Строительство трубопроводов в ледовых условиях

Рисунок 1.9 — Ледовая платформа-трубоукладчик:

1 — разгружающее устройство; 2 — тяговые тросы; 3 — роликовая опора; 4 — кладовая материалов; 5 — рентгеновское оборудование; 6 — сварочное оборудование; 7 — тельфер; 8 — рубка управления; 9 — автокран (грузоподъемность 25 т); 10 — тяговая лебедка для передвижения трубоукладчика; 11 — электростанция мощностью 400 кВт; 12 — площадка для приготовления бетона; 13 — корпус трубоукладчика; 14 — лебедка; 15 — двухбаровая ледорезная машина; 16 — лед; 17 — подвеска трубы; 18 — трубопровод

Для придания трубопроводу заданной кривизны за платформой тросами буксируется устройство, с помощью которого трубопровод поддерживается на заданной от поверхности льда высоте. Трубопровод при движении скатывается по роликовым опорам подвески, регулирование положения которой по высоте производится полиспастом.

Трассу перед трубоукладчиком очищают от торосов, а поверхность льда выравнивают. Производительность трубоукладчика рассчитана на изготовление 650 м трубопровода диаметром 1020 мм в 1 сут. с применением автоматической сварки неповоротных стыков труб.

Рассмотренные методы укладки трубопровода со льда испытаны на моделях в ледовой лаборатории научно-исследовательского института Арктики и Антарктики в г. Ленинграде. Для этого была изготовлена модель ледового трубоукладчика в масштабе 1:50. В качестве трубопровода использовались полиэтиленовая труба диметром 25,4 мм, армированная для придания необходимой жесткости медным стержнем диаметром 1 мм в свинцовой оболочке. Длина модели 4 м, масса 1 см трубопровода — 8,2 г, что соответствует относительной плотности трубопровода 1,6.

Опыт проводился в лотке (4×2×1,5 м) при температуре окружающего воздуха 6—8°С, льда — (2÷4,5)°С, воды подо льдом 0,6°С. Соленость воды составляла 9,5‰, льда — 2,5‰. Во время эксперимента в лотке намораживался лед толщиной 2,5—5,5 см при глубине воды 100—140 см. Прочностные характеристики льда: уизг=13Н/см2, усж=62Н/см2.

В результате проведенных экспериментов было выявлено следующее. При укладке с применением ледового стингера наибольшее опасение вызывала возможность откалывания льда от трубопровода в результате изгиба трубы во время погружения на дно. Однако вмороженный трубопровод во время погружения до самого дна оставался сцепленным с ледовым стингером. При этом лед значительно уменьшал прогиб трубопровода по сравнению с трубой без льда. Через некоторое время ледовая подстилка под влиянием плюсовой температуры воды отсоединялась от трубы и сплывала на поверхность. Следовательно, рассеялось опасение, что трубопровод долгое время будет находиться на дне при малой отрицательной плавучести.

При укладке с ледового трубоукладчика необходимо было выяснить взаимодействие опускаемого трубопровода со льдом в майне. Выяснилось, что лед почти любой толщины без всяких поперечных надрезов беспрепятственно обламывается трубопроводом (участками до 15 м в натуре). Разломанные куски льда частично запасовываются под лед (в сторону майны), частично всплывают в майне после укладки трубопровода. Это явление благоприятствует укладке труб.

В Канаде разработан трубоукладчик, изображенный на рисунке 1.10, для укладки со льда предварительно изготовленной нитки трубопровода. Он состоит из рамы с полозом, который двигается по льду. На раме смонтирована ферма-направление, которая может поворачиваться на шарнире в вертикальной плоскости. В носовой части имеется неподвижный направляющий желоб, в кормовой части на тросах за проушины подвешен стингер. К раме прикреплена продольная балка с вмонтированным в неё колесом-фрезой для разрушения льда. В средней части рама трубоукладчика поддерживается гусеничной тележкой.

Рисунок 1.10 — Ледовый трубоукладчик для арктических районов Канады:

1 — салазки; 2 — рама; 3 — ферма-направление; 4 — шарнир; 5 — трубопровод; 6 — носовое направляющее устройство; 7 — лед; 8 — рама; 9 — гусеница с тележкой; 10 — колесо-фреза; 11 — продольная балка; 12 — стингер; 13 — проушина; 14— трос

Устройство работает следующим образом. Смонтированный и испытанный на льду трубопровод последовательно пропускается через направляющий желоб, ферму-направление и стингер. При продвижении трубоукладчика вперед, например за счет натяжения троса, связанного с анкером во льду, трубопровод проходит по всем направляющим с заданным радиусом изгиба. Для изменения глубины укладки, необходима замена стингера и фермы-направления. Лед прорезается колесом-фрезой. Трубоукладчиком такой конструкции можно укладывать только готовый (полностью собранный и сваренный на льду) трубопровод. Однако сборка и сварка трубопровода непосредственно на льду в ряде случаев затруднена, например в арктических условиях.