RU2066806C1

RU2066806C1 - Method for laying of pipeline in medium having buoyant force

Info

Publication number: RU2066806C1
Authority: RU
Inventors: Х.К. Мухаметдинов; Ю.А. Дудоладов; Н.Н. Желудков; В.С. Сумароков; В.Е. Поляков
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт по строительству трубопроводов
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1996-09-20

Abstract

FIELD: construction of pipelines in frozen grounds. SUBSTANCE: method for laying of pipeline in medium having buoyant force consists in multi-slot cutting of ground, laying pipeline 7 on crest of ground columns and furnishing the pipeline with weighing members with ground 6. When layer 1 and columns 3 thaw, pipeline 7 immerses into thaw ground. During seasonal freezing of ground, pipeline is frozen in the ground, and bank is to be formed above the pipeline. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может найти применение при прокладке магистральных "холодных" газопроводов. The invention relates to construction and may find application in the laying of trunk "cold" gas pipelines.

Известны способы прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде. Known methods of laying a pipeline in a buoyant force medium.

Один из них заключается в размещении снаряженного утяжелителем трубопровода на ледовом покрове водоема, образовании в покрове майн и погружении трубопровода, при этом перед образованием майн трубопровод прикрепляют ко льду, а майны образуют по обеим сторонам трубопровода параллельно его оси (см. авт.свид. СССР N 594389, кл. F 16 L 1/04, 1975). Однако способ пригоден к применению только в отношении трубопроводов, имеющих отрицательную плавучесть. One of them consists in placing a pipeline equipped with a weighting agent on the ice cover of a reservoir, formation of lanes in the cover, and immersion of the pipeline, while before forming lanes, the pipeline is attached to ice, and lanes form on both sides of the pipeline parallel to its axis (see autosweet USSR. N 594389, CL F 16 L 1/04, 1975). However, the method is only suitable for pipelines having negative buoyancy.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде, заключающийся в размещении по оси трассы снаряженного утяжелителями трубопровода, имеющего вместе с ними плавучесть в погруженном положении (см. "Основные положения по выбору конструктивных решений прокладки северных газопроводов, включая газопроводы Надым-Ухта, Надым-Пунга, Медвежье-Надым", ВСН 1-29-71 Мингазпрома, утв. 11.01.71, с.21, р.7, фиг.II и III, в). The closest technical solution to this invention is a method of laying a pipeline in a buoyant force medium, which consists in placing along the axis of the route a pipeline equipped with weighting materials, having buoyancy with them in a submerged position (see "Basic provisions for the selection of design solutions for laying northern gas pipelines, including gas pipelines Nadym-Ukhta, Nadym-Punga, Medvezhye-Nadym ", BCH 1-29-71 of Mingazprom, approved. 11.01.71, p.21, p. 7, fig. II and III, c).

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип и характеризующегося отсутствием необходимости прилегания трубопровода ко дну имеющей выталкивающую силу среды, является наличие доступа к поверхности трубопровода атмосферного тепла в летнее время, в результате чего способ неприменим в отношении газопроводов, по которым транспортируется охлажденный газ. A disadvantage of the known technical solution adopted as a prototype and characterized by the absence of the need for the pipeline to fit to the bottom of the buoyant force of the medium is the access to the surface of the atmospheric heat pipeline in the summer, as a result of which the method is not applicable to gas pipelines through which chilled gas is transported.

Целью изобретения является расширение области применения способа на "холодные" газопроводы при их прокладке в сильнольдистых вечномерзлых грунтах путем обеспечения возможности придания трубопроводу положения "в насыпи". The aim of the invention is to expand the scope of the method to "cold" gas pipelines when laying them in very icy permafrost soils by making it possible to give the pipeline the "in bulk" position.

