автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Исследование и разработка эффективных решений по закреплению подземных газопроводов на многолетнемерзлых грунтах

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГШИНА

СТАСЕВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

7ДК 622.692.4.07

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПО ЗАКРЕПЛЕНИЮ ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ НА ШОШШНЕМЕРЗШП ГРУНТАХ

Специальность 05.15.13

Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Москва 1991 г,

Работа выполнена б Государственной академии нефти и газа имени И.М.Губкина

Научный руководитель - доктор технических наук, И.И.Мазур

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор А.М.Синюков

кандидат технических наук, Н.П.Васильев

Ведущее предприятие: Государственный союзный ордена Трудового Красного Знамени Сварочно-монтажный трест

на заседании Специализированного совета Д.053.2'7.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.13 "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ" при Государственной академии нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу: 117917, г.Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии нефти и газа им.И.И.Губкина

Защита состоится "

к

1991 г. в /о часов

Автореферат разослан " С " _1991 г.

Ученый секретарь Специадизированного совета , доцент, д.т.н.

Г.Г.Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность -работы. В настоящее время основные направления научно-технического развития в области строительства трубопроводов связаны с разработкой и внедрением прогрессивных ресурсосберегающих и экологически'чистых технологий строительства, способствующих повышению уровня качества выполняемых работ. Особое значение эти проблемы приобретают при строительстве трубопроводов со сложными геоклиматическими условиями. В последнее время наибольший объем строительства трубопроводных транспортных систем приходится на северные районы Тюменской области. Однако именно здесь в арктических и субарктических районах, строительство магистральных трубопроводов требует решения огромного количества технических и экологических проблем, связанных с обеспечением надежности и устойчивости" трубопроводов, а особенно магистральных трубопроводов, прокладываемых в многолетнемерзлых грунтах. Особое место в решении задач, связанных со строительством трубопроводов в районах многолетнемерзлых грунтов, занимают вопросы надежного закрепления трубопроводов от всплытия.

Традиционные методы стабилизации положения трубопроводов на проектных отметках л районах распространения многолетнемерзлых-грунтов при помощи железобетонных утяжелителей, значительна увеличивают стоимость строительства. Ежегодна по Государственному концерну "Нефтегазстрой" используется до 1,5 шн.м3 железобетонных пригрузов. Затраты труда на их установку и юс стоимость составляют около 120 млн.рублей без учета транспортных расходов. Вместе с тем следует учитывать, что: на их. изготовление расходуется огромное количество дефицитных материалов, таких как цемент и металл, так нужных в народном хозяйстве страны.

Таким образом, разработка высокоэффективных решений по закреплению подземных газопроводов на многолетнемерзлых грунтах, а так/

же исследование взаимодействия подземного газопровода с многолет-немерзлым грунтом с целью повышения надежности его работы, является темой актуальной и своевременной.

Цель' и задачи исследований. Целью работы является исследование механики взаимодействия подземных газопроводов с грунтом при проявлении морозного пучения, выбор на основе этого высокоэффективных и надежных конструктивных решений по закреплению подземных газопроводов в многолетнемерзлых грунтах.

Указанная цель достигнута автором при решении следунцих задач:

- проведение анализа существующих способов стабилизации магистральных трубопроводов;

- исследование влияния морозного пучения на подземный газопровод ;

- разработка новых эффективных схем балластировки подземных газопроводов грунтом с применением НСМ;

- разработка методики расчета а конструктивных параметров при балластировке подземного газопровода грунтом с применением НСМ;

- разработка и обоснование новых высокоэффективных конструкций вмораживаемых анкерных устройств ;

- исследование состояния подземного газопровода при отказе одного или нескольких анкерных устройств.

Научная новизна пабота. Представленная работа является комплексным экспериментальным и теоретическим исследованием высокоэффективных способов закрепления подземных газопроводов в районах многолетнемерзлых грунтов.

Предложена новая классификация способов стабилизации магистральных трубопроводов - по физическому принципу их взаимодействия с грунтом.

Предложена и обоснована методика, позволяицая устанавливать границы эффективного использования да различных способов закреп-

ления трубопроводов.

