ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Transcript

1 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΞΑΝΘΗ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Αγγελίδης Π., Επίκ. καθηγητής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΤΗΣ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗΣ ΤΟΥ ΥΠΟΒΡΥΧΙΟΥ ΑΓΩΓΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΙΑΧΥΤΗ

2 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΤΗΣ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗΣ ΤΟΥ ΥΠΟΒΡΥΧΙΟΥ ΑΓΩΓΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΙΑΧΥΤΗ. Κατασκευή υποβρύχιου αγωγού διαχυτήρα και πόντιση Οι σωλήνες του υποθαλάσσιου αγωγού κατά κανόνα οφείλουν να είναι από HDPE και θα πρέπει να πληρούν κατ ελάχιστο τις απαιτήσεις των εξής προτύπων: DIN ως προς την χημική αντοχή των σωλήνων DIN 8074 ως προς τις διαστάσεις των σωλήνων DIN 8075 ως προς τις γενικές απαιτήσεις ποιότητος και μεθόδους δοκιμής. Ο υποθαλάσσιος αγωγός θα διαμορφωθεί δια θερμοσυγκολλήσεως στην ξηρά. Ομοίως δια θερμοσυγκολλήσεως σωλήνων από υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο θα πρέπει να διαμορφωθούν και τα απαιτούμενα ειδικά τεμάχια (σωλήνες ανυψωτήρων διαχυτήρα, συστολές κ.λ.π.).

3 Κατασκευή υποβρύχιου αγωγού διαχυτήρα και πόντιση Οι θερμοσυγκολλήσεις θα γίνουν από έμπειρο προσωπικό σύμφωνα με τους κανόνες της τεχνικής, όπως προκύπτουν από διεθνώς αναγνωρισμένα σχετικά πρότυπα, όπως π.χ. η προδιαγραφή του Ολανδικού Ινστιτούτου Συγκολλήσεων (Welding) - N.I.L. (προδιαγραφή για την σύνδεση πλαστικών σωλήνων).

4 Κατασκευή υποβρύχιου αγωγού διαχυτήρα και πόντιση Οι μέθοδοι κατασκευής περιλαμβάνουν: (α) συναρμολόγηση στον πυθμένα (β) συναρμολόγηση πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και πόντιση στο βυθό από το πλωτό μέσο (γ) έλξη από το ένα άκρο (bottom pull) (δ) επιφανειακή έλξη (surface pull). Οι φορτηγίδες μεταφοράς και κατασκευής (lay barges) κυμαίνονται από πολύ απλές μονάδες για μικρής διαμέτρου έργα ή έργα σε ρηχά νερά, έως πλωτά εργοστάσια συναρμολόγησης. Στην μέθοδο έλξης από το ένα άκρο (bottom pull), ο σωλήνας έλκεται κατά μήκος της τελικής γραμμής του αγωγού. Η μέθοδος αυτή απαιτεί ένα ελάχιστο εξοπλισμό από πλωτές κατασκευές και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες περιοχές και υπό διαφορετικές θαλάσσιες συνθήκες.

5 Κατασκευή υποβρύχιου αγωγού διαχυτήρα και πόντιση Η μέθοδος επιφανειακής έλξης (surface pull), είναι ουσιαστικά η ίδια με την προηγούμενη, εκτός από το ότι ο σωλήνας είναι αρκετά ελαφρύς, ώστε να επιπλέει είτε μόνος του είτε με βοήθεια πλωτήρων. Αφού συρθεί στην προβλεπόμενη θέση, γεμίζεται ο σωλήνας με νερό και ποντίζεται στον πυθμένα, εντός τάφρου που έχει ανοιχθεί κατά μήκος της πορείας του αγωγού. Η επικρατέστερη μέθοδος κατασκευής υποβρύχιου αγωγού διάθεσης εκροών υγρών αποβλήτων είναι η έλξη στην επιφάνεια (surface pull method), που εφαρμόζεται σε αγωγούς από σωλήνες HDPE και χάλυβα. Οι σωλήνες συναρμολογούνται σε τμήματα μεγάλου μήκους, και προσαρμόζονται πλωτήρες παράλληλα προς τη διεύθυνση συναρμολόγησης.

6 Φωτογραφία από την πόντιση του αγωγού διάθεσης υγρών αποβλήτων Παλιού Καβάλας.