Для достижения указанной цели в способе прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде, заключающемся в размещении по оси траверсы снаряженного утяжелителями трубопровода, имеющего вместе с ними плавучесть в погруженном положении, в зимнее время по оси трассы производят многощелевую прорезку грунта и на поверхность среды на среднюю щель выкладывают трубопровод, а в качестве утяжелителей последнего используют цепочку грузов с размещенным в них грунтом засыпки, при этом многощелевую прорезку ведут на глубину, равную диаметру трубы, и с общей площадью свободного сечения, определяемой из соотношения:

где F общая площадь свободного сечения при многощелевой прорезке в грунте; D диаметр трубы; i льдистость грунта; L ширина снаряженного трубопровода на уровне верхней образующей его трубы и расстояние между внешними стенками многощелевой прорезки.To achieve this goal, in a method of laying a pipeline in a medium with buoyancy force, consisting in placing along the traverse axis a pipeline equipped with weighting materials, having buoyancy along with them in a submerged position, in winter time along the axis of the route, multi-slit soil is cut and onto the surface of the medium to the middle slot they lay out the pipeline, and as the weighting agents of the latter, they use a chain of goods with backfill soil placed in them, while the multi-slotted slot is led to a depth equal to the diameter pipe, and with a total free cross-sectional area defined by the relation:

where F is the total free cross-sectional area for multi-slot cutting in the ground; D pipe diameter; i soil ice; L is the width of the equipped pipeline at the level of the upper pipe forming it and the distance between the outer walls of the multi-slotted slot.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображено поперечное сечение снаряженного трубопровода до погружения; на фиг.2 то же, после погружения. The invention is illustrated in the drawing, in which Fig. 1 shows a cross section of an equipped pipeline prior to immersion; figure 2 is the same after immersion.

Способ прокладки трубопровода в имеющей выталкивающую силу среде заключается в размещении по оси трассы снаряженного утяжелителями трубопровода, имеющего вместе с ними плавучесть в погруженном положении. Поверхность выкладки вечномерзлый сильнольдистый грунт ровной или слабопересеченной местности, характерной для северных и приполярных районов РФ, особенно п-ва Ямал и побережья Обской губы. Этот грунт характеризуется на значительных участках одной и той же степенью льдосодержания 20-30% В летнее время сезонно-талый слой 1 поверхности выкладки обводняется и образует имеющую выталкивающую силу среду. A method of laying a pipeline in a buoyant force medium consists in placing along the axis of the route a pipeline equipped with weighting materials, which has buoyancy with them in a submerged position. The surface of the calculation is permafrost, very icy soil of a flat or slightly rugged terrain, characteristic of the northern and circumpolar regions of the Russian Federation, especially the Yamal Peninsula and the coast of the Gulf of Ob. This soil is characterized in significant areas by the same degree of ice content of 20-30%. In the summer, the seasonally thawed layer 1 of the surface of the laying is flooded and forms a buoyant medium.

В зимнее время по оси трассы производят многощелевую прорезку грунта с 3-5 щелями 2 и на образованный прорезкой гребень столбов 3 осуществляют выкладку трубопровода и его снаряжение утяжелителями. В качестве последних используют цепочку скрепленных грузов из силовых поясов и закрепленных на рамках 4 полотнищ 5 с размещенным в них грунтом 6 засыпки (авт.свид. СССР N 769178, кл. F 16 L 1/02). Более предпочтительно размещать на трубопроводе грузы по поданной заявке N 5042831 того же заявителя, вариант II (см.фото 1 и 2), поскольку практически весь грунт засыпки оказывается размещенным выше уровня верхней образующей трубы, т.е. он сохраняет положение выше уровня среды и
Чтобы снаряженный трубопровод не погрузился ниже указанного уровня, необходимо объем засыпки утяжелителей осуществлять по критерию сохранения этим трубопроводом плавучести, т.е. по плавучести, стремящейся к нулю с положительной стороны.In winter, along the axis of the route, multi-slit soil cutting is carried out with 3-5 slots 2 and on the pipe crest 3 formed by the slotting, the pipeline is laid out and its equipment is weighted. As the latter, they use a chain of fastened goods from power belts and fastened on the framework of 4 panels 5 with 6 backfill soil placed in them (autosw. USSR N 769178, class F 16 L 1/02). It is more preferable to place goods on the pipeline according to the application filed No. 5042831 of the same applicant, option II (see photo 1 and 2), since almost the entire backfill soil is located above the level of the upper forming pipe, i.e. it maintains a position above the medium level and
To ensure that the equipped pipeline does not sink below the specified level, it is necessary to fill the weighting materials according to the criterion of maintaining buoyancy by this pipeline, i.e. buoyancy tending to zero on the positive side.

