
книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfскважин в грунте большего диаметра, чем прокладываемая труба. Этот метод не рекомендуется применять на слабых (водонасыщенных и сыпучих) грунтах во избежание просадки дорожного полотна.
Эффективность применения шнековых установок горизонтального бурения зависит от правильного выбора конструктивных и рабочих параметров установок.
Конструктивные параметры установок: диаметр режущей головки, шаг и длина шнека; угол подъема наружной образующей винтовой линии шнека и др. выбираются, исходя из конструкции перехода, диаметра прокладываемого трубопровода и глубины его заложения под дорогами.
Таблица 5.28
Техническая характеристика установок горизонтального бурения
Показатели |
УГБ-4 |
УГБ-5 |
УГБ-2 |
ГБ-1421 |
Диаметр |
325, 426 |
630, 720 |
1220 |
1220, 1420 |
прокладываемого |
530, 630 |
920, 1020 |
|
|
кожуха, мм |
|
|
|
|
Длина |
до 60 |
40-50 |
до 40 |
до 50 |
прокладки, м |
|
|
|
|
Мощность |
29 |
40,5-44 |
40,5-44 |
51,5 |
двигателя, кВт |
|
|
|
|
Скорость |
1,8-1,9 |
1,8-18 |
1,8-18,5 |
1,5-12,7 |
бурения, м/ч |
|
|
|
|
Максимальное |
748,8 |
748,8 |
748,8 |
748,8 |
усилие подачи |
|
|
|
|
кожуха, кН |
|
|
|
|
Рабочими параметрами считаются: частота вращения шнека и режущей головки; скорость бурения, подача и толщина стружки; коэффициенты разрыхления грунта, заполнение сечения и объема шнека; производительность шнекового транспортера, мощность и энергоемкость резания и транспортирования грунта, усилия для подачи режущей головки и проталкивания кожуха.
Требуемая мощность установки горизонтального бурения в кВт определится как:
Ny = N6 + Nut + Nnp , |
(5.335) |
где Nut - мощность, затрачиваемая на перемещение грунта шнеком; N„p - мощность, затрачиваемая на продавливание кожуха; мощность, затрачиваемая на бурение скважины, равная:
N e = P c p ^ ~ - |
(5.336) |
где Ru, - средний радиус шнека, м ; п - частота вращения шнека, об/мин; Рср - среднее усилие, необходимое для разрушения грунта режущей головкой, Я, равное:
Рср = к - hc Rc тр , |
(5.337) |
где к - коэффициент удельного сопротивления грунта разработки при бурении режущими головками фрезерного типа (определяется по графику (рис. 5,42 в зависимости от Ис и иб)\ Ис - толщина стружки срезаемого грунта, м; Rc —радиус скважины, м; тр - число режущих граней на головке, обычно тр = 2-3; Об - скорость бурения, м/мин, определяемая по формуле:
_ n -S -y fv |
(5.338) |
о* = |
где 5-шаг шнека, м (табл. 5.24); Лр-коэффициент разрыхления транспортируемого грунта (табл.5.30); DUI , /)с-диаметр шнека и скважины соответственно, м (табл. 5.31); ^-коэффициент объемного наполнения шнека, зависящий от высоты заполнения шнека и угла естественного откоса насыпных грунтов при движении по цилиндрическим кожухам. Коэффициент y/v находится по графику (рис. 5.43) в зависимости от h (в долях от /?ш), где Рш~ наружный радиус шнека.
Максимальное значение высоты h можно определить, исходя из геометрических размеров транспортируемого грунтового потока, размещенной в пределах шага шнека:
hmax ~ LT • tgq>r |
(5.339) |
где LT - длина транспортируемого грунтового потока в пределах шага шнека, м. Для расчета можно взять Lr = S\ <рг~ угол естественного откоса разрыхленного грунта в движении, <рг = (0,85-1,0) (р где (р- угол естественного откоса грунта в покое, табл. 2.12.
Минимальная частота вращения шнека и режущей головки определяется по эмпирической формуле [74]:
(5.340)
где кгр коэффициент, характеризующий физико-механические свойства грунтов.
