Сооружение перехода нефтепровода в условиях болот

Сооружение перехода нефтепровода в условиях болот.docx

В подготовке специалистов в области транспорта и хранения углеводородов большую роль играет курс «Сооружение газонефтепроводов» который рассматривает общие методы строительства и сооружения объектов транспорта нефти и газа.
Объектом исследования являются метод сооружения нефтепровода наземно в насыпи.
Цель работы – предложить способ сооружения нефтепровода наземно в насыпи на заболоченной территории Западной Сибири.
В процессе работы были тщательно изучены и описаны типы болот для которых были предложены наиболее предпочтительные варианты прокладки нефтепровода на заболоченной территории ограничения по их применению достоинства и недостатки каждого.
Курсовой проект включает 1 лист графической части формата А4 и 27 листов пояснительной записки формата А4. Пояснительная записка содержит 1 таблицу и 4 рисунка. При выполнении данного курсового проекта использовано 8 литературных источников.
Общие сведения о болотах6
Технологическая часть8
1 Способы прокладки трубопровода на заболоченных участках8
2 Способ надземной прокладки трубопровода в насыпи9
3 Укладка трубопровода в насыпи12
4 Водопропускные сооружения15
5 Подготовка строительной полосы16
6 Осушение полосы строительства16
7 Планировка строительной полосы17
8 Строительство временных дорог18
1 Определение толщины стенки трубопровода21
2 Проверка на прочность трубопровода в продольном направлении22
3 Проверка на пластические деформации трубопровода23
4 Расчет объема насыпи24
Список использованных источников27
Магистральные нефтепроводы в Западной Сибири и на севере Европейской части России начали строить примерно с середины 60-х годов прошлого века. С самого начала проектировщики строители и эксплуатация столкнулись серьезной проблемой: прокладкой трубопроводов на болотах. За последующие 40 с лишним лет десятки организаций и сотни исследователей работали над этой проблемой но окончательного решения в приемлемой для практики степени не получено и до настоящего времени.
Подготовка строительного производства охватывая широкий круг вопросов зависит от многих факторов: номенклатуры сложности и объема строительно-монтажных работ (СМР) мощности уровня специализации и кооперации производственных предприятий и других показателей.
Задача увеличения годовых объемов строительства может быть решена за счет совершенствования методов производства работ включающих методики и алгоритмы организацию и технологии подготовки строительного производства. Таким образом совершенствование методов производства подготовительных работ при сооружении нефтепровода в условиях слабонесущих грунтов является актуальной задачей для нефтяной отрасли.
Цель работы – предложить ряд мероприятий для сооружения магистрального нефтепровода на переходах через болота наземным методом в насыпи.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:
рассмотреть основные способы сооружения нефтепровода на переходах через болота с учетом анализа показателей возведения технологических проездов и площадок;
структурировать конструктивные решения строительного производства при сооружении технологических проездов и площадок в подготовительный период;
предложить метод сооружения нефтепровода наземно в насыпи.
Общие сведения о болотах
«Болотами называют участки земной поверхности характеризующиеся избыточным увлажнением верхних горизонтов почво-грунтов и горных пород развитием болотной растительности и образованием торфа» [3].
Тот участок земной поверхности покрываемый слоем торфа с мощностью более 05 метров и заполненный влагой как раз и будет считаться болотом или торфяником. Торф в свою очередь образуется из растительной клетчатки которая возникает за счёт крахмала. Искомый крахмал синтезируется растениями которые накапливают в себе солнечную энергию посредством фотосинтеза.
Болота разделяются на внутриконтинентальные и приморские. Первые свою очередь делятся на низинные болота подпитываемые грунтовыми водами и верховые болота – соответственно атмосферными осадками.
Озёра которые зарастают растительностью и заполняются осадками как раз и являются местом образования низинных болот. Растительность отмирает перемещается на дно и внедряется в состав осадка таким образом образуется торф. Именно торфом заполняется водоём. Таким образом образуется низинное болото.
Расположение верхового болота - возвышенность заболачивание лугов и лесов. Это возможно в основном в областях с умеренным климатом где выпадающие осадки значительно превышают испаряющиеся.