Многощелевую прорезку грунта ведут на глубину, равную диаметру трубы 7, и с общей площадью свободного сечения, определяемой из соотношения:

где F общая площадь свободного сечения щелей; D диаметр трубы; i - льдистость грунта; L ширина снаряженного трубопровода на уровне верхней образующей трубы и расстояние между внешними стенками 8 и 9 многощелевой прорезки. Равенство указанной ширины и расстояния между стенками диктуется свободой погружения в оттаявшую среду ниже сезонно-талого слоя 1 рамок 4 утяжелителей.Multi-slot soil excavation is carried out to a depth equal to the diameter of the pipe 7, and with a total free cross-sectional area, determined from the ratio:

where F is the total free cross-sectional area of the slots; D pipe diameter; i is the ice content of the soil; L is the width of the equipped pipeline at the level of the upper generatrix of the pipe and the distance between the outer walls 8 and 9 of the multi-slotted slot. The equality of the specified width and the distance between the walls is dictated by the freedom of immersion in the thawed medium below the seasonally thawed layer 1 of the framework of 4 weighting agents.

Способ прокладки трубопровода предусматривает заключительную операцию, выполняемую после самозамораживания среды: увеличение объема грунта 6 засыпки утяжелителей до появления нормативных высоты (0,8 м) и ширины (1,5 м) по верху насыпи (по п.6,27 СНиП 2.05.06-85). The method of laying the pipeline provides for the final operation performed after freezing the medium: increasing the volume of soil 6 backfill of weighting agents until the normative height (0.8 m) and width (1.5 m) appear along the top of the embankment (according to paragraph 6.27 of SNiP 2.05.06 -85).

Способ реализуется следующим образом. Прорезку щелей 2 с определенной выше свободной общей площадью осуществляют в зимнее время. В этот же сезон осуществляют выкладку трубопровода на образованный гребень столбов 3, снаряжение его балластирующими устройствами, в том числе засыпку льдистого грунта. The method is implemented as follows. The cutting of slots 2 with the free total area defined above is carried out in the winter. In the same season, the pipeline is laid out on the formed ridge of pillars 3, equipped with ballasting devices, including backfilling of icy soil.

В летнее время возникает как вытаивание льда из грунта 6 засыпки и протаивание сезонно-талого слоя 1, так и протаивание грунта столбов 3 гребня в результате циркуляции в щелях 2 атмосферного теплого воздуха. Столбы 3 после растепления включенного в них льда разрушаются под весом трубопровода, а их грунтовый остаток, составляющий (1-i) часть первоначального объема, оседает в предусмотренные прорезкой пазухи крайних щелей 2 или вытесняется наверх над боковинами трубопровода. При этом трубопровод из-за равномерной льдистости грунта равномерно по всей длине самопогружается в имеющую выталкивающую силу разжиженную среду, пока не займет в ней плавающего положения, строго определенного (ограниченного расчетом объема грунта 6 засыпки) положения. При правильном расчете объема грунта 6 засыпки погружение трубопровода прекращается, когда верхняя образующая трубы 7 сравняется с уровнем дневной поверхности и над ним образуется заранее сформированная насыпь из грунта 6. In the summer, there is both thawing of ice from the soil 6 of the backfill and thawing of the seasonally thawed layer 1, and thawing of the soil of the pillars 3 of the ridge as a result of the circulation of atmospheric warm air in the cracks 2. Pillars 3 after thawing of the ice included in them are destroyed under the weight of the pipeline, and their soil residue, which is (1-i) part of the initial volume, settles in the slots of the extreme slots 2 provided for by the slotting or is forced up above the sidewalls of the pipeline. In this case, the pipeline, due to the uniform ice content of the soil, is self-immersed uniformly along the entire length into a liquefied medium having buoyancy force until it occupies a floating position in it, a strictly defined (limited by calculation of soil volume 6 backfill) position. With the correct calculation of the volume of soil 6 filling, the immersion of the pipeline stops when the upper generatrix of the pipe 7 is equal to the level of the day surface and a pre-formed embankment from the soil 6 is formed above it.

