Введение к работе
Актуальность темы. Сотни километров магистральных и промысловых трубопроводов в Западной Сибири, Республике Коми, Центральном районе России проложены и прокладываются подземно в слабша болотистых грунтах. Биогенные торфяные основания обладают низкой "защемляющей" способностью, трубопроводы при наличии лониженногэ сопротивления грунта имеют возможность перемещаться в различных направлениях, часто выходят на поверхность болот, что недопустимо по правилам эксплуатации. Ситуация осложняется тем, что в настоящее время практически не разработаны методы расчета подземною трубопровода с произвольным расположением оси в плале и профиле на болоте с учетом совместной работы трубы и торфяного основания, как того требует методология расчета подземных сооружений. Тем более это относится к трубопроводу, забалластированному в водонасыщенной траншее различными утяжелителями. Цригрузы существенно изменяют не только конфигурацию взаимодействующего с грунтом сооружения, но и расчетную схему передачи нагрузки на грунтовое основание. .
Теория расчета ссбственно трубопровода как стержневой конструкции, сосуда давления или тонкой круговой оболочки исследована достаточно подробно и постоянно совершенствуется. Для подземного трубопровода этого недостаточно, необходимо параллельно разрабатывать и совершенствовать теорию расчета его основания, йленно в совокупности и взаимном слиянии двух теорий можно получить качественный способ расчета подземного сооружения. Теория расчета торфяного основания забалластированного трубопровода пока не разработана, что исключает возможность качественного проектирования подземных трубопроводов на болотах.
Цель работы. Разработать методологию совместного расчета трубопровода и основания по предельным состояниям применительно к забалластированным трубопроводам с произвольным очертаньем осч на болотах.
Основные задачи работы. I.Сформулировать основные положения методологии совместного расчета подземного забалластированного трубопровода и его слабого основания пс несущей способности и деформациям применительно к определэнию НДС трубы с произвольным очертанием оси з
пространстве.
-
Исследовать возможность приложения методов расчета минеральных оснований подземных сооружений по лредельнш состояниям применительно к трубопроводам в биогенных торфяных грунтах, выполнить корректировку тех методов, которые можно использовать для расчета трубопроводов на болотах.
-
Для забалластированного трубопровода разработать комплексную методику по определению сопротивления торфяного основания перемещениям трубы вертикально вверх и вниз, в горизонтальном поперечном и продольном направлениях, а также неориентированным в пространстве.
-
Экспериментально для широкого диапазона перемещений трубы в различных направлениях проверить все методы определения сопротивления торфяного основания трубопровода, забалластированного утяжелителями.
-
Для трубопровода с произвольным расположением оси в плане разработать способ определения деформируемости основания трубы в горизонтальном поперечном направлении, выполнить его опытную проверку в различных грунтовых условиях, сравнить деформируемость основания трубы в горизонтальном и вертикальном вниз направлениях.
6. Для трубопровода в траншее произвольной формы и глубины
решить задачу по определению деформируемости основания по гори
зонтали с учетом наличия сбоку от трубы и утяжелителей обратной
засыпки с пониженными физико-механическими характеристиками.
-
Выполнить исследование характеристик обратной засыпки подземных трубопроводов на болотах с учетом ее полного водона-сыщения, разнородного состава и возраста.
-
Расчетами на ЭВМ исследовать НДС подземных забалластированных трубопроводов на болотах с учетом реального сопротивления торфяного основания и различных случаев прокладки трубы из практики строительства.
Научная новизна. Впервые в рамках теории расчета подземных сооружений разработаны основные положения и комплексная методика совместного расчета трубопровода и слабого грунта по предельным состояниям применительно к забалластированным трубопроводам с произвольным очертанием оси на болотах.
Результаты, выносимые на защиту.
I. Разработаны основные положения методологии совместного
расчета подземного забалластированного трубопровода и его слабого основания по несущей способности и деформациям применительно к определению НДС трубы с произвольным очертанием оси в вертикальной, горизонтальной плоскостях и трехмерном пространстве.
-
Для забалластированных трубопроводов на болотах исследована возможность применения методов расчета минеральных оснований подземных сооружений по предельным состояниям, определены условия и область применения данных методов в зависимости от положения трубы в слабом биогенном грунте.
