книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfр 2 _ р 2
*пР
2nDHT„pEF
Предельная величина усилия, при котором упругая связь переходит в упругопластическую,
пр |
(4.37) |
где
(4.38)
EF
Задаваясь несколькими значениями Р, рассчитываем прогибы / по формулам (4.29) и (4.30) и строим графики зависимостей / от Р, точка пересечения которых определяет фактические значения Рфи/ф.
Далее находим значения изгибающего момента М0 в сечениях х=0 и х=£ по формуле (4.31) и изгибающего момента Мс в сечении х =Ч2 по формуле:
м - \ М + -^ Ч — !------ 5™ |
(4 39) |
|
k 2 ) chM к2 |
* |
} |
2 |
|
|
Для безотказной работы трубопровода проверку его прочности в продольном направлении (см. п.2.2.3) следует выполнить с учетом дополнительных продольных напряжений, вызванных действием оползня:
_ Р Ф ± м 0, м с |
(4.40) |
|
F W
4.1.4. Расчет основных параметров буровзрывных работ при строительстве трубопроводов в горах
Вскальных грунтах перед разработкой траншеи
одноковшовыми экскаваторами необходимо предварительно рыхлить грунт взрывным способом [132]. Рыхление осуществляется группой небольших зарядов, помещенных в шпуры - цилиндрические полости диаметром до 85 мм
и длиной до 5 м. В качестве взрывчатых веществ (ВВ) применяются зерногранулиты, игданиты, грануляты, аммониты.
Расчет величины заряда в шпуре Q3ap ведется из предположения, что прц
взрыве образуется воронка, объем которой |
V связан с величиной Q3t^ |
соотношением |
* |
Qsap - APV |
(4.41) |
где Ар - удельный расход ВВ на рыхление, величина которого для эталонного ВВ (аммонита № 6 ЖВ) приведена в табл. 4.1 в зависимости от категории крепости породы.
Объем воронки определим через радиус г и глубины W, которая называется линией наименьшего сопротивления (кратчайшее расстояние от центра заряда до свободной поверхности):
|
|
|
Таблица 4.1 |
Удельный расход эталонного ВВ |
|
||
Породы |
Категория |
Удельный расход |
|
|
крепости |
аммонита №6 ЖВ, кг/м3 |
|
|
породы |
для взрыва |
для взрыва на |
|
|
на выброс |
рыхление |
Мел |
IV |
Ав |
4* |
0,8-1,35 |
0,25-0,3 |
||
Гипс |
IV-V |
1,0-1,3 |
0,35-0,4 |
Известняк-ракушечник |
V-VI |
1,5-1,75 |
0,5-0,6 |
Мергель |
IV-V |
1,3-1,6 |
0,35-0,45 |
Конгломерат |
V |
1,3-1,5 |
0,45-0,5 |
Туфы трещиноватые, плотная |
V-VI |
1,4-1,5 |
0,4-0,5 |
тяжелая пемза |
VI-VII |
|
|
Песчаник на глинистом цементе, |
1,15-1,4 |
0,4-0,5 |
|
сланец глинистый, известняк, |
|
|
|
мергель |
V1I-VIII |
|
|
Доломит, известняк, магнезит, |
1,3-1,7 |
0,45-0,6 |
|
песчаник на известковом |
|
|
|
цементе |
|
|
|
Гранит, гранодиорит |
V1II-X |
1,5-2,15 |
0,5-0,7 |
Базальт, андезит |
IX-XI |
1,75-2,3 |
0,6-0,75 |
Кварцит |
X |
1,75-2,5 |
0,5-0,6 |
Порфирит |
X |
1,15-2,1 |
0,7-0,75 |
a учитывая, что показатель действия взрыва п, равный отношению r/W, при рыхлении должен быть меньше единицы, можно считать, что V& W 3 Схема расположения заряда показана на рис. 4.9. Длину шпура L рекомендуется Принимать в 1,2 раза больше проектной глубины траншеи hT, Длина перебура £пеРсоставляет (0,15-0,2) Нт\ £зар - длина заряда принимается равной (0,3-0,6)1; £ыб ~ длина забойки. При £М1р= U 3 и £nep=0,2hTдлина шпура L = 1,2 Ити величина W становится равной Лг, таким образом, выражение (4.41) принимает вид
Qiap |
Ар' ftp |
(4.43) |
Зная плотность взрывчатого вещества рв, объем заряда |
|
|
^зар ~~ Qiap/Pi |
(4.44) |
|
или |
|
|
|
зар |
(4.45) |
откуда диаметр скважины |
|
|
d = |
' взор |
(4.46) |
|
0,3р Х |
|
Полученная величина округляется в большую сторону до ближайшего существующего значения диаметра бурового инструмента. В пределах от 25 до 75 мм градация диаметров идет через каждый миллиметр, от 75 до 295 мм - через 5 мм, от 295 до 450 мм - через 10 мм. Плотность различных взрывчатых веществ, применяемых при строительстве трубопроводов, дана в табл. 4.2. Там же приводятся значения поправочного коэффициента е, на который следует умножить удельный расход эталонного ВВ, чтобы получить идентичную величину для другого ВВ.
