Прогнозирование русловых процессов на участке подводных переходов трубопроводов и методы их защиты от размыва

• Автор: Дейс, Виктор Андреевич
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ РАЗМЫВА
1.1. Анализ состояния подводных переходов магистральных трубопроводов
1.2. Основные причины аварийных ситуаций, возникающих в
результате размыва русла
1.3. Методы ремонта подводных переходов трубопроводов на размываемых участках рек
ГЛАВА II. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ НА РАЗМЫВАЕМЫХ УЧАСТКАХ

2.1. Существующие методы прогнозирования русловых деформаций
2.2. Методы расчета, основанные на теории насыщения потока
наносами
2.3. Методика расчета глубины заложения трубопровода относительно
дна реки
2.4. Методика оценки состояния подводного перехода трубопровода
ГЛАВА III. НАТУРНЫЕ И ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА УЧАСТКЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ
3.1. Состояние подводных переходов через Алешкинскую протоку
3.2. Цели, задачи и методика проведения натурных исследований .
3.3. Результаты натурных исследований
3.4. Численное моделирование гидродинамических процессов на
участке исследований
ГЛАВА IV. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ЗАЩИТЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ РАЗМЫВА
4.1. Оценка процесса выноса грунта из тела намыва
4.2. Проектирование производства работ по защите подводных переходов от русловых деформаций
4.3. Проектные решения по защите от размыва подводных переходов газопроводов через Алешкинскую протоку
4.4. Оценка экономической эффективности мероприятий по защите
подводных переходов газопроводов от размыва
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Подводные переходы магистральных нефте- и газопроводов занимают особое место в транспортной системе страны. Основная проблема эксплуатации этих переходов заключается в защите ниток трубопроводов от воздействия негативных русловых процессов, вызывающих оголение и провисание труб с последующими авариями. Количество последних исчисляется десятками в год, а ущерб, наносимый народному хозяйству, измеряется сотнями миллионов рублей.
На ликвидацию аварийных состояний подводных переходов ОАО «Газпром» затрачивает более 1 млрд. рублей, которые расходуются на обследование и проведение капитального ремонта. Последний проводится в пожарном порядке и сводится, как правило, к засыпке оголенных частей трубопроводов крупнообломочным материалом и песком, а также к укладке грунтозаполненных контейнеров. Эффективность такой защиты от размыва подводных переходов остается очень низкой: после прохождения половодья на-' чинается размыв соседних участков трубопроводов вследствие сужения русла строительным материалом.
Причиной сложившегося положения является отсутствие научнообоснованных методов прогнозирования русловых процессов, диагностики состояния подводных переходов и способов их защиты от эрозии, как в нормативной, так и научной литературе.
Поэтому представляется необходимым разработать и обосновать методы прогнозирования развития русловых процессов на участке подводных переходов, диагностику их состояния и новые технические решения по защите подводных переходов трубопроводов от размыва, внедрение в практику эксплуатации которых позволит, в ряде случаев, перейти от дорогостоящих капитальных ремонтов к профилактическим.
Состояние изученности вопросов темы. Вопросам прогнозирования русловых процессов рек посвящены труды М.А.Великанова, К.В.Гришанина,

И.И.Леви, М.А.Гончарова, К.И.Россинского, Б.Ф.Снищенко и др. Разработанные ими методы, применимы к руслам, находящимся в естественных условиях, основаны на решении одномерной задачи с введением ряда допущений и описывают средние значения деформаций на участке.
Существующие методики определения максимальной глубины размыва, например методика ГГИ, относят подводные переходы трубопроводов к пассивным сооружениям, не влияющим на ход русловых процессов. Они основаны нд морфометрическом подходе и не учитывают нарушение структуры грунта на участке строительства подводных переходов. Это приводит к ошибкам проектирования в части определения максимальной глубины размыва и, как следствие, глубины заложения трубопровода. В процессе эксплуатации подводного перехода, данные ошибки могут привести к возникновению аварийных ситуаций. Предложенная Х.Ш.Шапиро и получившая дальнейшее развитие в трудах В.В.Вербицкого, С.С.Медведева, И.А.Долгова концепция определения параметров размыва свободна от указанных недостатков, однако не доведена до расчетных методик.
Предлагаемый в данной работе метод прогноза русловых процессов и диагностики состояния подводных переходов позволит, на наш взгляд, избежать указанных недостатков.
Методы защиты подводных переходов трубопроводов от размыва, освещенные в трудах В.В.Дегтярева, Б.М.Кукушкина, Д.Л.Меламута, Н.А.Ржаницына, Ю.О.Пережогина, П.Д.Шора, Д.В.Штеренлихта и др. условно можно разделить на три группы:
- замена или подсадка трубопровода;
- применение регуляционных сооружений для выправления русла реки;
- применение грунтозаполненных контейнеров или засыпка оголенных и провисающих участков трубопроводов крупнообломочным или песчаным материалом.
Все эти методы применяются, как правило, для капитального ремонта. Опыт проведения ремонтов вышеперечисленными методами и средствами

тельных работ для улучшения судового хода в таких случаях [6] применяются продольные сооружения в виде стрелки, построенные у ухвостья острова или осередка. Высота гребня стрелки должна быть не ниже уровней, при которых возникает свальное течение под ухвостьем и начинается вынос наносов из несудоходного рукава. Гребень и откосы стрелки укрепляются от размыва.
В качестве примера рассмотрим результаты выправления судового хода на Ниж'не-Вьютинском перекате р.Оби [25]. Поддержание глубин на извилистом ходу между двумя побочнями на участке местного уширения русла было очень затруднительным. За 7 лет (1946-1952 гг.) на перекате было произведено 16 землечерпательных работ. Отторжение в 1953 г. нижнего побоч-ня капитальной прорезью с отвалом грунта на отторгнутые пески в виде неукрепленной продольной дамбы не улучшило судоходных условий, а наоборот, оказалось вредным, так как заносимость прорези оказалась довольно частой. Тогда в навигацию 1955 г. под ухвостьем осередка намыли продольное сооружение - стрелку и укрепили её щебнем в плетневых клетках. В результате проведения выправительных работ ликвидировалось переменное свальное течение в нижней части прорези, а слияние потоков стало плавным. Ранее наблюдавшийся подпор потока в судовом ходу больше не возникал.
Рассмотренные выше схемы выправительных работ для улучшения судового хода могут быть успешно применены для защиты подводных переходов трубопроводов от русловых деформаций только в случае гидравлического обоснования параметров выправительных сооружений, выполненных с привлечением современных методов математического моделирования течения. Отсутствие такого обоснования при проектировании схем выправительных работ для улучшения судового хода является основной причиной низкой »эффективности русловыправительных сооружений. Гидравлическое обоснование параметров этих сооружений в настоящее время основывается на методах [17, 18, 29, 81], разработанных в рамках одномерной модели руслового течения, что существенно занижает достоверность результатов расчетов гид-