Результат интеллектуальной деятельности: Способ траншейной прокладки трубопроводов через реки с большой скоростью течения воды

Изобретение относится к области строительства подводных переходов трубопроводов, в особенности, через реки с большой скоростью течения воды.

Траншейная прокладка трубопроводов на участках пересечения ими водных преград относится к числу наиболее сложных и ответственных технологий строительства и связана с необходимостью решения ряда проблемных вопросов, таких как сохранение несущей способности трубопровода и его защита от недопустимых повреждений в процессе прокладки, обеспечение точности и равномерности укладки трубопровода в намеченном створе перехода через водную преграду, устойчивость положения трубопровода к воздействиям, оказываемым на него течением воды. Особенную остроту указанные вопросы приобретают в условиях траншейной прокладки трубопровода через реки с большой скоростью течения воды.

При рассмотрении технической литературы выявлен ряд технических решений, относящихся к указанной проблематике.

Известен способ и устройство, применяемые для укладки трубопроводов, включающий подготовку участка трубопровода в виде секции, которая при эксплуатации перекрывает углубление, прикрепление хомутами натяжного элемента вдоль участка трубопровода с местным остаточным искривлением, прикрепление элемента плавучести к средней части натяжного элемента для изгибания указанного эксплуатируемого участка трубопровода, выполняемого на борту трубоукладочного судна при подготовке к буксировке в море или под водой с предварительным размещением и закреплением его грузом-якорем на морском дне, прикрепление натяжного элемента при укладывании трубопровода на борту трубоукладочного судна, установку между натяжным элементом и трубопроводом элемента регулирования перемещения, отцепление элемента плавучести подводным аппаратом с дистанционным управлением, устройство для укладки трубопроводов, состоящее из натяжного элемента для прикрепления вдоль участка трубопровода в по меньшей мере двух местах, элемент плавучести и соединительный элемент для присоединения элемента плавучести к натяжному элементу, что обеспечивает изгибание указанного эксплуатируемого участка трубопровода, хомуты для прикрепления натяжного элемента к трубопроводу, весовой элемент для якорного крепления элемента плавучести к морскому дну в виде груза-якоря, по меньшей мере один элемент регулирования перемещения, устанавливаемый между натяжным элементом и трубопроводом, крюковой элемент для прикрепления элемента плавучести к натяжному элементу (патент на изобретение RU 2696157, кл. F16L 1/16, F16L 1/23, F16L 1/24, опубл. 31.07.2019 г., бюллетень №22).

Основными недостатками данного технического решения являются:

отсутствие возможности для его применения на реках, которые по своей глубине и скорости течения воды не обеспечивают движение по ним трубоукладочного судна;

сложность обеспечения устойчивого положения элементов плавучести относительно намеченного створа подводного перехода на реках с большой скоростью течения воды, что существенно затруднит укладку трубопровода на дно реки в проектное положение.

Известен способ укладки подводного трубопровода, включающий монтаж трубопровода, установку заглушек по его концам, оснащение понтонами, соединенными между собой гибкими трубами, соединение канатом первого понтона с лебедкой, размещение трубопровода в створе подводного перехода, придание ему отрицательной равномерно распределенной плавучести, погружение на дно за счет увеличения веса понтонов при укладке трубопровода путем заполнения их водой, перекачиваемой из водоема с помощью насоса, закрепление трубопровода в проектном положении и отстропку понтонов (патент на изобретение RU 2560129, кл. F16L1/16, опубл. 20.08.2015 г., бюллетень №23).

Основными недостатками данного технического решения являются:

сложность обеспечения устойчивого положения понтонов относительно намеченного створа подводного перехода на реках с большой скоростью течения воды, что существенно затруднит укладку трубопровода на дно реки в проектное положение;

высокая вероятность превышения допустимого радиуса упругого изгиба трубопровода от воздействия большой скорости течения воды при его протягивании через реку, что может привести к его разрушению.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ прокладки трубопровода по дну водной преграды, включающий крепление трубопровода к установленным на дне водоема в один ряд составным винтовым сваям, состоящим из винтовых свай с дополнительной резьбовой частью и съемных удлинителей, используемых для забуривания винтовых свай в грунт и обеспечения требуемой ориентации обладающего плавучестью трубопровода перед его затоплением, дополнительная резьбовая часть винтовых свай используется для фиксации трубопровода на заданной глубине с помощью верхних и нижних полухомутов с замковой системой, а также опорных и фиксирующих гаек, транспортировка трубопровода буксиром к месту его установки (патент на изобретение RU 2657372, кл. F16L 1/16, F16L 1/20, F16L 1/06, опубл. 13.06.2016 г., бюллетень №17).