Чаще всего верховое болото образуется в местах близкого расположения подземных вод которые обеднены минеральными веществами из-за чего на дно перемещаются лишь зелёные мхи мощность которых может достигать более 6 м [3].
В соответствии с нормами принятыми в РФ водно-болотные угодья по несущей способности их почв классифицируют на 3 группы (СП 86.13330.2014) [8]:
Тип I - болота целиком заполненные торфом допускающие работу и неоднократное передвижение болотной техники с давлением 002-003 МПа или работу обычной техники с помощью щитов саней или дорог обеспечивающих снижение давления на поверхность залежи до 002 МПа.
Тип II - болота целиком заполненные торфом допускающие работу и передвижение строительной техники только по щитам сланям и временным дорогам обеспечивающим снижение давления на поверхность залежи до 001 МПа.
Тип III - болота заполненные растекающимся торфом и водой с плавающей торфяной коркой допускающие работу только специальной техники на понтонах или обычной техники с плавучих средств [8].
Разграничение болот I и II типов в полевых условиях становится затруднительным вследствие разнообразного характера болот однако в практике существует целый ряд различий между ними если руководствоваться классификацией приведённой в СП 36.13330.2012 – за водно-болотные угодья II типа часто принимают угодья I типа т.к. на практике их непросто разграничить.
Технологическая часть
1 Способы прокладки трубопровода на заболоченных участках
В трубопроводном строительстве применяют следующие конструктивные схемы укладки: подземную укладку на минеральное дно торфяное или свайное основание; наземную укладку непосредственно по поверхности болота с обвалованием местным торфяным грунтом; надземную укладку на опорах; укладку в насыпи из минерального грунта.
В отличие от трубопроводов уложенных в плотных грунтах трубопроводы уложенные на болотах по подземной или наземной схемам с течением времени изменяют своё первоначальное положение. Это объясняется чрезвычайно сильной сжимаемостью болотистых (торфяных) грунтов под воздействием даже незначительных уплотняющих нагрузок. Поскольку в период эксплуатации в трубопроводе возникают продольные усилия то они обусловливают более значительные поперечные перемещения труб.
Как правило на переходах через болота трубопроводы прокладывают в одну нитку. В отдельных случаях при соответствующем обосновании при подземной прокладке трубопровода через болота II и III типов длиной более 500 м допускают прокладку резервной нитки.
Подземные и наземные трубопроводы на болотах прокладывают как правило прямолинейно с минимальным числом поворотов. В местах поворота применяют упругий изгиб трубопровода.
Продольный профиль подземного трубопровода должен определяться методом оптимального профилирования с использованием ЭВМ. Оптимальным является профиль удовлетворяющий требованиям по прочности и устойчивости подземного трубопровода. При этом в качестве критерия оптимальности следует принимать затраты на устройство траншей установку кривых искусственного гнутья укладку трубопровода в траншею а также требования надежной эксплуатации.
Допустимые радиусы изгиба трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяют расчетом из условия прочности и устойчивости стенок труб а также устойчивости положения трубопровода под воздействием внутреннего давления собственной силы тяжести и продольных сжимающих усилий возникающих в результате изменения температуры металла труб в процессе эксплуатации. Отводы искусственного гнутья предусматривают из бесшовных или сварных прямошовных труб.
Глубину заложения трубопроводов до верха трубы принимают не менее 08 м при диаметре менее 1000 мм; не менее 1 м при диаметре 1000 мм и более; не менее 11 м на болотах или торфяных грунтах подлежащих осушению; не менее 06 м в болотистой местности при отсутствии проезда автотранспорта и сельскохозяйственных машин.
2 Способ надземной прокладки трубопровода в насыпи
Укладку трубопроводов при переходе через болота в зависимости от мощности торфяной залежи и водного режима предусматривают непосредственно в торфяном слое или на минеральном основании. Допускается прокладка трубопроводов в насыпях с равномерной передачей нагрузки на Выстилка должна покрываться слоем местного или привозного грунта толщиной 15 см по которому укладывается трубопровод. Размеры насыпи при укладке в ней трубопроводов диаметром более 700 мм с расчетным перепадом положительных температур на данном участке следует определять расчетом учитывающим воздействие внутреннего давления и продольных сжимающих усилий вызванных изменением температуры металла труб в процессе эксплуатации.
