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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf Rohrleitungen und insbesondere auf Rohrleitungen,
die in unterirdischen Graben in deren Längsrichtung vergraben werden.
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Stand der
Technik
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Rohrleitungen
werden verwendet zum Transportieren von Flüssigkeiten, typischerweise Öl, Gas und
anderen Petroleumprodukten, über
große Entfernungen.
Beim gegenwärtigen
Stand der Technik des Installierens neuer Rohrleitungen wird die Rohrleitung
in einen Graben abgelassen und auf die Oberseite von Stützbänken gelegt,
welche längs
der Länge
des Bodens des Grabens beabstandet voneinander angebracht sind.
Der Graben, welcher die neu verlegte Rohrleitung enthält, wird
dann normalerweise in zwei Stufen von hinten aufgefüllt. Eine Schicht
aus einheitlichem gesteinsfreiem Untergrund wird in den Graben so
eingeführt,
dass sie um und unterhalb der Rohrleitung zwischen den beabstandet angebrachten
Stützbänken fließt, den
offenen Bereich zwischen den Seiten der Rohrleitung und der Grabenwende
auffüllt
und die Rohrleitung bis zu einer vorbestimmten Höhe über der Rohrleitung bedeckt.
Im Stand der Technik wird dieses Verfahren als "Rohrleitungsabpolstern" oder "(Ab-)Polstern" bezeichnet. Die
zweite Auffüllungsstufe
verwendet dann den verbleibenden Aushub der zuvor aus dem Graben
ausgegraben worden ist, um die Auffüllung des Grabens zu vervollständigen.
Nachdem die Auffüllung
fertiggestellt worden ist, wird ein hydrostatischer Test durchgeführt. Die
Rohrleitung wird mit Wasser gefüllt
und für
gewisse Zeit unter einen hohen Druck gesetzt, üblicherweise 24 Stunden, während derer
der Druck überwacht
wird und der Rohrleitungsabschnitt auf Lecks getestet wird.
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Nachdem
die Rohrleitung installiert und hydrostatisch getestet worden ist,
wird ein zusätzlicher Test
durchgeführt.
Vorrichtungen die als "Vermessungsmolche" bezeichnet werden,
werden durch die Rohrleitung geschickt. Es ist während dieses Verfahrens, dass
ein Schaden an der Rohrleitung gefunden und identifiziert werden
kann. Alle Knicke und Ausbeulungen sowie die meisten der "aus der Rundung laufenden" Abschnitte müssen ausgegraben
und repariert werden, bevor die Rohrleitung in Betrieb genommen
werden kann. Diese Reparaturarbeit ist sehr teuer und zeitaufwendig.
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Die
Stützbänke halten
die Rohrleitung oberhalb des Bodens des Grabens sowohl während des Auffüllens und
während
die Rohrleitung in Betrieb ist. Da Steine am Boden des Grabens die
Rohrleitung abknicken können,
oder die Schutzschicht auf der Außenseite der Rohrleitung beschädigen können, ist es
sehr wichtig, dass die Rohrleitung nicht in Kontakt kommt mit dem
Boden des Grabens während
des Betriebs wie auch während
der Installation. Üblicherweise
werden Sandsäcke
als Stützbänke verwendet. Diese
Säcke können auf
jede beliebige Höhe
gestapelt werden. Ein anderes beliebtes Material für die Bänke sind
Schaumblöcke
hoher Dichte. Diese Blöcke
sind stark genug um die Rohrleitung zu stützen ohne zusammengedrückt zu werden.
Das US Patent Nr. 4,068,488, ausgegeben an Ball, offenbart die Verwendung
von aufblasbaren Stützkissen,
welche die Rohrleitung vorübergehend
während
des Auffüllens stützen. Diese
Säcke werden
entfernt, wenn das Auffüllmaterial
sich während
des Auffüllvorgangs
dem Sack nähert.
Das Patent schreibt vor, dass ein körniges Einbettungs-/Polstermaterial
unter die Rohrleitung eingepresst wird, um eine vollständige Verdichtung
zu erreichen. Die Einbettung, die vollständig verdichtet wird vor der
Entfernung des vorübergehend benutzten
Kissens, wird dann die Rohrleitung an derselben Rohrleitungsposition
stützen.
Die US Patente Nr. 4,488,836 und 4,806,049, ausgegeben an Cour, offenbaren
die Verwendung von mit Wasser gefüllten Säcken um die Rohrleitungen am
Grund des Ozeans oder in Gräben,
die nicht stabil sind, zu installieren. Die Verwendung hiervon beruht
darauf, die Wände des
Grabens davon abzuhalten, zusammenzustürzen, bevor die Rohrleitung
installiert werden kann. Die Rohrleitung wird dann auf die Oberseite
der unter Druck stehenden Blase aufgelegt, welche den Graben ausgefüllt hat.
