RU1781497C - Method of constructing underwater pipe line - Google Patents

Abstract

Сущность изббретени : подводный трубопровод (ТП) размещают на плаву в створе перехода, оснащают балластирующими устр-вами Плавучесть устр-в предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом Погружают ТП заполнением устр-в водой. Оснащение ТП устр-вами осуществл ют предварительно на берегу. В качестве устр-в используют расположенные параллельно ТП и соединенные с ним гибкими т гами ТП, в качестве балласта - бетон объем к-рого определ ют из заданных соотношений 2 ил.The essence of choice: the underwater pipeline (TP) is floated in the cross section of the transition, equipped with ballasting devices. The buoyancy of the device is preliminarily regulated by the partial filling of their volume with ballast. The TP is immersed by filling the device with water. Equipment TP is carried out previously on the shore. TP and parallel TP connected to it by flexible tie rods are used as a device; concrete volume is determined from the given ratios of 2 silt as ballast - concrete.

Description

Изобретение относитс  к способам сооружени  подводных, в т. ч. морских, трубопроводов .The invention relates to methods for constructing underwater, including offshore, pipelines.

Подводный участок трубопровода отличаетс  от аналогичного ему, но укладываемого на суше, тем, что масса одного погонного метра трубопровода, уложенного на дно, должна быть больше выталкивающей силы, действующей на погонный метр подводного трубопровода Устойчивое положение подводного трубопровода на дне обеспечиваетс  в том случае, если отношение его единицы массы к выталкивающей силе (коэффициент устойчивости) больше единицы (отрицательна  плавучесть) и составл ет обычно 1,15-1,6 Значение коэффициента устойчивости дл  конкретного участка подводного трубопровода выбираетс  в зависимости от скорости подводных течений, состо ни  дна, зоны укладки и др, параметров.The underwater section of the pipeline differs from a similar one, but laid on land, in that the mass of one linear meter of the pipeline laid on the bottom should be greater than the buoyant force acting on the linear meter of the underwater pipeline. A stable position of the underwater pipeline at the bottom is ensured if the ratio of its unit mass to the buoyancy force (stability coefficient) is greater than unity (negative buoyancy) and is usually 1.15-1.6 The value of the stability coefficient for a particular The subsea pipeline installation is selected depending on the speed of the underwater currents, the state of the bottom, the laying area, etc., and the parameters.

Сами по себе трубопроводы диаметром 1020-1420 мм с расчетной толщиной стенки на рабочее давление 7,4 9 8 МПа не обладают отрицательной плавучестью. Переходы через водные преграды (дюкеры) таких трубопроводов (или морские участки их) выполн ютс  с приданием им отрицательной плавучести путем дополнительной балластировки Ут желение подводного участка трубопровода (балластировка) осуществл етс  либо сплошным обетонированием, ли бо навеской на трубопровод ут жел ющих чугунных или железобетонных грузов.By themselves, pipelines with a diameter of 1020-1420 mm with an estimated wall thickness at a working pressure of 7.4 9 8 MPa do not have negative buoyancy. Crossings through the water barriers (dukers) of such pipelines (or their sea sections) are made with negative buoyancy by additional ballasting. The underwater section of the pipeline (ballasting) is either solidified by concrete or by hanging on a pipeline of ironing or cast-iron reinforced concrete cargo.

Укладка подводных трубопроводов на дно водной преграды или в траншею на дне осуществл етс  путем протаскивани  по дну, свободным погружением или с плавучих средств.The laying of subsea pipelines on the bottom of a water barrier or in a trench on the bottom is carried out by dragging along the bottom, by free diving or from floating means.