Расстояние между шпурами в ряду а обычно сосгавляет (0,5-190)hT. При ширине траншеи по дну до В < 2 м заряды располагаются в один ряд, при большей ширине - в два ряда.
Рис.4.9. Схема расположения заряда при разработке траншеи
Параметры взрывчатых веществ |
Таблица 4.2 |
|
|
||
Вид ВВ |
Плотность заряжения рв, |
Поправочный |
|
кг/м3 |
коэффициент е |
Аммонит №6 ЖВ |
1000-1200 |
1,00 |
Аммонит №7 ЖВ |
950-1100 |
1,04 |
Аммонал скальный №3 |
- |
0,8 |
Аммонал скальный №1 |
- |
0,81 |
Гранулит АС-8 |
870-920 |
0,95 |
Гранулит АС-4 |
800-850 |
1,00 |
Гранулит С-2 |
800-850 |
1.15 |
Зерногранулит 79/21 |
900-1000 |
1,00 |
Зерногранулит 50/50-В |
930-950 |
1.11 |
сухой |
|
|
в воде |
1360-1370 |
1,06 |
Зерногранулит 30/70-В |
950-970 |
1,13 |
сухой |
|
|
в воде |
1330-1380 |
1,10 |
Игданиты |
800-900 |
1,15 |
В процессе устройства полок часто производят взрывы на выброс, получая профиль полки, близкий к проектному. Заряды размещают в один, два или три ряда в зависимости от крутизны косогора и ширины полки [10]. Для размещения зарядов используют как шпуры, так и скважины - цилиндрические полости диаметром 85-200 мм и длиной до 20 м. Расстояние между рядами назначаются таким образом, чтобы воронки взрывов смежных рядов
перекрывали друг друга (рис. 4.10). Зоны, заштрихованные на риснуке, дорабатывают механизированным способом. Первый ряд располагают у основания откоса полки, так чтобы центры зарядов находились на уровне подошвы при этом W\ =BsinaK, rx = n\Vx. Второй ряд располагается на расстоянии и от первого, ориентировочно равном b = l y2rx/n. Аналогично отыскивается положение третьего ряда.
Рис.4.10. Схема расположения зарядов при разработке полки
При расположении центра заряда на расстоянии W от поверхности грунта длина перебура £пер =£зар, в то же время рекомендуемое значение £пер = (0,1- 0,15) W. Приравняв правые части этих уравнений, имеем £пер= (0,2-0,3) Ж; длина скважины L = W + £пер = (1,1-115)Ж. Величина заряда определяется по формуле:
Q3v = ApW\0,6n3 + 0A) |
(4.47) |
Если показатель действия взрыва n = 1, образуется воронка нормального выброса, если n > 1 - усиленного выброса. Расстояние между зарядами в ряду определяют по формуле а = mJV, где т - 1 при n = 1 и т = 1,25 при n = 1,5.
Диаметр скважины определим аналогично предыдущему случаю: объем
воронки взрыва равен V « W3У зар = Q3apPe> |
~ ях?/Ь£щ» таким образом: |
|
(4.48) |
На крутых склонах от 45° до 60° все скважины бурят веером с одной стоянки буровой машины, для прохода которой вначале устраивают тропу шириной Ь"р ~ 4,5 м, используя шпуровые заряды (рис. 4.11).
Рис.4.11. Схема расположения скважин на крутых склонах
Уровень расположения тропы Я составляет 0,35-0,45 высоты Я„, угол наклона крайних скважин к горизонту изменяется в пределах 72 - 80 , длина перебура первой скважины ^i « (0,15-0,4)Я1, второй и третьей
^злф=^2яер«0,1Я2.з; длина заряда первой скважины £]эары0,5LU второй и третьей
скважины £2,зщ>= (0,7-0,8)12.3- Используя зависимости
н |
(4.49) |
sinaK•sinp |
|
Ь г= Н + 12пер |
(4.50) |
7'3 " sin p |
(4.51) |
|
(4.52)
Я|'3 " s in p
(4.53)
определяют основные параметры. В качестве примера приведем данные буровзрывныхработпри устройстве полокс углами а* равными 45° и 60° (табл.
При строительстве тоннельного перехода через хребет Безымянный на трассе газопровода Россия - Турция был применен способ предварительного напряжения тоннельного участка трубопровода. Это позволило избежать применения компенсирующих устройств и упростить конструкцию перехода [140].