Die Blase wird dann entleert, sodass die Rohrleitung nach unten
auf den nicht gepolsterten Grund des Grabens fallen kann, während, wenn
die Rohrleitung abgelassen wird, die nicht stabilen Grabenwände nach
innen auf die Oberseite der Rohrleitung zusammenfallen würden. Alle
drei Patente lehren, dass die Rohrleitung auf den gefüllten Sack
oder die gefüllten
Säcke gelegt
wird und dann der Sack entleert wird, was es dem Polstermaterial oder
dem Boden des Grabenmaterials ermöglicht, die Rohrleitung zu
stützen.
Ein jeder Sack hat ein Ventil, welches geöffnet wird, um ein Entleeren
zu ermöglichen.
Solche luftgefüllten
und wassergefüllten Säcke sind
teuerer als Sandsäcke
und Schaumblöcke.
Dementsprechend werden sie selten verwendet.
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Um
sicher zu stellen, dass die Rohrleitungsabstützbänke die Aufgabe des Stützens der
Rohrleitung oberhalb des Bodens des Grabens zum Betreiben von Rohrleitungen
erfüllen,
ist es für
den Fachmann ersichtlich, dass die Bänke so konstruiert sein müssen, dass
sie stark genug sind und nahe genug voneinander beabstandet sind,
sodass die Bänke
in ausreichender Weise mehr als das Gewicht der eigentlichen Rohrleitung
als solcher tragen können. Nachdem
die Stützbänke längs des
Bodens des Grabens angeordnet worden sind, werden sie den aufaddierten
Belastungen der Rohrleitung als solcher, des Füllmaterials und des Inhalts
der Rohrleitung unterworfen.
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1 zeigt
einen typischen Rohrleitungsaufbau gemäß dem Stand der Technik vor
dem Auffüllen.
Die Rohrleitung 12 ist auf den beabstandet angebrachten
Bänken 13 gestützt, die
auf dem Boden des Grabens 14 angeordnet sind. Zu Veranschaulichungszwecken
betrachtet man eine Stahlrohrleitung mit einem Außendurchmesser
von 36 Zoll (91,4 cm) und einer Wandstärke von 0,5 Zoll (1,3 cm) und
mit Stützbänken, die
in Abständen
von 15 Fuß (4,6
m) längs
des Bodens des Grabens angeordnet sind, wie in 1 gezeigt.
Wird die Rohrleitung an der Oberseite der beabstandet angebrachten
Stützbänke aufgelegt,
so wird eine jede Stützbank
eine Last von 2.860 Pfund (1.300 kg) erfahren, unter der Annahme, dass
eine jede Bank dasselbe Gewicht stützen wird. Wird der Graben
aufgefüllt,
so erfahren die Stützbänke eine
zusätzliche
Belastung, zusätzlich
zum Gewicht von der Rohrleitung alleine. Für die Zwecke dieses Beispiels
können
wir abschätzen,
dass die zusätzliche
Belastung während
der Auffüllung
bei ungefähr
der Hälfte
des Gewichts der Rohrleitung liegt. Wendet man diese Abschätzung an,
so wird eine jede Bank nun eine Last von 4.290 Pfund (1.950 kg) erfahren,
wobei wiederum angenommen wird, dass eine jede Bank dasselbe Gewicht
stützen
wird. Nachdem der Graben aufgefüllt
worden ist, wird die Rohrleitung dann mit Wasser befüllt und
hydrostatisch getestet. Nimmt man in diesem Beispiel abermals eine gleiche
Gewichtsverteilung bei den Bänken
an, so wird eine jede Stützbank
eine zusätzliche
Last von 6.250 Pfund (2.835 kg) erfahren, was zu einem Gesamtgewicht
von ungefähr
10.540 Pfund (4.800 kg) führt.
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Im
oben genannten Beispiel sind dynamische Belastungen vernachlässigt worden,
und es wurde angenommen, dass eine jede Bank dieselbe Belastung
erfährt.
In der tatsächlichen
Praxis des Installierens von Rohrleitungen können jedoch dynamische Belastungen
und ungleichmäßige Belastungen der
Bänke auftreten.
Zum Beispiel ist es möglich, dass
falls die Bodenoberfläche
eines Abschnitts der Rohrleitung nicht ausgerichtet ist mit der
Oberfläche des
Bodens des Grabens, dass einzelne Stützbänke eine vergrößerte Belastung
erfahren können,
die mehrmals so groß sein
kann, wie die in dem obigen Beispiel gezeigten. In 2 ist
die Bodenoberfläche der
Rohrleitung 12 so dargestellt, dass sie nicht mit dem Boden
des Grabens ausgerichtet ist. Als Ergebnis dessen stützen die
Stützbänke 1 und
4 das gesamte Gewicht des Rohrleitungsabschnitts und die Rohrleitung
schwebt frei oberhalb der Stützbänke 2 und
3. Die Stützbänke 1 und
4 stützen
deshalb ungefähr
das Doppelte des Gewichts, welches sie normalerweise tragen würden, falls
eine Nicht-Ausrichtung nicht aufgetreten wäre. Die Installationsmannschaften
für Rohrleitungen
sollten den Rohrleitungsinstallationsvorgang genau beobachten, um
sicherzustellen, dass die Rohrleitung durch alle Bänke gestützt wird.
