Строительство трубопроводов в сейсмических районах

Сейсмостойкость и внутренние инженерные системы

Подземные толчки, которые два года подряд фиксируются в разных частях света, просыпающиеся вулканы – все это свидетельствует о том, что в настоящее время Земля вошла в фазу повышенной сейсмической активности. В этой статье изложены общие требования, предъявляемые к инженерным системам зданий, строящихся в сейсмоопасных районах.

Свыше 20% территории Российской Федерации относится к сейсмоопасным зонам, в которых возможны подземные толчки, превышающие 7 баллов по шкале Рихтера. Более 5% территории России занимают чрезвычайно опасные 8–9-балльные зоны. К ним относятся Северный Кавказ, Алтай, Саяны, Прибайкалье, Становое нагорье, Якутия и весь Дальний Восток, включая Камчатку, Сахалин и Курильские острова. Остальная территория нашей страны считается умеренно сейсмически спокойной, но и на ней отголоски землетрясений могут вызвать колебания почвы до 5 баллов.

Последние исследования и наблюдения показали, что во многих районах предполагаемая оценка уровня сейсмичности занижена. Также до сих пор не разработана методика, позволяющая с высокой точностью прогнозировать, где и в какое время произойдет землетрясение. Последний пример – землетрясение в Тыве, случившееся в декабре.

По словам экспертов, наличие на территории России столь большого количества районов, где потенциально возможны разрушительные землетрясения, делает прогнозирование сейсмической активности и разработку специальных мероприятий по строительству в сейсмоопасных зонах одним из важнейших объектов внимания государства.

Как отмечает заведующий лаборатории сейсмостойкости конструкций центра исследований сейсмостойкости сооружении ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Аркадий Грановский, в РФ нет необходимости полностью отказываться от строительства объектов в потенциально опасных с сейсмической точки зрения зонах. Например, в Китае, Японии и Чили успешно используются технологии, обеспечивающие безопасность сооружений на сейсмоактивных территориях. Одним из технических решений является повышение жесткости и устойчивости конструкций.

Также за рубежом очень широко применяется технология строительства на сейсмоизоляторах. Их основная задача – гасить динамические нагрузки у основания зданий. В нашей стране сейсмоизоляторы только начинают использоваться.

Для обеспечения безопасности зданий на сейсмоопасных территориях используются и специальные сейсмобезопасные фундаменты и особые сейсмические пояса, представляющие собой «усиления» между этажами строений. Кроме того, для укрепления зданий применяются контрфорсы – вертикальные выступающие части стен, обеспечивающие устойчивость конструкции путем создания противовеса.

В то же время у экспертов вызывает беспокойство безопасность высотных зданий, которые активно строятся в нашей стране в последние 10 лет. Чем выше здание, тем большую амплитуду колебаний оно развивает. Важно, чтобы не только конструкции таких зданий выдержали землетрясение, но и инженерные системы. Современное здание представляет собой комплекс сложных инженерных систем. Водоснабжение, отопление, холодоснабжение – во всех этих системах имеется большой объем воды, при их повреждении на начальной стадии землетрясения может значительно осложниться эвакуация людей из здания. А ведь по рекомендации МЧС при первых подземных толчках необходимо как можно быстрее покинуть здание. Также важна работоспособность системы пожаротушения. Известно, что значительный ущерб во время землетрясений вызывают возникающие впоследствии пожары. Причины их возникновения – обрыв электропроводки в зданиях во время толчков, падение нагревательных приборов, плит и т.п.

При проектировании сетей и сооружений водоснабжения для районов с сейсмичностью 7–9 баллов следует предусматривать специальные мероприятия (устройство установок аварийных насосов, электрических установок и т.п.) по обеспечению подачи воды для тушения пожаров, которые могут возникнуть при землетрясении, бесперебойную подачу питьевой воды, а также подачу воды на неотложные нужды производства.

Пожарные гидранты, а также колодцы с задвижками на трубопроводах следует располагать так, чтобы вероятность их завала в случае обрушения окружающих зданий и сооружений была наименьшей. Для этого рекомендуется пожарные гидранты и колодцы с задвижками располагать с торцов зданий.

Общие правила

При сейсмических толчках на трубопроводную сеть воздействуют нагрузки, значительно превосходящие ее собственный вес, поскольку к нему добавляются вес транспортируемой жидкости и вес теплоизолирующих и защитных материалов. Это требует увеличения жесткости всей трубопроводной структуры и организации надежного сопротивления воздействию перегрузок.

В России существуют основные правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах, которыми следует руководствоваться не только при разработке несущих конструкций, но и при проектировании инженерных сетей и сооружений [1].