7 Φωτογραφία από την πόντιση του αγωγού διάθεσης εκροών Καβάλας

8 Οι σωλήνες από HDPE συναρμολογούνται στην ακτή, σε κομμάτια των m. Σε κάθε σειρά τοποθετείται έρμα από βάρη σκυροδέματος σε αποστάσεις 2-3 m, ανάλογα με τη διάμετρο του σωλήνα. Το έρμα είναι συνήθως το 90-95% τηςάνωσηςτουγεμάτου αέρα σωλήνα, ώστε να επιπλέει. Σε κάθε άκρο στερεώνεται φλάντζα. Η σειρά των σωλήνων βυθίζεται στο νερό με την βοήθεια γερανού και οδηγείται δια πλεύσης στη θέση της. Όταν φθάσει στη θέση της, η σειρά των σωλήνων ποντίζεται προσεκτικά στον πυθμένα ή σε τάφρο. Η τοποθέτηση ξεκινά από την ακτή, που σημαίνει ότι η πρώτη σειρά σωλήνων είναι πακτωμένη στη στεριά. Οι επόμενες σειρές ρυμουλκούνται και ποντίζονται στη θέση τους, όπου οι φλάντζες συνδέονται με κατάλληλες βίδες.

9 Φωτογραφία από την πόντιση του αγωγού διάθεσης Reykjavik Sea Outfall, Iceland, έτος ιάμετρος αγωγού 1400 mm, μήκος 5690 m.

10 Ο υποθαλάσσιος αγωγός της Καβάλας από HDPE. ιακρίνονται οι στεφάνες από μπετόν και τα βαρέλια (προσωρινά) για την προσωρινή επίπλευση του αγωγού.

11 Κατασκευή υποβρύχιου αγωγού διαχυτήρα και πόντιση Η μέθοδος είναι ευπαθής σε τρικυμία, ενώ σε περιπτώσεις ρευμάτων - ισχυρών κατά μία διεύθυνση - τοποθετούνται πάσσαλοι. Η όλη επιχείρηση απαιτεί μερικούς έμπειρους δύτες και σκάφος, του οποίου το μέγεθος εξαρτάται από το μέγεθος του αγωγού. Η πόντιση του αγωγού γίνεται με σταδιακή πλήρωσή του με νερό. Προ της ενάρξεως της ποντίσεως του αγωγού ή τμήματός αυτού έχουν ολοκληρωθεί οι προβλεπόμενες εργασίες στον πυθμένα της θάλασσας (εκσκαφή και άλλες).

12 Φωτογραφία από την πόντιση του αγωγού διάθεσης υγρών αποβλήτων Χίου.

13 Ο υποθαλάσσιος αγωγός Καβάλας στο στάδιο πόντισης

14 Υποθαλάσσιος Αγωγός από HDPE (PIPELIFE) στο Fylde Sea της Αγγλίας (U.K.). Έτος κατασκευής ιάμετρος σωλήνα 1400 mm, μήκος υποθαλάσσιου αγωγού 5200 m και 1100 m διαχυτήρας.

15 Υποθαλάσσιος Αγωγός από HDPE (PIPELIFE) στο εργοστάσιο αφαλάτωσης στη Λάρνακα της Κύπρου. Έτος κατασκευής ιάμετρος σωλήνα 1200 mm με μήκος υποθαλάσσιου αγωγού 1050 m και 1000mm με μήκος 1500 m.

16 Μεταφορά των σωλήνων που συναρμολογήθηκαν στη Νορβηγία (στο τελικό τους μήκος) και μεταφέρθηκαν μέσω θαλάσσης στην Κύπρο. Συναρμολόγηση στεφανών από μπετόν.

17 Μεταφορά σωλήνων από HDPE (PIPELIFE) δια θαλάσσης.

18 Προστασία του υποθαλάσσιου αγωγού από θαλασσοταραχή. Η πόντιση του αγωγού θα γίνει με σταδιακή πλήρωσή του με νερό. Προ της ενάρξεως της ποντίσεως του αγωγού ή τμήματός αυτού θα έχουν ολοκληρωθεί οι προβλεπόμενες εργασίες στον πυθμένα της θάλασσας (π.χ. εκσκαφή, κ.λπ.). Μετά την πόντιση του αγωγού ή τμήματός του θα γίνουν οι απαραίτητες εργασίες προστασίας του και στερεώσεώς του (π.χ. προστατευτικές επιχώσεις, ογκόλιθοι στηρίξεως, κ.λπ.). Το παρά την ακτογραμμή τμήμα του υποθαλάσσιου αγωγού θα πρέπει να προστατευθεί κατάλληλα από αγκυροβόλια, κυματισμούς κ.λ.π.

