Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ промышленной безопасности надземных участков магистральных газопроводов 8
1.1. Характеристика надземных переходов 8
1.2. Антитеррористическая защищенность газопроводов, включая надземные переходы 11
1.3. Характеристика «засыпанных грунтом» надземных переходов и их напряженно-деформированное состояние 15
1.3.1. Обзор публикаций по взаимодействию трубопровода и грунта основания 33
1.3.2. Об измерениях напряженно-деформированного состояния трубопровода 36
1.4. Ремонт (защита) надземного перехода без остановки транспорта газа 38
1.5. Ремонт надземных переходов подсадкой 40
Выводы по главе 1 42
2. Исследование ндс надземного участка трубопровода при переводе его в подземное исполнение 43
2.1. Постановка задачи 43
2.2. Разработка методики расчета НДС надземного участка трубопровода при переводе его в подземное исполнение засыпкой грунтом без его уплотнения 44
2.3. Исследование влияния параметров грунта защемления (Е , /лгр) на НДС надземного перехода 50
2.4. Исследование НДС надземного участка, переведенного в подземное исполнение засыпкой грунтом 59
2.4.1. Исследование НДС участка из труб прочностью К60, переведенного в подземное исполнение засыпкой грунтом 59
2.4.2. Исследование НДС участка из труб прочностью К52, переведенного в подземное исполнение засыпкой грунтом 64
2.5. Сравнительные исследования НДС надземных участков до и после засыпки грунтом з
2.6. Разработка методики расчета НДС надземного перехода с различными параметрами грунтов (juep, ф) в защемлении 71
Выводы по главе 2 73
3. Экспериментальные исследования НДС участков газопровода диаметром 1420 мм без остановки транспорта газа 76
3.1. Экспериментальное обследование засыпанного грунтом надземного перехода протяженностью 36 м газопровода Челябинск - Петровск (267 км) 76
3.2. Экспериментальное обследование засыпанного грунтом надземного перехода протяженностью 15м газопровода Челябинск - Петровск (301,1км) 86
3.3. Экспериментальное обследование надземного перехода газопровода Челябинск - Петровск (379,1 км) 93
Выводы по главе 3 102
4. Способы перевода надземных участков в подземное (защищенное) исполнение 104
4.1. Варианты конструкций для защиты надземных участков 104
4.2. Перевод надземного участка в подземное исполнение подсадкой без остановки транспорта газа 113
4.3. Внедрение способов перевода надземных переходов ООО «Газпром трансгаз Уфа» в защищенное исполнение 119
4.4. Техническая и экономическая эффективность предлагаемых технических решений 120
Выводы по главе 4 122
Основные выводы
- Характеристика «засыпанных грунтом» надземных переходов и их напряженно-деформированное состояние
- Исследование влияния параметров грунта защемления (Е , /лгр) на НДС надземного перехода
- Экспериментальное обследование засыпанного грунтом надземного перехода протяженностью 15м газопровода Челябинск - Петровск (301,1км)
- Перевод надземного участка в подземное исполнение подсадкой без остановки транспорта газа
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Магистральные газопроводы (МГ) относятся к опасным производственным объектам: легковоспламеняемый природный газ, наличие высоких давлений, взрывная волна на протяженном пространстве, выгорание вокруг места аварии и т.п. В коридорах газопроводов к ним добавляется опасность повреждения параллельных надземных ниток из-за разлетающихся при аварии фрагментов труб.
Магистральные газопроводы проложены, в основном, в подземном исполнении, что обеспечивает в значительной степени их безопасность. Однако немалую часть составляют надземные участки (переходы). Например, в ООО «Газпром трансгаз Уфа» (ГТУ) имеются около 100 надземных переходов (НП), которые особенно характерны для газопроводов больших диаметров. Такое положение сложилось в 70 – 80 годы ХХ века, когда прокладка магистральных газопроводов через естественные и искусственные препятствия (овраги, балки, малые, в т.ч. пересыхающие, водотоки и т.п.) осуществлялась наиболее экономичным способом - прокладкой надземных переходов.
В настоящее время одной из актуальных задач эксплуатации является антитеррористическая защищенность газопроводов. Открытые участки, иногда целые коридоры газопроводов, являются привлекательным, провоцирующим фактором для террористической акции.
