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

10 УЧЕТ ЗАНОСИМОСТИ ПОДВОДНЫХ ТРАНШЕЙ НА ПЕРЕХОДАХ ТРУБОПРОВОДОВ Проектно-технологические задачи 10.1. Отложение донных наносов в траншее при скоростях течения потока, превышающих неразмывающие, необходимо учитывать для решения следующих задач:

- определение проектной ширины траншеи по дну с учетом расчетного запаса на заносимость;

- определение объема наносов, поступающих в траншею за время ее разработки;

- определение минимальной производительности земснаряда из условий заносимости траншей;

- определение возможности укладки трубопровода способом протаскивания в условиях интенсивной заносимости подводной траншеи.

Расчетные методы определения заносимости траншей 10.2. Для расчетов заносимости подводной траншеи необходимо располагать следующими исходными данными:

- поперечными профилями дна реки и траншеи в створе перехода;

- данными о гранулометрическом составе проб донных наносов;

- результатами измерения (или расчета) средних на вертикали скоростей течения потока в створе перехода при расчетном уровне воды. Измерения скоростей на вертикалях в период полевых изысканий следует выполнять при уровнях воды, близких к среднему рабочему уровню.

Скоростные вертикали необходимо располагать вблизи створа перехода.

Количество скоростных вертикалей определяется особенностями морфологического строения русла (формой поперечного сечения) и в зависимости от ширины реки составляет 2-5.

Вместо точечных измерений скорости потока на вертикалях допускается измерение ноля поверхностных скоростей поплавками с последующим пересчетом данных измерений на средние по вертикали скорости.

Пробы донных наносов следует брать одновременно с измерениями скорости течения на тех же промерных вертикалях.

10.3. В тех случаях, когда подводные земляные работы выполняют при уровнях воды и скоростях течения, существенно отличающихся от указанных в проекте, следует выполнить повторные расчеты заносимости траншей на стадии составления или уточнения проекта производства работ. Повторные расчеты выполняет строительная организация.

10.4. Расчеты заносимости траншеи в период строительства следует выполнять на основании измерений параметров потока (уровень, глубина, скорость течения) непосредственно перед началом или в период разработки траншеи. В отдельных случаях допускается расчет этих параметров на основании краткосрочного гидрологического прогноза, охватывающего период работы на подводном переходе.

10.5. Заносимость подводной траншеи следует учитывать лишь при скоростях, превышающих неразмывающие значения для данной крупности донных наносов в соответствии с таблицами рекомендуемого приложения 4. Оценка форм транспорта наносов при заносимости подводных траншей производится в соответствии с рекомендуемым приложением 11.

10.6. Неблагоприятные гидрологические условия при разработке подводной траншеи и укладке трубопровода в условиях интенсивного движения донных наносов следует учитывать увеличением ширины траншеи на значение расчетного запаса на заносимость Db₃.

10.7. Значение расчетного запаса на заносимость (в метрах) следует определять для наиболее неблагоприятного участка траншеи, на котором расход наносов имеет максимальное, а глубина траншеи - минимальное значение. Запас на заносимость траншеи определяют по формуле

Db₃=(q_тt_т)/h_т=C_вt_т, (28)

где q_т - удельная (на 1 м) интенсивность отложения наносов в расчетном сечении траншеи, м³/сут; t_т - время поступления наносов в расчетное сечение траншеи, сут; h_т - глубина траншеи в расчетном поперечном сечении, м; C_в - скорость смешения верхового откоса траншеи в процессе отложения наносов, м/сут.

10.8. При расчете запаса на заносимость Db₃ по формуле (28) предъявляются следующие требования к допустимой погрешности и способу определения величины q_т в зависимости от технологического параметра заносимости траншеи а=(q_тt_т)/w₀ и параметра m_отh_т/b₀, где m_от, b₀, w₀ - соответственно коэффициент заложения откоса, ширина по дну без учета заносимости и площадь расчетного поперечного сечения траншеи (рекомендуемое приложение 10). При а£0,1 допускается определение q_т расчетным способом для любых значений параметра m_отh_т/b₀ если средняя скорость течения на вертикали определена с относительной погрешностью не превышающей 0,1; при а£0,2 допускается определение q_т расчетным способом для значений параметра формы траншеи меньше 0,8 и при ограничении относительной погрешности значения средней скорости на вертикали, принятой в расчете; при а£0,2, m_отh_т/b₀>0,8, а также при а>0,2 к расчетным значениям величины q_т следует вводить, коэффициент запаса, равный

k=1+0,8- /q_т, (29)

где /q_т - допустимая относительная погрешность величины q_т, определяемая по табл. 6 в зависимости от технологического параметра заносимости а и параметра m_отh_т/b₀.