Практически во всех случа х трубопроводу еще до опуска на дно придаетс  требуема  отрицательна  плавучесть, например, с помощью сплошного обетонировани , а транспортирование к месту укладки и опуска на дно осуществл етс  с применением большого числа разгружающих понтонов, которые обеспечивают плавучесть плети. При заполнении водой понтонов или их от- строповки, плеть тонет и опускаетс  на дно или в траншею на дне водной преграды. Затонувшие понтоны отстегивают и подниV| 00In almost all cases, the pipeline is given the required negative buoyancy even before lowering to the bottom, for example, by means of continuous concreting, and transportation to the place of laying and lowering to the bottom is carried out using a large number of unloading pontoons that ensure buoyancy. When filling the pontoons or slinging them out, the lash sinks and sinks to the bottom or into a trench at the bottom of the water barrier. Sunken pontoons unfasten and lift up V | 00

Ј чЈ h

VJVj

мают на поверхность, где их собирают и транспортируют на берег.crumble to the surface, where they are collected and transported ashore.

Недостатком технологии применени  понтонов в сочетании с обетонированной трубой  вл етс  достаточно высока  стоимость изготовлени  самих понтонов, а также больша  трудоемкость по их установке, а главное - их съему с трубопровода в процессе погружени , | часть понтонов - водолазами под водой , если дистанционна  система ртстропрвф не сработала.The disadvantage of the technology of using pontoons in combination with a concrete pipe is the rather high cost of manufacturing the pontoons themselves, as well as the great complexity of installing them, and most importantly, their removal from the pipeline during the immersion process, | part of the pontoons - by divers under water, if the remote system rtstroprvf did not work.

Обетонирование, име  свои преимущества , имеет и существенный недостаток, заключающийс  в усложнении поиска утечек газа под бетонным покрытием и сложностью подводного ремонта необходимости сн ти  под водой бетонного (с сеткой) покрыти .Concreting, having its advantages, also has a significant drawback, which complicates the search for gas leaks under the concrete coating and the difficulty of underwater repair of the need to remove concrete (with a mesh) coating under water.

Технологи  укладки плетей подводного трубопровода существенно упростилась, если бы балластирующее устройство, установленное на необетонированную трубу, имеющую положительную плавучесть, сохран ло бы еще общую положительную плавучесть всей системы (близкую к нулевой), а после заполнени  балластирующего устройства водой система (основна  труба совместно с балластирующим устройством) обладала бы требуемой отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости на дне более 1,15.The laying technology of the underwater pipelines was substantially simplified if a ballasting device mounted on a non-concrete pipe having positive buoyancy retained the overall positive buoyancy of the entire system (close to zero), and after filling the ballasting device with water (the main pipe together with the ballasting device) would have the required negative buoyancy with a stability coefficient at the bottom of more than 1.15.

Целью изобретени   вл етс  способ сооружени  подводного трубопровода, при котором можно отказатьс  от нанесени  ут жел ющего бетонного покрыти  на основную трубу или применени  отдельных понтонов-ут желителей , а также от изготовлени , установки и сн ти  разгружающих понтонов при погружении на дно подводных трубопроводов , что повысит производительность работ и упростит балластировку.The aim of the invention is a method of constructing an underwater pipeline, in which it is possible to refuse from applying a weighting concrete coating to the main pipe or to use separate pontoons-utiliters, as well as from the manufacture, installation and removal of unloading pontoons when immersed in the bottom of underwater pipelines, which will increase productivity and simplify ballasting.

Поставленна  цель достигаетс  за счет оснащени  трубопровода балластирующими устройствами в виде вспомогательных трубопроводов, частично заполненных бетоном , которые последовательно выполн ют функции разгружающих понтонов, пока они не заполнены водой, и ут жел ющих пригрузов, после заполнени  их водой.This goal is achieved by equipping the pipeline with ballasting devices in the form of auxiliary pipelines, partially filled with concrete, which sequentially perform the functions of unloading pontoons until they are filled with water, and weighting weights, after filling them with water.