19 Σκαρίφημα τοποθέτησης αγωγού σε όρυγμα

20 Ο υποθαλάσσιος αγωγός θα τοποθετηθεί σε κατάλληλο όρυγμα μέχρι βάθος θάλασσας 15 μέτρων για προστασία από την δράση των κυμάτων. Από το βάθος των 15 μέτρων έως και τον διαχυτήρα ο υποθαλάσσιος αγωγός μπορεί να τοποθετηθεί επιφανειακά πάνω στον πυθμένα και να στερεωθεί με αγκυρώσεις και με στεφάνες από μπετόν τετραγωνικής διατομής. Για παράδειγμα, για αγωγό διαμέτρου 355 χιλιοστών, οι στεφάνες θα έχουν πλευρά 60 εκατοστών, πλάτος 16 εκατοστών, και βάρους 78 κιλώνστοναέρα (και 50 κιλών βυθισμένες στη θάλασσα ) και θα τοποθετούνται ανά 4 μέτρα. Για την προστασία του αγωγού από τυχόν τραυματισμό του από την στεφάνη μπετόν, θα τοποθετείται ενδιάμεσα λωρίδα από λάστιχο πάχους ενός εκατοστού και πλάτους 30 εκατοστών. Ο αγωγός θα τοποθετηθεί στο όρυγμα και στον πυθμένα (μετά τα -15 μέτρα) εδραζόμενος στις παραπάνω στεφάνες απο μπετόν. Οι παραπάνω στεφάνες χρησιμεύουν επίσης στην υπερνίκηση της άνωσης του αγωγού κατά το στάδιο της πόντισης.

21 Κατασκευαστική λεπτομέρεια τοποθέτησης υποβρύχιου αγωγού μεγάλης διαμέτρου στην περιοχή χαμηλών βαθών (βάθη θάλασσας μικρότερα από 6 μέτρα). Εφαρμόσθηκε στην κατασκευή του υποβρύχιου αγωγού της Honolulu, μήκους 3800 μέτρων. Τα αδρανή υλικά κλάσεων B και C είναι πέτρες μέσης διαμέτρου 30 cm και 15 cm

22 Κατασκευαστική λεπτομέρεια τοποθέτησης του υποβρύχιου αγωγού του προηγούμενου σχήματος σε βάθη 6 έως 27 μέτρα. Μετά το βάθος αυτό ο αγωγός τοποθετήθηκε στην επιφάνεια της θάλασσας.

23 ιάφορες διατάξεις τοποθέτησης του υποβρύχιου αγωγού σε όρυγμα.

24 Διάφορες διατάξεις για τη στερέωση του υποβρύχιου αγωγού πάνω στο βυθό της θάλασσας.

25 Ο υποβρύχιος αγωγός πρέπει να προστατευθεί τόσο από την δράση των κυμάτων (τρικυμιών-καταιγίδων), όσο και από ανθρώπινη παράκτια δραστηριότητα. Για παράδειγμα έχουν αναφερθεί καταστροφές υποβρυχίων αγωγών από άγκυρες πλοίων και από πλοία τα οποία ψαρεύουν με τράτα (που ουσιαστικά οργώνουν το βυθό). Για τους λόγους αυτούς ο υποβρύχιος αγωγός, για βάθος θάλασσας μικρότερο από 20 μέτρα, οφείλει να τοποθετηθεί μέσα σε σκάμμα. Το βάθος του σκάμματος εξαρτάται από την αντοχή του εδάφους του βυθού, απότηδιάμετροτουαγωγού, από το βάθος της θάλασσας και από την ταχύτητα των ρευμάτων κοντά στο βυθό (π.χ. ρεύματα λόγω καταιγίδας ή παλίρροιας). Επί πλέον πρέπει να ληφθεί υπόψη, ότι άγκυρες σχετικά μικρές (βάρους περίπου 100 κιλών), μπορούν να εισχωρήσουν σε αμμώδη βυθό σε βάθος μέχρι 1.5 m και σε λασπώδη βυθό μέχρι 2.5 m. Μια μεγάλη άγκυρα βάρους κιλών εισχώρησε σε αμμώδη βυθό σε βάθος 2m.

