ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (Нефтегазопроводов)

Рис. 3. Расчетная схема для определения дополнительных объемов разработки подводных траншей с учетом точности прогноза плановых деформаций русла.

а - профиль прибрежного участка русла по створу перехода, б - поперечный профиль траншеи в прибрежной части русла (разрез по 1-1); 1 - линия проектного дна реки; 2 - линия прогнозируемого размыва русла; 3 - линия характерного участка подводного прибрежного склона; 4 - дно траншеи.

Рис. 4. Номограмма y₀=f(p₀, b₀/[m_от (Н_макс+h_т)]).

Рис. 5. Номограмма y₀=f(p₀, x).

8.11. Глубину траншеи h_т для определения параметров, необходимых при расчете по формуле (21), находят из выражения

h_т=z_пр+0,5+D_т, (22)

где D_т - диаметр трубопровода; z_пр - значение прогнозируемого размыва дна на вертикали с максимальной глубиной русла.

8.12. Если дополнительные объемы разработки подводной траншеи DW_п превышают 10 % общего объема разработки, то на стадии составления рабочих чертежей необходимо уточнить прогноз на основании дополнительных материалов, обеспечивающих снижение значении запаса DL. С этой целью следует привлечь съемки за более продолжительный период времени и выполнить повторную русловую съемку в более крупном масштабе.

8.13. При определении значении глубинных деформаций на основании совмещения поперечных профилей русла следует учитывать случайные погрешности, обусловленные: погрешностью измерения глубин при русловой съемке d_г, погрешностью определения глубины на плане русловой съемки d_п, погрешностью совмещения поперечных профилей d_совм (см. рекомендуемое приложение 9). Общую среднюю погрешность определения глубинных деформаций находят из выражения

d_z= . (23)

Средняя погрешность измерения глубины d_г при эхолотировании принимается равной 0,3 м. Средняя погрешность определения глубины на плане русловой съемки d_п принимается равной 0,5D₀, где D₀ - шаг изобат, м. Средняя погрешность совмещения поперечников d_совм в метрах принимается равной 0,5 M_в/1000, где M_в - вертикальный масштаб поперечного профиля. Если погрешность d_z больше половины прогнозируемого значения размыва z_пр, ее следует принимать равной z_пр+2d_z одновременно следует оценить дополнительный объем разработки грунта, обусловленный введением запаса Dz=2d_z.

8.14. Дополнительный объем разработки подводной траншеи DW_г м³ вследствие возможной погрешности прогноза глубинных деформаций (в сторону их завышения) следует определять по формуле

DW_г=Dw_срl₀, (24)

Рис. 6. Номограмма для определения относительного увеличения площади поперечного сечения подводной траншеи Dw/w в зависимости от параметра b₀/(m_отh_т).

где Dw - среднее увеличение площади поперечного сечения траншеи при увеличении ее глубины на d_z, м²; l₀ - длина участков траншеи между наинизшими отметками подводных береговых склонов русла.

8.15. Относительное увеличение площади поперечного сечения подводной траншеи Dw/w следует определять по номограмме (рис. 6) в зависимости от погрешности прогноза глубинных деформаций Dz, средней глубины траншеи h_т на участке длиной l₀, и параметра b₀/(m_отh_т), где m_от - коэффициент заложения откоса траншеи. Для оценки величины DW_г на стадии изыскании значения параметров h_т и b₀/(m_отh_т) следует принимать по табл. 5 в зависимости от ширины меженного русла В.

Таблица 5

Значения параметров h_т и b₀/(m_отh_т) в зависимости от ширины меженного русла

В, м

h_т м

m_от=2

m_от=3

50

2,6

0,69

0,46

100

2,9

0,65

0,47

200

3,2

0,64

0,43

400

3,5

0,74

0,49

800

3,7

0,92

0,58

1600

4,0

1,29

0,89

8.16. При выполнении инженерных изысканий следует учитывать, что для переходов при ширине русла в межень до 400 м, точность прогноза плановых деформаций влияет существенно больше нa объемы подводных земляных работ, чем точность прогноза глубинных деформаций. Для переходов при ширине русла в межень более 400 м точность прогноза глубинных деформаций играет определяющую роль в определении объемов разработки траншеи только при сравнительно низких темпах размыва берегов: до 0,6 м/год для рек шириной 400 м и до 1,5 м/год для рек шириной до 1600 м.

9. ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИИ ВОЗМОЖНОГО РАЗМЫВА РУСЛА 9.1. Построение на профиле перехода линии возможного размыва русла за период эксплуатации трубопровода следует выполнять с учетом типа руслового процесса на основании материалов топографических, гидрологических и инженерно-геологических изыскании, производства расчетов и прогнозов плановых и высотных деформаций дна и оценки их ориентировочной точности, а также на основании учета конструктивных решений перехода.

