распорная рамка утяжелителя подземного трубопровода

Формула изобретения

1. Распорная рамка балластирующего устройства (БУ) подземного трубопровода, выполненная из металлопроката в виде плоского замкнутого многоугольного каркаса для емкости БУ и содержащая соединенные замками в углах рамки несущие элементы - прогоны и распорные элементы, отличающаяся тем, что каждый из концов прогона/распорного элемента снабжен замком, который изогнут в плоскости рамки под углом к прогону/распорному элементу, снабжен узлом соединения с концом, соответственно, распорного элемента/прогона с возможностью фиксации указанного соединения, при этом узлы соединения прогона/распорного элемента располагаются по одну сторону от его продольной оси.

2. Рамка по п.1, отличающаяся тем, что каждый ее замок обеспечивает соединение прогонов и распорных элементов под углом 90°.

3. Рамка по п.1, отличающаяся тем, что прогоны и распорные элементы выполнены из проката - круглых, квадратных, прямоугольных в сечении труб или из уголков, швеллеров.

4. Рамка по п.1, отличающаяся тем, что соединение концов прогона с замками выполнено неразъемным.

5. Рамка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что замки образованы сгибом концов прогона.

6. Рамка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что замки образованы гнутыми или штампованными отводами, концы которых неразъемно соединены с концами прогона.

7. Рамка по п.1, отличающаяся тем, что замки образованы гнутыми или штампованными отводами, концы которых неразъемно соединены с концами распорных элементов.

8. Рамка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что каждый трубчатый распорный элемент имеет диаметр, меньший, равный или превосходящий диаметр соответствующего трубчатого прогона.

9. Рамка по п.1, отличающаяся тем, что снабжена одним или несколькими дополнительными прогонами, расположенными предпочтительно в средней части рамки.

10. Рамка по п.1, отличающаяся тем, что снабжена одним или несколькими дополнительными распорными элементами, расположенными предпочтительно в средней части рамки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, используется при прокладке подземных магистральных трубопроводов, трубопроводов, плавающих в обводненной траншее, а также при прокладке трубопроводов на болотах.

Из уровня техники известен утяжелитель для прокладки подземного трубопровода, содержащий симметрично навешенную на трубопровод и заполненную грунтом пару емкостей, каждая из которых составлена из жесткой рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала контейнера (SU 769178 A, 1978, F 16 L 1/06). Известные утяжелители используют при групповой балластировке трубопроводов, при этом утяжелители в группе скрепляют за торцовые поперечины рамок.

Недостатком известного решения является повышенный расход материала на торцовые стенки контейнеров, поскольку обе примыкающие стенки контейнеров выполняют одну функцию - являются разделителями для грунта засыпки.

Аналогом заявленного изобретения является утяжелитель трубопровода, известный из патента RU 2164636 С1, 27.03.2001, F 16 L 1/06.

Утяжелитель содержит пару емкостей, составленных из жесткой плоской рамки и подвешенного к ней полуцилиндрического, выполненного из гибкого материала контейнера. Емкости выполнены многосекционными вдоль оси трубопровода, секции отделены от соседних промежуточными поперечными стенками и рамными распорками. Емкости утяжелителя соединены между собой налагаемой на трубопровод связью - силовыми поясами, изготовленными из гибкого материала и закрепленными концами на внешних прогонах рамок. Недостатком известного решения является повышенный расход грунта засыпки. При установке утяжелителей в группе (при непрерывной балластировке трубопровода) под действием грунта засыпки полотнища образующие емкости деформируются и между соседними в группе утяжелителями возникают клиновидные зазоры, в которые просыпается балластирующий грунт засыпки.

Наиболее близким к заявленному изобретению является утяжелитель трубопровода, известный из документа RU 2220351 С1, 27.12.2003.

Известное устройство - полимерно-контейнерное балластирующее устройство (ПКБУ) для трубопровода - содержит предназначенный для навешивания на него силовой пояс, соединяющий пару заполняемых грунтом симметричных относительно пояса и выполненных из гибкого материала емкостей, снабженных торцовыми стенками, накладку, пару гибких силовых перемычек, соединенных с наружными углами образующих каркас емкостей жестких плоских рамок, внутренними продольными сторонами опирающихся на трубопровод при навешивании на него ПКБУ, скрепленные с силовыми перемычками дополнительные торцовые стенки.