На рисунке 1 представлена конструкция насыпи при наземной прокладке трубопровода.
Рисунок 1 – Конструкция насыпи при наземной прокладке трубопровода: а – для случая когда степень разложения торфа более 30%; б – для случая когда степень разложения торфа менее 30%; 1 – минеральная обсыпка;
– уплотненный торф; 3 – хворостяная выстилка
Конструктивные параметры насыпи представлены в таблице 1.
Конструктивные параметры насыпи
Диаметр трубопровода мм
В случае использования для устройства насыпи торфа со степенью разложения менее 30% необходимо предусматривать защитную минеральную обсыпку поверх торфа толщиной 20 см.
Для защиты от размыва и выветривания насыпь из торфа должна быть укреплена посевом трав или другими способами.
При проектировании насыпей предусматривается устройство водопропускных сооружений: лотков открытых канав или труб. Дно водопропускных сооружений и прилегающие откосы должны быть укреплены.
Число и размеры водопропускных сооружений определяются расчетом с учетом рельефа местности площади водосбора и интенсивности стока поверхностных вод.
Надземная прокладка трубопроводов допускается на переходах через болота различных типов. В каждом конкретном случае надземная прокладка должна быть обоснована технико-экономическими расчетами подтверждающими экономическую эффективность и техническую целесообразность. При надземной прокладке трубопроводов предусматривают компенсацию продольных перемещений. При надземной прокладке должна использоваться несущая способность самого трубопровода. В отдельных случаях при соответствующем обосновании проектом можно предусматривать для прокладки трубопроводов специальные мосты.
Размеры пролетов следует назначать в зависимости от принятой схемы и конструкции перехода с учетом возможности его колебаний под воздействием ветрового потока.
При проектировании надземных переходов необходимо учитывать продольные перемещения трубопроводов в местах их выхода из грунта. Для уменьшения этих перемещений применяют подземные компенсирующие устройства или устраивают повороты вблизи перехода (компенсатор-упор).
От почвенной коррозии трубопроводы защищают изоляционными покрытиями и средствами электрохимической защиты. Для трубопроводов прокладываемых в заболоченных районах предусматривают изоляционные покрытия усиленного типа. Конструкция изоляционных покрытий нормального и усиленного типов должна удовлетворять требованиям.
Грунт для отсыпки насыпи на обводненных участках и в болотах разрабатывают в близлежащих карьерах находящихся на возвышенных местах.
Грунт в таких карьерах как правило более минерализован и поэтому более пригоден для устройства устойчивой насыпи.
Разработку грунта в карьерах производят скреперами либо одноковшовыми или роторными экскаваторами с одновременной погрузкой в автосамосвалы.
Насыпи через болота с низкой несущей способностью сооружают из привозного грунта с предварительным выторфовыванием в основании. На болотах с несущей способностью 0025 МПа (025 кГссм2) и более отсыпать насыпи можно и без выторфовывания непосредственно по поверхности или по хворостяной выстилке.
На болотах III типа насыпи отсыпаются преимущественно на минеральное дно засчет выдавливания торфяной массы массой грунта.
Сооружать насыпи с выторфовыванием рекомендуется на болотах с мощностью торфяного покрова не более 2 м. Выторфовывание можно выполнять экскаваторами оборудованными драглайном или взрывным способом. Целесообразность выторфовывания определяется проектом.
На болотах и других обводненных территориях имеющих сток воды поперек устраиваемой насыпи отсыпка выполняется из хорошо дренирующих крупнозернистых и гравелистых песков гравия или устраиваются специально водопропускные сооружения.
Отсыпку насыпи рекомендуется осуществлять в определенной последовательности:
первый слой (высотой на 25–30 см выше болота) доставленный автосамосвалами отсыпается пионерным способом надвижки. Грунт разгружается у края болота а далее надвигается в сторону устраиваемой насыпи бульдозером. В зависимости от протяженности болота и условий подъезда насыпь возводится с одного или обоих берегов болота;
второй слой (до проектной отметки низа трубы) отсыпается по слойно с уплотнением сразу по всей длине перехода;
третий слой (до проектной отметки насыпи) отсыпается после укладки трубопровода.