Разработана новая система стабилизации положения газопровода, сооружаемого в условиях многолетнемерзлых грунтов, основанная на использовании несущей-способности самого мерзлого грунта. Для реализации этой системы были проведены экспериментальные и натурные исследования взаимодействия мерзлого грунта с трубопроводом, позволившие установить механику ззаимодействия и выявить основные закономерности изменения несущей способности системы "труба-мерзлый грунт" в зависимости от конструктивных решений стабилизирующих устройств, тешературы окружающей среды и йизико-механических свойств мерзлого грунта.

Предложены и экспериментально опробованы новые эффективные конструкции закрепляющих устройств для твердоглерзлых и пластично-мерзлых грунтов. Методами математического моделирования исследовано понижение тешературы грунта вокруг термоанкера и доказана принципиальная возш;хность применения термоанкеров в пластичномерз-лых грунтах.

На основе разработанной математической модели, проведено исследование устойчивости газопровода при разрушении одного или нескольких анкеров. Предложены и экспериментально подтверздены практические мероприятия по повышению надезсносги закрепления подземных газопроводов вмораживаемыми анкерными устройствами.

Практическая ценность работы. Основные результаты диссертационной работы состоят в создании новых эффективных конструктивных решений и методов расчета для закрепления подземных газопроводов, которые практически реализованы автором при строительстве системы магистральных газопроводов "Ямбург - Центр" на участке треста "Щекингазстрой" в районе 75 км головного участка. Экономический эффект , полученный трестом "Щекингазстрой" в результате внедрения разработок автора на строительстве газопроводов системы

"Ямбург - Центр", составил - 1222,5 тыс.рублей, в том числе непосредственно доля автора составила - 611,3 тыс.рублей.

Аптобагшя работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсувдались на: семинаре молодых специалистов Миннефтегазстроя /г.Тюмень 1982 г./ ; Всесоюзной научно-практической конференции /г.Надым 1988 г./; заседаниях Научно-технического совета Миннефтегазстроя -/1989-1991г.г./.

Публикации; По материалам диссертации опубликовано II печатных работ, в том числе 2 научно-технических обзора и 3 статьи без соавторов. По материалам исследований получено 4 авторских свиде-тельс тва.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений. Список литературы включает V«! наименований. Общий объем работы«^01 страниц основного текста /в том числе ^ % рисунка и ю таблиц/.

ОСНОВНОЕ СОДЕМАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы цель и задача исследования, раскрыты научная новизна и практическая ценность работы, а также приведены сведения об апробации и внедрении основных положений.

В первой главе проведен технико-экономический анализ имещих-ся и применяемых на практике конструктивных решений по закреплению подземных газопроводов в арктических и субарктических районах Западной Сибири.

Показано, что в результате исследований, выполненных такими авторами, как В.Л.Березин, П.П.Бородавкик, И.И.Мазур, Н.П.Васильев, А.И.Брун, Л.И.Быков, В.Е.Поляков и многие другие, в настоящее время создано свыше 40 видов различных средств балластировки и закрепления подземных трубопроводов.

Ш основе анализа региональной характеристики условий строительства иагистральных трубопроводов ь криолитозоне, приведены

основные требования к конструкции и условиям эксплуатации подземных газопроводов.

Отмечено, что существуют различные способы классификации средств балластировки и закрепления трубопроводов. Проведенный анализ по данному вопросу показал, что существующие способы югассификации недостаточно отражают современное состояние дел по этому вопросу. Разработана качественно новая классификация средств закрепления и балластировки, основанная на физическом принципе'их взаимодействия с грунтом, которая более полно отражает современное состояние данного вопроса. Особое внимание здесь уделено вопросу закрепления и балластировки трубопроводов в районах многолетнемерзлых грунтов. Установлено, что традиционные методы стабилизации положения трубопроводов, применяемые в этих районах, не всегда обеспечивают их надежное "закрепление на проектных отметках, являются дорогостоящими и трудоемкими. Для решения данной проблемы определены направления разработки новых высокоэффективных решений по закреплению подземных трубопроводов во многолетнвмерзлых грунтах.

Во втошй главе приводятся результаты исследования закономерностей взаимодействия подземных газопроводов большого диаметра с грунтом при морозном пучении. Рассматривается механизм силового воздействия морозного пучения грунта.на подземный газопровод,проложенный в деятельном слое при различных конструкциях закрепления.

