CC BY
25
УДК 624.131.1
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2020-6-67-70
РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ СКЛОНОВ ОТ ВОДНОЙ ЭРОЗИИ
DEVELOPMENT OF NEW METHODS FOR PROTECTING SLOPES FROM WATER EROSION
Д.Р. Хайруллин, А.Г. Набиуллина, А.С. Глазков, Д.А. Гулин, С.М. Султанмагомедов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9823-8022, E-mail: damir2018@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3734-8401, E-mail: ngsmetrolog@mail.ru ORCID:https://orcid.org/0000-0002-2703-840X, E-mail: fatglas@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3145-748X, E-mail: denis.ufa@list.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6111-1319, E-mail: ftt2010@mail.ru
Резюме: Склоны подвержены эрозионному размыву, а при прохождении трубопровода по таким участкам необходимы меры по недопущению пагубных воздействий эрозионных размывов на трубопровод. Существуют различные способы защиты склонов от эрозии грунтов, подходящие в той или иной степени к конкретному случаю размыва. В статье рассмотрены два способа защиты склонов от водной эрозии и предложены меры по их усовершенствованию. Первый способ заключается в перехвате поверхностного стока за счет создания траншеи и задерживающего земляного вала с неорганическим наполнителем и водо-удерживающим экраном. Вода во время снеготаяния и дождей, стекая по склону и проникая в глубь почвы, наталкивается на во-доудерживающий экран, состоящий из двух соединенных оцинкованных пластин, установленных в траншее, в результате чего, проходя через слой каменноугольного шлака, поступает в пустоты шаров. Пластиковые шары сохраняют свое место в траншее благодаря использованию сетки, установленной с определенным шагом в траншее. После весеннего оттаивания почва начинает поглощать воду, находящуюся в пустотах шаров, а так как этот процесс происходит постепенно, то уменьшается риск возникновения водной эрозии. Второй способ обеспечивает защиту трубопровода от оползня с помощью подпорки из свай и пластин. Трубопровод сохраняет устойчивость при оползневом процессе благодаря удерживающей способности буронабивных свай. Для этого к сваям привариваются пластины небольшой толщины, к которым и крепится трубопровод с помощью ремней и пористой прокладки. Сваи дополнительно удерживаются анкерами, которые установлены под углом к ним. Предложенные методы дополняют сферу защиты склонов от эрозионных размывов, в том числе и сферу защиты трубопроводов.
Ключевые слова: эрозия, защита склонов от эрозии, инженерная защита трубопровода.
Для цитирования: Хайруллин Д.Р., Набиуллина А.Г., Глазков А.С., Гулин Д.А., Султанмагомедов С.М. Разработка новых методов защиты склонов от водной эрозии // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 5-6. С. 67-70.
D0I:10.24411/0131-4270-2020-6-67-70
Damir R. Khayrullin, Aliya G. Nabiullina, Anton S. Glazkov, Denis A. Gulin, Sultanmagomed M. Sultanmagomedov
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9823-8022, E-mail: damir2018@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3734-8401, E-mail: ngsmetrolog@mail.ru 0RCID:https://orcid.org/0000-0002-2703-840X, E-mail: fatglas@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3145-748X, E-mail: denis.ufa@list.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6111-1319, E-mail: ftt2010@mail.ru
Abstract: Slopes are subject to erosion, and when the pipeline passes through such sections, measures are necessary to prevent the harmful effects of erosion on the pipeline. There are various ways to protect slopes against erosion of soils that are suitable in varying degrees to a particular case of a washout. The article discusses two ways to protect slopes from water erosion. Measures for their improvement are proposed, which are described in the article. The first method is to intercept surface runoff by creating a trench and a retaining earthen rampart with an inorganic filler and a water-retaining screen. Water during snowmelt and rain, flowing down the slope and penetrating deep into the soil, encounters a water-retaining screen consisting of 2 connected galvanized plates installed in the trench, as a result of which, passing through a layer of coal slag, it enters the voids of the balls. Plastic balls retain their place in the trench by using a grid set with a certain step in the trench. After spring thawing, the soil begins to absorb water located in the voids of the balls, and since this process occurs gradually, the risk of water erosion decreases. The second method protects the pipeline from a landslide by supporting it with piles and plates. The pipeline remains stable during the landslide process due to the holding capacity of the bored piles. To do this, plates of small thickness are welded to the piles, to which the pipeline is attached using belts and a porous gasket. The piles are additionally held by anchors that are set at an angle to it. The proposed methods are complementary to the scope of protection of slopes against erosion and washouts, including protection of pipelines.