Falls Lücken,
wie die in 2 gezeigten, bemerkt werden,
wird vom Bedienungspersonal verlangt, dass es die Rohrleitung anhebt,
und eine oder mehrere Anpassunterlagen 15 einschiebt, wie
in 3 gezeigt. Jedoch ist es weit verbreitet, dass
das Bedienpersonal Lücken
zwischen Bänken
und der Rohrleitung übersieht
oder sogar ignoriert, insbesondere dann, wenn Bänke aus expandiertem Polystyrol verwendet
werden.
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Aufgrund
der Notwendigkeit, sicherzustellen, dass die Oberfläche des
Grundes der Rohrleitung nicht in Kontakt kommt mit dem Boden des
Grabens und aufgrund der Risiken teuerer Rohrleitungsschäden im Falle
des Kontakts mit dem Boden des Grabens, beruht das vorliegende Verfahren
darauf, dass Stützbänke bereitgestellt
werden, die so stark aufgebaut sind, dass sie die gesamte erwartete
Belastung, wie sie in dem obigen Beispiel berechnet worden ist, plus
einen geeigneten Zuschlagssicherheitsfaktor aufnehmen. Deshalb wird
eine jede Bank das gesamte Gewicht oder die Belastung, nämlich das
Gewicht der leeren Rohrleitung, das Gewicht des Auffüllmaterials,
das Gewicht der wassergefüllten
Rohrleitung während
des hydrostatischen Tests, die dynamische Belastung und das vergrößerte Gewicht,
welches durch eine ungleichmäßige Belastung
der Bänke
auftritt, abstützen.
Jedoch macht die Tatsache, dass die Stützbänke steif genug konstruiert
sind und dass die Bänke
nahe genug beieinander angeordnet werden um das Gesamtgewicht oder
die Gesamtbelastung aufnehmen, wie sie gegenwärtig im Stand der Technik durchgeführt wird,
es sehr wahrscheinlich, dass die Position der Rohrleitung, nach
dem sie ursprünglich
in den Graben abgelassen worden ist und auf die Stützbänke aufgesetzt
worden ist, ziemlich konstant bleiben wird. Das heißt, dass
die Höhe
der Oberfläche
am Boden der Rohrleitung oberhalb des Bodens des Grabens, wenn die
Rohrleitung zunächst
auf die Oberseite der Stützbänke gelegt
wird, dieselbe (oder im Wesentlichen dieselbe) während des gesamten Rohrleitungsvorgangs
und der Testabläufe
bleiben wird.
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Wie
zuvor beschrieben, wird unmittelbar nachdem die Rohrleitung auf
die Oberseite der Stützbänke aufgesetzt
worden ist, gesteinsfreier Untergrund in den Graben eingeführt, so
dass er sich um die Rohrleitung herum und unter derselben in den
offenen Bereich zwischen der Rohrleitung zwischen den Stützbänken ergießen wird.
Da die Stützbänke so ausgelegt
worden sind, dass sie steif genug sind zum Abstützen der zusätzlichen
Lasten, die auftreten, nachdem das Polstermaterial aufgebracht worden
ist, kann sich die Rohrleitung nicht zu einer Position hinbewegen,
die ausreichend niedrig ist, um das Polstermaterial unterhalb der
Rohrleitung zu verdichten. Da das Polstermaterial unterhalb der
Rohrleitung nicht verdichtet wird, wird es schnell durch Wasser beeinträchtigt,
was zu dem wohlbekannten Problem des Auswaschens der Polsterung
führt.
Weiterhin gilt, dass wenn das Polstermaterial nicht verdichtet wird,
die Rohrleitung nach dem Einbau keine zusätzliche Abstützung aufweist.
Dementsprechend wird die Rohrleitung nur durch die Stützbänke selber
gestützt.
Bei der normalen Verwendung ist es nicht ungewöhnlich, dass eine typische
unterirdische Rohrleitung tatsächlich
bei weniger als 10 Prozent ihrer Gesamtlänge gestützt wird. Eine ungleichmäßige Stützbankbelastung
kann dafür
sorgen, dass einzelne oder eine Reihe einzelner Bänke extremen
Belastungen unterworfen werden. In der Praxis der Installation unterirdischer
Rohrleitungen ist es manchmal zu so einer ungleichmäßigen Belastung
gekommen, dass einzelne oder eine Reihe von einzelnen Bänken versagt
haben, wodurch ein bestimmter Abschnitt der Rohrleitung auf den
Boden des Grabens gefallen ist.
