра непроходного тоннеля, при этом тяговое усилие прилагается к первому по ходу движения кольцевому опорному элементу, первый и последний по ходу протаскивания кольцевые опорные элементы размещают на расстоянии, равном длине непроходного тоннеля, количество промежуточных кольцевых опорных элементов на один меньше длины непроходного тоннеля, деленной на предельно допустимую длину между кольцевыми опорными элементами, а ширину кольцевого опорного элемента выбирают из условия 0,4-0,5 диаметра непроходного тоннеля.

На фиг.1-3 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для протаскивания трубопроводов.

На фиг.2 изображена торцевая стенка кольцевого опорного элемента.

На фиг.3 схематично изображен пролет трубопровода на участке между соседними кольцевыми опорными элементами.

На фиг.1-3 применены следующие обозначения:

1 - цилиндрический трубопровод;

2 - отверстие-ложемент;

3 - кольцевой опорный элемент;

4 - элемент качения;

5 - торцевая стенка кольцевого опорного элемента;

6 - трос;

7 - внутренняя плоскость непроходного тоннеля.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Каждую из головных частей параллельных цилиндрических трубопроводов 1 (например, трех трубопроводов) помещают в отверстия-ложементы 2 кольцевого опорного элемента 3, выполненного в виде полого цилиндра и снабженного элементами качения 4 (например, четырьмя). Наружный диаметр кольцевого опорного элемента 3 в зависимости от количества и диаметров параллельных цилиндрических трубопроводов 1 составляет 0,80-0,90 диаметра непроходного тоннеля, ширина - 0,4-0,5 диаметра непроходного тоннеля. Диаметр каждого из отверстий-ложементов 2 кольцевого опорного элемента 3 выполняется с допусками, обеспечивающими свободное размещение в отверстиях-ложементах 2 цилиндрических трубопроводов 1, диаметр каждой соосной пары отверстий-ложементов составляет 1,05-1,10 наружного диаметра этих трубопроводов 1, Элементы качения 4 размещаются попарно на цилиндрической поверхности кольцевого опорного элемента 3 и обеспечивают восприятие нагрузок от массы кольцевого опорного элемента 3 и цилиндрических трубопроводов 1 с находящимися в них продуктами перекачки (нефть, нефтепродукт, вода и прочие жидкости). Центры соосных отверстий-ложементов 2 размещают на окружности, удаленной от окружности торцевой стенки полого цилиндра кольцевого опорного элемента 3, например, на 1,15-1,20 радиуса цилиндрического трубопровода 1, имеющего наибольший диаметр.

Размещение протаскиваемых цилиндрических трубопроводов 1 в отверстия-ложементы 2 кольцевых опорных элементов 3 осуществляют на строительно-монтажной площадке, которая оборудуется на входе в непроходной тоннель. Перед размещением цилиндрических трубопроводов 1 в кольцевых опорных элементах 3 на строительно-монтажной площадке формируются плети цилиндрических трубопроводов 1, длина каждой из которых составляет 2-3 предельно допустимой длины между кольцевыми опорными элементами 3, с учетом обеспечения выступа длиной 1-2 м смонтированной плети цилиндрического трубопровода 1 за границу задней торцевой стенки 5, последней по ходу движения промежуточного кольцевого опорного элемента 3. Плети цилиндрических трубопроводов 1 поочередно размещают в отверстия-ложементы 2. Очередность размещения цилиндрических трубопроводов 1 определяется в зависимости от их диаметров: сначала размещается цилиндрический трубопровод 1 большего диаметра, затем - остальные в порядке убывания их диаметров. При этом в нижней части кольцевых опорных элементов 3 размещаются цилиндрические трубопроводы 1 большего диаметра, в верхней части - меньшего диаметра. Хвостовая часть каждой из плетей цилиндрических трубопроводов 1 помещается в отверстия-ложементы 2 следующих по ходу движения кольцевых опорных элементов 3.

Для обеспечения одновременного протаскивания цилиндрических трубопроводов 1 с кольцевыми опорными элементами 3 головные части этих трубопроводов 1, размещенные в первом по ходу движения кольцевом опорном элементе 3, фиксируются приваркой к передней торцевой стенке 5 этого кольцевого опорного элемента 3, а последующие кольцевые опорные элементы 3 соединяются между собой тросами 6 (например, тремя), размещенными на равноудаленных расстояниях друг от друга. Длина каждого троса 7 должна быть равна максимально допустимому расстоянию между соседними кольцевыми опорными элементами 3, которое назначается из следующих условий:

- обеспечение прочности цилиндрических трубопроводов 1, находящихся в каждом пролете между соседними кольцевыми опорными элементами 3;

- величина изгиба каждого из трубопроводов 1 в пролете между соседними кольцевыми опорными элементами 3 должна исключать его соприкосновение с внутренней плоскостью тоннеля 7 при максимально возможных постоянных нагрузках, действующих на трубопровод.