Основными недостатками данного технического решения являются:

сложность транспортировки трубопровода буксиром на реках с большой скоростью течения воды с сохранением его допустимого радиуса упругого изгиба;

сложность транспортировки буксиром трубопровода, обладающего отрицательной плавучестью, без его повреждения о дно реки, в особенности - с каменистым грунтом.

Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения способа траншейной прокладки трубопроводов через реки с большой скоростью течения воды, обеспечивающего сохранение их допустимого радиуса упругого изгиба в процессе прокладки и точности укладки трубопроводов в проектное положение на дно траншеи.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности, надежности и безопасности траншейной прокладки трубопроводов через реки с большой скоростью течения воды.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что согласно изобретению способ траншейной прокладки трубопроводов через реки с большой скоростью течения воды заключается в том, что:

- в намеченном створе подводного перехода разрабатывают траншею для трубопровода, обозначают буями места установки опор с расстояниями относительно друг друга, не превышающими допустимого радиуса упругого изгиба трубопровода, подготавливают опоры и устанавливают их над траншеей с обеспечением положения каждой из них, при котором ее направляющая стойка размещается на краю траншеи с ее нижней по течению реки стороны;

- монтируют трубопровод, проверяют его на прочность и герметичность, помещают во внутреннюю полость трубопровода, по всей его длине, трос, предназначенный для протягивания пригрузов качения, жестко закрепляют на конце трубопровода по направлению его прокладки оголовок, за которым на трубопроводе устанавливают скользящие захваты по числу размещенных в створе подводного перехода опор;

- на противоположном берегу реки устанавливают тяговые механизмы в количестве, соответствующем количеству размещенных в створе подводного перехода опор, поочередно пропускают трос каждого тягового механизма через ворот соответствующей опоры и присоединяют его конец к соответствующему скользящему захвату, при этом конец троса, проходящего через ворот последней опоры, присоединяют к верхним скобам первого от оголовка скользящего захвата и фиксируют стопорной планкой его замкнутое положение, конец троса, проходящего через ворот предыдущей опоры присоединяют к верхним скобам скользящего захвата, следующего за первым от оголовка скользящим захватом, также фиксируя стопорной планкой его замкнутое положение, и повторяют эти действия в отношении других скользящих захватов, на этом же берегу устанавливают дополнительный тяговый механизм и присоединяют конец его троса к оголовку;

включают синхронно тяговый механизм с тросом, проходящим по вороту первой по направлению прокладки трубопровода опоры и присоединенным к последнему от оголовка скользящему захвату, и тяговый механизм с тросом, присоединенным к оголовку, по мере перемещения трубопровода периодически включают тяговые механизмы, тросы которых присоединены к другим скользящим захватам, обеспечивая поддержание требуемого их натяжения, после достижения последним от оголовка скользящим захватом положения, при котором он находится примерно на одной вертикальной плоскости с балкой ворота первой по направлению перемещения трубопровода опоры, отключают тяговый механизм с тросом, присоединенным к этому скользящему захвату, фиксируя достигнутое натяжение его троса, включают тяговый механизм с тросом, проходящим по вороту следующей по направлению прокладки опоры и тяговый механизм с тросом, присоединенным к оголовку, и выполняют действия аналогично действиям по перемещению трубопровода через первую по направлению его прокладки опору, после прохождения оголовком последней по направлению перемещения трубопровода опоры отключают тяговый механизм с тросом, присоединенным к первому от оголовка скользящему захвату, фиксируя достигнутое натяжение его троса, включают тяговый механизм троса, присоединенного к оголовку, и перемещают трубопровод до достижения им конечного положения в плане на подводном переходе;

- срезают закрепленный на трубопроводе оголовок, отсоединяют от него трос, соединяют его с тросом, помещенным во внутреннюю полость трубопровода и соединенным с тросом пригрузов качения, с помощью тягового механизма протягивают во внутреннюю полость трубопровода пригрузы качения, синхронно включают в обратном направлении тяговые механизмы с тросами, присоединенными к скользящим захватам, и опускают трубопровод в траншею, обеспечивая в процессе опускания его горизонтальное положение;

- закрепляют балластирующими элементами проектное положение трубопровода в траншее, вытягивают пригрузы качения из внутренней полости трубопровода, для размыкания скользящих захватов открывают их стопорные планки, отсоединяют тросы от верхних скоб скользящих захватов и присоединяют их к нижним скобам, поднимают скользящие захваты примерно до нижних отметок воротов, поочередно снимают с опор тросы со скользящими захватами, поднимают опоры и засыпают грунтом размещенный в траншее трубопровод.