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Das
US Patent Nr. 3,032,827 offenbart ein Verfahren zum Installieren
einer Rohrleitung, welches Hohlräume
oder Taschen um die Rohrleitung herum vermeidet, in welchem sich
Wasser sammeln kann, welches für
eine Zersetzung der Rohrleitung sorgt. Die Rohrleitung wird auf
den thermoplastischen Stützelementen
gestützt
und umgeben durch körniges
verschweißbares
Füllmaterial:
Wärme wird in
die Rohrleitung eingelassen, um dafür zu sorgen, dass sich die
Rohrleitung selbst in den thermoplastischen Stützen einbettet, und dass das
Füllmaterial
zu einer einstückig
integrierten Masse um die Rohrleitung und die Stützen verschweißt wird.
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Die
Größe und die
Kosten sind weitere ernsthafte Problempunkte, wenn die Stützbänke so aufgebaut
sind, dass sie das Gesamtgewicht oder die Gesamtbelastung der Rohrleitung
aufnehmen. Es ist notwendig, dass diese individuellen Bänke eine
ausreichende Oberfläche
aufweisen, um die Rohrleitung daran zu hindern, dass sie einer resultierenden Punktbelastung
unterworfen wird, die groß genug
ist, um dafür
zu sorgen, dass die Rohrleitung abgeplattet wird, oder in eine ovale
Form (das heißt
nicht mehr rund) gebracht wird. Sollte dies geschehen, wäre nämlich ein
teuerer Ausgrabungs- und Reparaturvorgang notwendig.
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Dementsprechend
gibt es ein Bedürfnis
für ein
Verfahren zum Installieren einer Rohrleitung, welches die Installation
ohne eine resultierende ungleichmäßige Belastung der Stützbänke ermöglicht, und
welche dennoch nicht teuerer oder komplizierter als herkömmliche
Installationsverfahren ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Wir
stellen ein Verfahren bereit zum Installieren von Rohrleitungen,
welches Bänke
verwendet, die stark genug sind, die Rohrleitung zu stützen, nachdem
die Rohrleitung in den Graben hinab gelassen worden ist und mit
Polstermaterial eingepackt worden ist. Im Gegensatz zum bisherigen
Stand der Technik sind die Bänke
jedoch so aufgebaut, dass sie versagen, wenn zusätzliche kumulative Belastungen angelegt
werden, durch eine komplette Auffüllung und wenn hydrostatische
Tests durchgeführt
werden. Dieses Verfahren wird zu vorteilhaften Ergebnissen führen, die
beim gegenwärtigen
Stand der Technik nicht auftreten. Eine Rohrleitung die gemäß der vorliegenden
Erfindung installiert wird, wird durch Polstermaterial unterhalb
der Rohrleitung zwischen den Bänken
gestützt.
Als Ergebnis dessen, wird ein größerer Prozentsatz
der tatsächlichen
Rohrleitung gestützt.
Weiterhin wird das Polstermaterial unter der Rohrleitung verdichtet,
wodurch das wohlbekannte Problem des Auswaschens der Polsterung
stark reduziert wird.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
ein Diagramm, welches eine Rohrleitung gemäß dem Stand der Technik zeigt,
die durch beabstandet voneinander angebrachte Bänke gestützt ist.
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2 ist
ein Diagramm, ähnlich
wie 1, welches das Problem der ungleichmäßigen dynamischen
Belastung veranschaulicht, welches auftritt, wenn der Boden der
Rohrleitung nicht mit dem Boden des ausgehobenen Grabens ausgerichtet
ist.
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3 ist
ein Diagramm, ähnlich
wie die 1 und 2, welches
eine Stützbank
zeigt, mit einer Anpassunterlage, die verwendet wird, um das in 2 gezeigte
Problem zu korrigieren.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Stützbank gemäß der vorliegenden Erfindung,
die auf dem Grund eines Grabens angebracht ist.
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5 ist
eine perspektivische Darstellung ähnlich zu 4,
die eine Rohrleitung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, die angebracht ist auf der Stützbank und welche die Stützbank zusammendrückt.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Rohrleitung und die Stützbank gemäß 5 zeigt,
wobei Polstermaterialien zugefügt
werden.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die die in 6 gezeigte
Rohrleitung und Stützbank zeigt,
wobei eine komplette Auffüllung
hinzugefügt ist,
wodurch die Stützbank
weiter verdichtet wird.