Один из путей решения этой проблемы – перевод существующих надземных участков в подземное исполнение с целью уравнять надземный участок по степени защищенности с прилегающими участками, т.е. произвести его переукладку по профилю местности. Однако у этого способа есть свои недостатки: требуются остановка газопровода, стравливание газа, замена участка с проведением сварочно-монтажных работ, а иногда это и технически нецелесообразно. Поэтому необходимо разрабатывать способы перевода, при которых надземный участок трубопровода по степени защищенности не уступает или превосходит участки в подземном исполнении.
Не менее важным аспектом является проведение ремонтных работ без остановки транспорта газа. Способы ремонта без изменения пространственного положения трубопровода создают предпосылки их проведения без
остановки транспорта продукта. Это возведение конструкций вокруг трубы или засыпка трубопровода грунтом при строгом расчетном обосновании.
Для определенной категории открытых участков можно рассматривать их перевод в подземное исполнение «подсадкой» (заглублением). При точном расчетном обосновании «подсадка» также может осуществляться без остановки транспорта продукта.
Поэтому повышение безопасности магистральных газопроводов разработкой и внедрением способов перевода надземных участков в защищенное исполнение без остановки транспорта газа является актуальным для трубопроводной, в т.ч. газовой, отрасли.
Цель работы - повышение безопасности эксплуатируемых надземных участков магистральных газопроводов разработкой и внедрением способов их перевода в защищенное исполнение без остановки транспорта газа.
Основные задачи работы:
1. Разработка методики расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) надземного участка газопровода при переводе его в защищенное (подземное) исполнение;
2. Исследование НДС надземного участка газопровода при переводе его в подземное исполнение засыпкой грунтом без уплотнения последнего;
3. Экспериментальные исследования НДС участка газопровода (надземного перехода), переведенного в подземное исполнение засыпкой грунтом;
4. Разработка способов перевода надземных участков в защищенное исполнение без остановки транспорта газа;
5. Разработка способов перевода надземного участка газопровода в подземное исполнение «подсадкой».
Методы решения поставленных задач
Теоретические исследования выполнены с использованием методов математического анализа, строительной механики. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальными в трассовых условиях на действующем газопроводе с проведением прочностных расчетов и измерения НДС.
Научная новизна результатов работы:
1. Исследования, проведенные применительно к надземному участку действующего газопровода при переводе в защищенное исполнение засыпкой грунтом без уплотнения, позволили установить аналитическую зависимость его НДС от протяженности засыпаемого участка;
2. Определены границы применимости такой технологии для газопроводов диаметрами 720-1420 мм с различной толщиной стенок, различными прочностными характеристиками трубной стали, находящихся в различном техническом состоянии;
3. Разработан способ перевода надземного участка в подземное исполнение без остановки транспорта газа, позволяющий в процессе «подсадки» обеспечить напряжения в стенке трубы на нормативном уровне за счет поддержания трубопровода на «плаву» и его укладку на расчетные отметки за счет понижения уровня и полного удаления воды из траншеи.
На защиту выносятся:
- способы перевода надземных участков в подземное исполнение;
- методика расчета и исследования НДС при их переводе в подземное исполнение;
- экспериментальная проверка теоретических рекомендаций по протяженности участка, засыпанного грунтом без его уплотнения.
Практическая значимость и реализация результатов работы
1. Применение полученных аналитических зависимостей и разработанных способов перевода надземных участков в защищенное исполнение позволяет, с соблюдением нормативных требований, повысить безопасность магистральных газопроводов.
За счет перевода 48 надземных переходов (42,5 %) в подземное исполнение достигнуто повышение безопасности газопроводов
ООО «Газпром трансгаз Уфа».
2. Результаты исследований используются в стандарте предприятия - СТО «Газпром трансгаз Уфа» 3.3-1-00536-2012 «Порядок организации обследования дефектных участков линейной части магистральных газопроводов в шурфах» - для ограничения протяженности шурфов при идентификации в них дефектов.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты работы докладывались на:
- V Международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов - 2010» (г. Туапсе, 2010);
- Международной научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2011);
- V научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2011);
- научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2012);
- XII Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2012).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 научных трудах, в т.ч. 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получены 2 патента РФ.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 117 наименований, и 2 приложений. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 14 таблиц.
Характеристика «засыпанных грунтом» надземных переходов и их напряженно-деформированное состояние
В результате диверсии был выведен из строя участок газопровода протяженностью 495 м и прекращена поставка природного газа в Республику Дагестан, а также его транзит в Азербайджанскую Республику. Только благодаря тому, что авария произошла в летний период, удалось избежать тяжелых последствий из-за недостатка природного газа.
