Дюкеры

Самотечные трубопроводы часто пересекаются с различными есте­ственными и искусственными препятствиями. К естественным препятстви­ям относятся ручьи, реки, овраги и т. п.; к искусственным — автомобиль­ные и железные дороги, подземные коллекторы, трубопроводы различного назначения, кабели, пешеходные переходы, линии метрополитена и другие сооружения.

Конструкция пересечения зависит от взаимного высотного распо­ложения (разности отметок) трубопровода и препятствия.

Если трубопровод непосредственно пересекается с препятствием, т.е. трубопровод и препятствие расположены на одной и той же отметке или разность их незначительна, то пересечение выполняется в виде дюкера -напорного трубопровода, соединяющего два самотечных трубопровода. На рис. 6.14 показана схема дюкера через реку.

Рис. 6.14. Схема дюкера через реку:

I—напорные трубопроводы; II — верхняя камера; III — нижняя камера; 1 -подводящий самотечный трубопровод; 2 — щитовые затворы; 3 — задвижки; 4 — аварийный выпуск

Дюкер состоит из следующих основных элементов: напорных тру­бопроводов, верхней и нижней камер. Напорные трубопроводы дюкера вы­полняются не менее чем из двух ниток стальных труб с усиленной антикоррозионной изоляцией. Диаметр их должен быть не менее 150 мм Обе нитки должны быть рабочими. Лишь при небольших расходах допускается уст­ройство дюкера с одной рабочей и одной резервной грубой.

Дюкер укладывается в траншее по дну русла. Угол наклона восхо­дящей части дюкера должен быть не более 20°. Глубина заложения подвод­ной части трубопровода должна приниматься не менее А = 0,5 м до верха трубы, а в пределах фарватера на судоходных реках не менее h = 1 м. Рас­стояние между трубами дюкера в свету должно быть не менее b = 0,7-1,5 м (в зависимости от напора и других особенностей устройства дюкера). Ава­рийный выпуск может быть проложен из верхней камеры дюкера или из ближайшего колодца перед ним. Его устройство должно быть согласовано со всеми органами, осуществляющими контроль за охраной и использо­ванием водоема.

В период паводков при высоком уровне вод в реке аварийный вы­пуск может использоваться для промывки дюкера. Промывка осуществля­ется следующим образом: при открытой задвижке на аварийном выпуске вода из водоема в результате разности отметок воды в нем и в отводящем самотечном трубопроводе устремляется через аварийный выпуск в напор­ные трубопроводы, двигаясь там с большой скоростью, интенсивно промы­вает их.

Верхняя камера дюкера состоит из двух отделений: первого — мокрого и второго — сухого. Эти отделения разделяются между собой во­донепроницаемой перегородкой. В пределах первого отделения самотеч­ный трубопровод переходит в открытые лотки. Первое отделение может подтопляться водой при повышенных расходах сточных вод, при снижении пропускной способности дюкера или при его промывке. Этим и объясняет­ся название отделения — мокрое.

В окончании лотков перед трубами дюкера устанавливаются пло­ские затворы — шиберы. В сухом отделении размещаются напорные трубы дюкера с задвижками. При установке двух отключающих устройств в верх­ней камере повышается надежность регулирования работы дюкера в случае выхода из строя одной из ниток трубопровода.

Каждое отделение верхней камеры должно иметь горловину и оканчиваться (оборудоваться) люком с крышкой. Превышение люка камер над высоким уровнем вод в водоеме должно быть не менее h₂ = 0,5 м.

Нижняя камера дюкера устраивается в виде одного отделения, где напорные трубопроводы переходят в открытые лотки, в начале которых должны устанавливаться щитовые затворы.

Камеры дюкера размещают на незатопляемой даже при высоком уровне воды в водоеме территории. Дюкеры должны располагаться в мес­тах с устойчивым, неразмываемым руслом, на участках с минимальной ши­риной реки. Трубопроводы дюкера прокладывают перпендикулярно руслу реки для обеспечения минимальной длины труб. При большой протяженно­сти дюкера на трубах следует устанавливать колодцы или камеры с реви­зиями, а в пониженных местах выпуски для опорожнения дюкера (обыч­но при широкой затопляемой пойме реки).

Все линии дюкера принимаю рабочими и рассчитывают на про­пуск расхода:

где – расчетный расход через дюкер, — число рабочих линий.

Диаметр труб определяется, исходя из условия обеспечения самоочищающих скоростей v > 1,0 м/с, по формуле:

Вода в трубах дюкера движется с заданной скоростью в результате наличия перепада уровней воды в верхней и нижней камерах, который принимается равным потерям напора в дюкере и вычисляется по формуле:

где — потери напора по длине трубы, — потери напора в местных сопротивлениях, — гидравлический уклон (потери напора на единицу трубы), — длина трубопроводов дюкера, — скорость движения в трубах при расчетных условиях, — ускорение свободного падения.

Сумма коэффициентов равна:

Где , , , – коэффициенты местных сопротивлений соответственно на входе, в задвижке, в отводах и на выходе, — число отводов.