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8 ist
eine perspektivische Darstellung, die die vollständig zusammengepresste Stützbank gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist
eine perspektivische Darstellung, welche die Stützbank gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, im Zustand eines strukturellen Zusammenbruchs
zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Unter
Bezugnahme auf 4 bis 9 ist gezeigt,
wie eine Stützbank 20 bereitgestellt
wird, bei der es sich um einen würfelförmigen oder
quaderförmigen
festen Körper
handelt. Falls gewünscht,
kann eine konkave Oberfläche
an der Oberseite der Stützbank
bereitgestellt werden. Bevorzugterweise hat die Bank eine Höhe, die
gleich ist oder größer, als
der Abstand zwischen dem Boden des Grabens, an welchem die Rohrleitung
positioniert wird. Im Allgemeinen beträgt dieser Abstand 12 Zoll (30
cm). Aus diesem Grund wird in 4 die Höhe der Stützbank mit 12
Zoll (30 cm) angegeben, aber es sollte verständlich sein, dass sich die
Bank auf einer beliebigen gewünschten
Höhe befinden
könnte.
Weiterhin gilt, dass obwohl die Figuren zeigen, dass die Rohrleitung durch
eine Stützbank
gestützt
wird, die aus einem einzelnen Block an einem jeden Stützauflagepunkt aufgebaut
ist, es selbstverständlich
ist, dass zwei oder mehr Blöcke übereinander
gestapelt werden könnten,
um eine Stützbank
zu ergeben. Anders als bei den Bänken
im Stand der Technik wird die Bank 20 so aufgebaut und
dimensioniert, dass sie bei einer vorbestimmten Gewichtsbelastung
versagt. Dieses Gewicht wird eine Funktion des Materials und der
Abmessung und der tatsächlichen
Rohrleitung sein, sowie des beabsichtigten Abstands zwischen den Stützbänken.
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Um
eine Rohrleitung gemäß der vorliegenden
Erfindung zu installieren, werden die Stützbänke in den Graben bei vorbestimmten
beabstandeten Positionen auf dem Boden des Grabens angebracht. Die
Rohrleitung wird dann in den Graben herabgelassen und auf die Oberseite
der Stützbänke auf
so eine Weise aufgesetzt, dass sichergestellt wird, dass die Stützbänke eine
kleine oder geringe dynamische Belastung erfahren. Der zuvor beschriebene
Zustand der ungleichmäßigen Stützbankbelastung
muß vermieden
werden. Um eine ungleichmäßige Bankbelastung
zu vermeiden, ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, um das
Vorliegen einer Nicht-Ausrichtung zu korrigieren. Abschnitte der
Rohrleitung, die nicht ausgerichtet sind mit dem Boden des Grabens, werden
beim Ablassen der Rohrleitung sichtbar werden. Der Vorgang des Herablassens
sollte beobachtet und überwacht
werden und wenn gesehen wird, dass die Bodenoberfläche der
Rohrleitung mit einer bestimmten Stützbank nicht in Kontakt kommt,
sollte, der Vorgang des Herablassens unterbrochen werden, die Rohrleitung
sollte angehoben werden und eine Anpassunterlage von geeigneter
Größe sollte auf
der Oberseite der Stützbank
installiert werden, wie in 3 gezeigt.
Dieses Verfahren sollte wiederholt werden, während des gesamten Vorgangs
des Herablassens, um sicherzustellen, dass eine jede Stützbank eine
Stütze
für die
Rohrleitung ergibt.
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Nachdem
die Rohrleitung in den Graben hinabgelassen worden ist und wie oben
beschrieben, auf die Stützbänke plaziert
worden ist, wird Polstermaterial gemäß der herkömmlichen Verfahrensweise in
den Graben positioniert. Jedoch sollte das Polstern genau überwacht
werden, um sicherzustellen, dass das Polstermaterial vollständig den
offenen Bereich unterhalb der Rohrleitung zwischen den Stützbänken ausfüllt. Um
die Möglichkeit
des Überbrückens zu
eliminieren, wird vorgeschlagen, dass das Polstermaterial auf solch
eine Weise in den Graben eingeführt wird,
dass das Polstermaterial auf beiden der Seiten der Rohrleitung in
etwa gleichermaßen
fließt.
Dies sollte sicherstellen, dass das Polstermaterial von beiden Seiten
in den offenen Bereich unterhalb der Rohrleitung tritt. Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass das Polstermaterial auch auf solch eine
Weise eingeführt
wird, dass das Polstermaterial in dem Bereich unterhalb der Rohrleitung
in einer konstanten Vorwärtsrichtung
auf kontinuierliche Weise fließt.
Das heißt,
dass der offene Bereich unterhalb der Rohrleitung räumlich und
zeitlich vor dem Polstermaterial ausgefüllt wird, welches sich im offenen
Graben aufbaut und den Bereich zwischen der Rohrleitung und den
Grabenwänden
füllt.