Учитывая негативный опыт, в последующем 2005 г. ООО «Газпром трансгаз Махачкала» выполнило разработку проектносметной документации для засыпки и обваловки 64 воздушных переходов МГ Моздок - Казимагомед. В том же году была произведена засыпка с устройством водопро-пуска на пересечениях газопровода с балками, которые неоднократно были повреждены злоумышленниками: -на 615 км МГ Моздок - Казимагомед, L = 35 м; -на 587 км МГ Моздок - Казимагомед, L = 24 м. Стоимость работ составила от 2 до 3 млн руб. за один переход, т.е. около 90 тыс. руб. за один погонный метр.
Для исключения уязвимых участков и недопущения аварий на протяженных воздушных переходах на территории Республики Дагестан ОАО «Газпром» было принято решение о реконструкции МГ Моздок -Казимагомед на пересечениях с реками Сулак, Гюльгеричай и Самур общей длиной 2168 м с целью его переукладки в подземном исполнении.
В 2006 г. в составе стройки «Реконструкция воздушных переходов газопровода Моздок - Казимагомед через реки Сулак, Самур, Гюльгеричай» завершены работы по сооружению и вводу в эксплуатацию трех подводных переходов.
В последующие годы в процессе проведения работ по капитальному ремонту изоляционного покрытия МГ Моздок - Казимагомед были засыпаны воздушные переходы на 505,9; 507,5; 546 км.
Намерения Общества выполнить засыпку воздушных переходов в составе Комплексной целевой программы оснащения инженерно-техническими средствами охраны (ИТСО) не принесли положительного результата. Таким образом, надземные участки газопроводов не были засыпаны, а работа по устройству защитных сооружений не велась. В период с 2006 по 2008 годы количество повреждений с закладкой взрывных устройств на магистральных газопроводах снизилось, но в 2009 г. диверсии возобновились. В течение 2009 г. на воздушных переходах МГ Моздок - Казимагомед было зарегистрировано восемь терактов (по одному случаю в январе и феврале, дважды в апреле, один раз в мае, августе и дважды в ноябре), один из которых привел к разрыву газопровода, а при разминировании другого самодельного взрывного устройства погиб командир взвода саперов.
Каждый случай влечет за собой прекращение транспорта газа по магистральному газопроводу, выброс газа из локализованного участка в атмосферу, проведение аварийно-восстановительных работ. При этом наносится значительный материальный ущерб. Возможны жертвы среди эксплуатационного персонала, охранных служб, а также сторонних лиц.
В 2011 году зафиксирован отказ на газопроводах «Газпром трансгаз Москва». Согласно материалам региональных СМИ, диверсия. Следователи проводят проверку по факту взрыва на 40 км магистрального газопровода, принадлежащего «Газпром трансгаз Москва», произошедшего в 1,5 км от д. Ильичевка Калужской области. При взрыве пострадало два человека. Попытка террористического акта зафиксирована и в ООО «Газпром трансгаз Уфа» в 2009 году на надземном переходе газопровода Челябинск - Петровск диаметром 1420 мм.
В ООО «Газпром трансгаз Уфа» был проведен анализ соответствия технического состояния надземных переходов данным «Инфотех», исполнительной документации. Проведенный анализ позволил уточнить количество надземных переходов, наметить способ ремонта (защиты) каждого из них. Выявлены участки, которые согласно исполнительной документации являются надземными переходами, но по факту выполнены в подземном исполнении (засыпаны).
В практике эксплуатации магистральных газопроводов «Газпром трансгаз Уфа» засыпанный грунтом при строительстве надземный переход уже встречался. В январе 2006 года произошла авария на 267 км газопровода Челябинск - Петровск диаметром 1420 мм.
На рисунке 1.4 приведен проектный профиль этого надземного перехода газопровода диаметром 1420 мм и толщиной стенки 19,5 мм (сталь Х67) (проектное положение). Протяженность по верхней образующей 50 м, по нижней — 36 м; по краям под нижней образующей проектом
Непосредственной причиной явились изгибные напряжения по нижней образующей трубопровода. Об этом свидетельствуют трещины, расположенные на расстоянии до 25 мм от границы кольцевого шва, ориентированные в кольцевом направлении (рисунок 1.6).
