Результат интеллектуальной деятельности: Способ заполнения раствором межтрубного пространства тоннельного перехода магистрального трубопровода

Способ заполнения раствором межтрубного пространства тоннельного перехода магистрального трубопровода

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при сооружении и/или реконструкции переходов магистральных трубопроводов через естественные и искусственные препятствия, построенные бестраншейными методами.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ изготовления системы перехода магистрального трубопровода через дорогу, заключающийся в расположении трубопровода под дорогой в защитном кожухе и обеспечении герметичности межтрубного пространства между трубопроводом и защитным кожухом с помощью торцевых уплотнений. При этом межтрубное пространство между трубопроводом и защитным кожухом заполняют жидкой пластической массой на основе синтетических высокомолекулярных соединений (патент RU 2426930 C1, дата публикации 20.08.2011, МПК F16L 7/00).

Недостатком известного способа является его узконаправленное применение на переходах небольшой длины, преимущественно под автомобильными и железными дорогами с прямым профилем прокладки. Кроме того, вышеуказанный способ не применим для реализации работ по заполнению межтрубного пространства на тоннельных переходах с возможностью одновременного вытеснения воды.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создание пластичного демпфера в межтрубном пространстве, предотвращающего повреждение трубопровода при возможных механических и сейсмических воздействиях.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении качества заполнения межтрубного пространства пластичным материалом при организации тоннельных переходов магистрального трубопровода под естественными или искусственными препятствиями, преимущественно заполненных водой, за счет создания сплошного, без образования пустот, пластичного демпфера, предотвращающего повреждение трубопровода при возможных механических или сейсмических воздействиях.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, способ заполнения раствором межтрубного пространства тоннельного перехода магистрального трубопровода характеризуется тем, что заполнение раствором межтрубного пространства осуществляют поэтапно, на каждом этапе раствор нагнетают в межтрубное пространство и после застывания раствора осуществляют подачу раствора последующего этапа, при этом заполнение межтрубного пространства осуществляют посредством двух нагнетательных трубопроводов, которые подают в межтрубное пространство с одного из концов тоннельного перехода на расстояние L, при этом для заполнения межтрубного пространства используют раствор, обладающий плотностью не менее 1100 кг/м³, вязкостью по Маршу не более 80 с и временем схватывания не менее 98 ч.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения расстояние L составляет 0,5-0,7 длины тоннельного перехода.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения дополнительно осуществляют устройство вспомогательного котлована для установки машины горизонтально-направленного бурения, осуществляющей подачу нагнетательных трубопроводов в межтрубное пространство.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения нагнетательные трубопроводы снабжают роликовыми или безроликовыми опорно-направляющими кольцами, обеспечивающими беспрепятственное перемещение нагнетательных трубопроводов в межтрубном пространстве.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения по мере заполнения межтрубного пространства нагнетательные трубопроводы выводят из межтрубного пространства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в процессе подачи нагнетательных трубопроводов в межтрубное пространство обеспечивают непрерывный контроль их скорости подачи и визуальный контроль положения относительно трубопровода.

Сведения, подтверждающие реализацию изобретения

На рис. 1 изображен общий вид приемного котлована с нагнетательными трубопроводами;

на рис. 2 изображен общий вид тоннельного перехода под водным препятствием с размещенными нагнетательными трубопроводами;

на рис. 3 изображен тоннельный переход с размещенными нагнетательными трубопроводами (поперечный разрез);

на рис. 4 изображен общий вид роликового опорно-направляющего кольца (поперечный разрез).

Позиции на чертежах имеют следующие обозначения:

1 - межтрубное пространство;

1¹ - тоннельный переход;

2 - естественное препятствие;

3 - приемный (стартовый) котлован;

4 - вспомогательный котлован;

5 - машина горизонтально-направленного бурения;

6 - стена приемного (стартового) котлована;

7 - технологическое отверстие в стене приемного (стартового) котлована;

8 - нагнетательные трубопроводы;

9 - опорный стол;

10 - роликовые опоры;

11 - роликовые опорно-направляющие кольца;

12 - трубопровод;

13 - стальной хомут опорно-направляющего кольца;

14 - прокладочный фрикционный материал опорно-направляющего кольца;

15 - ролики опорно-направляющего кольца;

16 - держатели роликов;

17 - тоннельная обделка;

18 - насосная станция.

Способ реализуется следующим образом.

Перед проведением работ по заполнению межтрубного пространства 1 тоннельных переходов 1¹ магистральных трубопроводов через естественные или искусственные препятствия 2, построенных бестраншейными методами (микротоннелированием), проводят вспомогательные технологические работы (рис. 1). Рядом с приемными (стартовыми) котлованами 3, выполненными с обоих концов тоннельного перехода 1¹, обустраивают вспомогательные котлованы 4 под установку машины горизонтально-направленного бурения 5 для подачи нагнетательных трубопроводов, например машины горизонтально-направленного бурения (ГНБ) и иного вспомогательного оборудования (не показано). В стене 6 приемного (стартового) котлована 3 при помощи алмазного стенореза (не показано) пропиливают технологические отверстия 7 размерами 1,0×1,0 м, через которые пропускают два нагнетательных трубопровода 8, предназначенных для подачи заполнителя, приготовленного в виде раствора, в межтрубное пространство 1. В приемном (стартовом) котловане 3 производят монтаж опорного стола 9 с роликовыми опорами 10, обеспечивающими плавную подачу нагнетательных трубопроводов 8 в межтрубное пространство 1. В предпочтительном варианте реализации изобретения способ можно использовать как при организации тоннельных переходов 1¹, имеющих прямолинейный профиль прокладки, так и при организации тоннельных переходов 1¹, имеющих криволинейный профиль прокладки, включающий по существу наклонные концевые части и по существу прямолинейную центральную часть. Нагнетательный трубопровод 8 представляет собой сборно-разборный трубопровод, выполненный, например, из полиэтиленовых труб.