Известно, что подземный газопровод, проложенный в деятельном слое грунта, склонному к морозному пучению, в процессе промерзания грунта испытывает силовое воздействие, которое приводит к смещению вверх относительно исходного положения. Такое воздействие представляет опасность для прочности газопровода, особенно в тех случаях, когда вызываемые отдельными'циклами промерзания-оттаивания грунта эффекты в течение многолетней эксплуатации суммируются. Исследованием установлено, что для оценки эксплуатационной надежности подземных газопроводов, выбора температурных режимов

транспорта газа необходимо учитывать динамику изменения сил морозного пучения в зависимости от конструктивных особенностей газопровода и специфики промерзания грунта. Б связи с этим рассмотрены экспериментальные модели, представляндие подземный газопровод, забалластированный грунтом засыпки. Экспериментальные исследования показали, что с увеличением диаметра газопровода, его смещение вверх за один цикл промерзания-оттаивания увеличивается. Дня подземных газопроводов большого диаметра смещение вверх за один цикл промерзания-оттаивания грунта соответствует разности величин морозного пучения грунта на уровне верхней и нишей образущих.

При изучении взаимодействия работающего газопровода с промерзающим грунтом наибольший интерес представляет состояние, когда сни-кение температуры транспортируемого газа сопровождается снижением температуры грунта, в частности, когда температура газа изменяется от положительной летом до отрицательной зимой, возникают две зоны промерзания грунта - одна вокруг газопровода, вторая - поверхностная, как результат промерзания деятельного слоя. Было проведено численное моделирование упругого взаимодействия мерзлого и талого грунтов в этих условиях. Установлено, что смещение газопровода диаметром 1420 мм вверх, обусловленное его обмерзанием, при увеличении глубины заложения, снижается.

При исследовании взаимодействия подземного газопровода, закрепленного вмораживаемыми устройствами с деятельным слоем показано, что смещение вверх газопровода за один цикл промерзания-оттаивания соответствует величине пучения грунта на уровне оси газопровода. Выявлена закономерность, что при уменьшении глубины про-таивания многолетнемерзлого грунта под газопроводом, значительно снижается его смещение под действием сил морозного пучения. Доказано, что при балластировке газопроводов .железобетонными утяжелителями величина смещения газопровода вверх под действием морозного пучения вше, чем при закрепления газопроводов вмораживаемыми

анкерами.

Проведены исследования влияния морозного пучения грунта на состояние подземного газопровода, забалластированного грунтом с применением нетканного синтетического материала /НОЛ/. Рассмотрен механизм влияния пучения промерзающего грунта на расположенный в нем слой НСМ. Установлено, что НСМ в этом состоянии поддвергается растяжению как непосредственно в мерзлом слое грунта, так и в талом грунте ниже этого слоя. Разработана методика расчета натяжения НСМ в процессе промерзания пучинистого грунта. Формула дая определения натяжения НСМ Тн имеет вид:

И+е 2Ь /, . ^

к - толщина промерзающего слоя грунта ; и - дайна НСМ в промерзающем слое; |> - толщина НСМ; - сопротивление смещению НСМ ; £ - степень морозного пучения грунта ; и Ь - коэффициент Пуассона и модуль упругости дая НСМ.

Определены условия, при которых вследствие натяжения НСМ в пределах талого грунта, мягкий контейнер в карманах траншеи может отрываться от дна, и установлены границы подъема газопровода за каждый цикл промерзания-оттаивания грунта. Выполнено исследование влияния морозного пучения грунта, когда заполнявдий контейнер грунт обладает меньшей морозной пучинистостыо, чем основной грунт, в который уложен газопровод. В этом случае, за счет разной величины пучения основного и заполняющего контейнер грунта, происходит отрыв мерзлого слоя заполняющего грунта от талого, что сопровождается снижением балластной нагрузки на газопровод. В результате создаются условия для подъема газопровода под действием выталкивающих сил. С учетом явлений, отмеченных вше, делается вывод о том,что газопровод, забалластированный грунтом с применением НСМ, в большей степени подвержен влиянию' морозного пучения, чем аналогичный

газопровод без НСМ.