Характер разрушения по сварному стыку показывает, что трубопровод подвергался продолжительным изгибным напряжениям, и разрушение развивалось по механизму КРН [43]. Так случилось, что сварной стык оказался менее прочным по сравнению с основным металлом. В любом случае рано или поздно разрушение должно было произойти.
Исследование влияния параметров грунта защемления (Е , /лгр) на НДС надземного перехода
Из приведенной схемы видно, что в варианте 1.11, б (засыпанный грунтом участок) картина НДС заметно отличается. На трубопровод сверху воздействует слой грунта нарушенной структуры - qzp, который увеличивает осадку трубы, а значит и увеличивает изгибные напряжения. Снизу, между монолитным дном траншеи и нижней образующей трубопровода, имеется слой грунта нарушенной структуры, который противодействует осадке трубопровода, а значит снижает изгибные напряжения.
Согласно исследованиям, приведенным в [25], начиная с некоторой глубины hcp давление грунта на трубопровод не увеличивается, а остается постоянным несмотря на увеличение глубины заложения hcp. Было введено понятие «свод естественного равновесия». Распределенная нагрузка от него рассчитывается по формуле:
Таким образом, высота (глубина) засыпки грунта над трубопроводом может не рассматриваться как фактор, воздействующий пропорционально глубине залегания, влияющий на НДС трубопровода. И этот фактор поддается расчету.
Таким образом, для расчета НДС засыпанного грунтом надземного перехода или участков с аналогичным распределением нагрузки (одновременным воздействием грунта сверху и отпором грунта нарушенной структуры - снизу) возникает необходимость разработки методики расчета защемленного с обеих сторон участка (кластера), засыпанного грунтом нарушенной структуры, который, с одной стороны, попадая под трубопровод, оказывает сопротивление осадке (упругое основание), а значит снижает НДС трубопровода. С другой стороны, воздействуя сверху, увеличивает нагрузку, а значит и осадку. Если увеличение нагрузки сверху можно учитывать как {qzp + qj, где qzp - вес грунта [25], то реакция грунта основания требует отдельного исследования и разработки методики расчета. Такая методика позволит оценить НДС трубопровода, определить границы применимости технологии ремонта трубопроводов, например, засыпкой грунтом.
Расчет трубопроводной конструкции на упругом основании, которым по своей сути являются грунты, их широкая разновидность, учет различных факторов (например влажности) представляют собой сложную задачу. Многочисленность гипотез, сложная математическая интерпретация потребовали широкого освещения этих вопросов в зарубежной и отечественной литературе [20, 36, 39, 57].
В настоящее время среди специалистов для расчетов наиболее широкое применение находят две расчетные модели грунта: местно-деформируемое основание Винклера, характеризуемое коэффициентом упругого отпора (коэффициентом постели) к, а также линейно деформируемое однородное изотропное полупространство, свойства которого характеризуются модулем деформации грунта Егр и коэффициентом поперечной деформации Пуассона цгр. Согласно принятой в настоящее время концепции исследования проводятся применительно к грунтам нарушенной структуры засыпки без их уплотнения. В случае уплотнения грунта в каждом конкретном случае необходимо исследование параметров уплотнения. Воспользоваться справочной информацией не представляется возможным.
В расчетах грунтовых оснований находят применение и другие расчётные модели грунта: упругий слой - непрерывно неоднородное полупространство, анизотропное полупространство и другие комбинированные модели. Однако в расчётах подземных сооружений, какими являются трубопроводы, широкого применения они не находят. Специалисты, как правило, рассматривают деформируемое однородное изотропное полупространство и коэффициент постели.
В работах [15, 106] приводятся результаты экспериментального исследования осадки грунта нарушенной структуры под действием вертикальной нагрузки в виде веса трубопровода с продуктом и грунтом над ним. Сопротивление грунта определялось экспериментально через коэффициент постели. Исследования проводились применительно к «бесконечной» плети, т.е. защемление трубопровода грунтом с двух сторон отсутствовало.
Расчёт конструкций на упругом основании в основном проводится из-за их осадки вследствие прогибов и возникающих в них под нагрузкой напряжений. Такие расчеты принято выполнять из предпосылки о деформативных свойствах грунтов [25, 45, 53].
