Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

13. Стрела изгиба трубопровода при повышении температуры по формуле

(4.162)

f ув = 100,32 −97,82 = 22,25 м.

14. Расстояние А′′В′′ по формуле (4.166)

17. Минимальная ширина свободноподвижной опоры в вершине слабоизогнутого компенсационного участка

22,5 – 19,9 = 2,35 м.

Пример 4.11. Определить, возможно ли осуществить укладку подземного стального трубопровода в районе шахтных разработок Донецкого бассейна без применения каких-либо конструктивных решений при обеспечении равнопрочности сварных соединений и основного металла. Условия прокладки следующие: диаметр трубопровода D=600 мм, толщина стенки δ = 0,8 см; угол падения пласта α = 10°; мощность пласта m = 1,2 м; углы сдвижения βо = 82°; ϕ=60°; предел текучести стали σm = 250 МПа. Трубопровод уложен в глинистом грунте и проходит «в крест простирания» пластов. Глубина горных работ до нижней границы выработки Н2=206 м; относительная величина максимального оседания qо = 0,55.

429

Решение

1. Расстояние от границы мульды сдвижения до точки максимального оседания дневной поверхности, т.е. длину полумульды по формуле (4.172)

L= 206[ctg82o + ctg(60o +10o )]=103,9 м.

2.Значение эмпирического коэффициента при α=10° для Донецкого бассейна составляет 0,35.

3.Величина критического сдвижения екр для глинистого грунта равна 5 см; максимальное значение интенсивности защемления для глинистого грунта

(см. табл. 4.16)

Qo = 0,04МПа, модуль упрочнения ЕТ = 50Е = 2,150105 = 4,2 103 МПа.

4. По формуле (4.177) находим максимально возможную длину полумульды сдвижения, при которой деформации в трубопроводе не превысят допускаемого уровня:

В результате решения данного уравнения получаем искомое значение L=166м, т.е. величину полумульды сдвижения, при которой деформации в трубопроводе не превысят допускаемого уровня, принятого равным 1%. Поскольку фактическое значение полумульды сдвижения, равное 103,9 м, меньше допускаемого (166 м), то расчет показывает, что данный трубопровод будет работать удовлетворительно с деформациями, меньше допускаемых. Следовательно, в данном случае нет необходимости в применении каких-либо конструктивных мероприятий, например, установки компенсаторов.

430

Трубопроводы при своем прохождении пересекают большое количество различных искусственных и естественных преград. Такие преграды называются переходами. В зависимости от вида препятствий переходы подразделяют на подводные, воздушные и подземные.

Существует множество методов прокладки трубопроводов через естественные и искусственные препятствия и конструкций таких переходов. Выбор метода (или конструкции) в каждом конкретном случае должен основываться на рассмотрении совокупности условий прохождения и требований к переходу – технических, экономических, экологических и др. Основные методы прокладки переходов, области их применения и технические ограничения на их применение рассмотрены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Область применения методов прокладки трубопроводов через естественные и искусственные препятствия

431

5.1.Подводные переходы трубопроводов через водные преграды

К подводным переходам относятся участки трубопроводов, пересекающих естественные или искусственные водоемы (реки, озера, водохранилища), шириной более 10 м по зеркалу воды в межень и глубиной свыше 1,5 м.

Подводные переходы трубопроводов через водные преграды проектируются на основании данных гидрологических, инженерногеологических и топографических изысканий с учетом условий эксплуатации в районе строительства ранее построенных подводных переходов, существующих и проектируемых гидротехнических сооружений, влияющих на режим водной преграды в месте перехода, перспективных дноуглубительных и выправительных работ в заданном районе пересечения трубопроводом водной преграды, требований по охране рыбных ресурсов и окружающей среды [10; 11; 12; 34; 58; 73; 83; 109; 114; 123; 125; 127; 128].

432

Границами подводного перехода трубопровода, определяющими длину перехода, являются для:

многониточных переходов – участок, ограниченный запорной арматурой, установленной на берегах;

однониточных переходов – участок, ограниченный горизонтом высоких вод (ГВВ) не ниже отметок 10%-й обеспеченности.

Створы переходов через реки выбираются на прямолинейных устойчивых плесовых участках с пологими не размываемыми берегами русла при минимальной ширине заливаемой поймы. Створ подводного перехода необходимо, как правило, предусматривать перпендикулярным динамической оси потока, избегая участков, сложенных скальными грунтами. Устройство переходов на перекатах, как правило, не допускается.

5.1.1. Расчет устойчивости подводного трубопровода

В соответствии со СНиП 2.05.06-85* [114] расчет устойчивости против всплытия подводного трубопровода выполняется по условию (4.59), в котором коэффициент надежности против всплытия κн.в принимается равным 1,05 для пойменных участков переходов, 1,10 для русловых участков переходов при ширине реки до 200 м; 1,15 для русловых участков переходов при ширине реки свыше 200 м.