Для проверки результатов теоретического исследования были проведены экспериментальные наблюдения в трассовых условиях за влиянием морозного пучения грунта на подземный газопровод. Для этой цели в процессе строительства головного участка лупинга газопровода "Ямбург-Еяец П" диаметром 1420 мм были оборудованы два участка в зоне пикетов ПК 697 и ПК 762. Каждый участок включал последовательно установленные анкерные устройства с компенсаторами, расположенными в пазухах траншей. Анкерные устройства снабжены компенсаторами непрерывного действия, для которых усилие срабатывания постоянно на всей длине хода и равно 70-75 кН. К подвижным частям компенсаторов приварены вертикальные металлические стержни, которые выступают на поверхность из грунта. Рядом с каждым участком в основной грунт вморожен неподвижный релер, относительно которого фиксировалось высотное положение кавдого контрольного стержня. Работы по обустройству участков и замеры исходного положения стержней выполнены в феврале 1987 года. Замеры вертикального перемещения стержней были проведены в феврале 1988 года, в феврале 1989 года, марте 1990 года.

Выполненные экспериментальные исследования показали, что за два последующих года, т.е. тот период, когда на перемещение газопровода оказывало влияние только морозное пучение, перемещение газопровода вверх под действием сил морозного пучения составило величину порядка 60-70 мм.

Третья глава посвящена расчету параметров балластировки подземного газопровода грунтом с применением НСМ при действии на газопровод выталкивающих сил и на основе расчетов , даются предложения по совершенствовании балластировки подземных газопроводов грунтом засыпки с применением НСМ.

Рассматриваются двэ основные, принятые на практике, схемы балластировки подземного газопровода грунтом засыпки с применени-

ем НСМ, с открытым контейнером из НСМ и закрытым. В обоих типах контейнеров, основной объем грунта засыпки, создающего балластную нагрузку, расположен вше газопровода, что чревато опасностью опрокидывания контейнера с грунтом и, следовательно, всплытия газопровода при наличии благоприятных для этого условий. Такого рода всплытия выявлены на газопроводах, проложенных в многолетнемерзлнх грунтах и транспортирумцих газ при знакопеременных изменениях температуры. Отмечается, что несмотря на широкое практическое, применение мягких контейнеров из НСМ для балластировки подземных газопроводов, научные вопросы этой проблемы изучены пока недостаточно.

В работе методом математического моделирования исследуется взаимодействие подземного газопровода с навешенным на него мягким контейнером заполненным минеральным грунтом при воздействии на газопровод направленной вверх выталкивающей силы. В качестве объекта исследования выбран газопровод диаметром 1420 мм.Исследования проводились для материала мягкого контейнера двух видов: недеформируемого /модуль деформации Е - / и деформируемого /модуль деформации

Е = 0,8 кН/сад/.

Установлены закономерности изменения натяжения контейнера каждого вида по периметру. Для обоих контейнеров максимальное натяжение ~Г0 имеет место на участке охватывающем верхнюю образующую грубы. Для закрытого контейнера натяжение испытывает также верхний участок контейнера, где производится его замыкание. Однако, здесь максимальная величина натяжения, по данным численного анализа, в несколько раз меньше натяжения I о . Установлено, что при определенной высоте подъема газопровода на стенках траншеи происходит формирование зоны, в пределах которой происходит плавное изменение натя-жениа НСМ от более высоких значений в ее нижней, части до более низких значений, в ее верхней части.

Выявлена зависимость изменения натяжения НСМ от высоты подъема

газопровода над дном траншеи и от исходного состояния мягкого контейнера. Лдя открытого контейнера при подъеме газопровода над основанием траншей наблвдается интенсивный рост натяжения НСМ, которое, однако, стабилизируется при подъеме газопровода на 40-50 см и при дальнейшем подъеме, натяжение НСМ уменьшается. Для закрытого контейнера натяжение НСМ и в верхней, и в нижней его части, при подъеме газопровода, вне зависимости от величины этого подъема, постоянно возрастает.

Изложена методика расчета погонной нагрузки С^ р на газопровод, противодействующей его подъему. Для открытого контейнера погонная нагрузка ф определяется как сумма двух равнодействующих:

<Ь - 9, * Чг ,

где - нагрузка от нормального давления грунта на поверхность мягкого контейнера в пределах его контакта с газопроводом; -нагрузка от вертикальных составляющих натяжения НСМ вне пределов его контакта с газопроводом.

Установлено, что при увеличении подъема газопровода от дна траншеи, погонная нагрузка с^ возрастает, однако, при подъеме

и. %

' Р

газопровода на величину Д, = 40 см величина С^ стабилизируется, и при дальнейшем подъеме уменьшается.