Изобретение поясняется фиг. 1-8.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема прокладки трубопровода через реку с большой скоростью течения воды в начальной стадии перемещения трубопровода через опоры.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема прокладки трубопровода через реку с большой скоростью течения воды в стадии перемещения оголовка трубопровода через первую опору.

На фиг. 3 изображена принципиальная схема прокладки трубопровода через реку с большой скоростью течения воды в стадии перемещения оголовка трубопровода через последующую опору.

На фиг. 4 изображена принципиальная схема прокладки трубопровода через реку с большой скоростью течения воды в завершающей стадии перемещения трубопровода через опоры.

На фиг. 5 изображена принципиальная схема опоры, вид сверху.

На фиг. 6 изображена принципиальная схема скользящего захвата в его замкнутом положении.

На фиг. 7 изображена принципиальная схема скользящего захвата в его разомкнутом положении.

На фиг. 8 изображена принципиальная схема протягивания пригрузов качения во внутреннюю полость трубопровода.

На фиг. 1-8 применены следующие обозначения:

1 - трубопровод;

2 - опора;

3 - ворот;

4 - скользящий захват;

5 - оголовок;

6 - направляющая стойка;

7 - поперечина;

8 - трос;

9 - тяговый механизм;

10 - стойка;

11 - балка;

12 - пригруз качения;

13 - кольцо;

14 - рычаг;

15 - ролик;

16 - верхняя скоба;

17 - нижняя скоба;

18 - стопорная планка.

Способ траншейной прокладки трубопроводов через реки с большой скоростью течения воды реализуется следующим образом.

Перед началом прокладки трубопровода 1 намечают створ его подводного перехода и разрабатывают известными способами траншею, размещая отвал грунта с верхней по течению реки стороны траншеи, чтобы минимизировать обратное поступление грунта в траншею. Буями (не показаны) обозначают места установки опор с обеспечением расстояний между ними, не превышающими допустимого радиуса упругого изгиба трубопровода 1. Выполняют монтаж опор 2 с установкой в верхней части каждой из них балки 11 с воротом 3, жестким закреплением на стойках 10, размещаемых с нижней по течению реки стороны траншеи, поперечины 7 с жестко присоединенной к ней направляющей стойкой 6 и обеспечением между парами стоек 10, размещаемых перпендикулярно оси траншеи, расстояния, превышающего не менее чем в 1,2 раза расстояние от края верхней части траншеи с ее нижней по течению реки стороны до дальнего от траншеи края отвала грунта. В обозначенных буями (не показаны) местах при помощи вертолета устанавливают над траншеей опоры 2 таким образом, чтобы оси их балок 11 располагались перпендикулярно оси траншеи, а направляющие стойки 6 размещались на краю траншеи с ее нижней по течению реки стороны.

На втором этапе на берегу реки, находящемся в начальной точке подводного перехода, монтируют трубопровод 1, проверяют его известными способами на прочность и герметичность, помещают в его внутреннюю полость, по всей его длине, трос 8, предназначенный для протягивания пригрузов качения 12, которые выполняют в виде металлических шаров, помещенных в соединенные между собой тросом 8 кольца 13. На конце трубопровода 1 по направлению его прокладки жестко закрепляют оголовок 5, имеющий диаметр, превышающий на толщину рычагов 14 диаметр окружности, вписанной в габариты внутренней полости между рычагами 14 находящегося в замкнутом положении скользящего захвата 4. За оголовком 5 на трубопроводе 1 устанавливают скользящие захваты 4 в количестве, соответствующем количеству размещенных в створе подводного перехода опор 2.

На третьем этапе на противоположном берегу реки примерно на одной оси с осью траншеи устанавливают тяговые механизмы 9 в количестве, соответствующем количеству размещенных в створе подводного перехода опор 2. При помощи механизированных плавсредств поочередно, начиная с последней опоры 2, пропускают трос 8 каждого тягового механизма 9 через ворот 3 соответствующей опоры 2. При этом конец троса 8, проходящего через ворот 3 последней опоры 3 по направлению прокладки трубопровода 1 присоединяют к закрепленным на рычагах 14 верхним скобам 16 первого от оголовка 5 скользящего захвата 4 и фиксируют его замкнутое положение стопорной планкой 18, конец троса 8, проходящего через ворот 3 предыдущей опоры 2 присоединяют к закрепленным на рычагах 14 верхним скобам 16 скользящего захвата 4, следующего за первым от оголовка 5 скользящим захватом 4, также фиксируя стопорной планкой 16 его замкнутое положение, и повторяют эти действия в отношении других скользящих захватов 4. Также на противоположном берегу реки примерно на одной оси с осью траншеи устанавливают дополнительный тяговый механизм 9, конец троса 8 которого присоединяют к оголовку 5.