На фиг. 1 и 2 представлена принципиальна  иде  балластировки,In FIG. 1 and 2 presents the fundamental idea of ballasting,

Пучок труб состоит из основной трубы 1 и вспомогательных труб 2, прикрепл емых к основной трубе с помощью ст жек 3. Часть объема каждой вспомогательной трубы или объем части вспомогательных труб заполнен бетоном 4. Задача состоит в том, чтобы к заданной основной трубе с положительной плавучестью подобрать вспомогательные трубы и частично их заполнить бетономThe tube bundle consists of the main pipe 1 and auxiliary pipes 2, attached to the main pipe with stitches 3. Part of the volume of each auxiliary pipe or the volume of the part of the auxiliary pipes is filled with concrete 4. The task is to give positive buoyancy to the given main pipe pick up auxiliary pipes and partially fill them with concrete

так, чтобы при расчетных объемах пустых полостей вспомогательных труб обща  система плавала с заданной положительной плавучестью (q), а при заполнении их водойso that when the calculated volumes of the empty cavities of the auxiliary pipes, the overall system floats with a given positive buoyancy (q), and when filling them with water

- тонула и обладала при этом также заданной расчетной отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости (отношение массы трубопроводов в воде к выталкивающей силе) К 1,15.- drowned and also possessed a predetermined calculated negative buoyancy with a stability coefficient (the ratio of the mass of pipelines in water to buoyancy force) To 1.15.

Такое возможно при определенных значени х коэффициента (доле) заполнени  бетоном объема вспомогательных труб. Определить его можно, базиру сь на следующих положени х.This is possible with certain values of the coefficient (fraction) of concrete filling the volume of auxiliary pipes. It can be determined based on the following provisions.

Наход щийс  на дне водной преграды с заданным коэффициентом устойчивости К трубопровод должен удовлетвор ть следующее неравенство:The pipeline located at the bottom of a water barrier with a given stability coefficient K must satisfy the following inequality:

2 Grp+/3 V Son рб+рь(1-$У Ј,„;2 Grp + / 3 V Son rb + pb (1- $ Y „,„;

))

Ј(VgcH+VjJon)/OB-K Откуда, после преобразовани , получаемЈ (VgcH + VjJon) / OB-K From where, after conversion, we get

Q КО/Зсн + Уйоп)/0в -ZGTP -У%оп/0в УЈоп(/Об-/%)Q KO / Zsn + Uyop) / 0v -ZGTP -Y% op / 0v YЈop (/ V - /%)

(1)(1)

В то же врем  дл  обеспечени  плавучести (с заданной положительной плавучестью q) на поверхности водной преграды должно обеспечиватьс  условие:At the same time, in order to ensure buoyancy (with a given positive buoyancy q), the following condition must be provided on the surface of the water barrier:

2 бтр + ft Удоп /Об (Уостн + Удоп) /Ob + q2 BTR + ft Oudop / Ob (Uostn + Oudop) / Ob + q

4040

a 2 (Уосн + УДОП)/ОВ -2GTP +q ,2)a 2 (Wax + ODP) / S -2GTP + q, 2)

HУд-оп/ЭбH-op / eb

В формулах (1, 2) прин ты следующие обозначени :In the formulas (1, 2), the following notation is adopted:

ft- коэффициент (дол ) заполнени  бетоном балластирующих труб: Уосн - наружный объем одного метра трубопровода;ft- coefficient (dol) of concrete filling of ballasting pipes: WOSN - external volume of one meter of the pipeline;

Удоп - наружный объем одного метра балластирующих трубопроводов:Udop - the external volume of one meter of ballasting pipelines:

/Ов - плотность воды; /OB - плотность бетона;/ Ov is the density of water; / OB is the density of concrete;

ZGrp - масса 1 л. м. всех труб в системе; Удоп8 - внутренний объем 1 п.м. балластирующих трубопроводов;ZGrp - weight 1 l. m. of all pipes in the system; Udop8 - internal volume of 1 lm ballasting pipelines;

К - заданный коэффициент устойчиво- сти системы трубопроводов на дне водоема; q - заданна  положительна  плавучесть системы трубопроводов.K is the specified coefficient of stability of the piping system at the bottom of the reservoir; q is the desired positive buoyancy of the piping system.

Если значение ft будет удовлетвор ть неравенствам (1) и (2), то условие о плавучести системы труб с положительной плавучестью q и обладание этой же системой отрицательной плавучестью с коэффициентом устойчивости на дне К Ј1,15 после заполнени  водой свободных объемов вспомогательных труб будет обеспечено.If the value of ft satisfies inequalities (1) and (2), then the condition on the buoyancy of the pipe system with positive buoyancy q and the presence of the same system with negative buoyancy with a stability coefficient at the bottom K К 1.15 after filling the free volumes of the auxiliary pipes with water will be provided .