Схема наземной прокладки трубопровода представлена на рисунке 2.
Разравнивание грунта по насыпи осуществляется бульдозером засыпка уложенного трубопровода – одноковшовыми экскаваторами.
Насыпи в процессе возведения отсыпают с учетом последующей осадки грунта; величина осадки устанавливается проектом в зависимости от вида грунта.
Рисунок 2 – Схема прокладки трубопровода наземно в насыпи:
– трубопровод; 2 – торфяная или хворостяная подготовка; 3 – обвалование из песчаного грунта или торфа; 4 – лежневая дорога; 5 – противопожарная канава
Отсыпку насыпей при предварительном удалении торфа в основании выполняют пионерным способом с «головы» а без выторфовывания как с головной части так и с лежневой дороги расположенной вдоль оси трубопровода.
3 Укладка трубопровода в насыпи
В отдельных случаях трубопровод прокладывают по специально насыпанной дамбе (насыпи). Обычно такими участками являются болота III типа а также примыкающие к нему участки болот I и II типа на которых необходим эксплуатационный проезд.
Отсыпку насыпей при дальности возки грунта свыше 05 км целесообразно производить автосамосвалами с погрузкой грунта экскаваторами. Применение тракторных скреперов ограничивается рекомендуемой для них оптимальной дальностью возки до 500м. Работа автотранспорта в комплексе с экскаваторами требует обоснованной расчетами четкой организации работ.
На болотах или участках болот целиком заполненных плотным торфом (III тип болот) мощностью более 2 м отсыпка насыпи ведется непосредственно на торфяное основание.
На болотах III типа а также на неглубоких болотах I–II типа (с мощностью торфяной залежи более 2 м) необходимо производить полное или частичное выторфовывание. Частичное выторфовывание осуществляется либо путем удаления верхнего растительного слоя торфяной залежи либо путем разработки по обеим сторонам насыпи канав – торфо- приемников. Выторфовывание обеспечивает значительное ускорение процесса стабилизации насыпи.
Этот вид работ может быть осуществлен тремя способами:
выдавливанием торфяного грунта весом самой насыпи;
предварительным механическим выторфовыванием;
Первый способ в частичном виде имеет место во всех случаях. На болотах III типа с небольшой мощностью торфяной корки этот способ может быть применен в чистом виде.
Для выторфовывания болот широко применяется также взрывной способ. Выброс торфа при этом необязателен так как в разрыхленном состоянии торф выжимается насыпью наравне с сапропелями. Для обеспечения беспрепятственного выхода жидких сапропелей и торфа на поверхность разрушение верхнего слоя болота производится на полосе несколько шире основания насыпи.
Дальнейшие работы по строительству перехода выполняются в три очереди (рисунок 3).
Рисунок 3 – Очередность работ при прокладке трубопровода в насыпи: 1 – пионерская отсыпка насыпи; 2 – очистка изоляция и укладка трубопровод; 3 – устройство обвалования
В первую очередь производится пионерная отсыпка насыпи с одного или двух берегов перехода. Автосамосвалы разгружаются на безопасном расстоянии от наращиваемой насыпи. Перемещение грунта к торцу насыпи и разравнивание его осуществляется бульдозером.
Для уплотнения насыпного грунта используется тандем (бульдозер и виброуплотнитель). Такой тандем может выполнять одновременно два технологических процесса – планировку и уплотнение. Вибоуплотнитель представляет собой широкозахватный виброблок соединенный с трактором подвеской привод гидромеханический имеет платформу и рабочие плиты.
Ширина пионерной насыпи назначается из расчета:
обеспечения минимальной полосы для работы строительных машин транспортных средств в период возведения насыпи и укладки трубопровода;
обеспечения эксплуатационного проезда и размещения дамбы обвалования трубопровода с учетом некоторого уширения для резерва грунта необходимого для устройства обвалования трубопровода.
Насыпи необходимо отсыпать из хорошо дренирующих грунтов: супеси песка гравия камня.
При отсутствии на болоте поперечного тока воды допускается применение суглинистых грунтов.
