способ прокладки надземных трубопроводов по трассам дорог в северных регионах

Формула изобретения

Способ прокладки надземных трубопроводов по трассам дорог, включающий послойное с уплотнением возведение насыпи и примыкающих к ней берм, упрочненных "тяжелой" нефтью, установку в зонах размещения берм несущих элементов, монтаж, укладку на несущие элементы трубопровода, досыпку насыпи до проектных отметок, отличающийся тем, что для снижения затрат на возведение и повышение надежности эксплуатации трубопровода несущие элементы с частично отсыпанной насыпи устанавливают непосредственно на тундровый покров, возводят бермы, досыпают насыпь до проектных равной высоте берм, монтируют трубопровод и укладывают его на несущие элементы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении в совмещенном коридоре трубопровода и дороги на вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах.

Известно, что строительство, эксплуатация нефтегазопроводов на Севере осуществляются в условиях наличия вечномерзлых грунтов, повсеместной заболоченности, повышенной «ранимости» тундровых покровов при техногенных воздействиях. Это ведет к дополнительным затратам на разработку мерзлых грунтов, возведение фундаментов, необходимости выполнения мероприятий по снижению внутренних напряжений в трубах при изменениях температур транспортируемых жидкостей или атмосферного воздуха, а также к повышению требований промышленно-экологической безопасности эксплуатируемых трубопроводов.

Известен способ надземной прокладки трубопроводов с использованием подвижных, неподвижных опор, оснащением трубопроводов компенсаторами (Казакевича М.И., Любина А.Е. Проектирование металлических конструкций надземных промышленных трубопроводов. - Киев, 1980. - С.15-17. - Аналог). При значительных капитальных затратах данный способ не исключает случаи развития аварийных ситуаций на трубопроводах.

Известна конструкция надземной прокладки трубопроводов, предусматривающая изготовление, установку на грунт или грунтовую отсыпку массивных опор в виде усеченных четырехгранных пирамид (несущих элементов) и шарнирное крепление к их верхним частям трубопроводов (Патент РФ 2256838, F16L 1/024, 2005 г.- аналог). Это решение при значительных затратах на изготовление массивных опор позволяет существенно снизить температурные напряжения и соответственно аварии при эксплуатации трубопровода.

Известен способ прокладки трубопроводов (Патент РФ 2205315, F16L 1/024, 2003 г. - аналог) по грунтовым отсыпкам упрочненным вяжущими, например нефтью. При этом нефть добавляют в количестве от 4 до 15% от массы грунта. Способ обеспечивает улучшение прочностных свойств отсыпок, но приводит к загрязнениям нефтью прилегающих к трубопроводам участков в процессе вымывания ее легких фракций из отсыпок атмосферными осадками и грунтовыми водами.

Известен способ укрепления грунтов, включающий нагрев грунта и нефти, их перемешивание, введение в смесь необходимого количества бактериальных культур и удаление из смеси легких углеводородных фракций. Данную смесь грунта с «тяжелой» нефтью вновь нагревают и производят послойную укладку, уплотнение в процессе возведения объектов (Патент РФ 2135680, Е01С 3/04, 7/36, 1999 г. - аналог). Способ, обеспечивая существенное улучшение прочностных и теплофизических свойств пылеватых, сильно деформируемых грунтов, используемых в строительстве дорог, технологических площадок и т.п., не включает мероприятий по установке, закреплению к массиву упрочненного грунта несущих элементов (опор) надземного сооружения, например трубопровода, сохранению устойчивости при горизонтальных на него воздействиях.

Известен способ прокладки трубопроводов вдоль автодорог на вечномерзлых грунтах (А.с. СССР, 1295855, F16L 1/024, 1995 г. - прототип). Он включает частичную отсыпку насыпи и берм, расположенных локально по трассе дорог, установку на поверхности берм несущих элементов, монтаж надземного трубопровода с последующей укладкой его на несущие элементы и возведение дорожной насыпи до проектных отметок. Данный способ, обеспечивая возведение в совмещенном коридоре одновременно дорог и трубопроводов, сокращая площади землеотвода, не позволяет сохранить под бермами ограниченной высоты мерзлое состояние грунтов. Это приводит к развитию под бермами термокарстовых процессов, оттаиванию грунтов, просадкам несущих элементов и авариям на трубопроводах.