Принцип предварительного напряжения трубопровода на стадии строительства состоит в создании в его конструкции напряжений или перемещений, которые имели бы знак, обратный знаку напряжений или перемещений в период эксплуатации.
Рис.4.12. Конструктивно расчетная схема бескомпенсаторного тоннельного участка газопровода
Конструктивно-расчетная схема тоннельного участка газопровода (рнс.4.12) представляет собой надземный бескомпенсаторный неразрезной многопролетный балочный переход общей длиной L . Собственный вес
трубопровода воспринимается шарнирными Катковыми опорами, расположенными с определенным шагом вдоль оси. Б трубопроводе действует внутреннее давление р . Кроме того, он воспринимает воздействие температурного перепада Л Т У равного разности температур трубопровода в
период эксплуатации и в момент <сзамыкания» тоннельного участка. На входе и выходе перехода смонтированы неподвижные опоры, которые исключают любые перемещения трубопровода в этих точках. На полость трубопровода в его торцевых сечениях действует осевая сила, равная произведению внутреннего давления на площадь сечения в свету p F ^
Кольцевые и продольные осевые напряжения в трубопроводе без компенсации деформаций (при этом считается, что продольные осевые деформации равны нулю) определяются по формулам (2.9) и (2.40).
Когда невозможно избежать сжимающих осевых напряжений, можно применить предварительное напряжение участка путем приложения к его торцам предварительных растягивающих усилий. В этом случае решаются две*
* обеспечивается условие прочности по нормам проектирования;
• исключается возможность неконтролируемого выпучивания
трубопровода при его нагреве в период эксплуатации. Если при эксплуатации возникают сжимающие продольные напряжения, то минимальное продольное усилие предварительного напряжения следует определять по формуле
N n „ .m m = \<TnpN \F mp |
(4-54) |
где Fmp- площадь поперечного сечения стенки трубопровода.
Принимаемое усилие предварительного напряжения N„H должно учитывать суммарную силу трения в опорах Fmpt а также ряд факторов (разброс температур эксплуатации и «замыкания», несоосность стыкуемых труб, возможное заклинивание трубопровода на опорах и др.), которые учитываются
введением коэффициента запаса Kjan: |
|
|
N nu= K j \ N mmm+Fmp|. |
(4.55) |
|
Растягивающие предварительные напряжения, равные: |
|
|
сгпн |
|
(4.56) |
должны удовлетворять условиям прочности и деформативности |
норм |
|
проект ирования : |
|
|
а пн + а прЫ - |
|
(4.57) |
. |
т |
(4.58) |
а пн + a npN + а прМ - |
Qgjç |
|
где, кроме упомянутых ранее, используется изгибное напряжение (в растянутой зоне) сг„рм. В случае многопролетного тоннельного перехода изгибные напряжения определяются в опорных сечениях как в неразрезной балке.
Диаграмма изменения продольных осевых напряжений во времени, начиная с этапа предварительного напряжения и заканчивая периодом нормальной эксплуатации, показана на рис. 4.13. Таким образом, основная цель предварительного напряжения - избежать появления сжимающих осевых напряжений в период эксплуатации трубопровода.
Рис.4.13. Диаграмма изменения осевых напряжений в предварительно напряженном участке трубопровода:
1 - предварительное напряжение; 2 - гидростатические испытания; 3 - пуск в эксплуатацию; 4 - режим эксплуатации
4.2. П рокладка трубопроводов через болота и обводненные участки
Трубопроводы, прокладываемые в Сибири и на Крайнем Севере, на значительном протяжении пересекают болота и заболоченные участки [И; 22; 26; 30; 52; 56; 114; 123; 125; 129].
Болото (торфяник) - избыточно увлажненный участок земной поверхности, покрытый слоем торфа мощностью 0,5 м и более, при мощности менее 0,5 м - заболоченные земли.
Прокладку трубопроводов на болотах и обводненных участках целесообразно производить преимущественно в зимнее время, когда верхний торфяной покров промерзнет (используются специальные мероприятия по ускорению промерзания грунта) на такую глубину, при которой нормально работают механизированные колонны, и в этом случае технология строительства будет такой же, как и в нормальных условиях.
В остальные времена года в технологию будут вноситься существенные изменения в зависимости от типа болота, его параметров и параметров укладываемых труб.
Болота по характеру передвижения по ним строительной техники делятся наследующие типы [123]:
I - болота, целиком заполненные торфом, на которых допускаются работа и неоднократное передвижение болотной техники с удельным давлением 0,02 - 0,03 МПа (0,2 - 0,3 кгс/см2) или работа обычной техники с помощью щитов, еланей и дорог, снижающих удельное давление на поверхность залежи до 0,02 МПа (0,2 кгс/см2);