Во вторую очередь. После того как отсыпка была выполнена по всему переходу и стало возможно сквозное движение автосамосвалов производится послойное наращивание насыпи. По окончании отсыпки до проектной отметки низа трубопровода и стабилизации осадок производятся сварочно-монтажные работы. К изоляционно-укладочным работам приступают только после полного окончания работ по развозке секций труб и сварке их в плеть.
В третью очередь осуществляется обвалование трубопровода. Обвалование производится экскаватором за счет разработки отсыпанного уширения – резерва или за счет привозного грунта по схеме обсыпки валика при наземной укладке (рисунок 3). Для обвалования трубопровода также может быть использован местный торфяной грунт.
На болотах сложенных по глубине торфяной залежью одинаковой плотности для ускорения осадки насыпи применяется способ перегрузки. Способ заключается в том что насыпь сначала отсыпается на высоту несколько большую чем по проекту. За счет дополнительной пригрузки создается дополнительное давление на торфяную залежь и ускорение процесса стабилизации осадок. Высота предварительной отсыпки рассчитывается из полного проектного объема насыпи сосредоточенного на меньшей площади. Когда осадки закончатся насыпь уширяется до проектных размеров за счет уменьшения высоты.
4 Водопропускные сооружения
При наземной укладке трубопровода валик будет препятствовать естественному стоку поверхностных вод. После снеготаяния или летне-осенних дождей сток воды будет перехватываться верхней противопожарной канавой и направляться к пониженным местам. В этих местах необходимо организовать перепуск воды с одной стороны на другую для дальнейшего ее стекания вниз по уклону через водопропускные сооружения.
Водопропускные сооружения могут быть выполнены из труб металлических либо железобетонных или в виде открытых канав которые пересекаются трубопроводом арочно либо балочно.
Водопропускные сооружения арочного типа применимы только на участках трубопровода где амплитуда колебаний температур в стенках трубы не больше 40°С. При температурных перепадах превышающих 40°С в пределах арки будут концентрироваться температурные деформации за счет прилегающих участков которые могут привести к образованию критических напряжений. Поэтому при значительных температурных колебаниях арки должны рассчитываться как компенсаторы.
Расположение водопропускных сооружений относительно друг друга зависит от рельефа поверхности болота. Водопропуски должны устраиваться в пониженных местах рельефа. Количество водопропусков определяется рельефом местности но на переходах со спокойными рельефами и большой протяженности скопление воды в канавах-резервах необходимо разгрузить путем перепуска воды на нижнюю сторону даже если на местности явно не прослеживаются пониженные места. Количество водопропускных сооружений и их тип определяются площадью водосбора и модулем стока для данного района.
Для этого на основании материалов изысканий аэрофотосъемок или крупномасштабных карт определяется площадь бассейна (водосбора) намечается направление стока воды и по модулю стока для данного района вычисляется сток воды на единицу длины валика например на 1 км.
Пропускная способность Q трубы лотка или открытой канавы определяется по соответствующим гидравлическим формулам.
Во всех формулах величина напора принимается из условия что уровень воды над поверхностью болота около валика с нагорной стороны не должен превышать 02 м.
Если не удается определить площадь и уклон бассейна то количество водопропускных сооружений определяется конструктивно из расчета не менее одного на 15–2 км перехода.
На практике также встречаются переходы изрезанные гидрографической сетью. Ручьи и водотоки с неглубокими руслами встречаются через сотни а то и десятки метров. На таких переходах через болота из конструктивных соображений и соображений технологии строительства целесообразнее перейти на подземную укладку.
5 Подготовка строительной полосы
Технологический набор единичных видов работ при подготовке строительной полосы для прокладки участков нефтепроводов в условиях болот зависит от сезона строительства трубопровода:
Подготовка строительной полосы в условиях болот при прокладке трубопровода с бровки траншеи при неразложившемся торфе (при частично разложившемся) как в летний так и в зимний сезон обеспечивается сооружением временной технологической дороги (лежневого типа или иной конструкции) для работы сварочно-монтажных бригад и прохода изоляционно- укладочной колонны.