Сущностью предлагаемого изобретения являются: установка с частично отсыпанной насыпи несущих элементов трубопровода непосредственно на тундровый покров, возведение берм, досыпка насыпи до высоты, равной высоте берм, монтаж трубопровода и укладка его на несущие элементы. Заявляемый способ позволяет решить следующие задачи: повысить устойчивость, надежность эксплуатации трубопровода за счет возведения вокруг его несущих элементов упрочненных «тяжелой» нефтью грунтовых массивов (берм); снизить объемы земляных работ, затраты в случае возведения дорожной насыпи и берм из упрочненного «тяжелой» нефтью грунта.

Это достигается тем, что на трассе совмещенного коридора, послойно уплотняя грунт, возводят нижнюю часть дорожной насыпи и с нее непосредственно на тундровый покров устанавливают несущие элементы (опоры) трубопровода. На последующем этапе возводят бермы, досыпают насыпь до высоты, равной высоте берм, монтируют трубопровод и укладывают его на несущие элементы. Возведение бермы в виде грунтовых монолитов, упрочненных «тяжелой» нефтью, обеспечивает пространственную устойчивость несущим элементам, повышение надежности эксплуатации трубопровода. При отсыпке насыпи из грунтов, упрочненных «тяжелой» нефтью, с учетом резкого изменения у грунтов исходных теплофизических характеристик насыпь возводят высотой, равной высоте берм.

К отличительным признакам заявляемого способа по сравнению с прототипом относятся следующие операции:

- несущие элементы трубопровода устанавливают непосредственно на тундровый покров с частично отсыпанной насыпи;

- вокруг несущих элементов трубопровода возводят бермы в виде грунтовых упрочненных «тяжелой» нефтью монолитов;

- насыпь дороги аналогично бермам возводят из грунта, упрочненного «тяжелой» нефтью, на высоту, равную высоте берм.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизны».

По отношению к прототипу отличительные признаки заявляемого способа позволяют: исключить разработку мерзлых грунтов и применение для трубопроводов заглубленных (свайных) фундаментов; использовать облегченные, ограниченной материалоемкости несущие элементы (опоры) для трубопровода; создавать вокруг несущих элементов трубопровода бермы в виде грунтовых упрочненных «тяжелой» нефтью монолитов; обеспечить пространственную устойчивость, надежность эксплуатации трубопровода на вечномерзлых грунтах; снизить объемы, затраты на строительство дорог из упрочненных «тяжелой» нефтью грунтов.

Способ представлен на чертеже (поперечный разрез надземного трубопровода на совмещенной с дорогой трассе) и осуществляется следующим образом. На поверхности тундрового покрова 1 вечномерзлого основания 2 частично отсыпают дорожную насыпь 3 высотой порядка 0,5 м и обеспечивают применение дорожно-строительной техники. С частично отсыпанной насыпи 3 краном или трубоукладочными средствами в зонах запроектированного размещения берм 4 непосредственно на тундровый покров устанавливают высотой 3-4 м несущие элементы 5, оснащенные анкерными пластинами 6. Для улучшения строительных свойств пылеватые грунты перемешивают с нефтью, вводят в смесь бактериальные культуры и удаляют из нее легкие углеводородные фракции. Смесь, содержащую «тяжелую» нефть, нагревают и с послойным уплотнением возводят из нее примыкающие к насыпи 3 бермы 4 высотой порядка 1,2 м. Одновременно с возведением берм 4 производят досыпку дорожной насыпи 3 до проектных отметок. Следует отметить, что насыпи высотой 2,1-2,7 м, как правило, исключают растепление, просадку мерзлых грунтов в их основаниях. На поверхности насыпи 3 краном или трубоукладочными средствами производят монтаж трубопровода 7 и шарнирное закрепление его к верхним частям несущих элементов 5, установленных с расчетным шагом по трассе дороги. Бермы 4 расположенные в нижних частях несущих элементов 5, представляют собой отвержденные монолиты, которые обеспечивают дополнительную устойчивость, надежность эксплуатации трубопровода 7 на вечномерзлых грунтах. Возведение дорожной насыпи 3 из упрочненных «тяжелой» нефтью грунтов также приводит к резкому изменению их теплофизических показателей, снижению высоты отсыпки дороги до 1,2 м.

Из вышеизложенного очевидно, что предлагаемый способ в полном объеме реализует поставленную цель - снижает затраты на возведение, повышает устойчивость, надежность эксплуатации надземных трубопроводов по трассам дорог в северных регионах.