На четвертом этапе синхронно включают тяговый механизм 9 с тросом 8, проходящим по вороту 3 первой по направлению прокладки трубопровода 1 опоры 2 и присоединенным к последнему от оголовка 5 скользящему захвату 4 и тяговый механизм 9 с тросом 8, присоединенным к оголовку 5 и под воздействием создаваемого при этом усилия перемещают трубопровод 1. По мере движения трубопровода 1 периодически включают тяговые механизмы 9, тросы 8 которых присоединены к другим скользящим захватам 4, тем самым обеспечивая поддержание требуемого их натяжения для исключения захлестов между тросами 8. После достижения последним от оголовка 5 скользящим захватом 4 положения, при котором он находится примерно на одной вертикальной плоскости с балкой 11 ворота 3 первой по направлению перемещения трубопровода 1 опоры 2, отключают тяговый механизм 9 с тросом 8, присоединенным к этому скользящему захвату 4, тем самым фиксируют достигнутое натяжение его троса 8. После этого включают тяговый механизм 9 с тросом 8, проходящим по вороту 3 следующей по направлению прокладки опоры 2 и тяговый механизм 9 с тросом 8, присоединенным к оголовку 5, и подтягивают трубопровод 1 к этой опоре 2, продвижение которого через предыдущий тяговый захват 4 осуществляют по установленным в его внутренней полости роликам 15. После достижения скользящим захватом 4, присоединенным к тросу 8 этого тягового механизма 9, положения, при котором он находится примерно на одной вертикальной плоскости с балкой 11 ворота 3 второй по направлению перемещения трубопровода 1 опоры 2, отключают указанный тяговый механизм 9, тем самым фиксируют достигнутое натяжение его троса 8. Указанные процедуры выполняют на других опорах 2. После прохождения оголовком 5 последней по направлению перемещения трубопровода 1 опоры 2 отключают тяговый механизм 9 с тросом 8, присоединенным к первому от оголовка 5 скользящему захвату 4, тем самым фиксируют достигнутое натяжение его троса 8.

На пятом этапе для увеличения отрицательной плавучести трубопровода 1 срезают закрепленный на нем оголовок 5, отсоединяют от него трос 8, который затем соединяют с тросом 8, помещенным во внутреннюю полость трубопровода 1 и предварительно соединенным с тросом пригрузов качения 12. Включают тяговый механизм 9 и протягивают во внутреннюю полость трубопровода 1 пригрузы качения 12. Синхронно включают в обратном направлении тяговые механизмы 9 с присоединенными к скользящим захватам 4 тросами 8 и равномерно опускают трубопровод 1 по направляющими стойкам 6 в траншею, обеспечивая в процессе опускания его горизонтальное положение, предотвращение его смещения от воздействий потока воды и точность укладки в траншею.

На завершающем этапе проектное положение трубопровода 1 в траншее закрепляют балластирующими элементами (не показаны), включают подключенный к ним тяговый механизм 9 и вытягивают пригрузы качения 12 из внутренней полости трубопровода 1. Для отсоединения скользящих захватов 4 от трубопровода 1 открывают их стопорные планки 18, отсоединяют тросы 8 от верхних скоб 16 скользящих захватов 4, присоединяют их к нижним скобам 17 скользящих захватов 4, тем самым обеспечивая размыкание рычагов 14 скользящих захватов 4. Включают тяговые механизмы 4 с тросами 8, присоединенными к нижним скобам 17 скользящих захватов 4 и поднимают скользящие захваты 4 примерно до нижних отметок воротов 3 и поочередно снимают с опор 2 тросы 8 со скользящими захватами 4. Поднимают опоры 2 с помощью вертолета и засыпают грунтом размещенный в траншее трубопровод 1.

Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается возможность траншейной прокладки трубопроводов через реки с большой скоростью течения воды с сохранением их допустимого радиуса упругого изгиба в процессе прокладки и точности укладки трубопроводов в проектное положение на дно траншеи, а также повышение эффективности, надежности и безопасности такой прокладки трубопроводов.