При прокладке трубопровода с бровки траншеи при полностью разложившемся торфе в зимнее время обеспечивается сооружением временной технологической дороги путем промораживания болотного грунта при неоднократном его проходе – проминании последовательно: трелевочным трактором болотным трактором трактором на ординарном ходу трубоукладчиком гусеничным транспортером.
Подготовка строительной полосы в условиях болот при наземной прокладке или прокладке трубопровода с частичным заглублением (летний сезон) требует сооружения технологической дороги обеспечения прохода болотного траншеекопателя с навесным оборудованием (для образования траншеи) и прохода экскаватора для обвалования нефтепровода.
6 Осушение полосы строительства
При сооружении трубопроводов на обводненных участках и болотах с высоким уровнем грунтовых вод в целях предохранения полосы строительства от размывов и разрушений и обеспечения условий для бесперебойного выполнения работ на трассе проводятся различные осушительные мероприятия. Вид и конструкция осушительных сооружений зависящие от конкретных гидрогеологических условий участка должны быть указаны в проекте и согласованы с землепользователями.
Осушительные мероприятия на трассе сводятся к устройству боковых отводных и дренажных канав строительству водопропускных и водоотводных сооружений для отвода поверхностных вод и понижения грунтовых вод. Устройство осушительных канав на заболоченных участках и болотах выполняют как правило одноковшовыми экскаваторами или плужными канавокопателями одноковшовыми экскаваторами болотной модификации либо обычными экскаваторами передвигающимися на перекладных сланях либо канавокопателями. На сильно обводненных болотах устройство осушительной сети наиболее целесообразно выполнять взрывным способом. Предварительное осушение (водоотвод) болот и заболоченных участков заменяющее строительство временных дорог на строительной полосе может быть рекомендовано лишь после выполнения соответствующих экономических расчетов.
7 Планировка строительной полосы
Планировка строительной полосы производится с целью обеспечения стабильной технически и технологически определенной работы машин механизмов оборудования транспортных средств и обслуживающего их персонала при выполнении всего комплекса строительно-монтажных и специальных строительных работ по прокладке линейной части нефтепроводов осуществляемой в различных природно-климатических условиях.
Так как большинство болот имеют незначительную растительность не создающую трудностей для проложения трассы будущего трубопровода машины для валки леса корчевки пней и кустарников использоваться не будут. Для планировочных работ если в них имеется необходимость применяют землеройно-транспортные машины используемые для выполнения земляных работ и расчистки полосы от лесной растительности.
При сильно залесенных участках расчистка трассы от леса на болотах и заболочённых участках на которых сооружение трубопровода намечается в весенне-летний период выполняют заблаговременно (в зимний период) по всей ширине полосы отвода что обеспечивает частичное осушение строительной полосы и улучшает проходимость трассы.
В условиях открытой болотистой местности планировка строительной полосы сводится к планировке микрорельефа с геодезическим контролем качества планировочных работ лишь на полосе рытья траншеи (дорожка для прохода роторного экскаватора или ковша канатно-скреперной установки).
Планировка трассы проходящей в условиях пересеченной местности включает срезку косогоров и бугров при одновременной подсыпке низинных мест (только не на полосе рытья траншеи). Подсыпка грунта на заболоченных трассах трубопроводов может производиться лишь при использовании метода выторфовывания для строительства временных технологических дорог.
На заболоченных участках трассы в зоне проезда и работы машин и устройства основания под трубопровод при наземной прокладке планировку выполняют в основном путем засыпки неровностей привозным грунтом не допуская срезки и нарушения верхнего торфяного покрова болота.
8 Строительство временных дорог
Временные дороги используемые при строительстве линейной части нефтепроводов определяются следующим образом.
Вдольтрассовые дороги – предназначены для осуществления перевозок по трассе строящегося трубопровода. Проходят как по полосе строительства так и в непосредственной близости от нее. Вдольтрассовые дороги – основные для прохода строительной и специальной техники для перевозки людей грузов и оборудования ГСМ межобъектной связи бытового обслуживания и т.п.
Подъездные дороги являются основными связующими пунктов назначения или перевалки строительных грузов с трубосварочными и другими базами полевыми жилыми городками и непосредственно трассой нефтепровода. Связывают также трассу трубопровода с карьерами песка щебня гравия и объектами проминдустрии (заводами железобетонных изделий металлоконструкций и др.).