Пример 1 (фиг. 1), Принимаем основную трубу размером 1220 19,1 мм (подводный газопровод на рабочее давление 7,4 МПа) из стали 08Г2ФТ и дополнительные трубопроводы из труб размером 720 7 общего назначени  из Ст. 3. Часть объема вспомогательных труб заполн ем бетоном с плотностью 2850 кг/м3. Морска  вода имеет плотность 1025 кг/м3. Заданна  положительна  плавучесть q 60 кг/п.м. По прин тым исходным данным определ ем объем (по наружному диаметру) 1 п.м. основной трубы VOCTH 1,168 м , объем (по наружному диаметру) 1 п.м. дополнительных труб - УДопн - 2 0.407 0,814 м, масса 1 п.м. основной трубы - 572 кг, масса 1 п.м. дополнительных труб 2 123 - 246 кг, VAon8 2 -0,3912 0.7824м3.Example 1 (Fig. 1), We accept a main pipe of size 1220 19.1 mm (subsea gas pipeline for operating pressure of 7.4 MPa) from 08G2FT steel and additional pipelines from pipes of size 720 7 for general purposes from St. 3. Part of the volume of auxiliary pipes is filled with concrete with a density of 2850 kg / m3. Sea water has a density of 1025 kg / m3. Given positive buoyancy q 60 kg / l.m. According to the accepted initial data, we determine the volume (by the outer diameter) of 1 pm. VOCTH main pipe 1.168 m, volume (outer diameter) 1 l.m. additional pipes - UDopn - 2 0.407 0.814 m, weight 1 l.m. the main pipe - 572 kg, weight 1 lm additional pipes 2 123 - 246 kg, VAon8 2 -0.3912 0.7824 m3.

По формулам (1) и (2) определ ем значение коэффициента заполнени  бетоном:Using formulas (1) and (2), we determine the value of the concrete filling factor:

о К(Уосн +Удоп)А -2GTp -УдопА 4%оп(р6-рв)about K (Washn + Udop) A -2GTp -Udopa 4% op (r6-rv)

1.15(1.168 +0.814)1025-818-0.7824 ,- 0,7824(2850-1025)и ° 1.15 (1.168 +0.814) 1025-818-0.7824, - 0.7824 (2850-1025) and °

0(Уосн+Удоп)А -20тр+д - V доп/Эб0 (Wasn + Udop) A -20tr + d - V add / Eb

(1.168 + 0,814)1025 - 818 + 60) л „ 0,7824 2850 U(O  (1.168 + 0.814) 1025 - 818 + 60) l „0.7824 2850 U (O

Как видно из полуненных результатов ft больше 0,5, но меньше 0,57, т. е. заполнение трубы бетоном должно быть в пределах от 50 до 57% объема вспомогательных трубопроводов.As can be seen from the semi-finished results, ft is greater than 0.5, but less than 0.57, i.e., the filling of the pipe with concrete should be in the range from 50 to 57% of the volume of auxiliary pipelines.

Пример 2 (фиг. 2). Принимаем ту же основную трубу размером 1220 19,1 мм. В качестве вспомогательных труб принимаем четыре трубы размером 530 6 мм общего назначени  их Ст. 3. Дл  них V0crH 0,882 м3, масса 1 п.м. (G) 309 кг/п.м., внутренний объем 1 п.м. - VAonB 0,840 м3, плотность бетона дл  заполнени  - рв 2700 кг/м3Example 2 (Fig. 2). We accept the same main pipe with a size of 1220 19.1 mm. As auxiliary pipes, we accept four pipes with a size of 530 6 mm for their general purpose Art. 3. For them, V0crH 0.882 m3, mass 1 p.m. (G) 309 kg / lm, internal volume 1 lm - VAonB 0.840 m3, concrete density for filling - Рв 2700 kg / m3

Определ ем по формуле (1) и (2) значение /.We determine the value of / by the formulas (1) and (2).