Таблица 5.30
Коэффициент разрыхления транспортируемого грунта
Грунт |
кр |
Глина мягкая жирная |
1,44-1,75 |
Глина мореная ломовая |
1,5-1,78 |
Песок без примесей |
1,3-1,58 |
Песок с примесью щебня и гравия |
1,37-1,73 |
Скальные разрыхленные грунты |
1,6-1,72 |
Легкий суглинок |
1,42-1,66 |
Тяжелый суглинок |
1,55-1,69 |
Суглинок с примесью щебня и гравия |
1,57-1,72 |
Супесь без примесей |
1,3-1,58 |
Супесь с примесью гравия и щебня |
1,57-1,72 |
Таблица 5.31
Размеры режущих головок установок УТБ и ГБ
Установка |
Диаметр |
Диаметр |
Диаметр |
Диаметр |
|
|
кожуха, |
диска, |
скважины, |
головки, |
|
|
мм |
мм |
мм |
мм |
|
|
325 |
280 |
360 |
|
|
УГБ-4 |
426 |
360 |
460 |
315 |
|
530 |
480 |
575 |
|||
|
|
||||
|
630 |
570 |
670 |
|
|
|
630 |
570 |
670 |
|
|
УГБ-5 |
720 |
660 |
760 |
315 |
|
920 |
860 |
960 |
|||
|
|
||||
|
1 0 2 0 |
960 |
1060 |
|
|
УГБ-2 |
1 2 2 0 |
1165 |
Ш о |
315 |
|
ГБ-1421 |
1 2 2 0 |
1165 |
1260 |
360 |
|
1420 |
1360 |
1470 |
|||
|
|
Максимально возможная частота вращения шнека [74] равна:
0,5(с<мg[ - f T sinax) |
<Q g 6 |
|
"max |
-cosa{ +sina{) |
(5.341) |
f o i / т |
|
где a\ - угол наклона винтовой линии шнека, на которой расположены частицы грунта (из табл.5.29);Угкоэффициент трения грунта по винтовой поверхности
шнека в движении (табл. 5.33); f a — коэффициент трения грунта по винтовой поверхности в покое (из табл. 5.33).
Таблица 5.32
Коэффициент кгр, характеризующий физико-механические свойства
транспортируемых грунтов
Грунты и их состояние |
|
|
Пески и супеси: нормальной влажности |
|
6-7 |
мокрые |
|
7-10 |
Суглинки и глины: нормальной влажности |
|
4,5-6 |
мокрые |
|
6 - 8 |
Известняки, глинистые сланцы, мел: нормальной влажности |
5-8 |
|
мокрые |
|
8 - 1 0 |
|
|
Таблица 5.33 |
Коэффициент трения насыпных грунтов по стали в покое и движении |
||
Грунт |
/о |
Jт |
Щебень гранита влажный |
0,53 |
0,45 |
Известняк мелкокусковой влажный |
0,55 |
0,51 |
Супесь мелкокусковая нормальной влажности |
0,53 |
0,46 |
Песок среднезернистый сухой |
0,43 |
0,41 |
Суглинок мелкокусковой нормальной влажности |
0,63 |
0,54 |
Мощность, необходимая для перемещения грунта винтовым транспортером со шнеком, смонтированным на опорных подшипниках, определяется по эмпирической формуле [74]:
N u = - |
|
- • WT • g |
|
(5.342) |
|
|
3,6106 |
*о |
|
|
|
где 1 Ш- длина шнека, м; |
ко- поправочный коэффициент, зависящий от типа |
||||
грунта; для глинистых и суглинистых грунтов |
ко = 1 ,2- 1 ,6 ; для песчаных и |
||||
супесчаных грунтов |
ко = 1,8-2,0; WT- коэффициент сопротивления насыпного |
||||
грунта транспортированию (находится по графику (рис.5.44); g - |
ускорение |
||||
свободного падения, |
м/с2; |
Qm - |
массовая |
производительность |
шнекового |
транспортера, т/ч, равная: |
|
|
|
|
Qm = 6 0 ’L ^ L S n p ' r ü |
(5.343) |
4 |
|
где p - плотность грунта, разрыхленного режущей головкой, т/м3.