Технологические дороги сооружаются и используются для производственного прохождения механизированных колонн и бригад.
Дороги должны сооружаться с соблюдением определенных в ППР параметров и условий в частности следующих:
ширина проезжей части и полотна;
пропускная способность дороги;
ускоренное движение пневмоколесного транспорта;
видимость дороги в плане и профиле;
прохождение пневмоколесного транспорта с нагрузкой на дорожное покрытие превышающей нормативы запаса;
прохождение специального снегоболотоходного (вездеходного) транспорта.
В отличие от постоянных дорог срок эксплуатации которых без ремонта превышает 5–7 лет временные дороги эксплуатируются в течение подготовки к строительству и всего срока строительства трубопровода.
Непосредственно на строительной полосе при прокладке трубопроводов строительство временных дорог производится для беспрепятственного прохода и работы строительных колонн и бригад и движения транспорта в основном на участках болот и сезонно обводняемых территориях.
Наиболее практичные конструкции временных дорог учитывающие нагрузку тяжелой строительной техники (трубоукладчиков тракторов и др.) – лежневые дороги различных типов.
Применение иных конструкций временных дорог данного назначения из инвентарных бревенчатых щитов железобетонных решетчатых и других плит не рекомендуется из-за сложности реализации оборота щитов и плит из-за преодоления явления присоса поломка щитов и плит; транспортировка их в объезд болот и др.
Не рекомендуется при строительстве временных дорог использовать конструкции не соответствующие действующей ведомственной классификации этих дорог и не имеющие надлежащих сертификатов: временные грунтовые дороги с использованием нетканых синтетических материалов (НСМ) дороги с «дорожной одеждой типа «елочка» для круглогодичного сооружения магистральных трубопроводов» снеголедовые дороги конструкции ГПИ и др. Дороги указанных конструкций не обеспечивают проход тяжелой строительной техники и транспорта (плетевозов) либо для сооружения требуют применения дорогого и непроизводительного ручного труда При сооружении временных дорог на слабых грунтах необходимо соблюдать требования инструкции по строительству временных дорог для трубопроводного строительства в сложных условиях (на обводненной и заболоченной местностях). Параметры дорог назначают в зависимости от габаритов используемых транспортных средств и строительной техники интенсивности и объема грузоперевозок срока службы дорог местных условий.
Временные дороги сооружаемые при строительстве линейной части трубопроводов в части конструктивных решений могут быть определены следующим образом.
Грунтовые дороги без покрытия. Конструкция и технология сооружения определяется в зависимости от категории дороги типа болота его глубины степени разложения торфа гидрорежима размеров болота в плане рельефа дна болота.
Зимние дороги (зимники) сооружаются в районах с продолжительностью зимнего периода более 5 месяцев. План и продольный профиль зимника определяется скоростью движения пневмоколесного транспорта (не более 50 кмчас) обеспечением безопасности движения и способами защиты от снежных заносов. В состав работ по созданию снежно-ледовых дорог входят: планировка прошпаливание трассы проминка основания поливка водой проезжей части расчистка снега а в процессе использования – текущий уход за проезжей частью.
На болотах подготовка основания заключается в искусственном промораживании на большую глубину путем снятия снежного покрова. На плохо замерзающих болотах для ускорения промерзания и увеличения их несущей способности поверхность проезжей части поливают водой которая замерзая образует ледяную корку и усиливает полосу дороги. Для намораживания корки полосу дороги многократно поливают при помощи насоса чтобы промок весь слой снега. В дальнейшем поливать следует слоями по 2–3 см с интервалами в 1–2 ч (в зависимости от температуры воздуха). Поверхность болота можно также усилить хворостяной выстилкой порубочными остатками или сплошным деревянным настилом.
1 Определение толщины стенки трубопровода
Выберем материальное исполнение трубы из стали К50.
Расчетная толщина стенки трубопровода определяется по формуле:
где n – коэффициент надежности по нагрузке внутреннему рабочему давлению в трубопроводе n = 11;
p – рабочее давление МПа p = 63 МПа;
Dн – наружный диаметр трубы мм Dн = 1020 мм.
