Введение к работе
Актуальность проблєхи. Существенной особенностью строительства трубопроводов является разнообразие и изменчивость характеристик местности вдоль трассы, в первую очередь грунтовых, гидрогеологических, гидрологических, климатических, что требует значительного разнообразия конструктивных и технологических решений отдельных объектов трубопроводного транспорта. Нередко эти ответственные сооружения необходимо возводить в сложных природных и в том числе инженерно-геологических условиях, которые считаются малопригодными даже для значительно менее важных объектов. Строительство трубопроводов приходится осуществлять на подрабатываемых территориях, просадочных или набухающих грунтах,в оползневых районах, на болотистых заторфованнюс отложениях, плывунах и других разновидностях неустойчивых и слабых грунтов.
Кроме того достаточно широки масштабы использования з трубопроводном строительстве грунтов для возведения разнообразных земляных сооружений: засыпок, насыпей, дамб, перемычек, оснований резервуаров, дорожных одекд и т. д. Местные грунты часто оказываются непригодными для непосредственного применения, поэтому существенное значение приобретают возможности улучшения технологических свойств пород.
Разработка теории и методов искусственного улучшения свойств пород в соответствии с запросами различных отраслей строительства и применительно к различным тилам пород составляет существо технической мелиорации грунтов - одного из наиболее актуальных разделов инженерной геологии. Методы технической мелиорации практически используются как в качестве самостоятельных мер, так и в
комплексе с инженерно-строительными мероприятиями для целей борьбы с вредными инженерно-геологическими процессами и явлениями и направлены на искусственное улучшение состояния и физико-механических свойств пород и их массивов различными техническими приемами.
В составе магистральных трубопроводов, регламентированном СНиП, практически отсутствуют сооружения, надежная и безопасная эксплуатация которых в той или иной степени не определялась бы инженерно-геологическими условиями. Использование достижений технической мелиорации грунтов в трубопроводном строительстве направлено превде всего на повышение эксплуатационной надежности возводимых объектов и к настоящему времени охватывает большинство известных методов улучшения свойств пород.
Существующие технологии стабилизации положения трубопроводов, устройства искусственных оснований, фундаментов, одежд технологических и вдольтрассовых дорог, берегоукреплений в условиях рассредоточенности объектов магистральных трубопроводов и значительного разнообразия грунтовых условий по трассе имеют ряд недостатков: ограниченность области применения, потребность в громоздком оборудовании, значительный объем транспортировки материалов, низкие производительность и физико-механические характеристики укрепленных грунтов, - что существенно сдерживает их использование для нужд трубопроводного строительства.
Цель работы - разработка новых технологий сооружения объектов трубопроводного транспорта, основанных на использовании методов технической мелиорации грунтов, направленных на повышение эффективности строительства.
В работе решены следующие основные задачи:
-
На основании анализа теории и практики использования грунтов с улучшенными свойствами при сооружении объектов трубопроводного транспорта нефта и газа предложены классификации методов технической мелиорации грунтов по области применения в трубопроводном строительстве и конструкции устройств для стабилизации положения трубопроводов, гидротехнических и защитных сооружений, одежд технологических и вдольтрассовых дорог, термоупрочнвнных грунтовых свай. Определены основные направления совершенствования технической мелиорации пород.
-
В результате проведенных исследований по изучению условий эксплуатации берегоукреплений в створах подводных трубопроводов, определению характеристик укрепленных грунтов, проверке работоспособности защитных покрытий в натурных условиях разработана технология крепления берегов и устройства противсфидьтрациокнкх экранов с использованием обработки грунтов вяжущим веществом ВМТ. Получены зависимости для расчета интенсивности разрушения и срока службы защитных покрытий.
-
На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований по подбору рецептур для комплексного укрепления грунтов зяжупими и синтетическими материалами и физическими полями, взаимодейстзия трубопроводов с грунтовой засыпкой, по определению характеристик конструктивных слоев дорожных одежд и защитных креплений разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, берегоукрепления, строительства вдольтрассовых и технологических дорог путем комплексного улучшения свойств пород. Получены расчетные зависимости удерживающей способности грунтовой засыпки трубопроводов, осадки и толщины насыпного основания автомобильных дорог, армированных синтетическими материалами.
- б -
-
На базе теоретических и экспериментальных исследований по изучению закономерностей изменения характеристик грунтов в результате обработки СВЧ-полем, процессов тепло- и массопереноса при термоупрочнении грунтовых массивов энергией микроволн, технических решений стационарных и мобильных СВЧ-установок разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, сооружения оснований и фундаментов объектов трубопроводного транспорта. Предложены математическая модель и алгоритм численного решения задачи определения тепловых режимов обработки грунтовых массивов СВЧ-полем при переменных значениях тепло- и электрофизических параметров в зависимости от температуры, влажности и давления. Установлены закономерности управления процессом термообработки грунтов за счет изменения частоты электромагнитного поля, перемещения излучателя вдоль поверхности упрочняемого массива, регулирования выходной мощности генератора, конструкции СВЧ-установки.
-
На основании результатов экспериментальных исследований влияния технической мелиорации грунтов на окружающую среду, термолиза модельных и натурных образцов загрязненных грунтов разработаны рекомендации по безопасному производству работ, получены согласования от органов охраны природы, водных и рыбных ресурсов, санэпидстанции на применение укрепленных грунтов в трубопроводном строительстве, предложен способ термического обезвреживания загрязненных экотоксикантами грунтовых массивов.
Научная новизна. В диссертации получены следующие новые результаты :
I. Предложены классификации методов технической мелиорации грунтов по области применения в трубопроводном строительстве, устройств для стабилизации положения трубопроводов, берегоукрепле-
ЕИй в створах переходов, одежд технологических и вдольтрассовых дорог, термоупрочненных. грунтовых свай. Показаны основные направления совершенствования технической мелиорации пород.