Keywords: erosion; protection of slopes from erosion; engineering protection of the pipeline.
For citation: Khayrullin D.R, Nabiullina A.G., Glazkov A.S., Gulin D.A., Sultanmagomedov S.M. DEVELOPMENT OF NEW METHODS FOR PROTECTING SLOPES FROM WATER EROSION. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2020, no. 5-6, pp. 67-70.
DOI:10.24411/0131-4270-2020-6-67-70
Введение
Эрозия почвы во время дождя - это результат совместного воздействия падающих капель и потока воды. Склоны особенно подвержены эрозионным процессам. Для магистральных трубопроводов эрозия опасна, так как может привести к отказам и авариям, поэтому необходимы меры по их защите.
Кроме различных способов борьбы с эррозией грунтов на склонах, существуют и разные виды инженерной защиты трубопроводов. Основными из них являются водоотводные сооружения, поверхностное закрепление грунта, биологическая рекультивация и т.д. В статье рассмотрены два усовершенствованных способа защиты склонов от водной эрозии.
Разработка способа защиты склонов путем перехвата сточных вод
Данный способ опирается на [1] и заключается в перехвате поверхностного стока в период дождей, а также обильного снеготаяния за счет создания траншеи и земляного вала с водоудерживающим экраном и неорганическим наполнителем.
На рис. 1 представлена схема устройства для перехвата сточных вод.
В первую очередь намечается дугообразная трасса траншеи перед вершиной склона с крутизной а. Расположение подбирается таким образом, чтобы исключить осыпание вершины и обеспечить безопасность в ходе работы строительной техники. При строительстве трассы траншеи на косогорных участках с поперечным уклоном а более 8° должны предварительно устраиваться полки со съездами и въездами, согласно [2], для безопасного проезда строительной техники.
Вехний плодородный слой снимается в кавальер 1, высотой не более 50 см, а более глубокий слой идет на устройство водозадерживающего земляного вала 2, который затем утрамбовывают. Далее рабочие вручную устанавливают водоудерживающий экран, состоящий из двух рядов стальных оцинкованных листов 3, толщиной 1,5-2 мм. Один ряд пластин, равный ширине траншеи, кладется на дно, а другой располагается вертикально и прижимается непосредственно к стенке траншеи, при этом он плавно сопрягается с водоудерживающим экраном. Для того чтобы исключить протекание воды между листами, необходимо все стыки листов скрепить между собой с помощью уголков и пластинок, а места стыков дополнительно промазать водоудержива-ющими составами.
Далее устанавливается сетка 4, которая позволяет избежать уноса неорганического наполнителя 5 в виде шаров с возвышенных мест на более низменные по склону с уклоном р. Так как траншея не всегда расположена на одной высотной отметке, то возможны подвижки неорганических наполнителей в виде шаров в более низменные места, что приводит к оголению возвышенных участков. Сетки устанавливаются друг за другом с шагом, зависящим от угла траншеи на расстоянии 2-8 м. После установки сетки подвозят автотранспортом неорганический наполнитель, который представляет собой множество полых пластмассовых шаров (рис. 2) диаметром 5 см с шестью сквозными отверстиями, и заполняют им траншею, оставляя сверху 20 см для фильтрационного материала 6 из каменноугольного шлака фракцией 2,0-2,5 см, который засыпают вручную вровень с поверхностью земли.