Предложено определять погонную нагрузку ц на газопровод для закрытого контейнера формулой:

я,-. Яг-%.

где погонная нагрузка от собственного веса грунта в объеме контейнера с учетом взвешивапцего действия воды; - вертикаль-

ная составляющая контактных сил, действующих на контейнер на границе со стенками траншеи. При неизменном весе грунта внутри контейнера величина остается постоянной. Поэтому изменение в зависимости от подъема газопровода определяется только изменением составляющей .

В результате численного анализа показано, что величина погонной нагрузки на газопровод ^ в случае закрытого контейнера из НСМ при подъеме газопровода над дном траншеи, возрастает. Однако, при величине подъема газопровода порядка 50 см происходит ее стабилизация и при дальнейшем подъеме газопровода величина с^ уменьшается.

Установлено, что учет в расчетах деформационных свойств НСМ сравнительно мало влияет на конечные результаты. Для недеформиру-емого материала величины максимального натяжения и погонной нагрузки на газопровод оказываются вше в среднем на чем для деформируемых.

С учетом результатов исследования взаимодействия мягкого контейнера с газопроводом разработаны две новые схемы его балластировки, которые обеспечивают более надежное закрепление газопровода от всплытия и являются более эффективными с точки зрения материальных затрат. Предложена также модификация мягкого контейнера с армирувдиш элементами в основном для закрепления всплывших участков газопровода на слабых грунтах.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию новых высокоэффективных конструкций вмораживаемых анкерных устройств для твердомерзлых и пластичномерзлых грунтов. Кроме того, исследуется состояние подземного газопровода при отказе одного или нескольких анкерных устройств.

На основе анализа существующих решений компенсаторов в конструкциях вморащиваешх анкерных устройств показаны преимущества

компенсаторов непрерывного действия. Разработаны конструктивные схемы анкеров, обеспечивающие совмещение в одном конструктивном узле сашто компенсатора а несущих элементов анкера. Такое решение ведет к снижению материалоемкости и трудоемкости изготовления анкера. При этом в результате экспериментов установлено, что наиболее эффективно совмещение компенсатора с несущими элементами для анкеров дискового типа.

Предложена новая конструкция двухдискового анкера с вмороженным компенсатором для твердомерзлых грунтов, которая выгодно отличается от уже известных. Поскольку нормативными документами применение вмораживаемых анкерных устройств для закрепления подземных газопроводов допускается только на твердомерзлых грунтах, предложено было дня закрепления трубопроводов на пластичномерзлых грунтах использовать конструкцию термоанкера с использованием холода транспортируемого газа для понижения температуры грунтов вокруг несущих дисков.

Е&ервые предложена конструкция термоанкера с вмораживаемым компенсатором непрерывного действия, совмещенным с несущими элементами анкера, принцип действия которого заключается в использовании холода транспортируемого газа.

Для определения параметров конструкции термоанкера были приняты условия работы систем газопроводов "Ямбург - Центр". Традиционные проектные решения ограничивают область применения вмораживаемых анкерных устройств 120 км трассы, где естественная температура грунта на глубине нулевых амплитуд составляет около -2,2°(; что лишь на 0,7°С ниже перехода глины из твердомерзлого состояния в пластичномерзлое. Сопоставление графиков изменения температуры транспортируемого газа и температуры грунта на головном участке, показало, что начиная с 50 км трассы температура газа становится ниже температуры грунта. Это дает основание применять, начиная со 120 км трассы до конца головного участка захолаживание грунтов

вокруг несущих дисков анкеров за счет холода транспортируемого хаза. Здесь нужно отметить, что при бескомпрессорной подаче газа даже в летний период начиная со 120 км трассы температура газа имеет отрицательные значения.

Для теоретического обоснования работоспособности предложенной конструкции термоанкера рассматривалась теплофизическая задача о снижении температуры мерзлого грунта вокруг термоанкера вследствш теплообмена с наружным воздухом/в момент установления до засыпки траншеи/ и охлажденным газом внутри газопровода / после пуска газопровода/. Математически задача выражается уравнением теплопроводности для неограниченного полого цилиндра

г- 0,2

я Г 9еМ) , I 9Q(y-J)

dt с I 2гг к дг .

