06. Sjøledninger

Sjøledninger

Sjøledninger, ledninger i vann

Vannledninger, overføringsledninger, inntaksledninger og utslippsledninger kan installeres som PE 80 eller PE 100 sjøledninger.

De første PE-sjøledningene av litt størrelse ble lagt i Telemark i 1962. På grunn av økende behov for inntak og overføring av drikkevann, transport av avløpsvann og utslipp fra industri, var Norge et foregangsland, når det gjaldt bruk av undervannsledninger i VA-anlegg.

Vår spesielle topografi med mange elver, innsjøer, fjorder og mange øysamfunn langs vår lange kyststripe forsterker dette behovet. Ved sjøledninger utnyttes PE-trykkrørs egnede egenskaper med hensyn til korrosjonsbestandighet, fleksibilitet og strekkfasthet. Erfaringer har vist, at PE-trykkrør kan legges ved store dyp og under vanskelige traseforhold, lange strekk og store dimensjoner.

Rør i standardlengder (normalt 12 meter) sveises sammen på anleggssted eller lange rørlengder slepes med båt fra produksjonssted til anleggsstedet.

bilde1
bilde2
Slep av mange, lange lengder til anleggssted

Prosjektering og forarbeide

Sjøledninger prosjekteres og dimensjoneres avhengig av om det er vannledning, utslippsledning (spillvann) eller inntaksledning for drikkevann. Andre ”ytre” forhold som har betydning er leggedyp, bunnforhold, strømkrefter, bølgekrefter og krefter som oppstår i overgang sjø / land.

Ledningstrase (hvor ledning skal ligge) må bestemmes ved hjelp av sjøkart, evt. ekkolodd for å finne beste trase for PE-røret. Bruk av dykkere eller ROV (ROV = Remote operated vehicle, på norsk kaller vi det miniubåt), muliggjør mer nøyaktige undersøkelser.

bilde3

Belastning av sjøledninger

PE-materialet er lettere enn vann. I tillegg er PE-ledninger luftfylte når de føres ut på hav, sjø eller elv. Derfor må ledningene belastes for at senking skal være mulig. Vanligvis brukes betonglodd med eller uten bolter.

Hvert lodd består vanligvis av to halvdeler som monteres rundt røret. Mellom rør og betonglodd legges det gummibånd, slik at betongloddet ikke ligger direkte an mot PE-røret.

Avstand mellom betonglodd bestemmes av belastningsgrad1), rørdimensjon og SDR-klasse, men er vanligvis mellom 2-8 meter.

Belastning beregnes for hvert prosjekt. Inntaksledninger og overføringsledninger har normalt lav belastningsgrad, mens utslippsledninger og pumpeledninger for avløpsvann har høyere belastningsgrad.

1) Med belastningsgrad menes hvilken grad av luftfylling det belastes for. For eksempel ved 30 % belastningsgrad vil det si at ledningen kan være inntil 30 % luftfylt før den flyter opp.

Vanlige belastningsgrader

  • Inntaksledninger og overføringsledninger for vann 20-30 %
  • Utslippsledninger og pumpeledninger for avløpsvann 40-70 %.
  • Strømkrefter, bølgekrefter og andre ytre laster kan medføre behov for ytterligere belastning.
  • Dersom ytre krefter og vanlig luftfyllingsgrad medfører behov for en belastningsgrad på over 100%, kan det være nødvendig med ekstra flytelegemer for å holde rør i overflateposisjon før senking. Det kan også være behov for tilleggsbelastning av rør etter senking.

Senking av sjøledninger

bilde4
Ved senking av sjøledninger utnyttes PE-rørets fleksibilitet under installasjonen. PE-rør senkes normalt fra land ved at det slippes inn vann (for eksempel ved å dykke rørenden i vann). I andre enden av røret, som fremdeles er luftfylt og flyter, er det montert et lokk, der man kan tilføre luft via en kompressor . Samtidig må man kunne slippe ut luft kontrollert.

Når vannet slippes inn i røret fra land, vil røret synke og legge seg langs bunnen. Luft komprimeres når vannet trenger inn i ledningen.