26 Τα κύματα πριν τη θραύση τους μεταφέρουν μόνο ενέργεια (κινητική), ενώ μετά τη θραύση μεταφέρουν και μια ποσότητα μάζας η οποία εκτοξεύεται προς την ακτή. Είναι προφανές, ότι οποιαδήποτε παράκτια κατασκευή θα δέχεται και μια επιπλέον καταπόνηση, την εκτοξευόμενη μάζα νερού. Επίσης κατά την θραύση των κυμάτων εγκλωβίζεται ατμοσφαιρικός αέρας με αποτέλεσμα να δημιουργείται μια αναταραχή στο νερό (τυρβώδης κατάσταση) και στον πυθμένα. Έτσι αν ο πυθμένας είναι αμμώδης παρατηρείται μια αιώρηση εκατομμυρίων σωματιδίων (κόκκων). Έχει αποδειχθεί ότι οι κυματισμοί θραύονται σε βάθος d=3h, όπου Η το ύψος των κυμάτων. Το τμήμα της ακτής, απότηστεριάωςτοβάθος d ονομάζεται ζώνη θραύσης. Στην περίπτωση λοιπόν του υποθαλάσσιου αγωγού που εξετάζουμε πρέπει οπωσδήποτε να προστατέψουμε το τμήμα του αγωγού μέσα στη ζώνη θραύσης. Γιατί αν ο αγωγός τοποθετηθεί στη επιφάνεια του βυθού, τότε υπάρχει περίπτωση η καταπόνηση από τις εκτοξευμένες μάζες νερού να ξεπεράσει τα όρια αντοχής του αγωγού με αποτέλεσμα την ολική καταστροφή του.

27 Επίσης σε περιπτώσεις όπου υπάρχει αμμώδης πυθμένας απαιτείται μεγάλη προσοχή στην τοποθέτηση του διαχυτήρα, γιατί η αιωρούμενη άμμος μπορεί να τον σκεπάσει και συνεπώς να τον αχρηστέψει. Για την προστασία του υποθαλάσσιου αγωγού μέσα στη ζώνη θραύσης έχουν εφαρμοσθεί διάφορες λύσεις, αλλά η πιοαποτελεσματικήείναιητοποθέτησήτουσεβάθος3-4 μέτρων κάτω από τον πυθμένα σ όλο το πλάτος της ζώνης θραύσεως. Άλλες προσπάθειες εγκιβωτισμού του αγωγού από άοπλο σκυρόδεμα έχουν αποτύχει, γιατί η διάβρωση του πυθμένα κάτω από τον αγωγό αναγκάζει το σκυρόδεμα να γεφυρώσει το άνοιγμα που δημιουργείται. Αυτό δεν μπορεί να συμβεί γιατί το σκυρόδεμα είναι άοπλο και δεν μπορεί να γεφυρώσει μεγάλα ανοίγματα, με αποτέλεσμα την καταστροφή του αγωγού. Σε μια τέτοια περίπτωση ο εγκιβωτισμός του αγωγού επιβαρύνει την κατάσταση, γιατί έτσι αυξάνει το βάρος του.

28 Ο αγωγός θα πρέπει να επενδυθεί με φελιζόλ υψηλής πυκνότητας ή με (αφρό) πολυαιρουθάνη σε πάχος 5 εκατοστών περίπου. Το χυτοσκυρόδεμα αυτό θα διακόπτεται ανά 3.5 μέτρα μήκους από μεγάλους αρμούς, ενός μέτρου, για να μπορεί ο αγωγός να παρακολουθεί τις πιθανές καθιζήσεις του εδάφους. Η σκοπιμότητα των αρμών καθώς και του φελιζόλ (ή πολυαιρουθάνης) είναι να δοθεί η δυνατότητα στον αγωγό από HDPE (που σχετικά κάμπτεται εύκολα, διατηρώντας την αντοχή του) να παραμορφωθεί είτε να ολισθήσει (αν χρειασθεί) μέσα στη μεγάλη μάζα του μπετόν που τον περιβάλλει.