При разработке проектной документации следует:

Испытания трубопроводов и оборудования

В соответствии с законом «О техническом регулировании», новые строительные материалы и изделия, предназначенные для серийного производства, подлежат обязательной оценке и подтверждению соответствия требованиям безопасности.

Важным этапом таких исследований является оценка характеристик, влияющих на сейсмическую устойчивость материалов и изделий, таких как критические ударные, вибрационные и продольно-поперечные механические нагрузки. Для исследований применяются стенды динамического нагружения, виброплатформы, а также специальные вибромашины, способные воспроизводить трехмерные колебания и моделировать нагрузки, которые испытывают инженерные системы во время землетрясений. Проводятся испытания как труб, так и опор, на которых крепятся трубопроводы.

Полученные в результате испытаний данные позволяют определить физико-механические, эксплуатационные, а также, при необходимости, другие характеристики, например, динамические показатели испытываемой системы. Если в процессе испытаний произошло разрушение или нарушение герметичности трубопровода, то производителю необходимо разработать способы повышения их надежности.

Особенности прокладки трубопроводов в сейсмоопасных районах

Следующие особенности прокладки трубопроводов в сейсмоопасных районах должны препятствовать их деформации и разрушению при сейсмических нагрузках:

Опоры для крепления трубопроводов

Магистральные трубопроводы внутри здания обычно прокладывают параллельно друг к другу с перпендикулярными пересечениями и ответвлениями. Работоспособность трубопровода обеспечивается способностью противостоять разрушению (коллапсу) коммуникационных сетей, гарантировать минимальное количество возможных повреждений, локализуемых в каждом сетевом контуре и возможностью безопасного присутствия людей и использования помещений и сетей объекта по прямому назначению.

Стойкость к разрушению обусловлена, прежде всего, общей способностью трубопроводной сети гибко (эластично) реагировать на смещение строительной конструкции. Минимальное количество возможных повреждений обеспечивается сопротивлением каждого элемента сети сейсмическому воздействию. Следовательно, опоры трубопровода должны компенсировать смещения строительных конструкций при землетрясении, чтобы в трубах не возникли механические напряжения, ведущие к их деформации и разрушению.

На рис. 1 представлен вид опоры трубопровода с компенсационными салазками и направляющим хомутом. Эта опора позволяет трубопроводу двухмерное перемещение для компенсации возникающих деформационных нагрузок.

Опора трубопровода с компенсационными салазками и направляющим хомутом

На рис. 2 представлен способ крепления каналов на компенсационных роликах. Подобный способ крепления имеет свои недостатки: требуется выполнение разрывов в теплоизолирующем слое в том месте трубопровода, где он соприкасается с роликами. Кроме того, в случае бокового смещения труба может выйти за пределы ролика.

Крепление каналов на компенсационных роликах

Для того чтобы обеспечить трехмерное перемещение трубопровода, можно использовать подвеску трубопроводов, показанную на рис. 3. Подвеска обеспечивает свободу перемещения трубы, легкость монтажа теплоизоляционного покрытия, но требует большого числа распорочных антисейсмических креплений. Кроме того, для монтажа такой подвески понадобится установка специальных опорных лесов для временной укладки трубопроводной консоли.

Сейсмоустойчивая подвеска трубопроводов

В настоящее время специально для Японии был разработан антисейсмический элемент для инженерных сетей, позволяющий компенсировать напряжения, возникающие в системе при землетрясениях более 9 баллов при пересечении трубопроводом демпферных швов в здании. Подобная антисейсмическая система, представленная на рис. 4, состоит из гибкого участка трубопровода и его крепления к ограждающим конструкциям.

Восстановление и усиление инженерных коммуникаций после землетрясений

Инженерные сооружения при землетрясении получают следующие повреждения:

Восстановление и усиление водопроводных, теплофикационных и канализационных сетей выполняют в соответствии с состоянием несущих конструкций здания и сооружения. Целесообразно все внутренние магистрали и стояки в здании и сооружении сосредотачивать в местах, соответствующих СП 31-114–2004.

Все поврежденные участки трубопроводов заменяют на новые или исправные. Узловые соединения и углы поворотов должны быть надежно прикреплены к несущим конструкциям здания или сооружения. Крепежные устройства трубопроводов должны иметь упругие прокладки.

Во всех вводах трубопроводов в здание или сооружение необходимо устраивать упругие внешние оболочки с толщиной стенки 2–4 см, исключающие жесткое соприкосновение труб с несущими и ограждающими конструкциями.

При замене труб следует отдавать предпочтение легким и прочным конструкциям из металла, устраивая, по мере возможности, гибкие стыковые соединения.