I en tidlig fase av senkingen er det nødvendig å blåse luft inn i andre enden av røret, for å kunne kontrollere senkehastigheten. Hvis det ikke er tilstrekkelig mottrykk i den "frie ende" vil det oppstå en ukontrollert senking.

bilde5
Dette kan føre til en buckling* av rør eller i verste fall et totalhavari av ledningen. I forbindelse med senking av PE sjøledninger er det viktig at det er utarbeidet en senkeprosedyre som spesifikt omhandler det aktuelle prosjektet. Denne skal blant annet sikre at PE-røret blir installert i riktig posisjon på bunnen uten at røret påføres for store strekk og bøyekrefter.

* Ved bukling blir røret utsatt for en større krumning i lengderetningen enn tillatt

Senkeprosedyre skal som minimum inneholde:

  • Innledning med generelle opplysninger om anlegget
  • Beregning av tekniske data og senkeparametre for senking
  • Organisering av senkingen, hvem har ansvaret for hva?
  • Utstyr og bemanning
  • Forberedende arbeider i forkant av senking og på selve ”senkedagen”
  • Nødvendig varsling
  • Beskrivelse av senking
  • Tidsplan for senking
  • Nødprosedyre hvis noe ikke går etter planen
  • Dokumentasjon
  • Kommunikasjon

Etterkontroll

Etter senking er det viktig at det foretas en etterkontroll av hvordan sjøledningen faktisk ligger. Dette kan gjøres på flere måter avhengig av dybde og andre forfold. Grunne ledninger kan kontrolleres ved at dykkere svømmer over ledningen med videokamera. For ledninger som ligger utilgjengelig for dykkere kan de filmes med ROV. Kontrollen avdekker om sjøledningen ligger an mot underlag som spisse steiner, fjell osv, som kan føre til mekanisk slitasje med påfølgende brudd. Det kan også være strekk på sjøledningen som har ”svevende” lodd, det vil si at lodd ikke ligger an mot bunn. For slike strekk bør man vurdere om den belastningen ledningen er utsatt for er akseptabel. Det kan bli nødvendig å foreta justeringer med hensyn til loddbelastningen.

Landtak (overgang mellom land og vann)

PE sjøledninger bør graves ned ved landtakene slik at man unngår belastninger av bølger i ”skvalpesonen” og i forbindelse med is.

Når det gjelder massetyper i fundament og omfyllingsmasser for sjøledninger så henvises det til NS 3420-H.

Det kan også være aktuelt å beskytte sjøledningen i hele eller deler av traseen mellom landtakene. Dette kan gjøres ved å grave ned deler av eller hele sjøledningen. Nedspyling av ledningen er en annen metode. Ledninger kan også legges på bunnen og beskyttes med gabionmatter (pukkmatter).

Vannledninger

Inntaksledning :

Inntaksledning finnes for drikkevann, for sjøvann til fiskeoppdrett, kjøleanlegg og annen industri. Belastning for lav luftfyllingsgrad på normalt 20-30 % har sammenheng med at det er relativt liten mulighet for at det kommer luft inn i en slik ledning.

Ytterste punkt på inntaksledningen bør heves fra bunnen for å unngå bunnslam i ledningen. Høyde over bunnen avhenger av bunnforholdene. Ledningen legges på en bukk eller det monteres et endehjul,. Svevende inntak med oppdriftslegeme anvendes der man frykter at bukk eller "hjulet" vil synke ned i bunnslam.

Inntaksledninger kan kobles direkte til en sugepumpe på land. Ved selvfall kan pumpen suge vann fra sumpen (Nedre del av den kum/sted der pumpen er plassert), Det anbefales ikke å koble pumpe direkte på inntaksledningen. Hvis denne går tett, kan pumpen suge undertrykk i ledningen, som kan kollapse. Derfor anbefales å la vannet renne gjennom røret ved gravitasjon og inn i en pumpesump.