Дно емкостей и силовой пояс выполнены из единого полотнища, которое в своей средней части скреплено с накладкой и силовыми перемычками. В известном устройстве единое полотнище располагается под внутренними продольными сторонами жестких плоских рамок, а накладка - над единым полотнищем и выполнена многослойной. Жесткие плоские рамки выполнены разборными из трубчатых элементов с возможностью продольного соединения рамок устройств, а продольные стороны плоских рамок снабжены съемными жесткими вставками с возможностью их фиксации при групповой балластировке трубопровода. Трубчатые элементы каркаса плоских рамок обеспечивают удобство сборки, особенно при групповой балластировке трубопровода, для чего в полости продольных элементов смежных рамок вводят жесткие элементы и фиксируют их. С рамками связаны заполняемые балластирующим грунтом емкости из гибкого материала. Продольные кромки единых гибких полотнищ, образующих емкости, скреплены с верхними относительно трубопровода продольными сторонами (прогонами) плоских жестких рамок.

На верхних прогонах рамок зафиксированы края полотнища, образующего дно емкостей, а также проушины силовых перемычек.

При балластировке трубопровода плоские жесткие рамки располагаются наклонно и контактируют с ним нижними продольными сторонами ниже горизонтального диаметра трубопровода, при этом верхние продольные стороны рамок располагаются не выше верхней образующей трубопровода, что обеспечивается соотношением длин силового пояса и внешних силовых перемычек. Частным случаем прокладки трубопровода является выполнение траншеи увеличенной глубины, что характерно для прокладки трубопровода на пересеченном рельефе местности, а также для льдистых грунтов в условиях Севера.

Поскольку в этих условиях траншея имеет увеличенную относительно рекомендованной СНиП глубину, то выступающие над верхней образующей трубопровода части балластирующего устройства не влияют на увеличение объема земляных работ. В этом случае целесообразно использовать полимерно-контейнерное устройство с увеличенным размером емкостей под балластирующий грунт, для чего поперечные элементы плоских жестких рамок выполняют увеличенной длины. При балластировке верхние продольные элементы рамок располагаются выше верхней образующей трубопровода. Для более полного использования объема утяжелителя силовые перемычки при этом снабжают верхними дополнительными торцовыми стенками, которые препятствуют высыпанию грунта из утяжелителя. Известное устройство является материалоемким, не обеспечивает полного вовлечения материала единого полотнища, накладки в работу при эксплуатационных подвижках трубопровода, обладает значительной трудоемкостью при проведении пошивочных работ из-за необходимости прошивки многослойных элементов ПКБУ.

В указанных условиях плоские рамки утяжелителя находятся в сложном напряженном состоянии, вызванном воздействием значительного веса балластирующего грунта и распирающих усилий, действующих от гидростатического воздействия слоя грунта засыпки на боковые поверхности емкостей утяжелителя.

Кроме того, замки, соединяющие прогоны и распорные элементы, скреплены с прогонами сварными швами. В узлах рамок, где размещены замки, для трубопроводов диаметром 1200-1420 мм общая нагрузка составляет 80-100 тонн. Необходимо также учитывать эксплуатационные нагрузки, например продольные перемещения трубопровода, когда утяжелитель защемлен в грунте засыпки. Таким образом, узлы соединения продольных и поперечных элементов рамки находятся в сложном напряженном состоянии, а при загрузке емкостей утяжелителя балластирующим грунтом односторонняя нагрузка от засыпаемой первой емкости вызывает скручивание рамок, что создает дополнительный крутящий момент, воздействующий на замки рамки.

Учитывая условия эксплуатации (размещение в обводняемых грунтах, значительные нагрузки на элементы рамки) сварной шов следует выполнять плотным, без дефектов, то есть сварочные работы должен выполнять сварщик высокой квалификации - не ниже пятого разряда.

Таким образом, существует задача создания рамки утяжелителя, которая обеспечивает технологичность ее изготовления, устраняет или снижает количество сварных швов, приводит к устранению механической обработки замков, устраняет рихтовку рамки после выполнения сварочных работ.

Указанная задача решается тем, что распорная рамка балластирующего устройства (БУ) подземного трубопровода выполнена из металлопроката в виде плоского замкнутого многоугольного каркаса для емкости БУ и содержит соединенные замками в углах рамки несущие элементы - прогоны и распорные элементы, при этом каждый из концов прогона/распорного элемента снабжен замком, который изогнут в плоскости рамки под углом к прогону/распорному элементу, снабжен узлом соединения с концом, соответственно, распорного элемента/прогона с возможностью фиксации указанного соединения, при этом узлы соединения прогона/распорного элемента располагаются по одну сторону от его продольной оси.

В частном случае выполнения рамки каждый ее замок обеспечивает соединение прогонов и распорных элементов под углом 90 градусов.

Кроме того, прогоны и распорные элементы выполнены из проката - круглых, квадратных, прямоугольных в сечении труб, или из уголков, швеллеров, а соединение концов прогона с замками выполнено неразъемным. Указанная задача решается также тем, что замки образованы гибом концов прогона, замки образованы гнутыми или штампованными отводами, концы которых неразъемно соединены с концами прогона.