Подачу раствора в межтрубное пространство 1 (рис. 2) осуществляют посредством не менее двух нагнетательных трубопроводов 8, прокладку которых начинают с одного из концов тоннельного перехода 1¹, заполненного водой. Прокладку нагнетательных трубопроводов 8 осуществляют на расстояние L, предпочтительно составляющее 0,5-0,7 длины тоннельного перехода 1¹, что обеспечивает возможность подачи раствора в требуемую зону межтрубного пространства 1 и равномерное заполнение межтрубного пространства 1 без образования пустот с одновременным вытеснением воды в направлении приемного котлована 3, находящегося на конце тоннельного перехода, с которого начинают заполнение межтрубного пространства. Подачу нагнетательных трубопроводов 8 в межтрубное пространство 1 осуществляют с помощью машины 5 горизонтально-направленного бурения и нескольких роликовых опорно-направляющих колец 11, установленных на нагнетательные трубопроводы 8 (рис. 3), или безроликовых опорно-направляющих колец (не показаны). Роликовое опорно-направляющее кольцо 11 (рис. 4) включает в себя стальной хомут 13, устанавливаемый на нагнетательный трубопровод 8 через фрикционную прокладку 14, обеспечивающую надежную фиксацию кольца 11 с трубопроводом 8, по меньшей мере четыре полиуретановых колеса (ролика) 15, установленных в держателях 16, предпочтительно под углом 90° друг к другу. При этом по меньшей мере два ролика 15 опираются на поверхность тоннельной обделки 17, и по меньшей мере один из роликов 15 опирается на поверхность трубопровода 12, что обеспечивает плавное перемещение нагнетательных трубопроводов 8 по поверхности трубопровода 12 в межтрубном пространстве 1 в заданном направлении (рис. 3). Использование не менее двух нагнетательных трубопроводов 8 позволяет равномерно заполнять межтрубное пространство 1 раствором с обеих сторон от трубопровода 12, что позволяет сохранять проектное положение трубопровода. Для исключения «всплытия» трубопровода 12 заполнение межтрубного (тоннельного) пространства 1 раствором производится поэтапно. На каждом этапе раствор нагнетается в межтрубное пространство 1, где он, застывая, обретает свои прочностные свойства, и только после этого осуществляют подачу раствора последующего этапа. Таким образом, обеспечивается сплошное равномерное заполнение межтрубного пространства 1 раствором с одновременным вытеснением воды в приемный котлован 3 с последующей откачкой ее при помощи насосной станции 18. По мере заполнения межтрубного пространства 1 раствором нагнетательные трубопроводы 8 извлекаются из межтрубного пространства 1. После этого аналогичные операции по заполнению оставшейся части межтрубного пространства 1 проводят с другого конца тоннельного перехода 1¹. При этом прокладку нагнетательных трубопроводов 8 осуществляют на расстояние незаполненной раствором части тоннельного перехода 1.

Применение предложенного способа обеспечивает возможность сплошного равномерного заполнения межтрубного пространства тоннельного перехода 1¹ без образования пустот. Кроме того, способ заполнения межтрубного пространства 1 позволяет производить работы на эксплуатируемом переходе магистрального трубопровода без остановки перекачки продукта.

Для обеспечения непрерывного контроля движения и положения нагнетательных трубопроводов 8 при перемещении в межтрубном пространстве 1, а также оценки общего состояния межтрубного пространства 1 на нагнетательные трубопроводы 8 могут быть установлены средства видеофиксации, например web-камера (не показаны). При перемещении нагнетательных трубопроводов 8 в тоннельном переходе 1¹ изображение со средства видеофиксации в режиме реального времени поступает на средство отображения информации, размещенное в машине 5 горизонтально-направленного бурения (не показаны). На основании получаемой информации оператор может ограничить скорость подачи нагнетательных трубопроводов 8 в зависимости от фактического положения выходных отверстий нагнетательных трубопроводов 8, например, в случае обнаружения каких-либо препятствий или отклонения нагнетательных трубопроводов 8 от заданной траектории.

Для создания пластичного демпфера, предотвращающего повреждение трубопровода 12 при сейсмических воздействиях, в качестве заполнителя применяется раствор, обладающий достаточной прочностью и упругопластичными свойствами. Межтрубное пространство 1 заполняется раствором, приготовленным на основе бентонитоцементного порошка с добавлением полимеров. В результате застывания раствора образуется материал, обладающий достаточной прочностью и упругопластичными свойствами и позволяющий защитить трубопровод 12 от возможных механических и сейсмических воздействий. Для приготовления раствора применяются смесительные станции (не показано). Для обеспечения требуемых характеристик материала раствор должен удовлетворять следующим характеристикам: плотность раствора не менее 1100 кг/м³; условная вязкость раствора по Маршу не более 80 с; время схватывания (потеря подвижности) не менее 98 ч.

После заполнения межтрубного пространства 1 проводят вспомогательные технологические работы: установку герметизирующих перемычек на торцах тоннельного перехода (не показано), демонтаж нагнетательных трубопроводов 8 и вспомогательного оборудования, заделку технологического отверстия 7 в стене 6 приемного (стартового) котлована 3 и засыпку вспомогательного котлована 4.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает сплошное, без образования пустот, заполнение межтрубного пространства пластичным материалом путем подачи раствора по нагнетательным трубопроводам с возможностью одновременного вытеснения воды (в случае необходимости) на переходах магистральных трубопроводов через естественные и искусственные препятствия, построенных бестраншейными методами (микротоннелирование).