При этом расстояние между соседними кольцевыми опорными элементами 3 рассчитывается по следующей формуле (А.Б. Айнбиндер. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. М.: Недра, 1991):

где l₁ - длина пролета между смежными кольцевыми опорными элементами 3, м;

f₁ - допустимый изгиб цилиндрического трубопровода 1 в пролете между смежными кольцевыми опорными элементами 3, м:

h - минимальное расстояние от цилиндрического трубопровода 1 до внутренней плоскости тоннеля 7, измеренное на торцевой стенке 5 кольцевого опорного элемента 3, м;

f₂ - минимально допустимое расстояние от цилиндрического трубопровода 1 в месте его максимального изгиба до внутренней плоскости непроходного тоннеля 7, м;

Е - модуль деформации применяемых труб, Н/м²;

I - осевой момент инерции сечения труб, м⁴;

q - интенсивность нагрузки на пролет цилиндрического трубопровода 1 между соседними кольцевыми опорными элементами 3, Н/м;

- безразмерный параметр, являющийся функцией φ:

φ - параметр, характеризующий относительное защемление концов цилиндрического трубопровода 1 на входе и выходе непроходного тоннеля:

L - длина непроходного тоннеля, м;

D_H - номинальный диаметр цилиндрического трубопровода 1, м;

C_yo - коэффициент нормального сопротивления грунта на входе и выходе непроходного тоннеля.

В процессе протаскивания тяговое усилие передается с использованием тягового механизма (лебедка, тягач и т.п.) на первый по ходу движения кольцевой опорный элемент 3 при помощи троса 6, проходящего через тоннель от его выхода до строительно-монтажной площадки. По мере протаскивания первого по направлению движения кольцевого опорного элемента 3 и жестко соединенных с ним цилиндрических трубопроводов 1 с помощью тросов 6 перемещаются последующие кольцевые опорные элементы 3. При этом на строительно-монтажной площадке головная часть каждой последующей плети цилиндрического трубопровода 1, предварительно размещенного в отверстиях-ложементах 2 кольцевых опорных элементов 3, соединяется с хвостовой частью предыдущей плети цилиндрического трубопровода 1 по мере достижения последнего кольцевого опорного элемента 3 предыдущей плети цилиндрических трубопроводов 1 начала непроходного тоннеля.

После завершения протаскивания цилиндрических трубопроводов 1 в непроходной тоннель крайние кольцевые опорные элементы 3, находящиеся в начале и конце непроходного тоннеля, закрепляются в статическом положении.

Предложенное техническое решение обеспечивает также возможность замены отдельных цилиндрических трубопроводов 1, размещенных в непроходном тоннеле, в процессе эксплуатации без их механического повреждения. Для этого к хвостовой части заменяемого цилиндрического трубопровода 1 приваривается головная часть нового цилиндрического трубопровода 1 с таким же или меньшим внешним диаметром и осуществляется их совместное протаскивание через соответствующие отверстия-ложементы кольцевых опорных элементов 3.

Кроме того, обеспечивается возможность осуществления одновременной замены всего пакета проложенных в непроходном тоннеле параллельных цилиндрических трубопроводов 1 с одновременной заменой кольцевых опорных элементов 3. Для этого первоначально из непроходного тоннеля вытаскивается заменяемый пакет параллельных цилиндрических трубопроводов 1 с кольцевыми опорными элементами, затем протаскивается новый пакет параллельных цилиндрических трубопроводов 1. Возможно также одновременное протаскивание заменяемого и нового пакетов параллельных цилиндрических трубопроводов 1 путем присоединения тросами 6 первого кольцевого опорного элемента 3 нового пакета параллельных цилиндрических трубопроводов 1 к последнему кольцевому опорному элементу 3 заменяемого пакета параллельных цилиндрических трубопроводов 1.

В результате реализации предложенного технического решения обеспечивается:

одновременное протаскивание нескольких параллельных цилиндрических трубопроводов 1 в непроходной тоннель;

снижение потерь тяговых усилий на трение в процессе протаскивания цилиндрических трубопроводов 1 в непроходной тоннель;

сохранность цилиндрических трубопроводов 1 от механических повреждений в процессе их протаскивания в непроходной тоннель и эксплуатации;

возможность замены размещенных в непроходном тоннеле отдельных цилиндрических трубопроводов 1 или их полного пакета.