Det kan for mange inntaksledninger være nødvendig å ha en grovsil på enden for å hindre at større elementer kommer inn i ledningen. Inntakssiler lages ofte av PE-rør som bores med et antall hull på normalt 20-50 mm. Hullarealet i inntakssilen bør tilsvare 3,5 x rørets lysåpning for å redusere

Rengjøring

Inntaksledninger har normalt behov for å bli rengjort innvendig med visse mellomrom. Hyppighet avhenger av blant annet om det er i sjø eller ferskvann, inntaksdyp, vannkvalitet og andre momenter. Rengjøring skjer ofte fra land ved bruk av renseplugg som drives med vanntrykk. Muligheter for pluggkjøring bør etableres ved bygging av anlegget.

For inntaksledninger med inntaksdyp som det er mulig å dykke ned til, kan man bruke dykker for å hente ut pluggen i enden av røret.

Der hvor inntaksdybde er så stor, at det ikke er mulig å bruke dykker, anbefales det å lage en inntakssil, som tillater at pluggen kommer ut av seg selv og flyter opp til overflaten. Den kan da hentes opp fra båt.

Ulike typer groing i vann kan gjøre det vanskelig å få til en konstruksjon, som fungerer slik at pluggen kan komme ut ved rengjøring av ledningen. Løsningen kan være å ikke ha grovsilen på enden av røret, og i stedet etablere en grovsil i inntakskummen, ved for eksempel å ha to kammer i kummen med en vertikal sil eller rist mellom kamrene. Det monteres normalt ikke betonglodd på den delen av inntaks- ledningen som heves opp i fra bunnen.

Overføringsledning:

Overføringsledninger for vann er sjøledninger som brukes ved kryssing av elver, mellom to landtak i vann eller sjø. Normalt er disse ledningene tilkoblet kummer ved hvert landtak. Overføringsledninger for vann belastes normalt for en luftfyllingsgrad på 20-30 %, men andre krefter som virker på ledningen må tas hensyn til.

Avløpsledninger

Utslippsledning

Utslippsledninger av PE-rør er aktuelle for utslipp av avløpsvann, overvann og vann fra industri til vann, elv eller sjø. Denne type ledninger belastes normalt for en luftfyllingsgrad 40-70 %.

Andre belastningsgrader kan være aktuelle.

For denne type ledninger etableres det normalt en kum på land, som har til hensikt å evakuere luft og samtidig sørge for minimal risiko for at det kommer luft inn i utslippsledningen. Utslippsledninger

må ha fallhøyde nok til å greie friksjonstap i ledningen og forskjell i egenvekt mellom det vannet som slippes ut, og det vannet som er i resipienten.

Det er normalt behov for å heve ytterste punkt på utslippsledningen et lite stykke fra bunnen. Dette er spesielt viktig hvis vannet som slippes ut inneholder fast stoff av noe slag, da dette kan medføre oppbygging av sedimenterte masser og etter hvert dekke deler eller hele røråpningen.

Ledningen kan heves fra bunnen ved hjelp av en bukk, endehjul eller ved å lage et ”svevende”

utslippspunkt, der PE-røret forankeres i såkalte moringer. Samtidig etableres det et oppdriftslegeme for ytterste rørende. Metode med svevende utslippspunkt er hensiktsmessig, der bunnforholdene er dårlige, og bukk eller endehjul kan synke ned i bunnslam.

På utslippsledninger kan det være behov for diffusor (rør med borede hull) for å spre utslippet over et større område i resipienten. Diffusorer lages normalt av PE-rør og bør dimensjoneres iht. blant annet vannmengde, dimensjon, hva som slippes ut og innhold av fast stoff i avløpsvannet.

Det monteres normalt ikke betonglodd på den delen av utslippsledningen som heves fra bunnen.

bilde6

Overføringsledning

Overføringsledninger for spillvann er ledninger som brukes ved kryssing av elver, mellom to landtak i vann eller sjø. Normalt er disse ledningene tilkoblet pumpestasjon i et landtak.

Overføringsledninger for spillvann belastes normalt for en luftfyllingsgrad på 40-70 %, samtidig må det tas hensyn til andre krefter som virker på ledningen. Det er viktig å ta hensyn til eventuelle sesongmessige driftssituasjoner. For eksempel kan det i hytteområder være drift på en spillvannspumpeledning i visse sesonger i året, mens ledningen kan ligge mer eller mindre uvirksom i andre perioder.

