Сооружение подводных трубопроводов

закрепленных грунтов возможно использование двух технологий приготовления закрепленного грунта:

•непосредственно на укрепляемом береговом откосе; в карьере.

Применение первого варианта является предпочтительным, если береговой откос сложен суглинками или супесями. Необ­ ходимость использования второго варианта технологии возни­ кает в случае, когда береговой откос сложен песками или дру­ гими грунтами, не пригодными для закрепления вяжущим ВМТ-Л. Берегоукрепительное покрытие из закрепленного грунта соору­

Первый вариант берегоукрепительных работ с использованием закрепленных грунтов предусматривает выполнение следующих

из срезанного грунта формируется лоток, в который из битумовоза выливается вяжущее ВМТ-Л;

автогрейдером производится перемешивание грунта с вя­ жущим;

бульдозером послойно производится укладка закрепленного грунта на береговой откос, с междуслойным уплотнением прицепным дорожным катком, зацепленным за бульдозер.

Технология берегоукрепительных работ по второму варианту предусматривает разработку грунта и перемешивание его в карьере с помощью одноковшового экскаватора с обратной ло­ патой (рис. 6.8). Закрепленный грунт грузится на автосамо­ свал и транспортируется на укрепляемый береговой откос. Укладка закрепленного грунта производится бульдозером пос­ лойно с междуслойным уплотнением прицепным дорожным кат­ ком.

Производство берегоукрепительных работ с применением за­ крепленных грунтов возможно при положительных температурах воздуха и отсутствии атмосферных осадков.

Одним из вариантов защиты береговых участков подводных переходов трубопроводов от размыва являются гибкие крепле­ ния из изношенных автопокрышек грузовых автомобилей. По­ крышки с наружным диаметром 900-1100 мм укладываются плашмя отверстиями вверх на спланированный откос берега и на естественный откос в подводной части берегового склона. Уклон спланированного откоса на береговом участке не должен превышать 1:3. Покрышки укладываются рядами параллельно линии берега со смещением в смежных рядах в шахматном по­ рядке.

Покрышки скрепляют между собой с помощью синтетических канатов, кордовых прядей или оцинкованной проволоки, метал­ лической арматуры, защищенной от коррозии. Для укладки гиб­ кого покрытия на подводном участке закрепленного берегового

6

3

Рис. 6.8. Схема производства берегоукрепительных

склона изготовляют маты размером 5x10 м. Маты скрепляют меж­ ду собой так же, как отдельные покрышки. В зоне переменного уровня, от минимального меженного до максимального паводко­ вого, гибкое покрытие засыпают песчано-гравийным грунтом, слоем не менее 20 см над верхом покрышек. При отсутствии гравийного грунта в районе строительства перехода до­ пускается засыпать гибкое покрытие грунтом слоем толщиной не менее 0,5 м, с последующим его уплотнением.

6.3.ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ РЕКИ С РЕГУЛИРУЕМЫМ РЕЖИМОМ

Внастоящее время необходимость знания закономерностей переформирования речных русел, задачи оценки и прогнозиро­ вания русловых деформаций приобретают особую значимость. Это связано с тем, что строительство на реках различных инже­

нерных сооружений получило широкий размах.

С появлением на равнинных реках целых каскадов гид­ роэлектростанций с крупными плотинами и водохранилищами, сравнимыми с морями, происходят русловые процессы, приводя­ щие к коренным изменениям водного режима, стока наносов и, как следствие, обусловливают существенные переформирования и деформации речных русел.

Проектировщикам переходов магистральных трубопроводов

русла нижнего бьефа гидроэлектростанций - происходит про-' цесс трансформации естественного руслового процесса, видо­ изменяющий русло реки.

Трансформацией русла следует считать изменение геометри­ ческих и гидравлических характеристик русла реки, протекаю­ щее на большом расстоянии н обусловленное нарушением ранее существовавших режимов твердого и жидкого стока.

Возведение речных гидроэнергетических инженерных соору­ жений вызывает ярко выраженные местные деформации русла.

На основании выполненного в работе [5] анализа опыта проектирования и эксплуатации ряда крупных гидроэлектро­ станций можно выделить наиболее характерные черты общей картины проявления процесса трансформации русла в нижних бьефах энергетических гидроузлов с точки зрения влияния возможных русловых деформаций на интенсификацию размывов переходов магистральных трубопроводов.

В период строительства гидроузла в русле реки, стесненном перемычками, проистекают интенсивные местные деформации. Объем размыва в русле реки превышает объем твердого стока, соответствующий транспортирующим возможностям потока в ес­ тественном русле. Ниже гидротехнических сооружений обра­ зуются отложения наносов в виде перекатов.