Während
das Polstermaterial in den Graben auf diese Weise eingeführt wird, wird
das Polstermaterial, während
es sich im Graben aufbaut, auch nach vorne fließen, und so den offenen Bereich
unterhalb der Rohrleitung zunächst
ausfüllen.
Dieses Verfahren wird die Wahrscheinlichkeit des Überbrückens vermindern,
bei welchem Polstermaterial daran gehindert würde, den Bereich unmittelbar
unterhalb der Rohrleitung auszufüllen,
wodurch "leere" Bereiche erzeugt
werden. Mit Hinblick darauf ist gezeigt worden, dass falls Polstermaterial von
der Seite des Grabens schnell eingefüllt wird, sodass ein Volumen
oder Teilstück
des Polstermaterials plötzlich
eingeführt
wird häufig,
ein Überbrücken auftritt.
Folgt man diesem Verfahren wird die Rohrleitung ziemlich gleichmäßig durch
alle Stützbänke gestützt. Polstermaterial
welches etwas lose und nicht verdichtet ist, wird im Bereich unmittelbar
unterhalb der Rohrleitung ausgefüllt
haben, und die Rohrleitung wird daran gehindert worden sein, in
Kontakt mit dem Boden des Grabens zu treten.
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Wenn
die Rohrleitung 12 auf die Oberseite der Bank 20 gesetzt
worden ist, kann die sich daraus ergebende Last zu einer nicht kalkulierbaren
Verformung der Stützbank
führen.
Eine weitere Verformung kann auftreten, wenn Füllmaterial auf die Oberseite der
Rohrleitung gebracht wird. Dementsprechend zeigen die 6 und 7 die
Höhe der
Stützbank, welche
ursprünglich
bei 12 Zoll (30 cm) lag und bei 10 Zoll (25 cm) nach dem die Rohrleitung
verlegt worden ist, sowie 9 Zoll (23 cm) nach Auffüllen.
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Wie
zuvor beschrieben, treten die stärkste Belastung
und der stärkste
Einzelanstieg bei der Belastung dann auf, wenn die Rohrleitung zum
hydrostatischen Testen mit Wasser befüllt wird. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Stützbänke so ausgelegt,
dass sie bei dieser Belastung mit dem Abstützen versagen. Bei der Installation
von 36 Zoll (91 cm) Stahlohren wie oben erläutert, würde die Bank ausgelegt sein,
um zu versagen, wenn sie einem Gewicht von 10.540 Pfund (4.800 kg) unterworfen
wird. Es sei jedoch angemerkt, dass die Stützbank so ausgelegt werden
könnte,
nachdem die Fläche
unterhalb der Rohrleitung in geeigneter Weise abgepolstert worden
ist. Zum Beispiel könnten
die Bänke
nach dem Anbringen des Auffüllmaterials
auf der Oberseite der Rohrleitung versagen. Das würde bei
4.290 Pfund (1.950 kg) in diesem Beispiel passieren. Dies erlaubt
ein Belastungsauslegungsfenster, innerhalb dessen die Stützbänke versagen
sollten. Jedoch sollten die Stützbänke nicht
während
des Ablassens und der Anordnung der Rohrleitung oder während der
Abpolsterungsvorgänge
versagen. Die Bänke
können
nachdem Polstermaterial unterhalb der Rohrleitung, eingebracht worden
ist, versagen oder nicht versagen, während die Auffüllung des
Grabens vervollständigt
wird. Die Bänke
müssen
beim Abstützen
der Gesamtbelastung versagen, wenn die Rohrleitung mit Wasser für hydrostatische
Testzwecke befüllt
wird.
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Ein
weiteres Beispiel betrachtet eine Stahlrohrleitung von 24 Zoll (61
cm) im äußeren Durchmesser
mit einer Wanddicke von 0,375 Zoll (0,95 cm) und mit Stützbänken, die
in 15 Fuß (4,6
m) Abständen
längs des
Bodens des Grabens angebracht sind. Wird die Rohrleitung auf die
Oberseite der beabstandet angebrachten Stützbänke aufgelegt, so wird eine jede
Stützbank
eine Last von 1.420 Pfund (645 kg) erfahren, unter der Annahme,
dass eine jede Bank dasselbe Gewicht stützt. Wird der Graben aufgefüllt, so
erfahren die Stützbänke eine
zusätzliche
Belastung. Für
die Zwecke dieses Beispiels können
wir abschätzen,
dass die zusätzliche
Belastung während des
Auffüllens
ungefähr
die Hälfte
des Gewichts der Rohrleitung beträgt. Wendet man diese Abschätzung an,
so wird eine jede Bank nun eine Last von 2.130 Pfund (970 kg) erfahren,
wobei abermals angenommen ist, dass eine jede Bank dasselbe Gewicht stützt. Nachdem
der Graben aufgefüllt
worden ist, wird dann die Rohrleitung mit Wasser aufgefüllt und hydrostatisch
getestet. Nimmt man abermals eine gleichmäßige Bankgewichtsverteilung
an, so wird eine jede Stützbank
eine zusätzliche
Last von 2.760 Pfund (1.250 kg) für ein Gesamtgewicht von ungefähr von 4.890
Pfund (2.220 kg) erfahren.