Дюкер является коротким трубопроводом, в котором потери напора в местных сопротивлениях соизмеримы с потерями напора по длине труб, поэтому при определении потерь напора учитывают и местные сопротив­ления.

В случае выхода одной нитки трубопровода дюкера из строя, ос­тавшаяся должна обеспечить пропуск всего расчетного расхода с учетом допустимого подпора. При подпоре будет происходить подтопление верх­ней камеры дюкера и лежащих выше участков подводящих самотечных трубопроводов. Очевидно, что при подтоплении не должно происходить, излива сточной жидкости из камеры дюкера и смотровых колодцев. Подто­пление трубопроводов не должно приводить к перебоям в пользовании сис­темой водоотведения и вызывать затопления подвалов и других частей зда­ний и сооружений. Следует иметь в виду, что даже допустимый подпор может отрицательно сказаться на работе водоотводящей сети. При подпоре трубопроводы будут работа: под напором и полным сечением, снизятся скорости движения воды в них, а это, в свою очередь, приведет к отложению осадка. Поэтому подпор не должен вызывать подтопления трубопро­водов большой протяженности. Подтопление не должно быть длительным. Величина допустимого подтопления подводящею коллектора определяется на основе анализа работы нежащих выше участков сети.

Дюкеры могут устраиваться и при пересечении самотечного трубо­провода с автомобильными и железными дорогами, если они проходят в выемках. В этом случае трубопроводы прокладывают в футлярах (металли­ческих или железобетонных) или осуществляется их бетонирование. В ос­тальном дюкеры под железными и автомобильными дорогами проектиру­ются аналогично проектированию дюкеров через реки.

Если трубопроводы располагаются ниже препятствия, то пересече­ние выполняется в виде самотечного трубопровода из усиленных стальных или железобетонных труб, уложенных в футляре, непроходных или про­ходных туннелях. Глубина заложения трубы, футляра или туннеля должна быть не менее 1 м — при открытом способе производства работ и не менее 1,5 м — при закрытом. Длину футляра определяют, исходя из размеров пре­пятствия. Поперечные размеры футляра и туннеля зависят от способов производства работ и размеров трубопровода.

Кожухи и туннели предназначены для предохранения рабочего трубопровода от нагрузок, возникающих при движении транспорта над ним. Одновременно кожух предохраняет дорогу от разрушения в случае аварии трубопровода. Футляры должны устраиваться с противокоррозион­ной изоляцией (торкрет-бетонное армированное, битумно-резиновые, поли­мерные покрытия) и защитой от электрохимической коррозии (катодная поляризация с протекторными установками). Пространство между стенка­ми футляра и трубопровода надлежит заполнять бетоном. Перед и после пересечения желательно устройство смотровых колодцев с отключающими устройствами.

Футляры при бестраншейной проходке прокладывают прокалыва­нием, продавливанием или методом горизонтального бурения. Самотечные коллекторы большого поперечного сечения прокладывают под препятстви­ем в туннелях, которые сооружают способом щитовой или штольной про­ходки.

Если трубопровод располагается значительно выше препятствия (при пересечении оврагов, суходолов), то пересечение выполняется в виде самотечного трубопровода, уложенного но эстакаде или существующему мосту в утепленном коробе.

Имеется зарубежный опыт прокладки дюкеров из пластмассовых труб. Для этих целей обычно применяют полиэтиленовые трубы. При про­кладке подводных линий используется большая гибкость труб из полиэти­лена, возможность их сварки в плети большой длины. Принцип прокладки подводных трубопроводов состоит в том, что один его конец герметизиру­ется заглушкой, а трубопровод, наполненный воздухом, Плавает на поверх­ности воды. У берега на трубопроводе закрепляются анкерные грузы и, пригруженный таким образом трубопровод буксируется к месту его запла­нированной укладки, после чего ОН заполняется водой.

Перед погружением трубопровода его трасса должна быть размечена посредством буев. Полиэтиленовые трубы сваривают в плети длиной 250-1000 м, соединяемые Затем при помощи фланцев, Погружаемая маги, может состоять из одной или нескольких соединенных плетей. Операция погружения начинается путем открытия клапана на одном конце трубопро­вода и впуска в него воды. Вентильным устройством на другом конце трубопровода регулируют выход из него воздуха. Регулируя выход воздуха из трубопровода, контролируют скорость его погружения (обычно 0,2-0,6 м/с). В процессе всей операции погружения проверяют соответствие положения трубопровода заданной трассе.

Полиэтиленовый трубопровод достаточно гибкий, и обычно он принимает форму профиля дна, поэтому подготовку дна практически не производят.

При проектировании подводных трубопроводов следует учитывать профиль дна водоема; характерные уровни воды; максимальную толщину льда; силу воздействия волн и течений, а также предусмотреть возможность повреждения трубопровода якорными устройствами и др.

Чтобы предотвратить осаждение взвешенных веществ и образова­ние газов в подводных напорных канализационных трубопроводах (что может привести к всплытию трубопровода), скорость воды в них должна поддерживаться достаточно высокой (не менее 1,0 м/с).

С.В. Яковлев

«Канализация», -М, Стройиздат, 1975