9.2. При ленточногрядовом и побочневом типах руслового процесса прогнозируемый профиль возможного размыва строят с учетом только высотных деформаций дна. При остальных типах руслового процесса наряду с глубинными деформациями следует учитывать плановые смещения берегов русла.

9.3. Основой для определения глубинных деформаций наряду со съемками прежних лет должны служить русловые съемки участка перехода, выполненные при изысканиях. Линию глубинных деформаций в створах строят в следующем порядке:

- на основании совмещения планов разных лет съемки, поперечных профилей или расчетным путем определяют вероятность и темпы смещения русловых мезоформ, плёсовых лощин, перекатов и длину участка совмещения L_совм;

- совмещают на одном чертеже поперечные профили русла для участка выше створа перехода (за исключением участков меандрирующих рек с развитыми излучинами);

- по наинизшим отметкам совмещенных профилей проводят огибающую линию глубинных деформаций (размывов), обусловленных предполагаемым смещением плёсовых лощин с вышерасположенного участка реки в створ перехода за многолетний период;

- на основании материалов годичного цикла изысканий или расчетным путем определяют значение сезонных деформаций;

- строят прогнозируемый профиль суммарных (многолетних и сезонных) размывов дна.

9.4. Для рек шириной менее 50 м с сокращенным объемом изысканий совмещения поперечных профилей русла и построения огибающей линии глубинных деформаций не требуется. Вместо этого определяют наибольшую глубину по продольному профилю русла в пределах данной макроформы. Плановые деформации определяются совмещением планов разных лет съемки, в соответствии с п. 9.3.

9.5. При ленточногрядовом и побочневом типах руслового процесса поперечники следует совмещать по осевой (средней геометрической) линии русла.

При ограниченном меандрировании поперечники, включающие русло и пойму, следует совмещать по средней линии пояса меандрирования.

Рис. 7. Участок русла с побочневым типом руслового процесса.

Створ перехода совпадает с поперечником 15.

9.6. Длину (в метрах) участка русла с ленточногрядовым, побочневым или осередковым типами, в пределах которого выполняется совмещение поперечных профилей, следует принимать по зависимости

L_совм=k_зС_прТ_пр, (25)

где С_пр - средняя прогнозируемая скорость смещения характерных точек русловых мезоформ или других фрагментов руслового рельефа (гребень переката, подвалье плёса и т.д.), определяемая на основании совмещения разновременных русловых съемок по формуле (7) или по реке-аналогу, м/год; Т_пр - расчетный срок прогнозирования, включающий время проектирования и строительства, год; k_з - коэффициент запаса, зависящий от достоверности определения С_пр, принимаемый для интервала совмещения более 10 лет равным 1,2, а для интервала менее 10 лет, а также для значений С_пр, полученных расчетом или по объекту-аналогу, равным 2.

9.7. Прогнозируемый поперечный профиль размыва русла при побочневом, осередковом и ленточногрядовом типах руслового процесса необходимо строить с учетом скорости смещения мезоформ и длины участка совмещения, определяемой по формуле (25) и по схемам, представленным на рис. 7, 8.

Рис. 8. Прогнозируемые поперечные профили размыва русла.

1 - между поперечниками 8-15 аа₁а₂а₃b₁b₂b₃b₄a₆; 2 - между поперечниками 12-15 аа₁а₂а₃b₁c₁c₂a₆; 3 - между поперечниками 14-15 аа₁а₂а₃a₄a₅a₆. Местоположение поперечников показано на рис. 7.

Рис. 9. Схема построения прогнозируемого профиля размыва русла для свободномеандрирующих рек.

а - при трассировке трубопровода с кривой искусственного гнутья, б - при трассировке трубопровода по радиусу упругого изгиба; 1 - линия естественного дна, 2 - линия прогнозируемого размыва русла, 3 - дно траншеи, 4 - вспомогательные кривые построения прогнозируемого профиля размыва.

9.8. Для свободномеандрирующих рек профиль возможного размыва русла строится в следующем порядке (рис. 9):

- на поперечном профиле русла в створе перехода проводят линию, параллельную существующей линии берега и подводного берегового склона, смещенную относительно нее в направлении размыва на расчетную величину ;

- на уровне, соответствующем наинизшей отметке прогнозируемого глубинного размыва, проводят горизонтальную линию.