Особенно заметно это явление проистекало в строитель­ ный период на Куйбышевском гидроузле на р.Волге (Волжская ГЭС имени В.И. Ленина), ниже которого образовался Морквашинский перекат в первый год эксплуатации ГЭС.

Постепенно осветленный поток, прибывающий из водохрани­ лища, размывает русло нижнего бьефа и передвигает зону наи­ больших отложений наносов вниз по течению. На начальном участке нижнего бьефа доминирующим видом трансформации рус­ ла является размыв, зона которого перемещается, распрост­ раняясь на все большую протяженность. Со временем этот на­ чальный участок становится более устойчивым, не отмечается значительного насыщения потока наносами и существенных деформаций дна реки. Стабилизация глубины после размыва, снижение скоростей потока и уменьшение подвижности донных осадков приводят к повышению устойчивости русла в этой зоне бьефа.

Наряду со стабилизацией примыкающего к гидроузлу участка русла нижнего бьефа отмечается смещение вниз по течению зоны интенсивного переформирования русла с его боковой эро­ зией. Боковая эрозия наблюдалась на нижнем бьефе Новосибир­ ской ГЭС на р.Оби.

Перестройку русла нижнего бьефа обычно сопровождается уменьшением его извилистости и сглаживанием различий между

также с систематически производимыми дноуглубительными ра­ ботами на перекатах, в процессе выполнения которых плесовые

места используются для отвалов грунта. Так, на отдельных участках нижнего бьефа Новосибирского гидроузла речное рус­ ло приобрело форму канала.

С общим увеличением глубины русла постепенно стабилизи­ рующийся процесс его трансформации усиливается из-за воз­ растания скоростей при продвижении высоких паводков. В ре­ зультате имеют место дополнительные размывы и увеличение транспорта наносов. Такой процесс наблюдался в нижнем бьефе Новосибирской ГЭС, коща через его инженерные сооружения в первый год эксплуатации был.пропущен высокий паводок, вы­ звавший быстрое распространение зоны интенсивного изменения русла вниз по течению.

Также на примере Новосибирского гидроузла выявилось влия­ ние карьерных разработок на трансформацию русла в нижних бьефах. Извлечение песка и гравийно-галечникового грунта из русла может привести к размыву дна выше и ниже карьера.

В зимних условиях из-за внутрисуточных колебаний уровней при регулировании мощности гидроузлов могут усиливаться за­ торные явления вследствие подвижек и нагромождений льда, что также является причиной руслового размыва.

Из приведенных примеров видно, что эффект регулирования стока в отношении развития русловых деформаций является не однозначным. В створах подводных переходов, проложенных в зоне водохранилищ, в результате уменьшения донных скоростей происходит интенсивное отложение наносов. Однако русло реки становится здесь распластанным и нередко многорукавным с на­ личием зон переуглубления. Значительным переформированиям подвергаются берега созданных водохранилищ из-за ветроволнового воздействия и возникновения вдоль береговых те­

Таким образом, при воздействии гидроэнергетического со­ оружения и комплексном использовании водохранилища, включая ирригационные цели, наблюдается плановая и глубинная пере­ стройка естественного русла реки. Возможные последствия трансформации руслового процесса вследствие возведения гид­ роэлектростанций и других инженерных сооружений не могут не учитываться при проектировании, строительстве и эксплуатации подводных речных переходов магистральных трубопроводов.

С целью систематизации основных факторов процесса воз­ действия трансформации русла на работоспособность подводных трубопроводов, расположенных в нижних бьефах гидроузлов, подробно рассмотрим конкретные примеры, иллюстрирующие не­ посредственное влияние русловых деформаций на эксплуатацию переходов магистральных трубопроводов.

В конце пятидесятых годов был введен в эксплуатацию под­ водный двухниточный переход длиной 4000 м через р.Обь. Выше створа перехода находится Новосибирский гидроузел на р.Оби. Инженерные сооружения гидроузла (водосливная плотина, трех-

камерный шлюз, здание ГЭС с семью агрегатами общей мощностью 455 тыс.кВт) вводились в эксплуатацию с ноября 1957 г. по март 1959 г. С помощью созданного водохранилища гидроузла полезной емкостью 4,4 км3 можно производить сезонное и су­ точное регулирование стока.

Русло реки на участке расположения створа подводного пе­ рехода трубопровода - однорукавное шириной 550 м. Глубина по судовому ходу достигает 5-6 м. Скоростной режим речного по­ тока в нижнем бьефе зависит от работы ГЭС и в течение суток может изменяться в широком диапазоне. В створе перехода по­ верхностные скорости варьируются в интервале - 0,5 1 м/с, а донные скорости соответственно - 0,45 - 0,87 м/с.

Инженерные сооружения Новосибирского гидроузла находятся на сложенном глинистыми сланцами и песчаниками основании, которое подвергается размыву. Поэтому произведено крепле­ ние нижнего бьефа за водопропускными сооружениями на дли­ не 50 м.