Реактивное давление на погонную единицу длины балки принято обозначать через р\ а давление на квадратную единицу опорной площади балки при ширине в математически будет выражено через р = р /в. Следовательно, в результате принятого положения: Р = ку, (1.9) где у - прогиб (осадка) балки; к - коэффициент постели (коэффициент пропорциональности); зависит от физических свойств грунта, как правило, определяется экспериментально. Указанное выражение прямой пропорциональности удельного давления от прогибов получило наименование гипотезы Винклера (по имени одного из немецких ученых, впервые использовавших новую теорию, главным образом, для расчета железнодорожных путей [117]).
Приведенная гипотеза о закономерности работы балки на упругом основании (уравнение (1.9)) позволила устанавливать распределение реактивных давлений вдоль балки с учетом ее гибкости, а также воспользоваться широкоизвестным дифференциальным уравнением изгиба балки четвертого порядка: P-q=EIy v, (1.10) где Р - реактивное давление; q - внешняя распределенная нагрузка; EI - продольная жесткость балки. Разрушение трубопровода на потенциально опасных участках может происходить вследствие роста прогибов. Авторы работ [32, 98, 100] исследовали причины образования прогибов.
Исследования, посвященные изучению вопросов деформаций трубопроводов в грунте, можно условно разделить на две группы [53]. К первой группе можно отнести исследования [1-3,7, 15,27, 114],в которых силовое воздействие со стороны грунта, которое и задается в виде известной нагрузки, т.е. величина и распределение нагрузки от грунта на поверхности трубы условно считаются известными. Результаты этих исследований используются в оценке прочности и устойчивости подземных трубопроводов сравнительно небольших диаметров.
В прошлом столетии (70-ые годы) при сооружении нефтегазопроводов начинают применяться трубы сравнительно большого диаметра, которые при эксплуатации имеют возможность деформироваться совместно с грунтом [53]. В этом случае некорректно задавать контактное давление со стороны грунта на трубу в виде известной распределенной нагрузки.
Экспериментальное обследование засыпанного грунтом надземного перехода протяженностью 15м газопровода Челябинск - Петровск (301,1км)
Данные, приведенные на эпюрах (рисунок 2.4), адекватно отображают напряженно-деформированное состояние перехода. В местах, где эпюра прогибов имеет прямые участки, кривая на эпюре моментов пересекает нулевую линию. Условия непрерывности кривых и отсутствия резких изменений выполняются. Таким образом, основные закономерности дифференциального уравнения изогнутой кривой перехода сохраняются и на эпюрах характеристик НДС.
Проведенное исследование показывает, что применительно к варианту с разными значениями модуля деформации грунта по защемленным краям участка (несимметричная схема защемления) значительной разницы в значениях изгибных напряжений не наблюдается. Для практических расчетов этой разницей можно пренебречь и рассматривать в расчетах симметричную схему защемления [7].
По данным таблицы 2.1 построим графики изгибных напряжений в середине пролета ( тс) ив местах защемления ( х3) в зависимости от Е . С целью определения аналитических зависимостей данные таблицы были обработаны по методу наименьших квадратов согласно [6, 38, 84, 99, 101] с проведением корреляционного анализа для стандартного ряда моделей. По данным корреляционного анализа наиболее близкими функциями для изгибных напряжений б3 на защемленном участке являются: - линейная: у = а + Ь-х, Кк = 0,94; - экспоненциальная: = ехр (а + Ь-х), Кк = 0,92; (2.20) - логарифмическая: у = а + в 1пх, Кк = 0,99, где Кк - коэффициент корреляции. Аналогичные операции применительно к изгибным напряжениям бс в середине пролета, показали: - линейная: у = а + Ь-х, Кк = 0,94; - экспоненциальная: у = ехр(а + Ь-х), Кк = 0,94; (2.21) - логарифмическая: у = а + в 1пх, Кк = 0,99. По коэффициентам корреляции формул (2.20), (2.21) видно, что рассмотренные функции имеют высокую степень сходимости с данными расчетов, однако по данным корреляционного анализа наиболее близкая из них логарифмическая функция с Кк = 0,99. Таким образом, аналитическую зависимость изгибных напряжений б3 от модуля деформации грунта на защемленном участке можно записать в виде:
Из графиков видно, что с увеличением модуля деформации грунта Е , изгибные напряжения в середине пролета а с незначительно уменьшаются, а изгибные напряжения на защемленном участке а 3 незначительно увеличиваются. По данным таблицы 2.1 построим графики зависимости прогиба в местах защемления ф (рисунок 2.6). С целью определения аналитической зависимости результаты также были обработаны по методу наименьших квадратов с проведением корреляционного анализа для стандартного ряда моделей.