-
Установлены расчетные зависимости интенсивности разрушения я срока службы берегозащитных покрытий из укрепленных грунтов, удерживающей способности армированной синтетическим материалом грунтовой засыпки трубопровода, осадки и толщины армированного насыпного основания дороги на подстилающих слабых водонасыден-ных грунтах.
-
Разработаны математическая модель и алгоритм численного решения задачи определения тепловых режимов обработки грунтовых массивов СВЧ-полем с учетом тепло- и массопереноса при переменных значениях тепло- и электрофизических характеристик грунтов- Показана возможность управления процессом термообработки грунтов.
-
Экспериментально установлены характеристики укрепленных грунтов; удерживающая способность грунтовой засыпки при вертикальных перемещениях модельных труб в зависимости ст вида и состояния грунта, конструктивных схем армирования синтетическими "материалами; закономерности изменения состава, структуры и свойств грунтов при обработке СВЧ-полем. Натурными экспериментами обоснована работоспособность конструкций на основе технической мелиорации грунтов.
-
Разработаны требования к характеристикам и рецептурам укрепления грунтов, рекомендации по производству работ в зависимости от назначения конструкции в трубопроводном строительстве.
-
Разработана технология берегоукрепления и устройства про-тивофильтрационнных экранов с использованием обработки грунтов вяжущим веществом ВМТ.
_ 8 -
-
Разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, берегоукрепления, строительства вдольтрассовых и технологических дорог путем комплексного улучшения свойств грунтов.
-
Разработаны технологии стабилизации положения трубопроводов, сооружения оснований и фундаментов объектов трубопроводного транспорта на основе термического укрепления грунтов СВЧ-полем.
-
Разработан способ термического обезвреживания путем обработки СВЧ-полем грунтов, загрязненных экотоксикантами; получены результаты лабораторных экспериментов по термолизу органических загрязнителей, содержащихся в модельных и натурных образцах.
На защиту выносятся теоретические обобщения и практические рекомендации по химическим, физико-химическим и физико-механическим методам технической мелиорации грунтов, а также разработке классификации, методик расчета, конструкций и новых технологий строительства объектов трубопроводного транспорта на основе использования грунтов с искусственно улучшенными свойствами.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Научные результаты, полученные в работе, нашли применение при строительстве газопроводов Ямбург-Поволжье, Уренгой-Петровск, Уренгой-Новопсков, Челябинск-Петровск, газопровода-перемычки между газопроводом Челябинск-Петровск и действующими газопроводами ПО "Баштрансгаз", нефтепроводов Пермь-Альметьевск,Ухта-Ярославль, конденсатопровода Оренбург-Уфа. Использование укрепленных грунтов взамен железобетона, камня, щебня, гравия позвалюю получить экономический эффект в размере 1038510 рублей в ценах 1984 г. Суммарный фактический экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составляет 7730 миллионов рублей в ценах на I квартал 1996 г. ( по данным Башкирского инвестиционного дома
индекс цен на февраль 1996 г. составляет 7443 к ценам 1984 г. ).
Рекомендации по укреплению грунтов в целях трубопроводного строительства вошли в 9 руководящих документов.
Теоретические и практические результаты работы использованы при подготовке учебного пособия, методических указаний и лекций по курсам "Сооруненке трубопроводов" и "Технология металлов и трубапроводно-строительные материалы" для спешіальности 090700 "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтеяроводов и газонефтехранилщ".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
Второй всесоюзной конференции "Трубопроводный транспорт нефти и газа" ( г. Уфа, 1982 г. );
Республиканской конференции "Актуальные проблемы нефти и газа" ( г. Уфа, 1984 г. );
Третьей всесоюзной конференции "Проблемы трубопроводного транспорта нефти и газа" ( г. Мвано-^Зранковск, IS85 г. );
Областной конференции "Применение достижений научно-технического прогресса при обустройстве нефтяных месторождений" ( г. Тюмень, 1988 г. );
Первой всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса" ( г. Надым, 1988 г. );
Семинаре "Совершенствование технологии и оборудования процессов переработки и транспорта нефти" ( г. Новополоцк, 1989 г. );
Шестнадцатой конференции молодых ученых геологического факультета МГУ ( г. Москва, 1989 г. );
Конференции "Проблемы и практика строительства в Тюменской
области" ( г. Тюмень, 1990 г. );
Шестой всесоюзной конференции "Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях" ( г. Саратов, 1991 г. );
Девятой дальневосточной конференции "Повышение эффективности конструкций, изготавливаемых с применением мягких оболочек" ( г. Владивосток, 1991 г. );
Международной конференции "Современные проблемы применения СВЧ-энзргии" ( г. Саратов, 1993 г. );
Конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" ( г. Москва, 1994 г. ); .
Одиннадцатой конференции "Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях" ( г. Новый Уренгой, 1994 г. );
Десятой азиатской региональной конференции по механике грунтов и фундаментостроению ( г. Пекин, Китай, 1995 г. );
Российской конференции "Механика грунтов и фундаменто-строение" ( г. Санкт-Петербург, 1995 г. );
Конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности" ( г. Москва, 1995 г. );
Всероссийской конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России" ( г. Уфа, 1995 г. ).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 48 работ, в том числе I учебное пособие, 4 обзора,15 авторских свидетельств, I патент.
Структура и овъел роботі. Работа состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы, включающего 186 наименований. Она содержит 350 страниц машинописного текста, включая 100
- II -
рисунков, 5в таблиц.