книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfДля ординаты z, равной глубине заложения футляра до верхней образующей Я, напряжения az будут максимальными crzmax при х=0. Расчетное давление от подвижного транспорта q„ на футляр определяется как:
Яп ~ Яп G max 9 |
(5.313) |
где пп - коэффициент надежности по налрузке от подвижного транспорта, принимаемый равным 1,4 для вариантов нагрузки от колонны автомобилей и равным 1,1 для нагрузок от одиночных машин.
Нагрузка на оси автомобилей, прицепов и гусеничных тягачей в зависимости от класса, а также их другие технические характеристики приведены в табл. 5.22 и 5.23.
|
|
|
|
Таблица 5.22 |
Основные показатели автомобилей, учитываемые в нормативных |
||||
|
нагрузка Н-30 и Н-10 |
|
|
|
Показатель |
Н-30 |
утяжеленного |
Н-10 |
нормального |
Масса |
|
|
||
30 |
13 |
|
10 |
|
нагруженного |
|
|
|
|
автомобиля, т |
|
|
|
|
Нагрузка на ось, |
|
|
|
|
кН |
|
|
|
|
заднюю |
2x120 |
95 |
|
70 |
переднюю |
60 |
35 |
|
30 |
Ширина ската, м |
|
|
|
|
заднего |
0,8 |
0,4 |
|
0,3 |
переднего |
0,3 |
0,2 |
|
0,15 |
Длина |
0,2 |
0,2 |
|
0,2 |
соприкасания |
|
|
|
|
ската с покрытием |
|
|
|
|
проезжей части |
|
|
|
|
(по направлению |
|
|
|
|
движения), м |
|
|
|
|
База автомобиля, |
6+1,6 |
4,0 |
|
4,0 |
м |
|
|
|
|
Ширина кузова, м |
2,9 |
2,7 |
. |
2,7 |
Ширина колеи, м |
1,9 |
1,7 |
|
1,7 |
Значения о^ можно также найти без расчета по формуле (5.312), если воспользоваться данными табл. 5.24.
При заданном значениия (вертикальная координата точки на верхней образующей футляра) и найденном значении q (половина зоны
распространения эпюры реакции основания дороги) определяем отношение bla и по табл. 5.23 отыскиваем соответствующее значение сг^ю*/ q. Зная величину
q (Pxmaxi НаХОДИМ CJZщах.
Толщина стенки кожуха (футляра) 5К (см.рис. 5.36) определяется Из условия прочности по формуле:
(5.314)
где N - расчетное поперечное сжимающее усилие в наиболее напряженном сечении футляра, отнесенное к единице длины футляра,
N "Г/ЬЯгр.в Qn) |
(5.315) |
М - расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении футляра, отнесенный к единице его длины,
А/1* С'Г* '{Ягр.в Я п ~ Ягр.б) |
|
(5.316) |
|
Здесь гк - радиус |
кожуха (футляра), гк=095Ок) с |
- |
коэффициент, |
учитывающий всестороннее сжатие футляра, с=0,25; |
R2 |
- расчетное |
|
сопротивление материала футляра по пределу текучести. |
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.23 |
Основные показатели колесных прицепов класса НК-80 гусеничных |
|||
|
тягачей класса НГ-60 |
|
|
Показатель |
НК-80 |
НГ-60 |
|
Масса машины, т |
80 |
|
60 |
Нагрузка на ось, кН |
200 |
|
- |
Нагрузка на 1 м |
|
|
60 |
гусеницы, кН |
0,8 |
|
0,7 |
Ширина обода или |
|
||
гусеницы, м |
0,2 |
|
|
Длина соприкасания |
|
|
|
ската с проезжей частью |
|
|
|
вдоль движения, м |
|
|
5 |
Длина опирания |
|
|
|
гусеницы, м |
|
|
|
Расстояние между осями |
1,2 |
|
|
скатов вдоль движения, |
|
|
|
м |
2,7 |
|
2,6 |
Расстояние между осями |
|
||
гусениц или скатов |
|
|
|
поперек движения, м |
|
|
|
Безразмерные напряжения |
q |
от распределенной нагрузки q = (рхтах |
||||
|
|
|
|
при JC=0 |
|
|
Значения |
Значения |
Значения |
Значения |
Значения |
Значения |
|
z/a |
G max! q |
|
z/a |
O ntaxl q |
z/a |
GzmaJ q |
0,0 |
1,0000 |
|
0,5 |
0,960 |
3,0 |
0,397 |
0,1 |
1,0000 |
|
1,0 |
0,822 |
4,0 |
0,306 |
0,2 |
0,998 |
|
1,5 |
0,670 |
5,0 |
0,242 |
0,3 |
0,993 |
|
2,0 |
0,540 |
- |
- |
5.3.2. Оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода на переходах через автомобильные дороги
Надежность трубопроводных систем в значительной степени определяется уровнем действующих в них напряжений и деформаций. Напряженно-деформированное состояние (НДС) трубопроводов формируется рядом факторов, среди которых следует отметить технологические, природные, коррозию, местные дефекты трубопровода, неучтенные на стадии проектирования нагрузки и воздействия.