Сопряжение прогнозируемых линий глубинного и берегового размывов выполняют с учетом трассировки трубопровода. При трассировке трубопровода по радиусу искусственного гнутья линии продолжают до их взаимного пересечения (рис. 9 а), При трассировке трубопровода по радиусу естественного упругого изгиба (рис. 9 б) линию размыва (отступления берега) 2 продолжают до пересечения с горизонтальной линией 4, проведенной на уровне наинизшей отметки существующего дна (точка А). Линию глубинного размыва 1 продолжают до вертикали, проведенной через точку В до пересечения характерной линии существующего берегового склона с горизонтальной линией на уровне наинизшей отметки существующего дна (точка С). Крайние точки С и А линии глубинного размыва и отступления берега соединяют прямой линией.

9.9. При сокращенном объеме изысканий для рек ленточногрядового и побочневого типов, а также для ограниченного меандрирования профиль возможного размыва строят в порядке, аналогичном указанному в п. 9.8.

9.10. Отступление бровок обоих берегов при ленточногрядовом и побочневом типах руслового процесса принимается равным

L_б=(В_макс-B_ств)/2, (26)

где В_макс - максимальная ширина русла между бровками берегов на участке длиной L_совм, определяемом в соответствии с п. 9.6; B_ств - ширина русла между бровками берегов в проектном створе; L_б принимается равным не менее 20 м.

9.11. Отступление бровки размываемого берега за прогнозируемый период при ограниченном и свободном меандрировании (для излучин с углом разворота менее 50°) следует определять графическим или аналитическим способом. При графическом способе (рис. 10) совмещают по общим ориентирам разновременные съемки излучины, измеряют смещение излучины L_и за период между съемками t, далее смещают план участка более поздней съемки относительно первоначального положения излучины на величину L_и.р=L_иТ_пр/t, где Т_пр - продолжительность прогнозируемого периода. При аналитическом способе следует использовать данные о скорости сползания излучины С_и по участку (или реке)-аналогу. Смещение излучины за прогнозируемый период Т_пр следует рассчитывать по формуле

L_и.р=aС_иТ_пр,

где a - коэффициент запаса, равный 1,5, если аналогом является участок данной реки, и равный 2,0, если аналогом является участок другой реки.

Рис. 10. Схема смещения излучины при ограниченном меандрировании.

1 - положение излучины в начальный момент; 2 - положение излучины на конец прогнозируемого периода; 3 - ось симметрии излучины в первоначальном положении; 4 - проектный створ; В_м - ширина пояса меандрирования.

Смещение бровки берега в створе перехода L_б за прогнозируемый период Т_пр определяют в соответствии со схемой рис. 10 с помощью графиков рис. 11, 12, в зависимости от параметров L_и.р/l_и, x/l_и, где L_и.р - расчетное смещение излучины, l_и - шаг излучины (расстояние между точками перегиба средней линии русла), x - расстояние от вершины излучины до створа перехода. Для определения величины L_б необходимо значения L_б/B, полученные по графикам рис. 11, 12, умножить на ширину пояса меандрирования В_м - расстояние по перпендикуляру между касательными к вершинам смежных излучин.

При расположении створа перехода ниже по течению от вершины излучины на расстоянии, меньшем половины расчетного смещения излучины L_и.р, следует учитывать размыв обоих берегов, а при большем расстоянии - только размыв вогнутого берега.

Рис. 11. Графики относительного размыва выпуклого берега в зависимости от расстояния проектного створа до вершины излучины при различных смешениях излучины.

9.12. При русловой и пойменной многорукавности с устойчивыми островами профиль возможного размыва строят отдельно для каждого разветвления русла по схеме, близкой к побочневому типу или меандрированию в соответствии с характером развития рукава.

Рис. 12. Графики относительного размыва вогнутого берега реки.

a - L_и.р/2<x<L_и.р; б - L_и.р<х.

9.13. Дополнительные деформации дна, обусловленные переформированием русловых микроформ (гряд), определяют из выражения

D_г=0,1k_г(H_5%-H), (27)

где k_г - коэффициент, учитывающий возможныt, отклонения фактической высоты гряд от расчетных значений, принимаемый равным 1,3; Н_5% - глубина на расчетной вертикали при уровне воды 5 %-ной обеспеченности; Н - глубина на этой же вертикали на момент русловой съемки.

9.14. Полученный прогнозируемый профиль возможного размыва русла на участке перехода совмещают с поперечным профилем русла в проектном створе, на который наносят границы залегания трудноразмываемых грунтов (базальтового слоя), если они обнаружены при инженерно-геологических изысканиях.

Окончательный профиль возможного размыва дна в створе перехода с выходами трудноразмываемых грунтов (базальтового) выше прогнозируемого профиля многолетних и сезонных деформаций дна, следует проводить по границе трудноразмываемых пород.