Мощность, необходимая для перемещения грунта винтовым транспортером с безопорным шнеком, определяется по формуле, аналогичной
(5.342): |
|
Ыш=3 6 Л ( Р ' К '* |
(5'344) |
где W0 - коэффициент сопротивления насыпного грунта транспортированию (находится по 1рафику рис. 5.45).
|
*“ п.об/мнн |
Рис.5.44. Зависимость коэффициента |
Рис.5.45. Зависимость коэффициента |
удельного сопротивления грунта |
общего удельного сопротивления |
перемещению шнеком: |
транспортированию влажного |
1 -\)б= 1,5 м/ч; 2 -г)5=2,5 м/ч; |
суглинка: |
3 - 0)5=5,24 м/ч |
1 - 0)5=1,5 м/ч; 2 - щ=2,5 м/ч |
Мощность, затрачиваемая на продавливание кожуха с учетом временных вертикальных нагрузок от транспорта, определяется по формуле:
{[з(phll+ p MhM)DK+^ { D l - D l ) p c + GK] L g +qT•*}
f |
• Dm, |
60103 А „Д ?
(5.345)
где р и рм- плотность насыпного грунта и грунта в массиве соответственно, кг/м ; hM- высота насыпи, м; hM- толщина материкового грунта над кожухом, м; Ою,9Окв - диаметры кожуха; наружный и внутренний соответственно, м; рс -
плотность стали, кг/м3; qT - временная нагрузка от транспорта, определяемая по табл.5.34 в зависимости от глубины заложения кожуха; F — площадь поверхности кожуха, на которую действует давление от временных нагрузок транспорта, определяемая по графику (рис. 5.46) в зависимости от глубины заложения кожуха и его диаметра; / ~ коэффициент трения стали о грунт ( / =0,3-0,6 ); G* - масса единицы длины шнекового транспортера с разрабатываемым грунтом, равная:
GK= Gm + Сгр , |
(5.346) |
где Gut - масса единицы длины шнека, кг/м; Gzp - масса грунта на единицу длины шнека, определяемая в зависимости от высоты заполнения кожуха грунтом, равная:
|
Gm* 0 ,6 - G K |
(5.347) |
где GK- масса единицы длины кожуха, кг/м; |
|
|
GK= j ( D 2KH- D l ) p c |
(5.348) |
|
|
4 |
|
Glp = |
РгрУ'о |
(5.349) |
|
|
Таблица 5.34 |
Временные нагрузки при различной глубине заложения защитного кожуха
Глубина |
Временная нагрузка, МПа |
Глубина |
|
Временная нагрузка quМПа |
||
заложения |
от |
от |
заложения |
|
от |
от |
кожуха, м |
автотранспорта |
подвижного |
кожуха, м |
автотранспорта |
подвижного |
|
0,5 |
10,30 |
состава ж.д. |
3 |
|
0,349 |
состава ж.д. |
- |
|
0,627 |
||||
1 |
0,523 |
0,957 |
4 |
h |
0,299 |
0,535 |
2 |
0,418 |
0,768 |
5 |
0,262 |
0,467 |
Средняя плотность грунта естественной влажности ргр выбирается по табл. 5.35.
3 |
5 |
7 |
9 |
11 |
1 3 |
1 5 |
1 7 |
p м 2 |
Рис.5.46. Площадь действия нагрузок на защитный кожух от транспорта в зависимости от глубины его заложения
Таблица 5.35
Средняя плотность грунта естественной влажности
Грунт |
рт кг/м3 |
Пески, супеси, пески и супеси с примесью гальки, |
1600 |
щебня или гравия (до 1 0 %) |
|
Пески, супеси, пески и супеси с примесью гальки, |
1700 |
щебня или гравия (более 1 0 %) |
|
Суглинки легкие и лёссовидные с примесью |
1600 |
гальки, щебня или гравия (до 1 0 %) |
|
Суглинки легкие и лёссовидные с примесью |
1750 |
гальки, щебня или гравия (более 10 %) |
|
Глины без примесей |
1800 |
Глины с примесью гравия, гальки или щебня |
1750 |
(до 1 0 %) |
|
Глины с примесью гравия, гальки или щебня |
1900 |
(более 1 0 %) |
|
Гравий и галька |
1750 |
Морские глины с валунами (до 10 %) |
1850 |
Мореные глины с валунами (от 10 до 30 %) |
2 1 0 0 |
Мореные пески, супеси и суглинки с гравием, |
1750 |
галькой и валунами (до 10 %) |
|
Мореные пески, супеси и суглинки с гравием, |
1950 |
галькой и валунами (до 30 %) |
|
Торф |
500-700 |