5. Расчет ореола оттаивания вокруг подземных тепловыделяющих каналов

Подземные трубопроводы являются мощными теплоисточниками, оказывающими большое влияние на температурное поле грунта. В результате температура вмещающей среды повышается, и она теряет прочность. На практике наблюдается много случаев деформаций зданий, если их основание оказывается в зоне этого влияния. Особо опасно распространение ореола оттаивания вокруг трубопровода под подошву фундаментов. Кроме того, образование больших ореолов оттаивания опасно и для устойчивости самого трубопровода. Оно может привести как к его недопустимой осадке, так и к всплытию.

Из вышеизложенного следует, что расчет ореола оттаивания вокруг подземного трубопровода есть непременное условие при его проектировании.

Различают низкотемпературные трубопроводы и высокотемпературные. Первые рассчитываются, исходя из образования стационарного температурного поля вокруг трубы. Вторые - нестационарного. Отнесение трубопровода к первому или второму виду производят исходя из значения безразмерной температуры _t. Если _t  0,2 трубопровод относят к низкотемпературному, в противном случае - к высокотемпературному.

При низкотемпературном трубопроводе величина _t рассчитывается по формуле 5.6.

Глубина оттаивания вечномерзлого грунта под центром трубы, показанная на рис. 5.1 определяется по формуле 5.1.

(5.1)

где h_н - глубина оттаивания под центром трубы, м;

r_т - радиус трубы, м;

m - отношение глубины заложения трубы h к её радиусу r_т;

n - безразмерный параметр, определяемый по формуле 5.5.

Рисунок 5.1. Схема к расчету ореола оттаивания

Мощность мерзлого грунта над центром трубы h_в, м, вычисляется по формуле 5.2.

(5.2)

Радиус ореола оттаивания вокруг трубы r_от, м, находится по формуле 5.3.

r_от= 0,5 (h_н- h_в), (5.3)

Смещение вниз центра ореола оттаивания по отношению к центру трубы определяется по формуле 5.4.

с = 0.5^. (h_н+h_в)-h, (5.4)

(5.5)

где _т - теплопроводность грунта в талом состоянии, Вт/(м ^{. о}С);

_t - безразмерная температура, рассчитывается по формуле 5.6;

R_t - термическое сопротивление теплопередаче, м^.оС/Вт, определяется по формуле 5.7.

, (5.6)

где _м- теплопроводность грунта в мерзлом состоянии, Вт/(м ^оС);

t_о - температура грунта на глубине 10 м, ^оС;

t_с - температура транспортируемой среды, ^оС;

 - коэффициент, учитывающий работу трубопровода неполным сечением, безразм., определяется по таблице 5.1; для напорных трубопроводов принимается равным =1.

(5.7)

Таблица 5.1. Значение коэффициента 

to	Cтепень заполнения трубы, %
	10	30	100
0	0.8	0.95	1.0
-2	0.75	0.85	1.0
-4	0.70	0.80	1.0
-6	0.66	0.77	1.0

При высокотемпературном трубопроводе глубины оттаивания вечномерзлого грунта под центром h_н, м и мощность мерзлого грунта над центром h_в, м трубы определяются по формулам 5.8 и 5.9.

h_н=(_t-m-1) r_t, (5.8)