Методы гидротехнической защиты подводных переходов трубопроводов от размыва

• Автор: Долгов, Иван Александрович
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. СОВРЕМАЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ИХ ОТ РАЗМЫВА
1.1. Состояние подводных магистральных трубопроводов
на территории Российской Федерации
1.2. Анализ существующих методов защиты подводных переходов трубопроводов от размыва
1.3. Предлагаемый метод защиты подводных переходов трубопроводов от размыва
1.4. Вопросы проектирования выправления русла реки на участке
подводных трубопроводов и задачи исследований
ГЛАВА П. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ЗАЩИТЫ
ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ РАЗМЫВА
2.1. Анализ существующих методов расчета деформаций русел
2.2 Современное состояние нормативной базы для проектирования
2.3. Основные положения методики расчета русловых деформаций
на участке подводных переходов трубопроводов
ГЛАВА III. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА УЧАСТКЕ
ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ГАЗОПРОВОДОВ ЧЕРЕЗ р.ОБЬ
3.1. Задачи и методика исследований
3.2. Гидрологический и гидравлический режим потока в реке
на участке переходов газопроводов
3.3. Режим твердого стока
3.4. Деформации речного русла на участке переходов газопроводов
ГЛАВА IV. ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ПРЕДЛАГАЕМОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РУСЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
4.1. Определение гидрологических и гидравлических характеристик
4.2. Выбор зависимости для определения транспортирующей
способности потока
4.3. Расчет русловых деформаций по предлагаемой методике
4.4. Сравнение результатов расчета русловых деформаций
по различным методикам
ГЛАВА V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАЩИТЕ ПОДВОДНЫХ
ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ РАЗМЫВА
5.1. Гидротехнические мероприятия и основные положения
по технологии производства гидромеханизированных работ
5.2. Алгоритм расчета русловых деформаций при проектировании защитных мероприятий
5.3. Технология формирования тела намыва и методика расчета.его параметров
5.4. Применение результатов исследований для защиты от размыва подводных переходов газопроводов через р.Обь у п.Андра и оценка
их состояния после выполнения русловыпранительных работ
5.5. Экономическая эффективность предлагаемых мероприятий
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Трассы магистральных трубопроводов на территории Российской Федерации пересекают более 1000 водных преград. От надежности и безопасности работы газопроводов зависит экологическая стабильность водных объектов и бесперебойность подачи энергоносителей потребителям. Однако, из-за неучета ряда гидродинамических факторов при проектировании, строительстве и эксплуатации подводных переходов, уровень надежности и безопасности работы газопроводов снижается, о чем свидетельствуют значительные финансовые средства, ежегодно направляемые ОАО "Газпром" на предупреждение и ликвидацию аварий. Основными причинами возникновения аварийных ситуаций на подводных переходах являются провисы и оголения трубопроводов, образующиеся в связи с изменением интенсивности и направленности руслового процесса, в результате неучета факторов технологии строительства подводных траншей, не верного выбора мест расположения карьеров и не учета общей динамики руслового процесса в зонах выше и ниже подводных переходов трубопроводов.
Анализ существующих методов защиты подводных переходов трубопроводов от размыва (защита трубопроводов песчано-гравийными грунтами, камнем, контейнерами с цементно-песчаной смесью; крепление берегов и дна гибкими синтетическими материалами; возведение местных русловыправи-тельных сооружений) показал, что они носят локальный характер и малоэффективны. Основные недостатки этих методов состоят в их недолговечности и не однозначном влиянии на естественный ход руслового процесса, прогнозирование которого в новых гидродинамических условиях затруднено. Кроме этого, причины разрушения этих сооружений состоят в подвижности дна рек, на котором возводится сооружение, и не учет динамики руслового процесса в период производства работ.
При проектировании подводного перехода наиболее важным является прогнозирование максимальных глубины и ширины размыва русла, определяющих заглубление трубопровода в ложе русла и ширину зоны подводного

