7.3 Технологічні розрахунки підводних трубопроводів

Ефективність використання зазначених технологічних схем протягування вимагає відповідних розрахунків.

7.3.1 Розрахунок тягового зусилля

Розрахунок тягового зусилля визначається з умови

, (7.1)

де т − коефіцієнт умов роботи тягових засобів, що приймається при протягування лебідкою – 1,1, при протягуванні тягачами – 1,2; Т_п − граничний опір трубопроводу на зсув.

Значення Т_п залежить від умов протягування та стану поверхні, по якій протягують трубопровід.

При протягуванні трубопроводу по поверхні ґрунту, коли рух сталий і рівномірний, Т_п визначається за формулою:

, (7.2)

де Q − вага трубопроводу; f_Тр − коефіцієнт тертя поверхні труби по ґрунту. Найбільше значення f_Тр рівне

, (7.3)

де − розрахунковий кут тертя, що приймається рівним , тут − коефіцієнт неоднорідності ґрунту; − кут внутрішнього тертя ґрунту.

При зрушенні трубопроводу з місця зусилля зрушення Т_п∙.зр трубопроводу при русі по ґрунті завжди буде більшим, ніж зусилля рівномірного руху, і визначається для загального випадку за умовою:

, (7.4)

де q_i − вага одиниці довжини спорядженого трубопроводу; С_р − розрахункове зчеплення поверхні труб з ґрунтом, рівне п∙с, тут п − коефіцієнт неоднорідності ґрунту; і − довжина частини кола труби, що врізається у ґрунт; − довжина трубопроводу; Е_ПАС − паливний опір ґрунту, переміщенню трубопроводу. Якщо поверхня трубопроводу, що протягається гладка, то Е_ПАС =0.

Для шорсткої поверхні Е_ПАС визначається за формулою

, (7.5)

де N − число елементів, що виступають на поверхні; − об’ємна вага ґрунту; t − товщина елементів, що виступають.

Так, якщо елементами, що виступають, є привантажувачі, то N − число привантажувачів, а t − їх товщина.

Якщо елементи, що виступають, є футерувальні рейки, то N слід приймати рівними їх числу на всій довжині трубопровода, а t – рівним їх товщині. При наявності обвантажувачів, футерування не враховують.

У табл. 7.5 наведені значення і для обвантажувачів; для футерованого трубопроводу без обвантажувачів і приймається рівним 0,3 Д_зов , де Д_зов − зовнішній діаметр спорудженої труби. Величину с краще визначати експериментальним шляхом; Якщо таких даних немає, то для дерев’яного футерування можна приймати с=0,1 від величини структурного щеплення ґрунту; для гладкого трубопроводу – с=0,05.

Таблиця 7.5 – Значення і для вантажів

Умовний діаметр трубопро-воду, мм	Товщина стінки вантажу, t, см	Довжина ходу і, см	Умовний діаметр трубопро-воду, мм	Товщина стінки вантажу, t, см	Довжина ходу і, см
400	10	50	700	10	70
400	15	60	700	15	80
400	20	70	700	20	90
500	10	60	800	15	85
500	15	70	800	20	95
500	20	80	1000	15	90
600	10	65	1000	20	100
600	15	75	1000	20	100
600	20	85	1000	20	100

За вимушених зупинок при протягуванні, зусилля зрушення інколи є вищим від початкового. Це пояснюється тим, що трубопровід прилипає до ґрунту. Силу прилипання g_п необхідно враховувати при зупинках протягування не менше 1год. У щільних глинах і суглинках Тс/м², а у в’язких – Тс/м²

Таким чином, при повторному зрушенні з місця

, (7.6)

де F – площа впирання трубопроводу на водонасичений глинистий ґрунт.

За найбільшим із значень Т_п, знайдених за формулами (7.2 ), (7.4), і 7.6. і умовою (7.1), визначають розрахункове тягове зусилля Т_р, на яке розраховують діаметр тягового троса та підбирають тягові засоби.