В результате пропуска первого паводка максимальным рас­ ходом 7510 м3/с через недостроенные бетонные сооружения Но­ восибирского гидроузла в 1957 г. произошел размыв скального основания за платиной до отметки 12,5 м, что фактически свидетельствует о размыве 6,5-метровой толщи скалы.

В табл. 6.1 приведены данные о максимальных расходах пропущенных через сооружения Новосибирской гидроэлектро­ станции паводков, наибольший объем которых был зарегистри­

3800 м. Минимальная ширина имеет место на однорукавных участках русла в месте выхода скальных пород и составляет в районе расположения створа перехода трубопровода 550-700 м.

Средняя годовая мутность реки в створе перехода в естег ственном состоянии до 1953 г. составляла 237 г/м \ Большая часть наносов (свыше 80 %) приносилась рекой весной.

На 30-километровом приплотинном участке крупность песков поверхностного слоя реки характеризуется диаметром 0,25 мм. В связи с наличием мощного слоя мелкозернистых песков в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла р.Обь на участке на­ хождения подводного перехода относится к рекам со слабо­ устойчивым руслом. В 1950 г. сезонные деформации в отдельных местах охватывали слой толщиной до 2-3 м. Со временем в связи с трансформацией русла и карьерными разработками наблюдалось укрупнение грунта в поверхностном слое. Так, к 1968 г. произошло увеличение его диаметра до 0,5 мм, а к 1975 г. - до 0,6 мм.

Правый берег в зоне подводного трубопровода сложен пес­ чаными грунтами с включением галечника, валунов и выхода скальных пород, и размыву не подвергается. Левый берег сформирован мелкозернистым наносным грунтом и за период 1960-1963 гг. трансформировался на 1,5-2 м.

В 1963 г. определено положение трубопровода посредством раскопки шурфов на берегах и водолазного обследования в русловой части перехода. Установлено, что заложение трубо­ провода на левобережном участке на 1,5-4 м выше проектного уровня и отсутствует каменная наброска на отрезке трубопро­ вода, проложенного по дну без заглубления.

В 1964 г. с целью защиты трубопроводов двухниточного пе­ рехода от размыва произведена песчано-гравийная отсыпка в русле реки и каменная отсыпка берегового участка трубопро­ вода (рис. 6.10). При устройстве каменной отсыпки трубо­ провод обкладывался мешками с цементно-песчаной смесью и за­ сыпался бытовым камнем.

результате прохождения первого после перекрытия р.Оби мощного паводка 1957 г., который сформировал гряду отложе­ ний, постепенно перемещающуюся вниз по течению за счет па­ водков последующих лет. Вторая волна, предшествующая рас­ пространению вниз по течению зоны преобладающего размыва, явилась следствием основного процесса перестройки русла, обусловленного задержкой твердого стока в водохранилище. Зарождение третьей волны подвижения зоны отложений может быть связано с высоким (Q - 8750 м3/с) паводком 1969 г. (см. табл. 6.1). Не исключено, что в результате образования по­ следующих мощных паводков возможно зарождение и прохожде­ ние новых волн отложений.

Процесс перемещения зоны отложения в нижнем бьефе Ново­ сибирского гидроузла иллюстрируется следующими показателями динамики транспорта русловых наносов: в 1959-1962 гг. зона

карьерные разработки, связанные ^добычей песка для нужд об­ щестроительного производства и замыва городских оврагов. Наибольший объем карьерного грунтоизвлечения осуществлялся начиная с 1960 г. на участке от ГЭС до месторасположения створа перехода. Так, за период 1960-1978 гг. извлечено свыше 30 млн м3 грунта, а количество грунта, смытого освет­ ленным потоком на всем участке, не превышает 8 млн м3.

В связи с тем, что объемы грунтоизвлечения из реки зна­ чительно превосходят объемы размыва русла осветленным по­ током, карьерные работы в нижнем бьефе гидроэлектростанции являются основной причиной незатухающего процесса перефор­ мирования русла в зоне расположения перехода магистрального трубопровода.

Прохождение высоких паводков 1966 и 1969 гг. вызвало по­ нижение уровней воды в районе расположения створа перехода как за счет размыва русла осветленным потоком, так и вслед­ ствие карьерных разработок. К настоящему времени размыв, ко­ торый обычно формируется вслед за прохождением зоны отложе­ ний, распространился на расстояние около 40 км, а зона отло­ жений удалена на 140 км от ГЭС.

Прогнозные оценки трансформации русла, составленные до 2000 г., предполагают, что при продолжении карьерных разра­ боток дополнительное понижение уровней воды в районе под­ водного трубопровода составит 0,30-0,45 м. Зона размыва при этом распространится примерно на 50 км от гидроузла.