перехода. Существующие методы расчета русловых деформаций не учитывают специфику подводных переходов, заключающуюся в том, что разработка и последующий замыв траншей вызывают изменение физикомеханических характеристик грунтов ложа за счет разрушения их естественной структуры и вымывания пылеватых, глинистых и органических частиц, вследствие чего на этих участках возникают интенсивные переформирования русла. Кроме того, прогноз русловых деформаций по осредненным гидравлическим характеристикам по створам, не учитывает гидравлические особенности течений рассматриваемого участка, что также приводит к значительным погрешностям при решении практических задач.
Состояние изученности вопросов темы. Исследованиям методов регулирования русел рек и защите магистральных трубопроводов посвящены работы В.Н.Гончарова, К.В .Гришанина, И.И.Леви, В.С.Кнороза, А.В.Карау-шева, Н.С.Знаменской, А.Г.Хачатряна, Х.Ш.Шапиро, Д.В.Штеренлихта, В.Ф.Снищенко, В.М.Лятхера, A.B.Магомедовой, А.Н.Милитеева, С.С.Медве-дева, В.С.Алтунина, О.Ф.Васильева, М.А.Великанова, В.С.Вербицкого, И.В.Егиазарова, Ю.А.Ибад-Заде, Н.Е.Кондратьева, Б.М.Кукушкина, Н.Ф.Не-федова, И.В.Попова, О.М.Иванцова, M.Abbott, I.Bogardi, Y.Chen, J.Cunge, F.Holly и других авторов.
Анализ литературных источников позволяет выделить три основных метода:
- к первому методу следует отнести способы экстренной защиты трубопроводов от возможных аварий при негативном воздействии русловых деформаций. Защита осуществляется с помощью засыпки ям размыва грунтом и камнем, укладки мешков с цементно-песчанной смесью, дополнительного заглубления трубопровода методом подсадки;
- ко второму методу можно отнести крепление береговых склонов гибкими синтетическими материалами различного состава;
- к третьей группе относятся методы защиты трубопроводов с помощью русловыправительных сооружений, полузапруд, наносоудерживающих

т0дБ Зг
дЧн ! д~ р.
1 + Г

2200 т 0 ей ^ = £?Я + г/г; Ч = НУ ,
(2.7)
где »го - относительная плотность наносов; цн - удельный расход наносов, кг/с-м; 5 - продольная координата, м; г - отметка уровня воды, м; / - время, с; 0 - расход воды, м3/с; С - расход наносов, кг/с; с1 - диаметр частиц грунта, м; Н - глубина потока, м; V - средняя скорость потока, м/с; ¥н- "несдвигающая" для данного грунта средняя скорость потока, м/с; кцг - гидравлические потери на сопротивление, м; Г - параметр турбулентности.
Сравнение системы уравнений (2.7) и системы уравнений (2.5) показывает, что их отличия состоят только в виде зависимости, описывающей уравнение транспорта наносов, и в виде уравнения связи между глубиной потока, отметками водной поверхности и дна.
Система уравнений (2.7) выведена В.Н.Гончаровым для определения объема размыва в нижнем бьефе гидроузлов, поперечный профиль которого задан автором работы [11] в виде треугольника с длиной основания 5 и высотой Аг, равной понижению уровня воды за интервал времени Л. Такое схематическое представление процесса размыва позволяет получить следующую зависимость для определения объема размыва в условиях плоской задачи:
начальный /у и конечный /2 моменты времени, м; ц - продольный уклон водной поверхности; хо - продольная координата створа, где рассчитывается объем размыва, м.
Кт=х0-(Н2-Н0)- — + 0,275/0х02, (2.8)

(2.8)
112 У
где - объем размыва дна, м3; Н0 и Н2 - глубины потока в нижнем бьефе в
К объему деформаций дна В.Н.Гончаров добавляет объем размыва берегов, вызванный их обрушением. Объем обрушения находится по формуле:
щ^ _ тАУ'~~ т11гАг’ (2-9)