Мероприятия, проводимые для сейсмоопасных районов

Для того чтобы снизить риски для населения, проживающего в сейсмических районах, необходимы:

Литература

Материал подготовлен Шониной Н.А., старшим преподавателем МАрхИ

Источник

Укладка трубопроводов в сейсмически активных регионах – особенности, основные методы, перспективы развития

Опубликовано: 21.09.2015 Рубрика: Статьи Автор: Единый Стандарт

Трубопроводный транспорт является основным видом транспортировки углеводородного сырья в нашей стране. По трубопроводам осуществляется транспортировка нефти из районов ее добычи на нефтеперерабатывающие заводы и на внешний рынок. Нередко нефтепроводы проходят по территориям с высокой сейсмической активностью.

Изменения земной коры, возникающие при сейсмических подвижках, влекут за собой деформацию грунта, в результате чего вполне вероятны разрушения трубопроводов. На данный момент времени в истории нефтяной промышленности имеется несколько примеров таких аварий. В 1995 году в результате произошедшего землетрясения на острове Сахалин произошло несколько порывов нефтепровода с выбросом транспортируемой среды в окружающую среду. В 2002 году на Аляске из-за сейсмической активности произошли смещения нефтепровода, как по горизонтали, так и по вертикали. И это несмотря на то, что данный нефтепровод проектировался и строился с учетом вероятности землетрясения в 8 баллов. Дополнительную нагрузку на трубопроводные системы также оказывают селевые потоки и оползни, которые провоцируются все теми же процессами земной коры. Очевидно, что при проектировании избежать пересечения трубопроводов с зонами сейсмической активности, невозможно. Поэтому в качестве решения существующей проблемы предлагается использование особых технологий укладки труб, а также осуществление плановых предупредительных мероприятий.

При сейсмической активности территории пролегания трубопровода в 6 баллов следует предусматривать надземный способ прокладки, а при 8 баллах и выше – подземный. Конструкция стоек надземного нефтепровода должна обеспечивать возможность перемещения конструкции. Для этого прокладку нередко осуществляют зигзагообразной формой или в виде «змейки». Расчеты также показали, что при подземной прокладке труба способна выдержать смещение земли не более, чем на 0,6 м по вертикали или горизонтали. Превышение данного значения чревато разрывами трубы. Использование надземного способа укладки трубы позволяет увеличить данный показатель до 1,5 метров по вертикали и 5,5 метров по горизонтали.

Несмотря на очевидные минусы подземной прокладки в условиях повышенной сейсмичности, его продолжают использовать и дополнять новыми техническими решениями.

При реализации проекта «Сахалин II» была применена технология, позволяющая исключить сдавливание тела трубы смещающейся земной корой. Кроме того, сами траншеи были выполнены с определенными отличиями:

Основным недостатком таких решений является исключение возможности трубопровода перемещаться во время изменения сейсмической активности земной коры, что, в свою очередь, является основной задачей проектирования трубопроводов в районах с данной особенностью. Для решения этой задачи разработана конструкция под названием «скользящий анкер».

Принципиальная схема данного решения выглядит следующим образом: три металлические пластины размещаются на бетонных основаниях, а в месте контакта пластин они имеют жесткое соединение. Две крайние пластины направлены выпуклостью вверх, а средняя – вниз. Сверху этой конструкции укладывается трубопровод. Благодаря отсутствию жесткого соединения трубопровод способен перемещаться в различных направлениях. Данная конструкция требует определенного расчета, который должен учитывать не только вес трубопровода и транспортируемой среды, но и нагрузки от ветра, снега и прочего. Результатом расчета должно быть определение расстояния между опорами. Следует также учитывать, что во время гидравлических испытаний система заполняется водой, вес которой на порядок выше, чем вес нефти. Для обеспечения определенного уклона конструкцию опоры можно дополнить пружиной или другим упругим элементом.

Требования к трубопроводным системам, проложенным в сейсмически опасных регионах, постоянно ужесточаются. Проблема приобретает новые очертания, когда район впервые получает статус «сейсмически опасный». Опасные производственные объекты, находящиеся в данной местности, само собой эксплуатируются без наличия приборов и устройств, которые предусматривают определенную защиту от сейсмической активности земли. В этом случае можно говорить о том, что такие объекты представляют серьезную промышленную опасность.

В качестве решения проблемы стойкости опасных производственных объектов к сейсмоактивности предлагается отстраниться от идеи придания конструкциям и устройствам дополнительной жесткости, а, наоборот, придать им определенную оптимизированную гибкость. Активная форма защиты объектов видится наиболее перспективным направлением, обеспечивающим надежность и экономическую эффективность мероприятий в данном направлении.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Не пропустите:

Строительство трубопроводов в ростовской области

Строительство трубопроводов в особых природных условиях

Строительство трубопроводов в оренбурге

Строительство трубопроводов в омске

Строительство трубопроводов в нижнем новгороде