I spillvannsledninger som er fylt med avløpsvann uten at den er i drift, kan det oppstå gassdannelser. Dette fører til ekstra oppdrift av ledningen.

Beregning av loddbelastning ut fra teori og formler

Ved luftfylling/belastningsgrad over 90 % bør man utføre mer nøyaktige beregninger.

Formler

Vekten av den fortrengte væsken (oppdriften)

bilde7

ρS:

  • 1 035 kg/m3 for sjøvann med høyt saltinnhold
  • 1 025 kg/m3 for sjøvann med lavt saltinnhold
  • 1 000 kg/m3 for ferskvann

L: Ledningens lengde. Settes lik 1 m for å finn vekt pr meter

de: Rørets utvendige diameter i meter

Vekten av rør med væske

bilde8

mR: Rørets produksjonsvekt i kg/m

mLUFT: Vekten av luften i røret kan neglisjeres og kan settes lik 0 ρVANN: 1 000 kg/m3 for ferskvann

L: Ledningens lengde settes lik 1 m for å finne vekt pr meter

P: Luftfyllingsgrad oppgis i prosent, men settes inn som desimaltall. 30 % => 0,3 Normale luftfyllingsgrader:

  • Vannledninger og inntaksledninger: 20 - 40 % (P: 0,2 - 0,4)
  • Utslippsledninger: 30 - 50 % (P: 0,3 - 0,5)
  • Spillvann med jevn belastning, kort oppholdstid: 30 - 70 % (P: 0,3 - 0,7)
  • Spillvann med ujevn belastning, lang oppholdstid: Må vurderes i hvert enkelt tilfelle

di: Rørets innvendige diameter i meter

Nødvendig belastning pr meter rør (vekt i luft)

bilde9

f: Omregningsfaktor fra vekt i vann til vekt i luft:

  • 1,76 for sjøvann med høyt saltinnhold
  • 1,75 for sjøvann med lavt saltinnhold
  • 1,72 for ferskvann
bilde10

Senteravstand mellom loddene (c-c)

bilde11

Senteravstanden bør normalt være mellom 2,0 og 8,0 meter avhengig av blant annet dimensjon samt belastningsgrad og minst på de minste dimensjonene. I enkelte tilfeller må dette vurderes nærmere.

Eksempel:

En 315 mm PE SDR 11 sjøledning for vannforsyning skal legges i saltvann med tetthet 1 030 kg/m3. 30 % luftfyllingsgrad er valgt.

Vekten av den fortrengte væsken (oppdriften)

bilde12

Vekten av rør med væske

MR og di hentes fra rørprodusentens katalog. MLUFT settes lik null. Luftfyllingsgraden 30 % settes inn som desimaltallet 0,3. Tettheten for ferskvann er 1 000 kg/m3.

bilde13
bilde14

Nødvendig belastning pr meter rør (vekt i luft)
Når betongen har tetthet 2 400 kg/m3 og sjøvannet har tetthet 1 030 m3, blir forholdstallet f = 1,75.

bilde15

Senteravstand c-c

Et standard lodd med vekt 115 kg velges. Senteravstand mellom loddene blir:

bilde16

Beregning av loddbelastning ut fra tabell.

En PE-ledning som legges i hav eller ferskvann må belastes, slik at den ikke flyter opp. Oftest benyttes betonglodd. Man må ta hensyn til rørets oppdrift, maksimal andel luft i røret (luftfyllingsgrad) samt strøm- og bølgekrefter. I det etterfølgende vil vi se på beregning av nødvendig belastning kun som følge av rørets oppdrift og luftfyllingsgrad.

Vi benytter Arkimedes lov om at oppdriften er lik vekten av den fortrengte væskemengde minus vekten av røret med innhold. Nedenstående tabell viser nødvendig belastning (luftvekt av betonglodd) av PE 80 og PE 100 sjøledninger iht. utvendig diameter, SDR og luftfyllingsgraden P.