Рис.5.1. Распределение скоростей водного потока

При расчете устойчивости против всплытия подводного трубопровода, пересекающего реки, желательно учитывать вертикальную и горизонтальную составляющие силового гидродинамического воздействия потока воды на трубу в процессе укладки трубопровода на дно траншеи.

Горизонтальная составляющая гидродинамического воздействия на единицу длины трубопровода

433

где Сх – гидродинамический коэффициент обтекании трубы водным потоком; υ - средняя скорость течения воды в слое на уровне уложенного на дно подводной траншеи трубопровода, м/с.

Изменение скорости водного потока и его направления показано на рис. 5.1. В формуле (5.1) в качестве υ можно с достаточной точностью принять υ2, значение которой отыскивается по номограммам [12] в зависимости от откосов траншеи m, ее ширины по дну В и глубины hТ. Ориентировочно значение Рх можно рассчитать, приняв в качестве υ скорость υ1, а донную скорость

υдон=0,6υпов.

Коэффициент Сх определяется в зависимости от числа Рейнольдса:

где ν - кинематическая вязкость воды, ν =1,0 10-6 м2/с.

По экспериментальным данным, при Re < 105 Сх = 1,1-1,2; при 105 < Re ≤ 107 Сх = 0,7 – 0,8 для гладких труб и Сх = 1,0 для обетонированных или офутерованных труб.

Вертикальная составляющая воздействия гидродинамического потока на единицу длины трубопровода Ру рассчитывается по формуле:

где Су – гидродинамический коэффициент подъемный силы, остальные параметры те же, что и в формуле (5.1). Коэффициент Су зависит от числа Рейнольдса и определяется (для гладких труб) по графику, приведенному в

[12].

Для расчета устойчивости подводного трубопровода с учетом гидродинамического воздействия потока жидкости следует иметь в виду следующее.

1.Вертикальная составляющая Ру действует в том же направлении, что и выталкивающая сила воды qв и, следовательно вводится в основную формулу (4.60) с тем же положительным знаком.

2.Горизонтальная составляющая действует на трубу, сдвигая ее в сторону

от оси траншеи. Для противодействия Рх за счет дополнительной нагрузки q создается сила трения

где k – коэффициент трения трубы о грунт при поперечных перемещениях. Отсюда

434

Величина Рх/k вводится в формулу (4.60) также с положительным знаком. Тогда требуемый вес балластировки в воде будет определятся по следующей формуле:

Соответственно формула (4.64) для расчета веса балластировки в воздухе принимает вид:

Таблица 5.2

Значения коэффициентов трения трубы о грунт

Значения коэффициента k для трубопровода, покрытого сплошной деревянной футеровкой, приведены в табл. 5.2.

При укладке подводных трубопроводов необходимо производить проверку устойчивости трубы против смятия под действием внешнего гидростатического давления воды по формуле

где Dср – средний диаметр трубы, Dср = Dн - δн; hв – глубина водоема; hо – глубина заложения трубопровода до верхней образующей.

435

5.1.2. Определение параметров балластировки подводных трубопроводов

Балластировка подводных трубопроводов в пределах участка подводно-технических работ выполняется кольцевыми чугунными и железобетонными грузами, жестко фиксируемыми на трубопроводе (рис. 5.2), (табл. 5.3, 5.4) или сплошным обетонированием (рис.5.3).

Рис.5.2. Чугунный кольцевой груз

Рис.5.3. Монолитное бетонное покрытие трубопровода:

1 – подкладка по упор; 2 – железобетонное покрытие; 3 – рабочий шов бетонирования; 4 – продольная арматура; 5 – упор для фиксации сетки; 6 – арматурная сетка; 7 – изоляция; 8 – трубопровод

Расстояние между одиночными чугунными или железобетонными грузами рассчитывается по формуле (4.65), потребное число грузов рассчитывается по формуле (4.68) (см. п.5.6). С учетом возможного опорожнения трубопровода qдоп по СНиП 2.05.06-85* [114] может приниматься равной нулю.

Если предусматривается балластировка сплошным слоем бетона, то диаметр обетонированного трубопровода можно рассчитывать по формуле:

436

Таблица 5.3

Чугунные кольцевые грузы для балластировки трубопровода

437

Окончание табл. 5.4

а толщину слоя бетона по формуле:

5.1.3. Расчеты параметров укладки подводных трубопроводов на дно траншеи

Существует несколько открытых способов и схем укладки трубопроводов в подводные траншеи. Отметим три основных способа: протаскивание по дну, погружение с поверхности воды или с поверхности льда зимой и погружение с плавучих средств последовательным наращиванием секций трубопровода.

5.1.3.1. Параметры укладки подводных трубопроводов протаскиванием

Основным параметром укладки трубопровода в проектное положение протаскиванием по дну подводной траншеи с помощью заранее уложенного в неё троса является усилие протаскивания Тпр. Оно зависит от способа балластировки, вида спусковой дорожки, стадии протаскивания и др. [10; 12].

Первая стадия: трогание трубопровода с места по грунтовой дорожке. В случае сплошного обетонирования

438