Также замки образованы гнутыми или штампованными отводами, концы которых неразъемно соединены с концами распорных элементов, при этом каждый трубчатый распорный элемент имеет диаметр меньший, равный или превосходящий диаметр соответствующего трубчатого прогона.

Кроме того, в частном случае выполнения рамка снабжена одним или несколькими дополнительными прогонами, расположенными предпочтительно в средней части рамки, а также рамка снабжена одним или несколькими дополнительными распорными элементами, расположенными предпочтительно в средней части рамки.

Благодаря разборной конструкции элементы рамки в упаковке занимают незначительный объем, легко монтируются в условиях строительства трубопровода, а также надежно соединяются с текстильной частью БУ. Изогнутые под углом, например, 90 градусов замки обеспечивают повышенную жесткость рамки, предотвращают повреждение текстильной части БУ. Например, замки, полученные изгибом на 90 градусов концов трубчатого прогона, не имеют сварных швов. При этом распорный трубчатый элемент имеет наружный диаметр, меньший внутреннего диаметра прогона, размещается в его замке и фиксируется, например, шплинтом, мягкой проволокой и другими известными элементами.

Известно, что БУ содержит две размещенные по обе стороны от трубопровода заполняемые грунтом засыпки емкости, выполненные из полотнищ полимерной технической ткани. Каждая из указанных емкостей снабжена рамками жесткости и перегородками, а также, соответственно, верхними и нижним силовыми поясами, при этом каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода.

При монтаже БУ в "верхних" углах рамок зафиксированы проушины верхних силовых поясов, для чего верхние проушины гибкого полотнища снабжаются проушинами с образованием складок указанного полотнища.

Продольные края гибкого полотнища, образующие емкости, огибают нижние прогоны рамок жесткости и скреплены с верхними относительно трубопровода продольными сторонами - прогонами рамок жесткости. При этом расстояние между верхними и нижними проушинами гибкого полотнища превышает расстояние между верхними и нижними прогонами рамок жесткости, благодаря чему формируются расчетного объема емкости.

Нижний силовой пояс и заполняемые грунтом емкости выполнены в виде единого, налагаемого на трубопровод полотнища, снабженного проушинами для размещения в них продольных прогонов рамок жесткости. При балластировке трубопровода каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода, рамки жесткости располагаются наклонно, не контактируют нижними продольными сторонами - прогонами с трубопроводом, с дном траншеи, что обеспечивается расчетной длиной нижнего силового пояса между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости и длиной верхних силовых поясов.

Емкости БУ заполняют грунтом последовательно, желательно симметрично, что препятствует перекосу емкостей относительно трубопровода. Изгибная в плоскости рамок жесткости нагрузка компенсируется расчетной жесткостью рамок и предлагаемой конструкцией замков рамок.

Устойчивость БУ на трубопроводе обеспечивается тем, что каждая рамка жесткости располагается в плоскости, касательной к наружной поверхности трубопровода, расчетной длиной верхнего силового пояса, а также расчетной длиной между проушинами для нижних прогонов рамок жесткости, вследствие чего рамки жесткости не контактируют своими нижними прогонами с трубопроводом и грунтом дна траншеи.

Частным случаем балластировки является закрепление трубопровода при его прокладке в траншее увеличенной глубины, что характерно для льдистых грунтов в условиях Севера. Поскольку траншея имеет увеличенную относительно рекомендованной СНиП глубину, то выступающие над верхней образующей трубопровода части балластирующего устройства БУ не влияют на увеличение объема земляных работ. В этом случае целесообразно использовать БУ с увеличенным размером емкостей под балластирующий грунт, для чего поперечные элементы рамок жесткости выполняют увеличенной длины. Поскольку нагрузка на рамки значительно возрастает, то для усиления рамок следует вводить дополнительные элементы - прогоны, распорные элементы. При этом размещение дополнительных элементов выполняют, как правило, в средней части рамок. Окончательное положение рассчитывают с учетом всех нагрузок, действующих на рамки жесткости.

При балластировке верхние продольные элементы рамок жесткости располагаются выше верхней образующей трубопровода на 10-20 см. При этом допустимо касание верхних прогонов рамок жесткости и стенок траншеи.

Таким образом, предлагаемая конструкция разборных рамок жесткости является технологичной в изготовлении, транспортировании, монтаже, не оказывает вредного воздействия на текстильную часть БУ, изоляционное покрытие трубопровода, а также имеет повышенную надежность и долговечность в сложных условиях эксплуатации.