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Bei
einem nochmals weiteren Beispiel wird eine Stahlrohrleitung von
36 Zoll (91 cm) im äußeren Durchmesser
mit einer Wandstärke
von 0,5 Zoll (1,13 cm) auf Stützbänke platziert, die
in einem Abstand von 12 Fuß (3,7
m) angebracht sind. Nimmt man an, dass eine jede Stützbank dasselbe
Gewicht aufnimmt, so würde
eine jede Bank ein Gewicht von 2.290 Pfund (1.040 kg) aufnehmen,
wenn die Rohrleitung auf den Bänken
angebracht ist. Nimmt man an, dass die Auffüllung die Hälfte des Gewichts der Rohrleitung
ausmacht, so würde
eine jede Bank eine Last von 3.435 Pfund (1.560 kg) nach dem Auffüllen tragen.
Wird die Rohrleitung mit Wasser befüllt und hydrostatisch getestet,
so wird eine zusätzliche
Last von 5.000 Pfund (2.270 kg) zu einer jeden Bank hinzugefügt. Deshalb
beträgt
das Gesamtgewicht, bei welchem die Bank versagt, ungefähr 8.435
Pfund (3.830 kg).
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Es
ist mehr die Funktion als die Zusammensetzung der Stützbänke, welche
kritisch ist. Deshalb wird der Fachmann erkennen, dass viele verschiedene
Materialien und Bankkonstruktionen verwendet werden können. Es
wird jedoch im Allgemeinen angenommen, dass die Stützbänke einem
oder zwei allgemeinen Gestaltungen folgen. Als erstes können die
Stützbänke aus
einem Material hergestellt sein, welches während der gesamten Belastung
steif bleiben würde,
und sich nicht verformen würde
bevor es zu einem Versagen kommt. Solch eine Bank könnte ein
steifes gleichförmiges
Material sein, wie zum Beispiel ein Schaum hoher Dichte, welcher
bei einer spezifischen Belastung zerbricht. Die Bank könnte ein
Rahmenaufbau sein, bei welchem die obere Oberfläche, welche die Rohrleitung
aufnimmt durch Beine gestützt
wird, die bei einer bestimmten Belastung brechen oder abbiegen.
Bevorzugterweise werden die Stützbänke aus
einem Material hergestellt, welches sich verformen oder abflachen
würde,
wenn es einer erhöhten
Last unterworfen wird, während
sie vor dem Versagen noch eine Stütze bereitstellen. Eines dieser
Materialien würde
expandiertes Polystyrol sein. Stützbänke, die
aus Material hergestellt sind, welche diese Eigenschaften aufweisen,
würden
eine "weiche" Stützbank gegenüber einer "harten" Stützbank ergeben.
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Die 4 bis 8 zeigen
eine einzelne weiche Stützbank,
die aus einem Material besteht, welches sich verformen oder abflachen
würde,
wenn es vergrößernden
Lasten ausgesetzt wäre.
In 4 ist eine einzelne Stützbank 20 so gezeigt,
dass sie eine Höhe
von 12 Zoll (30 cm) aufweist. Die tatsächliche Höhe der Stützbänke ist dieser Erfindung nicht eigen,
außer
dass sie ausreichend sein sollte, um es einer gewünschten
Menge an Polstermaterial zu ermöglichen,
unter die Rohrleitung zu fließen,
wenn die Rohrleitung auf die Oberseite der Bank gelegt wird. So
wird die resultierende Belastung zu einer gewissen berechenbaren
Verformung der Stützbank
führen.
Für Veranschaulichungszwecke
ist in diesem Beispiel die Stützbank
um 2 Zoll (5 cm) verformt (abgeflacht) worden. Deshalb zeigt 5 die
Rohrleitung wie sie 10 Zoll (25 cm) oberhalb des Bodens des Grabens
gestützt
wird. Nachdem Stützmaterial
unterhalb der Rohrleitung angebracht worden ist, wird die Rohrleitung
noch durch die Stützbank
10 Zoll (25 cm) oberhalb des Bodens des Grabens gestützt. Zu
diesem Zeitpunkt gibt es loses, nicht verdichtetes Polstermaterial,
welches durch die Bezugsnummer 24 in 6 gezeigt
ist, unterhalb der Rohrleitung zwischen den Bänken. Das Polstermaterial gibt
keinerlei Stütze für die Rohrleitung.