Таблица 6

Допустимая относительная погрешность величины q_т

а

m_отh_т/b₀

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

0,2

0,52

0,43

0,35

0,3

0,55

0,41

0,31

0,4

0,39

0,27

0,5

0,28

10.9. Если допустимая погрешность /q_т=0,3, то величину q_т целесообразно уточнить на основе измерений параметров и скорости перемещения донных гряд или принять по фактической заносимости траншеи, соответственно снизив коэффициент k до 1,3. Предельное значение технологического параметра заносимости траншеи a не должно превышать 0,5.

10.10. Выбор технических средств (по производительности), предназначенных для разработки подводных траншей на участках русла со скоростями течения (средними на вертикали) более 0,7 м/с в границах перемещения донных наносов (мелкозернистых и среднезернистых песков), следует выполнять исходя из условия

А£0,26, (30)

где А - расчетное значение технологического параметра заносимости траншеи (в пределах ширины русла), равное отношению суммарного количества донных наносов Q_т, откладывающихся в траншее в единицу времени, к суммарной производительности грунторазрабатывающих машин П_р, используемых одновременно на указанном выше участке (см. рекомендуемое приложение 10).

Значение Q_т м³/сут определяют по данным удельной интенсивности отложения наносов q_тi, в пределах отдельных участков длиной l_i и суммированием значений q_тil_i по всей ширине русла:

Q_т= , (31)

Для значений q_тi м³/(сут×м), полученных расчетным способом по измеренным скоростям течения на вертикалях, предельное допустимое значение технологического параметра заносимости А следует принимать не более 0,26. Увеличение предельного значения технологического параметра заносимости А до 0,32 допускается в случае более точного определения величины Q_т на основании непосредственных измерений высоты и скорости перемещения донных гряд в русле реки или измерений фактической заносимости траншей.

10.11. Проверку возможности укладки подводного трубопровода способом протаскивания следует выполнять при скоростях течения (средних на вертикалях на участке русла, сложенном мелкозернистыми или среднезернистыми песками) не менее 0,7 - 0,8 м/с, исходя из условия, что смещение верхового откоса траншеи (вследствие отложения наносов) L_в м за время укладки трубопровода не превосходило бы допустимого значения, равного

L_в.доп=b₁-1,5, (32)

где b₁ - расстояние от подошвы верхового откоса подводной траншеи до ее проектной оси, определяемое на основании промеров глубин траншеи эхолотом по поперечникам непосредственно перед укладкой трубопровода; 1,5 м - минимальный запас, учитывающий возможное отклонение трубопровода в процессе его протаскивания от оси траншеи в сторону верхового откоса.

10.12. Смещение верхового откоса траншеи (в метрах) определяют для наиболее неблагоприятного сечения по формуле

L_в=(2q_тмаксt_y)/h_т, (33)

где 2 - коэффициент, учитывающий возможное увеличение интенсивности отложения наносов в траншее (по сравнению с осредненным во времени значением) за интервал времени укладки вследствие неравномерности расхода наносов; q_тмакс - максимальное по фронту траншеи значение интенсивности отложения наносов для вертикали с наибольшей скоростью на 1 м длины, м³/сут; t_y - расчетное время укладки трубопровода, сут; h_т - глубина траншеи в расчетном сечении, м.

Погрешности определения расчетных параметров, входящих в выражение (33), для глубины траншеи не должны превышать 0,1 h_т, для времени укладки - 0,2 t_y, для расчетной интенсивности отложения наносов в траншее - 0,8 q_т.

10.13. Укладку трубопровода способом протаскивания допускается выполнить, если технологический параметр заносимости траншей при укладке А_у=(q_тt_y)/(b₁h_т) для измеренных значений b₁ не превышает значений, указанных в табл. 7.

Таблица 7

b₁ м

2

4

6

8

10

A_y

0,07

0,17

0,2

0,22

0,23

10.14. При увеличении точности определения q_т на основании натурных измерений с погрешностью, не превышающей 0,3 рассчитанных значений, укладка трубопровода допускается при значениях технологического параметра А_у, не превышающих значений, указанных в табл. 8.

Таблица 8

b₁ м

2

4

6

8

10

A_y

0,09

0,23

0,27

0,3

0,31

10.15. Расчет удельной интенсивности отложения наносов в траншее - расхода наносов q_т м³/(сут×м) для песчаных наносов со средним диаметром частиц до 0,5 мм, перемещающихся на расчетных вертикалях в форме гряд при средних скоростях потока менее 1,5 м/с, следует выполнять по формуле

q_т=16u⁵/H, (34)

где v, H - соответственно средняя скорость в метрах на секунду и глубина потока в метрах на расчетной вертикали в створе перехода до разработки траншеи.

На рис. 13 приведены графики q_т=f(u, H), построенные по формуле (34).

Рис. 13. Номограмма для расчета q_т по формуле (34).

10.16. При наличии фактических данных о высоте донных гряд h_г, перемещающихся в русле, интенсивность отложения наносов в траншее в м³/(сут×м) определяется по формуле

. (35)

Формула (35) используется для наносов любой крупности и скорости потока при грядовом движении наносов.