р К(Уйсн +УЈоп)А -SGip -УЈопА r K (Uysn + UЈop) A -SGip -УЈопА

V|on(06 -рв)V | on (06 -rv)

1.15(1.168 + 0,882)1025-881-0.84 1025 1.15 (1.168 + 0.882) 1025-881-0.84 1025

0,84(2700 -1025)0.84 (2700-1025)

,2416-881-861 674 Ш7ТЖТ7 и/ю, 2416-881-861 674 Ш7ТЖТ7 и / ю

РR

(У8сн +Удоп)А -SGTp +q V Jon/Об(U8sn + Udop) A-SGTp + q V Jon / Rev

g 168+ 0.882)1025-881+60 0,84 27UO g 168+ 0.882) 1025-881 + 60 0.84 27UO

,2101 -881 +60 1280 псс 22Б82268 , 2101 -881 +60 1280 pss 22B82268

Как видно из этих результатов ft больше 0,48, но меньше 0,56, т. е. объем заполнени  в пределах от 48 до 56% объема вспомогательных трубопроводов.As can be seen from these results, ft is greater than 0.48, but less than 0.56, i.e., the filling volume is in the range from 48 to 56% of the volume of auxiliary pipelines.

На фиг. 2 показано, что из четырех вспомогательных труб две заполнены бетоном, а две - нет, т. е. коэффициент заполнени  р 0,5 и условие 0,48 Д 0,56 выполнено.In FIG. Figure 2 shows that of the four auxiliary pipes, two are filled with concrete, and two are not, i.e., the fill factor is p 0.5 and the condition 0.48 D 0.56 is fulfilled.

Изготавливать составную систему труб следует следующим образом.To make a composite pipe system as follows.

Вспомогательные трубы длиной по 11- 12 м предварительно заполн ют требуемым количеством бетона. В варианте, показанном на фиг. 2, это очень просто, т. к. две трубы полностью, отступив от кра  по 100 мм, заполн ют бетоном, а две - оставл ют пустыми.Auxiliary pipes 11-12 m long are pre-filled with the required amount of concrete. In the embodiment shown in FIG. 2, it is very simple, because two pipes are completely, having retreated 100 mm from the edge, filled with concrete, and two are left empty.

На специальной роликовой площадкеOn a special roller site

(стапеле) последовательно собирают, пристыковыва  последовательнр одну к другой, трубы (как при сборке на бровке траншеи при сооружении обычных подземных трубопроводов ) основного и балластирующих(slipway) sequentially assembled, sequentially connecting one to another, pipes (as during assembly on the edge of the trench during the construction of ordinary underground pipelines) of the main and ballast

(с некоторым отставанием) трубопроводов, скрепл   их между собой ст жками так же как обычно креп т понтоны.(with some lag) of pipelines, fastening them together with stitches as pontoons usually fasten.

Возможно предварительное изготовление составных плетей замой на льду.Perhaps the preliminary production of composite lashes zamoy on ice.

Изготовив плеть требуемой длины, устанавливают по концам основного и вспомогательных трубопроводов заглушки. Возможен вариант, когда примен етс  сочетание части труб с бетоном, а части трубHaving made a lash of the required length, plugs are installed at the ends of the main and auxiliary pipelines. A variant is possible when a combination of a part of pipes with concrete and a part of pipes are used

пустых (фиг. 2). Трубы с бетоном в этом варианте можно не стыковать между собой.empty (Fig. 2). Pipes with concrete in this embodiment can not be joined together.

При соответствующей погоде составна  плеть, имеюща  положительную плавучесть , выводитс  на плаву к месту затоплени  и путем заполнени  водой пустого объема балластирующих трубопроводов, что придает ей отрицательную плавучесть, погружаетс  на дно или траншею на дне водоема. Плети стыкуютс  между собой по основной трубе. При желании использоватьUnder appropriate weather conditions, a composite whip having positive buoyancy is brought afloat to the place of flooding and by filling with water an empty volume of ballasting pipelines, which gives it negative buoyancy, is plunged to the bottom or trench at the bottom of the reservoir. The lashes are joined together along the main pipe. If you want to use

балластирующие трубопроводы дл  транспортировки сопутствующих продуктов их также стыкуют между торцами на фланцах с отводами или без них.ballast lines for transporting related products are also joined between ends on flanges with or without bends.