Работа устройства заключается в следующем.
Вода во время дождей и снеготаяния стекает по склону и проникает в глубь почвы, при этом она наталкивается на установленный в траншее водоудерживающий экран, в результате чего поступает в пустоты шаров. Поверхностный сток благодаря наличию водозадерживающего земляного вала задерживается и также поступает в траншею, при этом проходит через слой каменноугольного шлака, который создает фильтрационный барьер для наносов и исключает попадание последних в пустоты шаров.
После весеннего оттаивания почва начинает поглощать воду, находящуюся в пустотах шаров. Благодаря медленному переходу влаги в почву уменьшается риск проявления водной эрозии. Каменноугольный шлак задерживает наносы, очищает воду. За счет постепенной фильтрации, происходящей в результате задержания неорганическим наполнителем поверхностного стока, значительно уменьшается смыв почвы и предотвращается рост вершины оврага. При прохождении воды через фильтрационный материал происходит ее обогащение цеолитными свойствами, что, в свою очередь, положительно сказывается на растениях и почве.
В результате перехвата траншеей поверхностного стока предотвращается: рост вершины оврага, эрозионный смыв, отчуждение пашни, вынос плодородного слоя с поля.
Рис. 1. Схема устройства для перехвата сточных вод: 1 - кавальер; 2 -
водозадерживающий земляной вал; 3 - ряды стальных оцинкованных листов; 4 - сетка; 5 - неорганический наполнитель в виде шаров [размеры шаров указаны условно); 6 - фильтрационный материал
Рис. 2. Схема элемента неорганического наполнителя
Рис. 3. Схема устройства защиты трубопровода от оползня: 1 - трубопровод; 2 -свая; 3 - пластина; 4 - траншея; 5 - оползневой грунт; 6 - устойчивый грунт; 7 - анкерный трос; 8 - анкер; 9 - ремень
Разработка устройства для защиты трубопровода от оползня
Данный способ опирается на [3] и заключается в повышении эффективности защиты трубопроводов от оползней (рис. 3).
Трубопровод 1 сохраняет устойчивость при оползневом процессе благодаря удерживающей способности буронабив-ных свай 2, выполненных из толстостенных труб диаметром 114-159 мм, имеющих антикоррозионное покрытие и острый оголовок в нижней части. К трубам приварены пластины 3 для монтажа на них трубопровода 1, расположенного в траншее 4. Расстояние между сваями определяется в зависимости от характеристик пластины 3, так как при оползневом процессе пластина будет испытывать нагрузку на изгиб. Путем расчетов находят оптимальное расстояние между сваями и размеры пластины. Свая забивается через оползневые грунты 5 и опирается на устойчивые грунты 6. Уравновешивает изгибающую нагрузку на сваю от трубопровода и оползня установка анкерных тяжей 7, расположенных на расстоянии друг от друга, обеспечивающем устойчивость сваи в самых неблагоприятных условиях. Анкерные тяжи 7 верхним концом соединены со сваями 2, а нижним 8 - с устойчивыми грунтами.
Пластины привариваются к сваям со стороны, противоположной действию оползня, с той же стороны и трубопровод крепится к пластинам. На рис. 4 представлена схема состыковки трубопровода и пластины. Для этого применяются прочные ремни 1, которыми обвязывается труба 2 и пластина 3 с достаточной жесткостью. Между ремнем и трубопроводом устанавливают пористую подкладку 4, тем самым решая вопрос о продольных подвижках трубопровода с сохранением изоляционного покрытия.
Устройство для защиты трубопровода см. на рис. 3.