Рассмотрим, какие возникают дополнительные напряжения и деформации в трубопроводе по последней причине. Например, при пересечении строящейся автодороги с существующим трубопроводом на него действует неучтенная при проектировании нагрузка q от давления насыпи, плотна и подвижного состава, вследствие чего возникают дополнительные напряжения от изгиба. Кроме того, из-за неравномерности осадки грунта может произойти оседание насыпи дороги на участке перехода, что ведет к дальнейшему повышению дополнительной нагрузки на трубопровод при восстановлении полотна дороги и, как следствие, к увеличению изгибающих напряжений и стрелы прогиба трубопровода на этом участке.
Учитывающие такие воздействия расчетные схемы переходов трубопроводов под дорогами представлены в табл.5.25. Там же указана область применения данных расчетных схем и приведены формулы для определения максимальных значений изгибающего момента Мтах и прогиба Принято, что прилегающие участки трубопровода работают в поперечном направлении, как балки на упругом основании, в продольном - в области упругой связи трубы с грунтом. Участки 1 для схем 3 и 4 работают на продольно-поперечный изгиб. Коэффициенты ку ки а, р определяются по формулам:
Рекомендуемые способы бестраншейной прокладки трубопроводов
Способ |
Трубоптзовод |
Наилучшие |
Скорость |
Необходи |
Ограничения к |
|
|
диаметр, |
длина, |
грунтовые |
проходки, |
мое |
применению |
|
мм |
м |
условия |
м/ч |
усилие |
способа |
|
|
|
применения |
|
вдавлива |
|
Прокол: |
50-500 |
80 |
|
|
ния, кН |
В скальных и |
Песчаные и |
306 |
148-2450 |
||||
механический с |
|
|
глинистые |
|
|
кремнистых |
помощью |
|
|
без твердых |
|
|
грунтах не |
домкратов |
|
|
включений |
|
|
применяется |
гидропроколом |
100-200 |
30-40 |
Песчаные и |
1,6-14 |
250-1600 |
Способ |
|
400-500 |
20 |
супесчаные |
|
|
возможен при |
|
|
|
|
|
|
наличии |
|
|
|
|
|
|
источников |
|
|
|
|
|
|
воды и мест |
|
|
|
|
|
|
для сброса |
|
|
|
|
|
|
пульпы |
вибропроколом |
500 |
60 |
Несвязные |
3,5-8 |
5-7,5 |
В твердых и |
|
|
|
песчаные, |
|
|
скальных |
|
|
|
супесчаные |
|
|
грунтах не |
|
|
|
и плывуны |
|
|
применяются |
грунто |
89-108 |
50-60 |
Глинистые |
2,5-2 |
|
Тоже |
прокалывателями |
300-400 |
40-50 |
Мягкие |
30-40 |
0,75-25 |
В грунтах с |
пневмо |
||||||
пробойниками |
|
|
грунты до |
(без |
|
повышенным 1 |
|
|
|
111 группы |
расшири |
|
водонасыщени |
|
|
|
|
телей) |
|
ем и с малым |
|
|
|
|
|
|
сцеплением не |
|
400- |
|
|
0,2-1,5 |
4500 |
применяется |
Продавливанис |
70-80 |
В грунтах |
В плывунных |
|||
|
2000 |
|
1-Ш групп |
|
|
грунтах способ |
|
|
|
|
|
|
не применим.В |
|
|
|
|
|
|
твердых |
|
|
|
|
|
|
породах может |
|
|
|
|
|
|
быть |
|
|
|
|
|
|
применим |
|
|
|
|
|
|
лишь для |
|
|
|
|
|
|
продавливания |
|
|
|
|
|
|
труб |
|
|
|
|
|
|
максимального j |
Горизонтальное |
325- |
|
В песчаных |
|
|
диаметра |
40-70 |
1,5-19 |
|
При наличии |
|||
бурение |
1720 |
|
и |
|
|
грунтовых вод |
|
|
|
глинистых |
|
|
способ не |
|
|
|
грунтах |
|
|
применяется |
закрытым, без перекрытия движения транспорта; при этом для укладки футляра (кожух) через дороги применяют методы бестраншейной проходки.