R1 – расчетное сопротивление растяжению МПа.
где m – коэффициент условий работы трубопровода m = 099
– коэффициент надежности по материалу = 147
– коэффициент надежности по назначению трубопровода =1155
– нормативный предел прочности = 492 МПа.
В связи с пролеганием участка в болоте примем толщину стенки равной 14 мм.
При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщина стенки определяется из условий:
– коэффициент учитывающий двуосное напряженное состояние труб определяется по формуле:
где – продольное осевое сжимающее напряжение МПа.
где – коэффициент линейного расширения металла труб 12 105 град1;
– расчетный температурный перепад ;
– модуль упругости стали E = 206 105 МПа.
Если принять толщину стенки 1331 мм тогда значение продольных осевых напряжений будут равны
Очевидно что стенка трубопровода равна 14 мм можно принять за окончательный результат.
2 Проверка на прочность трубопровода в продольном направлении
Подземные трубопроводы проверяются на прочность в продольном направлении и на отсутствие пластических деформаций. Прочность в продольном направлении проверяется по условию:
где – продольные осевые напряжения от расчетных нагрузок и воздействий;
– коэффициент учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб при растягивающих осевых напряжениях =10 при сжимающих определяется по формуле 7;
– кольцевые напряжения в стенке трубы от расчётного внутреннего давления.
Условие (6) выполняется:
Из этого следует при заданных эксплуатационных характеристиках нефтепровода можно продолжать бесперебойную перекачку энергоносителя.
3 Проверка на пластические деформации трубопровода
Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям:
где – максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий;
– максимальные суммарные кольцевые напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий;
– коэффициент учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб.
– нормативное сопротивление металла трубы принимаемое равным пределу текучести металла;
Нормативные кольцевые напряжения:
Условие по нормативным кольцевым напряжениям (10) выполняется:
Продольные напряжения для полностью защемленного трубопровода находятся из выражения
где - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода = 1020 м
– коэффициент Пуассона = 03.
Для положительного перепада температур :
Для отрицательного перепада температур :
Условие (9) для положительного перепада температур выполняется:
4 Расчет объема насыпи
Объем насыпи можно рассчитать имея такие данные как площадь сечения насыпи и длину участка. На рисунке 4 приведены параметры насыпи и трубопровода.
Рисунок 4 – Параметры насыпи и трубопровода: Dн – диаметр трубопровода равен 1020 мм; a – верхнее основание трапеции насыпи равное 17 м; h – высота трапеции равна
м; b – основание трапеции насыпи; m – заложение откосов
Площадь трапеции определяется следующим образом:
где a и b – основания трапеции; h – высота трапеции.
Находим нижнее основание трапеции b (рисунок 4):
Находим площадь сечения трубы:
Площадь насыпи в сечении:
Объем насыпи на 100 м равен:
В курсовой работе были рассмотрены основные способы сооружения нефтепровода на слабонесущих грунтах.
Был проведен анализ строительных работ на переходах через болота наземно в насыпи.
Так в работе были проведены технологические расчеты в результате чего установлено что толщина стенки магистрального нефтепровода наружный диаметр которого равен 1020 мм при давлении 63 МПа в условиях болот должна составлять не менее 14 мм.
Был определен объём насыпи на 100 м трубопровода который равен 899м3.
Цель курсовой работы выполнена.
Список использованных источников
Григоренко П.Н. Ярыгин Е.Н. “Типовые расчеты при сооружении трубопроводов”.
Димов Л.А. Богушевская Е.М. Магистральные трубопроводы в условиях болот и обводненной местности – М: Горная книга. МГТУ 2010 – 392 с.
Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы М: Недра 1982 – 396 с.
Мустафин Ф.М. Технология сооружения газонефтепроводов. Уфа: Нефтегазовое дело 2007. – Библиотека нефтегазового дела.
Дерцакян А.К. Переходы магистральных трубопроводов через болота. – Ленинград: Недра 1965 – 215 с.
СП 36.13330.2012 “Магистральные трубопроводы”.
СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия”.
СП 86.13330.2014 “Магистральные трубопроводы”.