Якщо трубопровід протягується з одночасним заповненням його водою через отвір, залишений у головній частині, необхідно зрівноважити швидкість протягування зі швидкістю заповнення водою. Для забезпечення стійкості трубопроводу необхідно, щоб рівень води в ньому не опускався нижче рівня води у водоймі ніж на 1м. Рахуючи отвір для заливу круглим і визначивши поступлення води в отвір за секунду при напорі 1м (різниця рівнів води в річці і трубопроводі), швидкість протягування трубопроводу можна визначити за формулою:

, (7.7)

де d − діаметр отвору; − внутрішній діаметр трубопроводу.

Діаметр основної линви визначають за табл. 7.6 в залежності від розривного зусилля троса R_н, отриманого за формулою

, (7.8)

де – розрахункове тягове зусилля; – коефіцієнт перевантаження, що приймається для випадку протягування по ґрунту рівняння 2 і по спеціальних доріжках (крім ґрунтових) – 1.3; m − коефіцієнт умов роботи, що приймається рівним 1.1); − коефіцієнт однорідності для троса, що приймається для нових тросів рівним 1, а для линв, що мають обривки дротів – 0,8 ; t – коефіцієнт з’єднання линв, значення якого рівне (табл. 7.7).

Таблиця 7.6 – Значення діаметрів тягової линви

Діаметр троса, мм	Площа січення всіх прово-дів, мм2	Розраху-нкова маса 1000 м змазаного троса, кг	Розривне зусилля троса, кгс
			Тимчасове спротивлення розриву проволок при розтягу, кгс/мм2
			150	170	180	200
5,8	15,13	136,5	1940	2060	2180	2330
7,6	26,41	237,0	3380	3590	3655	3960
9,2	37,94	340,5	4855	5160	5255	5685
10,5	51,80	465,0	6625	7040	7175	7760
12,5	67,31	604,0	8600	9120	9315	10050
15,0	105,02	942,0	13400	14250	14550	15750
16,5	127,01	1140,0	16200	17200	17550	19050
18,5	151,80	1365,0	19400	20600	21000	22750
21,5	206,33	1850,0	26400	28000	28550	30900
23,0	236,74	2125,0	30250	32150	32800	35450

Закінчення таблиці 7.6

Діаметр троса, мм	Площа січення всіх прово-дів, мм2	Розраху-нкова маса 1000 м змазаного троса, кг	Розривне зусилля троса, кгс
			Тимчасове спротивлення розриву проволок при розтягу, кгс/мм2
			150	170	180	200
26,0	303,81	2725,0	38850	41250	42050	45550
30,5	420,05	3770,0	53750	57100	58200	63000
33,5	508,05	4560,0	65000	69050	70350	76100
36,5	604,37	5425,0	77300	82000	83500	90350
39,5	712,06	6390,0	90800	96500	98550	106500
42,5	825,32	7405,0	105500	112000	114000	123500
45,5	946,94	8495,0	121000	128000	130500	141500
48,5	1076,91	9660,0	135500	140500	145000	141500
54,5	1361,94	12250,0	174000	178000	183500	141500

Таблиця 7.7 – Значення коефіцієнта тросового з’єднання

Спосіб згинання линви	t
навкруг рухомого блоку	0,43
навкруг ковша	0,67
посунутого в отвір планки	0,35
через крюк простою петлею	0,20
через крюк закидною петлею	0,70
При наявності на тросі розправлених вузлів	0,50
При наявності обгортки	0,75
При зжимі троса спеціальними зажимами	0,70
При наявності простого і подвійного, а також засувного штоків	0,50
При штикових і на пів штикових вузлах при установці менше двох згинів	0,70
При наявності прямого кута:
для восьмірки на металі	0,40
для подвійної вісьмірки на металі	0,70

При визначенні R_н за формулою (7.8) необхідно приймати найменше з можливих значень коефіцієнта t при розгляді фактичних умов закріплення та згину троса.