Открытый способ используется там, где имеется возможность временно прекратить движения транспорта или устроить временные объезды, т.е. на дорогах с низкой интенсивностью движения, III-V категорий [126].
Открытый (траншейный) способ строительства переходов под автомобильными дорогами включает следующие способы организации работ:
•без нарушения интенсивности движения транспорта (с устройством объезда или переезда);
•с перекрытием движения транспорта в два этапа на одной половине ширины дороги, затем на другой;
•с краткосрочным перекрытием движения транспорта по дороге (без устройства объезда или переезда).
При пересечении дорог в сложных географических и гидрологических условиях может быть применено строительство тоннелей открытым способом. Например, такой переход был сооружен на нефтепроводе КТК при пересечении автодороги Краснодар - Новороссийск.
Закрытый способ (бестраншейная проходка) применяется без ограничений, т.е независимо от категории дорог, интенсивности движения транспорта, категории грунтов и диаметра трубопровода.
При закрытом способе прокладки кожухов (футляры) применяют три основных методах проходки: прокол, горизонтальное бурение и продавливание. На сложных участках могут применяться следующие методы: наклонно направленное бурение, микротоннелирование, тоннельная проходка.
Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диаметра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов. Выбор способа также зависит от наличия в строительных организациях соответствующих трубопрокалывающих, продавливающих и бурильных агрегатов, установок и оборудования. Для облегчения выбора можно воспользоваться рекомендациями, приведенными в табл. 5.26.
В табл. 5.27 приведены некоторые экономические показатели на 1 м прокладки защитного футляра различными методами.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.27 |
|
Экономические показатели на 1 м прокладки защитного футляра |
|
||||||||
Услов |
|
|
|
Способ прокладки |
|
|
|
||
ный |
Открытый |
Горизонтальное бурение |
Продавливание по длине |
||||||
диа |
|
|
|
|
|
|
проходки |
|
|
метр |
затра |
потреб |
чел.- |
|
м-см |
до 10 м |
более 30 м |
||
фут |
ты |
ность в |
дн. |
УГБ |
прочие |
чел.-дн. |
м-см |
чел.- |
м-см |
ляра, |
труда, |
технике, |
|
|
|
|
|
дн. |
|
ММ |
чел.- |
М-СМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
дн. |
0,078 |
|
0,118 |
0,164 |
1,57 |
|
|
|
800 |
0,189 |
0,416 |
0,28 |
1,91 |
0,31 |
||||
1000 |
0,206 |
0,092 |
0,560 |
0,159 |
0,219 |
1,9 |
0,34 |
2,40 |
0,46 |
1200 |
0,231 |
0,112 |
0,680 |
0,191 |
0,270 |
2,07 |
0,35 |
2,66 |
0,48 |
1400 |
0,231 Г |
0,112 |
0,710 |
0,210 |
0,270 |
2,39 |
0,39 |
3,04 |
0,58 |
5.33.1 Прокладка труб способом прокола
При бестраншейном сооружении трубопроводов методом Прокола применяются различные по форме наконечники. Наиболее распространены наконечники в виде прямого кругового конуса. При использовании наконечников такого типа наблюдается минимальное сопротивление грунта проколу. От угла заострения наконечника существенно зависит усилие прокола.
Для определения лобового сопротивления и оптимального угла заострения рассмотрим наконечник в виде прямого кругового конуса радиусом R и углом заострения а (рис.5.39), перемещающийся в однородном грунте с постоянной скоростью под действием силы Р (лобовое усилие прокола).