По коэффициентам корреляции формул (2.24), (2.25) видно, что рассмотренные функции имеют высокую степень сходимости с данными расчетов, однако по данным корреляционного анализа наиболее близкая логарифмическая функция с Кк = 0,99. Таким образом, аналитическую зависимость прогибов от модуля деформации грунта на защемленном участке можно записать в виде:
Аналитическую зависимость прогибов от модуля деформации грунта в середине пролета можно записать в виде: у = 4,47 - 0,44 /их. (2.27) Из графиков видно, что с увеличением модуля деформации грунта Егр прогибы в середине пролета и на защемленном участке незначительно уменьшаются. Проведенные исследования позволили установить [64], что: - по сравнению с классической задачей расчета напряжений надземного перехода (как балки с защемленными концами) изгибные напряжения в середине пролета примерно в 2 раза больше по сравнению с напряжениями на защемленном участке; - изменение жесткости грунта защемления в реальном диапазоне параметров грунтов не способствует значительному изменению изгибных напряжений (в пределах 10 %); - получены аналитические зависимости изгибных напряжений и прогибов трубопровода от изменения модуля деформации грунта в середине пролета и на защемленном участке.
Исследование НДС надземного участка, переведенного в подземное исполнение засыпкой грунтом На основании параграфов 2.2 и 2.3 проводится исследование НДС участка трубопровода, переведенного в подземное исполнение засыпкой грунтом нарушенной структуры, с целью определения границ применимости такого способа (ограничение по величине НДС). Наиболее общий случай -ремонт (перевод в подземное исполнение) надземного однопролетного бескомпенсаторного перехода с учетом распределенной поперечной нагрузки от грунта и отпора грунта засыпки. Расчетная схема приведена на рисунке 2.3.
Диагностика с проведением шурфовки и последующей засыпкой грунтом, отдельные виды ремонтных работ, например засыпка размытого участка линейной части магистральных газопроводов, как правило, проводятся без остановки транспорта газа. Поэтому для достоверного исследования НДС такого участка необходимо учесть напряжения от внутреннего давления и температуры газа.
Произведем расчет трубопроводов различных диаметров, категория прочности трубопроводов К60 [52], при ограничении изгибных напряжений согласно условиям [89] (формула (2.29), рисунок 2.3). Параметры грунта в защемлении: модуль деформации грунта Егр = 24 МПа, коэффициент Пуассона грунта цгр = 0,3. Параметры грунта засыпки нарушенной структуры: модуль деформации грунта Егр = 2 МПа, коэффициент Пуассона грунта цгр = 0,4. Вес грунта засыпки (нарушенной структуры) Рг = 180 кН/м . Глубина залегания трубопроводов диаметрами 1020, 1220 и 1420 мм - 1,0 м; 720, 820 мм - 0,8 м, согласно СНиП [89]. Для примера расчетный вес грунта на верхней образующей трубопровода диаметром 1420 мм составил Р = 260 кН/м , т.е. в значительной степени превышает расчетный вес трубы 70 кН. Нормативные значения характеристик грунтов приняты по данным [7].
В таблице 2.2 приводятся данные расчетов применительно к газопроводам диаметрами 1420, 1220, 1020, 820, и 720 мм из труб с пределом прочности К60, для 3, 4 категории газопроводов согласно [89] (3 строчка); 1, 2 категории (4 строчка) [63]. Для 3, 4 и 1,2 категорий прогиб отличается в первом-втором знаках после запятой, поэтому данные этих расчетов в таблице 2.2 не приводятся. Согласно данным исследований, приведенным в таблице 2.2, изменение толщины стенки несколько увеличивает размеры защемленного участка, что свидетельствует о большей значимости параметра / (осевой момент инерции) по сравнению с увеличением веса трубы q (за счет толщины стенки).
Перевод надземного участка в подземное исполнение подсадкой без остановки транспорта газа
Задачей настоящей работы является защита (ремонт) надземных участков от внешнего воздействия. Один из путей решения этой задачи -перевод существующих надземных участков в подземное исполнение. При этом логичное решение - уравнять надземный участок по степени защищенности с прилегающими участками, т.е. произвести его переукладку по профилю местности. Однако у этого способа есть свои недостатки: требуются остановка газопровода, стравливание газа, замена участка с проведением сварочно-монтажных работ. В работе [60] показано, что при проведении переукладки с применением кривых вставок могут возникнуть проблемы изгиба трубопровода от воздействия внутреннего давления и температурных напряжений. В том числе и поэтому желательно проводить ремонт с сохранением исходного положения надземных участков, не меняя его НДС.