При отсутствии данных о высоте гряд величина h_г м в формуле (35) определяется по зависимостям (3) или (4).

Значения средней скорости потока на расчетных вертикалях, входящие в формулы (34) и (35), следует определять на основании натурных измерений или расчетным путем методами Бернадского, Великанова или на основе типового графика колебания уровней воды с помощью кривой расходов Q=f(H) и поперечного профиля дна реки в расчетном створе.

10.17. Суммарный объем наносов (в кубических метрах), откладывающихся в траншее по всей ширине русла в единицу времени, определяется по формуле

, (36)

где l_i - длина частных морфологически однородных участков русла вдоль фронта траншеи; q_тi - интенсивность отложения наносов на этих участках.

Натурные методы определения зависимости траншей 10.18. Для уточнения результатов расчетов заносимости подводных траншей в ответственных случаях следует применять натурные методы измерения расхода наносов, перемещающихся в форме гряд, либо измерения фактического объема наносов, отложившихся в траншее. В последнем случае перед разработкой проектной траншеи следует предусмотреть устройство опытной поперечной прорези на участке русла с максимальной расчетной интенсивностью заносимости.

10.19. Осредненный удельный расход наносов (м³/(сут×м)), перемещающихся в форме гряд, определяется по формуле

, (37)

где - средний по продольнику коэффициент формы гряды; - средняя по продольнику скорость перемещения гряд, м/сут; - средняя высота гряд по продольнику, м.

Входящие в формулу параметры определяют на основании обработки батиграмм, полученных при многократных промерах глубин эхолотом по постоянным продольникам в русле реки.

10.20. Среднюю скорость перемещения гряд определяют из выражения

, (38)

где Т_п - время между первым и последующим промерами, сут; - смещение характерных точек гряд (гребни, средние точки тылового откоса, подвалья) за время Т_п; n_г - число обработанных гряд на продольнике.

10.21. Коэффициент формы одиночной гряды определяют из выражения

m_г=F_г/(h_г/l_г), (39)

где F_г - площадь гряды в масштабе батиграммы, определяемая планиметрированием; l_г - длина гряды (расстояние между подвальями или гребнями двух смежных гряд) на батиграмме. Средний коэффициент формы гряд равен

, (40)

где n_г - число обработанных гряд.

Ориентировочно допустимо принимать =0,6.

10.22. При производстве промерных работ необходимо учитывать следующие основные причины погрешностей рассматриваемого метода:

- смещение промерного судна относительно створа при повторных промерах, определяемое качеством створов, воздействием на судно поперечного течения и ветра;

- неравномерность движения промерного судна по створу в интервале времени между двумя последовательными засечками его местоположения;

- несинхронность моментов плановых засечек с моментами регистрации оперативных отметок на батиграммах;

- недостаточные масштабы записи на батиграммах и на плане засечек.

10.23. Для опознавания гряд на последующих батиграммах следует проводить не менее трех серий промеров, принимая интервал времени между второй и третьей сериями в 2 раза меньше интервала между первой и второй сериями. Время между первой и второй сериями следует принять на основе предварительного расчета равным половине периода движения гряд:

t=(t_г/2)(l_г /2C_г), (41)

где C_г - определяется по номограммам рекомендуемого приложения 5 в соответствии с зависимостью (5).

10.24. В каждой серии следует выполнить не менее трех промеров по одному и тому же продольнику, определив линейные координаты характерных точек гряд как средние значения.

Интервалы времени между оперативными отметками на батиграммах для всех промеров и серий следует принимать равными 15-20 с.

Геодезические засечки положения промерного судна в моменты нанесения оперативных отметок на батиграммах выполняют с интервалом 0,5-1 мин.

Ошибка планового положения засекаемых точек не должна превышать в масштабе плана ±1,5 мм.

10.25. Среднее смещение гряд за время наблюдений должно быть существенно больше ошибки, обусловленной погрешностями построения плана засечек и измерения расстояний на плане засечек и на батиграммах. Максимальные абсолютные значения указанной ошибки для отдельных гряд м в зависимости от коэффициента масштаба плана засечек M_l и коэффициента масштаба расстояний на батиграммах M_б приведены в табл. 9.

Таблица 9

Значения при разных масштабах плана засечек M_l;

M_б

Масштаб M_l

1:500

1:1000

1:2000

1:200

1,6

2,7

5,2

1:500

2,7

3,5

5,7

1:1000

4,9

5,4

7,0

При определении C_г по нескольким грядам указанную выше среднюю погрешность следует принимать равной

, (42)

где определяют по табл. 9.

10.26. При промерах следует стремиться к возможно более крупному горизонтальному масштабу на батиграмме за счет уменьшения скорости промерного судна (движение его против течения), а также используя максимальную скорость записи батиграмм. Масштаб М_б следует по возможности сохранять одинаковым при всех сериях промеров. Величина смещения гряд определяется после приведения сравниваемых батиграмм к общему масштабу.