Рис.5.39. Расчетная схема для определения лобового сопротивления и оптимального угла заострения наконечника
Лобовое усилие при проколе можно определить по выражению:
Р = яК га г Ш<£±Р1 |
(5.330) |
sin а |
|
где стг - напряжения, при которых обеспечивается течение грунта в радиальном направлении, для практических расчетов принимаемые равными напряжениями при полном уплотнении грунта, для глин аг = 1500 - 2000 кН/м2; <р - угол внутреннего трения грунта, tgcp =/, / - коэффициент трения грунта о наконечник. Исследуя выражение (5.330) на экстремум получаем зависимость для определения оптимального угла заострения конического наконечника
2tga = sin2(a+ <р) |
|
(5.331) |
На рис. 5.40 показана зависимость ctonm от/, построенная но выражению |
||
(5.331). Видно, что для рекомендуемых |
значений |
коэффициента трения |
/ = 0,25-0,4 в глинистых и /= 0,4-0,55 в песчаных грунтах 2аопт- 45* - 50°, что соответствует практическим результатам прокола.
Приблизительные значения усилий при проколе можно определить по графику на рис. 5.41.
Усилия, требующиеся для прокола труб, колеблются в пределах от 150 до 2000 кН. Определив нажимное усилие, принимают необходимое число гидродомкратов для силовой установки, а также выбирают тип упорной стенки в котловане.
Для прокола труб чаще всего применяют нажимные насосно-домкратные установки, состоящие из одного или двух спаренных гидравлических домкратов типа ГД-170 с усилием до 170 тс каждый, смонтированных на общей раме. Штоки домкратов обладают большим свободным ходом (до 1,15-1,3 м). Раму с домкратами устанавливают на дне рабочего котлована, из которого ведут прокол. Рядом с котлованом на поверхности размещают гидравлический насос высокого давления - до 30 МПа.
Р, кН
«оп.трад
0,3 |
0,5 |
0,7 |
f |
|
Рис.5.40. Зависимость оптимального угла |
необходимого усилия для прокола труб |
|||
заострения наконечника от коэффициента |
||||
трения его о 1рунт |
|
|
разных условных диаметров Dy на длину L, м, |
|
|
|
|
|
в песчаных ( _ _ ) и глинистых (______) |
|
|
|
|
грунтах |
5.3.3.2. Прокладка труб способом продавливания
Бестраншейная прокладка труб продавливанием отличается тем, что прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий в трубу в виде плотного керна (пробки), разрабатывают и удаляют из забоя. При продвижении трубы
преодолевают усилия трения грунта по наружному ее контуру и врезания ножевой части в грунт.
Для продавливания труб применяют нажимные насосно-домкратные установки из двух, четырех, восьми и более гидродомкратов усилием по 5003000 кН каждый с ходом штока 1,1-2,1 м, работающие от насосов высокого давления. Количество домкратов в установке зависит от необходимого
нажимного усилия Р, кН, равного: |
|
P =qc£ + [2(1 + £,)/>, + qk]Ltgç |
(5.332) |
где qc- удельное сопротивление вдавливанию ножа в грунт, равное для глинистых грунтов (50-70) кН, для песчаных грунтов (70-100) кН, для прочных грунтов (200-600) кН на 1 м длины режущей кромки ножа; £ - периметр ножа, м; Ço- коэффициент бокового давления грунта, равный для песка 0,35-0,41, для суглинка 0,5-0,7, для глины 0,7-0,74; qK- вес 1 м длины кожуха (футляра); L - длина бестраншейной проходки; tg<p- коэффициент трения кожуха о грунт, равный для глин 0,4-0,5, для песков 0,6-0,65; р\ - вертикальное горное давление на 1 м длины кожуха, равное:
ГгР'£>1
(5.333)
3/кр
где угр- удельный вес грунта, кН/м3; DK- диаметр кожуха, м\f Kp- коэффициент крепости грунта, определяемый по данным проф. М.М. Протодъяконова (см. табл. 5.18).
Приближенное необходимое усилие для продавливания трубы
P = TTTDkL , |
(5.334) |
где т- сила сопротивления грунта по поверхности кожуха, равная 20-25 кН на 1 м2 поверхности трубы, м.
Способом продавливания ведут прокладку не только стальных труб, но и железобетонных коллекторов и тоннелей из элементов различной замкнутой по периметру формы.
5.33.3. Прокладка труб способом горизонтального бурения
Горизонтальное бурение используется для трубопроводов средних и больших диаметров в грунтах 1-1V категорий. Проходка скважин ведется установками горизонтального бурения (табл. 5.28), предусматривающими опережающую разработку грунта в забое с устройством