Nachdem der Graben vollständig aufgefüllt worden
ist mit Füllmaterial 28,
wird die Stützbank
verdichtet. Dementsprechend zeigt die 7 die Rohrleitung 12,
wie sie 9 Zoll (23 cm) oberhalb des Bodens des Grabens ruht. Dieses
Herunterlassen der Rohrleitung auf einen Abstand von einem Zoll
(2,5 cm) von der vorhergehenden 7 verdichtet
das nicht verdichtete Polstermaterial 24 von einer Tiefe
von 10 Zoll (25 cm) auf eine Tiefe von 9 Zoll (23 cm) und stellt
einen Verdichtungsgrad bereit, welcher eine gewisse Stütze für die Rohrleitung
durch das Polstermaterial ergibt. Die Stützbänke nehmen nicht länger 100
% der Gesamtlast auf. Wird die Rohrleitung 12 für hydrostatische
Testzwecke mit Wasser befüllt,
nachdem die Auffüllung
der Stützbänke versagt,
so erlaubt es dies der Rohrleitung abzusinken, bis das Polstermaterial 24 unterhalb
der Rohrleitung vollständig
verdichtet wird. Nach einem solchen Versagen stützt das verdichtete Material
unterhalb der Rohrleitung 100 % der gesamten Last. Nach einem solchen
Versagen und einer solchen Verdichtung wird sich die Rohrleitung
auf einem Abstand h oberhalb des Bodens des Grabens befinden. Falls
die Höhe
9 Zoll (23 cm) nach der Auffüllung
betrug, wie in 7 gezeigt, würde die Höhe h dann weniger als 9 Zoll
(23 cm) betragen. Dieser Zustand ist in 8 gezeigt,
wo h ein Abstand ist, der kleiner ist, als der Abstand der Rohrleitung
oberhalb des Bodens des Grabens vor dem hydrostatischen Test. Bei
einer anderen Ausführungsform
besteht die Stützbank
aus einem Material, welches in viele Stücke zersplittern oder zerbrechen
wird, wenn es einer vorbestimmten Last unterzogen wird. Ein solches
Zersplittern könnte auftreten,
wenn die Rohrleitung mit Wasser befüllt wird, oder wenn Auffüllmaterial
unter die Oberseite der Rohrleitung gebracht wird. Diese Ausführungsform
wäre dann
in viele Stücke 20a zerfallen,
wie in 9 gezeigt.
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Sinkt
die Rohrleitung tiefer ein, so wird das Polstermaterial 24 in
einem größeren Ausmaß verdichtet.
In diesem Zustand wird das Polstermaterial einen ansteigenden Prozentsatz
der Stütze
ausmachen, während
die Stützbänke einen
abnehmenden Prozentsatz der Stütze
ausmachen werden. Es ist vollkommen wahrscheinlich, dass gemäß dem hier beschriebenen
Verfahren das Polstermaterial vollständig verdichtet wird, bevor
die Stützbank
tatsächlich
versagt. Die in 8 gezeigte Stützbank ist
verformt worden und stellt immer noch einen Teil der gesamten Stütze dar.
Da das Polstermaterial nun vollständig verdichtet ist, kann die Rohrleitung
nicht weiter absinken. Deshalb wird es keine weitere Belastung durch
die Stützbank
geben und die Rohrleitung wird über
100 % ihrer gesamten Länge
gestützt.
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Beide
bevorzugte Ausführungsformen
erreichen das Ziel der Bereitstellung einer größeren Stütze für eine eingegrabene Rohrleitung.
In der in 9 gezeigten Ausführungsform
wird die Rohrleitung nur durch das Polstermaterial unterhalb der
Rohrleitung gestützt.
Dies sorgt dafür,
dass die Rohrleitung längs eines
größeren Prozentsatzes
ihrer Länge
(ungefähr 90
%) gestützt
wird, als dies beim Stand der Technik gegenwärtig der Fall ist (ungefähr 10 %).
Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform
wird die Rohrleitung längs
100 % ihrer gesamten Länge
gestützt.
In beiden Fällen
wird jedoch das Polstermaterial unterhalb der Rohrleitung vollständig verdichtet
werden. Eine solche Verdichtung tritt nicht auf, wenn Rohrleitungen
verwendet werden, unter Verwendung bekannter Stützbänke.
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Ein
weiterer Vorteil, der durch diese Erfindung erzielt wird, liegt
darin, dass durch die Formgebung und den Aufbau von Stützbänken, die
schwächer
sind, als die, die vom gegenwärtigen
Stand der Technik erfordert werden, Materialkosten ebenfalls reduziert
werden. Es ist nicht unrealistisch zu erwarten, dass diese Ausgaben
um bis zu 50 bis 75 % reduziert werden könnten.
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Die
hier gegebenen Beispiele dienen nur zu Veranschaulichungszwecken
und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung beschränken, welcher durch
die nachfolgenden Ansprüche
zutreffend festgelegt ist.