Разрабатывается траншея 4, после чего сваи 2 забиваются, в предварительно пробуренные скважины немного меньшего диаметра, чем сами сваи. Далее заваривают к
Рис. 4. Схема состыковки трубопровода и пластины: 1 - ремень; 2 - труба; 3 -пластина; 4 - пористая прокладка
сваям пластины 3 со стороны, противоположной действию оползневого грунта. Установку свай 2 и пластин 3 нужно производить с достаточной точностью, чтобы обеспечить прилегание к ним трубопровода 1, исходя из его изгиба по вертикальной и горизонтальной осям. Производится установка трубопровода 1 в проектное положение с последующим закреплением его к пластине 3 с помощью ремня и пористой подкладки. Сваи 2 уравновешивают и закрепляют установкой анкерных тяжей 7, которые закреплены одним концом со сваей 2, а другим с анкером 8 в устойчивые грунты 6. На заключительном этапе производят засыпку траншеи 4.
Выводы
Применение метода защиты склонов от водной эрозии с использованием водозадерживающей траншеи позволит добиться уменьшения размыва склона. Это достигается за счет того, что водные потоки, стекая с вершины склона, останавливаются перед водоудерживающим валом и попадают в разработанную траншею, где вода фильтруется и накапливается в пустотах шаров, откуда излишки воды стекают по траншее в пониженные участки, а остаток, накопленный в пустотах шаров, постепенно поступает
обратно в почву. По сравнению с существующим патентом была добавлена сетка для недопущения уноса неорганического наполнителя и фильтрующего материала, ряды листов выполнены не из пластмассы, а из оцинкованной стали, а также добавлены дополнительные меры по герметизации стыков листов. В статье предусмотрено устройство полок на косогорных участках с углом наклона более 8°.
Применение данного устройства позволит повысить эффективность защиты трубопроводов от оползней. По сравнению с существующим патентом была изменена конструкция по защите трубопровода от оползня, а именно предложено использование свай не под трубопроводом, а сбоку с применением пластин и ремней для жесткой фиксации положения трубопровода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент РФ № 2467543 МПК A01B13/16, Е02В11/00 Способ защиты склонов от водной эрозии / Щедрин В.Н., Васильев С.М. и др. Опубл.: 27.11.2012. Бюл. № 33.
2. СП 86.13330.2012. Магистральные трубопроводы (Актуализированная редакция СНиП III-42-80*). М.: ФАУ «ФЦС», 2014. 227 с.
3. Патент РФ № 2162123 МПК E02D31/08 Устройство для защиты трубопроводов от оползней / Шадунц К.Ш. Опубл. 20.01.2001. Бюл. № 2.
REFERENCES
1. Shchedrin V.N., Vasil'yev S.M. Sposob zashchity sklonovot vodnoy erozii [Method for protecting slopes from water erosion]. Patent RF, no. 2467543, 2012.
2. SP 86.13330.2012. Magistral'nyye truboprovody (Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP III-42-80*) [SP 86.13330.2012. Main pipelines (Updated version of SN&P III-42-80*)]. Moscow, FAU «FTSS» Publ., 2014. 227 p.
3. Shadunts K.SH. Ustroystvo dlya zashchity truboprovodov ot opolzney [Device for protecting pipelines from landslides]. Patent RF, no. 2162123, 2001.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Хайруллин Дамир Ринардович, аспирант кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Набиуллина Алия Глусовна, магистрант кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Глазков Антон Сергеевич, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Гулин Денис Алексеевич, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Султамагомедов Султанмагомед Магомедтагирович, д.т.н., проф., декан факультета трубопроводного транспорта, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Damir R. Khayrullin, Postgraduate Student of the Department Construction and repair of gas and oil pipelines and gas and oil storage facilities, Ufa State Petroleum Technological University. Aliya G. Nabiullina, Undergraduate of the Department of Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gasand Oil Storage Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
Anton S. Glazkov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gasand Oil Storage Facilities, Ufa State Petroleum Technological University. Denis A. Gulin, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities, Ufa State Petroleum Technological University. Sultanamagomed M. Sultanmagomedov, Dr. Sci. (Tech.), Prof., Dean of the Faculty of Pipeline Transport, Ufa State Petroleum Technological University.