Общие критерии для выбора способа перевода надземного перехода в подземное исполнение [61] могут быть сформулированы следующим образом: - степень защиты не ниже подземного исполнения; - минимальное вмешательство в сложившуюся экологическую ситуацию; - ремонтные работы без остановки транспорта газа; - экономичная прочная конструкция без применения дефицитных материалов; - соответствие нормативным требованиям ОАО «Газпром».
В соответствии с этими критериями в Обществе было проведено обследование надземных переходов с целью перевода их в подземный вариант. Первый рассмотренный вариант - засыпка трубопровода грунтом с сооружением водопропуска. По внешним признакам этот способ соответствует приведенному в [89] варианту прокладки «наземный в насыпи» с одним принципиальным исключением - трубопровод опирается не на монолитное дно траншеи, а на подсыпку из грунта нарушенной структуры. Подсыпка или подсыпка с подбивкой грунта не может обеспечить такую жесткость опорной поверхности, какую обеспечивает монолитное дно траншеи. Кроме того, определенную сложность представляет укрепление грунтовой насыпи и водопропуска каменной наброской или другими противоэрозионными средствами.
Другая проблема - обеспечить сохранность насыпи в процессе эксплуатации, особенно в период паводков. Здесь универсальных рецептов нет. С одной стороны, решение должно быть экономичным, с другой стороны, экономия может обойтись в ежегодное восстановление насыпи. Многое, если не все, зависит от выбранного проектного решения и качества ремонтных работ.
В первой главе приводились технические решения по ремонту отдельных объектов линейной части МГ без остановки транспорта газа: переходов через автомобильные дороги, переходов через малые водотоки и т.п. Эти технологии приводятся в работах [11 - 14]. Базовый принцип такой технологии - не менять НДС ремонтируемого участка газопровода (не изменять положение трубопровода). Изменения касаются главным образом защитных устройств, расположенных вокруг ремонтируемых участков, и т.п.
Такому принципу в наибольшей степени соответствует сооружение, например, тоннеля вокруг трубопровода.
Пролегание трубопровода в тоннеле, например с водопропуском (сверху или снизу), не противоречит требованиям [89]. Для этого необходимо определиться с конструкцией тоннеля. Так как пространственное положение трубопровода как при надземном исполнении, так и в тоннеле не меняется, а значит и не меняется его НДС, появляется возможность проводить ремонтные работы без остановки транспорта газа с возможностью допуска к трубопроводу. Более того, нет необходимости менять лакокрасочное покрытие на другое, например пленочное. Проведенными в Обществе целевыми обследованиями на предмет перевода надземных переходов в подземный вариант установлено, что: 84 % воздушных переходов являются однопролетными безкомпенсаторными (рисунок 1.1); - до 30 % однопролетных переходов могут быть отремонтированы (переведены в подземный вариант) без остановки транспорта газа, например прокладкой в тоннеле или с применением других защитных конструкций.
Схема однопролетного бескомпенсаторного надземного перехода приведена на рисунке 4.1. Защитная конструкция, соответствующая тоннельному варианту, приведена на рисунке 4.2. Сооружение защитного тоннельного перехода производится в соответствии с проектной документацией и включает следующие основные операции [58, 60]: - монтаж водопропуска из б/у труб; - разработку экскаватором грунта с прилегающих участков и перемещение его под трубопровод с формированием поверхности (плоскости) под установку железобетонных плит, укрепление водопропуска и т.п.; - монтаж боковых железобетонных плит и прихватку их между собой; - монтаж верхних плит и прихватку с боковыми плитами; - засыпку и подсыпку грунта в соответствии с проектными решениями; - мероприятия по укреплению грунта (посев трав, геотекстильные решетки и т.п).
Рассмотрим другое конструктивное решение повышения антитеррористической защищенности перехода газопровода. Задача повышения антитеррористической защищенности перехода газопровода решается тем, что по бокам вдоль балочного (воздушного) перехода уложены ленточные фундаменты, на которые установлены без контакта с газопроводом железобетонные арочные пригрузы. Укрепление ленточных фундаментов в соответствии с требованиями строительных норм и правил.