Tabell loddbelastning

de SDR33 SDR26 SDR17,6 SDR17 SDR11 SDR7,3
32 - - 0,05+P·1,09 0,05+P·1,08 0,06+P·0,92 0,07+P·0,73
40 - - 0,08+P·1,70 0,08+P·1,68 0,09+P·1,45 0,11+P·1,14
50 - 0,11+P·2,87 0,12+P·2,65 0,12+P·2,63 0,14+P·2,26 0,16+P·1,78
63 - 0,17+P·4,56 0,19+P·4,21 0,19+P·4,17 0,22+P·3,58 0,26+P·2,82
75 - 0,25+P·6,47 0,27+P·5,96 0,27+P·5,91 0,32+P·5,08 0,37+P·4,00
90 0,34+P·9,64 0,35+P·9,31 0,39+P·8,59 0,39+P·8,51 0,45+P·7,32 0,53+P·5,76
110 0,50+P·14,4 0,53+P·13,9 0,58+P·12,8 0,59+P·12,7 0,68+P·10,9 0,80+P·8,60
125 0,65+P·18,6 0,68+P·18,0 0,75+P·16,6 0,76+P·16,4 0,88+P·14,1 1,03+P·11,1
140 0,82+P·23,3 0,86+P·22,5 0,95+P·20,8 0,96+P·20,6 1,10+P·17,7 1,29+P·13,9
160 1,07+P·30,5 1,12+P·29,4 1,24+P·27,1 1,25+P·26,9 1,44+P·23,1 1,68+P·18,2
180 1,35+P·38,6 1,42+P·37,2 1,56+P·34,3 1,58+P·34,0 1,82+P·29,3 2,13+P·23,0
200 1,67+P·47,6 1,75+P·46,0 1,93+P·42,4 1,95+P·42,0 2,24+P·36,1 2,63+P·28,4
225 2,11+P·60,3 2,22+P·58,2 2,44+P·53,7 2,47+P·53,2 2,84+P·45,7 3,33+P·36,0
250 2,61+P·74,4 2,74+P·71,8 3,02+P·66,2 3,05+P·65,6 3,51+P·56,4 4,11+P·44,4
280 3,27+P·93,3 3,43+P·90,1 3,78+P·83,1 3,82+P·82,3 4,40+P·70,8 5,15+P·55,8
315 4,14+P·118 4,34+P·114 4,79+P·105 4,84+P·104 5,57+P·89,6 6,52+P·70,6
355 5,26+P·150 5,52+P·145 6,08+P·134 6,14+P·132 7,07+P·114 8,28+P·89,6
400 6,67+P·190 7,00+P·184 7,72+P·170 7,80+P·168 8,98+P·145 10,5+P·114
450 8,45+P·241 8,86+P·233 9,77+P·215 9,87+P·213 11,4+P·183 13,3+P·144
500 10,4+P·298 10,9+P·287 12,1+P·265 12,2+P·263 14,0+P·226 -
560 13,1+P·373 13,7+P·360 15,1+P·332 15,3+P·329 17,6+P·283 -
600 15,0+P·429 15,8+P·414 17,4+P·382 17,5+P·378 20,2+P·325 -
630 16,6+P·473 17,4+P·456 19,2+P·421 19,3+P·417 22,3+P·358 -
710 21,0+P·600 22,1+P·579 24,3+P·534 24,6+P·529 28,3+P·455 -
800 26,7+P·762 28,0+P·736 30,9+P·678 31,2+P·672 - -
900 33,8+P·964 35,4+P·931 39,1+P·859 39,5+P·851 - -
1000 41,7+P·1191 43,8+P·1150 48,3+P·1060 48,7+P·1050 - -
1100 50,5+P·1441 53,0+P·1391 58,4+P·1283 59,0+P·1271 - -
1200 60,1+P·1714 63,0+P·1655 69,5+P·1526 - - -
1400 81,8+P·2333 85,8+P·2253 - - - -
1600 107+P·3048 112+P·2943 - - - -

Loddbelastning (Mbelastning luftvekt) pr m rør PE 80 sjøledning Eksempel:

Loddbelastning av 315 mm PE 80 SDR 11 rør i sjø med 30 % luftfylling. Mbelastning luftvekt = 5,57+P·89,6 = 5,57+0,30·89,6 = 32,5 kg/m

Velger et standard lodd med luftvekt 115 kg.

Senteravstand c-c = MLODD/MBelastning luftvekt = 115/32,5 = 3,5 m