-
Разработана комплексная методика по определению сопротивления торфяного основания^потенциальным перемещениям забалластированного трубопровода вертикально вверх и вниз, в горизонтальном поперечном и продольном направлениях, а также неориентированным е пространстве.
-
Выполнена опытная проверка сопротивления торфяного основания перемещениям забалластированного подземного трубопровода вертикально вверх, вертикально вниз, в горизонтальном поперечном п продольном направлениях.
5. Для трубопровода с произвольным очертанием оси в плане разработан способ определения деформируемости основания трубы в горизонтальном поперечном направлении и осуществлена его опытная проверка в различных грунтовых условиях, выполнено сравнение деформируемости основания трубы в горизонтальном и вертикальном вниз направлениях.
6.Для трубопровода в траншее произвольной формы и глубины решена задача по определению деформируемости основания трубы по горизонтали с учетом наличия сбоку от трубы и утяжелителей обратной засыпки.
-
Выполнено исследование характеристик обратной засыпки подземных трубопроводов на болотах с учетом ее полного водонасы-щения, разнородное-то состава и возраста.
-
Решены практические задачи по расчету НДС и проектированию на болотах подземных забалластированных трубопроводов диаметром 1420 и 42G мм с учетом реального сопротивления торфяного основания перемещениям трубы с утяжелителями, влияния характеристик обратной засыпки, мощности засыпки над трубой, прилегающих к болоту береговых участков и т.д.
Практическая ценность исследований и pea лиз ация работы на практи-ке. Результаты работы открывают возможность выполнять расчет НДС подземных забалластированных трубопроводов на болотах с произвольным расположением оси в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Расчеты НДС при проектировании позволят существенно повысить точность прогноза фактического состояния трубопроводов на болотах при эксплуатации.
Внедрение результатов работы возможно как в уже существующие программы по расчету НДС трубопроводов типа ПРУТ, АНКЕР, ПРОЗА, так и во вновь создаваемые. Для этого в первом случае необходимо зависимости по определению сопротивления грунта в составе указанных программ заменить на предлагаемые в данной работе. В новых программах необходимо сразу использовать полученные результаты. Целесообразно разработать специальную программу или ряд программ для ЭВМ по расчету забалластированных трубопроводов на переходах через болота.
Результаты исследований используются в институте КомиНШШ-строй в работе по договорам с заказчиками при расчете нефтегазопроводов на стадии проектирования и эксплуатации. Частично результаты работы использованы в институтах ШШгипрогаз, Се-верНИПИгаз.
Результаты работы нашли применение при расчетах эксплуатируемого магистрального нефтепровода Уса-Ухта-Ярославль, проектируемого и строящегося магистрального нефтепровода Уса-Ухта (вторая нитка) и др. Экономический эффект при этом составил I млрд. 348 млн. рублей.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на П и Ш конференциях по трубопроводному транспорту нефти и газа, секция строительства и проектирования (Уфа, 1982, и Ивано-Франковск, 1985), творческом семинаре молодых ученых и специалистов Главного технического управления Миянефтега-зстроя (Москва, 1982), Ш научно-технической конференции молодых ученых и специалистов по проблемам развития Тимано-Печорского территориального производственного комплекса (Ухта, 1982), конференции молодых ученых и специалистов ВНИИСТ совместно с МГК ВЛКСМ (Москва, 1983), Балтийской конференции по механике грунтов и фундамантостроению (Таллинн, 1988), конференции по пробле-
мам развития газодобывающей и газотранспортной систем и их роли в энергетике Северо-Западного региона России (Ухта, 1995), заседаниях научно-технического совета ВНИИСТ, Северного филиала ВНИИСТ, Ухтинского филиала ВШИПКспецстройконструкция, технического совета АО "Северные магистральные нефтепроводы", предприятия "Севергазпром". Стендовые доклады были представлены на 14 Российской научно-технической конференции по неразрутающему контролю и диагностике (Москва, 23-26.06-1996г.) и Международной конференции по трубопроводам в Калгари (Канада, 09-13.06. 1996г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 71 работе автора.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложения, изложена на 426 стр. машинописного текста и включает 22 таблицы, 131 рисунок и список использованной литературы из 226 наименований..