В последующий зимний период трубопровод оказывается вмороженным в грунт и благодаря прокачке по нему "холодного" газа не допускает каких-либо пучинящих процессов при оттаивании сезонно-талого слоя 1 в последующие летние периоды. (Попутно отмечаем, что и сама граница этого слоя "уходит" в грунт насыпи). В этот же сезон над трубопроводом формируют окончательную насыпь 8 с нормативными параметрами. In the subsequent winter period, the pipeline is frozen into the ground and, due to the pumping of “cold” gas through it, does not allow any heaving processes during thawing of seasonally thawed layer 1 in subsequent summer periods. (Along the way, we note that the boundary of this layer itself "goes" into the soil of the embankment). In the same season, the final embankment 8 with normative parameters is formed above the pipeline.

Следует отметить, что эксплуатация трубопровода как "холодного" во всех случаях компенсирует ошибки введенных в способ расчетных допущений. Если общая площадь F свободного сечения при многощелевой прорезке, степень растепления столбов 3 и льдистость грунта среды окажутся недостаточными, то трубопровод не погрузится до уровня верха образующей трубы. Однако конструкция мягких утяжелителей и наличие насыпи "помогут" холоду от трубопровода и атмосферы сформировать требующуюся СНиПом укладку в насыпь. It should be noted that the operation of the pipeline as “cold” in all cases compensates for errors introduced in the method of design assumptions. If the total area F of the free section during multi-slot cutting, the degree of thawing of columns 3 and the ice content of the soil are insufficient, then the pipeline will not sink to the top of the forming pipe. However, the design of soft weighting agents and the presence of the embankment will “help” the cold from the pipeline and the atmosphere to form the required packing in the embankment by SNiP.

Если же площадь F, степень растепления столбов 3 и объем грунта 6 засыпки окажутся чрезмерными, что приведет к появлению отрицательной плавучести трубопровода, то происшедшее в летний сезон начальное, близкое к поверхности среды затопление не будет развиваться в следующие сезоны, поскольку с началом эксплуатации "холодного" трубопровода наступит его окончательная стабилизация в мерзлоте в первый же зимний сезон. If the area F, the degree of thawing of the pillars 3, and the volume of soil 6 of the backfill turn out to be excessive, which will lead to the appearance of negative buoyancy of the pipeline, then the initial flood close to the surface of the medium during the summer season will not develop in the following seasons, since with the start of operation "the pipeline will finally stabilize in permafrost in the very first winter season.

Следует также указать, что как таковой отрицательной плавучести не должно наступить при переборе объема грунта засыпки утяжелителя, поскольку этот грунт начнет погружаться в среду вместе с трубопроводом (см.фиг.2) и объемный вес погрузившейся части начнет падать. It should also be pointed out that, as such, negative buoyancy should not occur when sorting the volume of the soil of the backfill of the weighting agent, since this soil will begin to sink into the environment along with the pipeline (see figure 2) and the volumetric weight of the immersed part will begin to fall.

Таким образом, благодаря оснащению трубопровода грунтовыми утяжелителями с заданным объемом засыпки и осуществлению в среде под ним в зимнее время многощелевой прорезки с заданным объемом свободного сечения обеспечена возможность вмещающего и плавучего самопогружения трубопровода и занятия положения "в насыпи" в сильнольдистых вечномерзлых грунтах. Thus, due to equipping the pipeline with soil weighting agents with a given backfill volume and performing in the environment under it in winter time a multi-slot cutting with a given volume of free cross-section, the possibility of accommodating and floating self-immersion of the pipeline and taking up the “in bulk” position in heavily icy permafrost soils is ensured.

Claims

A method of laying a pipeline in a medium with buoyancy force, which consists in placing a pipeline equipped with weighting materials along the axis of the route, having buoyancy with them in a submerged position, characterized in that in winter time a multi-slit soil cut is carried out along the route axis and the pipeline is laid on the surface of the medium on the middle slot and as the weighting agents of the latter they use a chain of goods with backfill soil placed in them, the volume of which is determined by the criterion of maintaining the equipped buoyancy pipeline in a thawed medium, in this case, a multi-slit slot is led to a depth equal to the diameter of the pipe, and after freezing of the equipped pipeline into the medium, the volume of soil of the backfill of the weighting agents is increased until the normative height and width appear on top of the embankment.