Оценка эффективности предложенной конструкции морского трубопровода была на стадии ТЭО выполнена ВНИИПИШельф (г. Симферополь) по сравнению с вариантом обетонированным трубопроводом диаметром 1220 мм, укладываемым традиционным способом, применительно к переходу через Байдарацкую губу.The evaluation of the effectiveness of the proposed construction of the offshore pipeline was carried out at the feasibility study by VNIIIPISHelf (Simferopol) in comparison with the option of a concrete pipe with a diameter of 1220 mm laid in the traditional way, as applied to the passage through the Baydaratskaya Bay.

Затраты по строительно-монтажным работам составили на 1 км подводного перехода в предлагаемом варианте 1,077 млн.руб., а в варианте обетонированной трубы 1,291 млн. руб., а с учетом всех капвложений на 70 км перехода через Байдарацкую губу соответственно 193,4 млн.руб. и 212,2 млн.рублей, т. е, снижение стоимости одной нитки перехода составило 19 млн. рублей.The costs of construction and installation work amounted to 1.077 million rubles per 1 km of underwater passage in the proposed version, and 1.291 million rubles in the concrete pipe variant, and taking into account all capital investments for the 70 km transition through the Baydaratskaya Bay, respectively 193.4 million. rub. and 212.2 million rubles, that is, the reduction in the cost of one thread of the transition amounted to 19 million rubles.

Фо рмула изобретени  Способ сооружени  подводного трубоп- ровода, заключающийс  в размещении его на плаву в створе перехода, оснащении балластирующими устройствами, плавучесть которых предварительно регулируют частичным заполнением их объема балластом и погружении трубопровода последующим заполнением балластирующих устройств водой, отличающийс  тем, что оснащение трубопровода балластирующиSUMMARY OF THE INVENTION A method for constructing an underwater pipeline, which consists of placing it afloat in a cross section, equipping with ballasting devices, the buoyancy of which is preliminarily regulated by partially filling their volume with ballast and immersing the pipeline by filling the ballasting devices with water, characterized in that the pipeline is equipped with ballasting

ми устройствами осуществл ют предварительно на берегу, при этом в качестве балластирующих устройств используют расположенные параллельно ему и соединенные с ним гибкими т гами трубопроводы , а в качестве балласта - бетон, объем которого определ ют из соотношенийthe devices are preliminarily carried out ashore, while pipelines located parallel to it and connected to it by flexible rods are used as ballasting devices, and concrete, the volume of which is determined from the relations

ftft

АО/осн+Удог -ЗОгр+д /fcVJUAO / mains + Udog -ZOgr + d / fcVJU

РR

К(У Зон + V йоп)А - 2 Grp -Рв V Son (OB-pb)VSonK (U Zones + V yop) A - 2 Grp -Pv V Son (OB-pb) VSon

где /5 - коэффициент заполнени  бетоном балластирующих устройств;where / 5 is the fill factor of concrete ballasting devices;

VOCH - наружный объем одного погонного метра трубопровода: VAon - наружный объем одного погонного метра балластирующих трубопроводов ,Удопв - внутренний объем одного погонного метра балластирующих трубопроводов;VOCH is the external volume of one running meter of the pipeline: VAon is the external volume of one running meter of ballasting piping, Udopv is the internal volume of one running meter of ballasting piping;

РВ - плотность воды;PB is the density of water;

р& - плотность бетона; Ј Gnp - масса одного погонного метра системы трубопроводов;p & is the density of concrete; Ј Gnp - mass of one linear meter of the piping system;

К - заданный коэффициент устойчивости системы трубопроводов на дне водоема;K is the specified coefficient of stability of the piping system at the bottom of the reservoir;

q - заданна  положителъна  плавучесть системы трубопроводов.q is the given positive buoyancy of the piping system.

fue.ffue.f

Р#г2P # r2