[i^ О , Гг сю)

при начальном условии

эСГ, о) = QH{r)

и граничных условиях

МкА

я

= /6

при

Эг Г - Гт

двШ) - о

д г

UPU К

В случае прекращения передачи холода от газа в грунт первое граничное условие принимает вид

-9= о ^ г =

где 0 - температура мерзлого грунта в процессе охлавдения; Д. , С - коэффициенты теплопроводности и теплоемкости мерзлого грунта ; "¿. - время от начала охлаждения грунта ; - радиус термоанкера ; К - текущая координата /по радиусу/ да:я мерзлого грунта ; - температура источника холода ; - эффективный коэффициент теплопередачи термоанкера ; Ом - начальная температура мерзлого грунта.

В расчетах принимали значения, соответствующие 190 км трассы газопроводов системы "Ямбург-Центр". Результаты выполненных расчетов представлены в виде графиков распределения температуры грунта вокруг термоанкера в зависимости от радиуса и при различных значениях продолжительности охлаждения . Из графиков следует, что снижение температуры пластично-мерзлого грунта до твердомерзлого состояния вокруг термоанкера вполне может быть достигнуто в течение промежутка времени, разделяющего операции закрепления газопровода анкерами и его засыпки. В доследующем захолаживание грунта вокруг термоанкеров происходит за счет теплообмена с транспортирующим газом. Из полученных результатов расчетов следует, что охлаждение пластичномерзлого грунта транспортируемым газом в течение 10 суток и более обеспечивает снижение его температуры до твердо-мерзлого состояния, что гарантирует высокую несущую способность термоанкера по грунту.

Приведенные расчетные результаты обосновано свидетельствуют о технической возможности, реализации способа закрепления подземных газопроводов на пластичномерзлых грунтах с помощью термоанкеров, использующих холод воздуха на начальной стадии и холод транспортируемого газа на протяжении всей последующей эксплуатации газопровода для снижения температуры грунта в окрестности термоанкера до твердомерзлого состояния с целью обеспечения его высокой несущей способности, гарантируицей надежное удержание газопровода в проект-

ном положении.

К*зработана мвтодика расчета усилия срабатывания компенсатора непрерывного действия. Усилие срабатывания компенсатора предложено определить по формуле:

где О - исходная толщина стенки патрубка; - предел прочности материала патрубка; IX, - радиальная деформация трубы; сЬ -угол наклона образующей наконечника к оси; § - коэффициент трения между коническим наконечником и патрубком = 0,933 ; ¡Г^ -исходный средний радиус патрубка.

Используя данную формулу для проведения численного анализа компенсатора непрерывного действия, примененного в разработанных автором конструкциях вмораживаемых анкерных устройств, установлено, что независимо от того, в каком соотношении распределяется выдергивающая нагрузка на верхний и нижний диски анкерного устройства, величина усилия срабатывания компенсатора остается постоянной.

Экспериментально, с помощью полигонных" испытаний, проверена работоспособность вмораживаемых компенсаторов непрерывного действия, а также проверена эффективность охлаждения грунта с помощью термоанкера. Эти эксперименты качественно подтверждают результаты математического моделирования.

С целью повышения надежности работы анкерных устройств, а также для прогнозирования устойчивости подземного газопровода в процессе эксплуатации рассмотрены случаи разрушения одной или нескольких пар анкерных устройств.

Разработана модель оценки напряженно-деформированного состояния и устойчивости газопровода при разрушении анкеров. Физическая

сущность данной модели состоит в том, что изгиб газопровода вытал-кивапцими.силами вследствие обрыва анкеров на некотором ограниченном участке сопровождается увеличением его дайны и соответственно снижением сжимаицей силы на данном участке. Однако последнее обстоятельство приводит к тому, что за счет более высокого значения ежи-мащейся силы на примыкавдих к изогнутому участку прямолинейных частях газопровода начинается подвижка этих частей в сторону изогнутого участка. Следствием такого процесса является увеличение амплитуды изгиба газопровода и снижение сжимаодей силы на прилегакъ щих прямолинейных участках.

При проведении, численного анализа в качестве примера рассматривался газопровод диаметром 1420 мм с толщиной стенки 16 мм на рабочее давление 75 кгс/см^. Газопровод уложен в обводненный грунтх создащий выталкивающую силу 1000 Кн/м. Глубина погружения газопровода /от поверхности грунта до оси/ - 1,5 м. Газопровод закреплен попарно установленными анкерами с шагом 10 м. Усилие срабатывания компенсаторов одного анкера - 7000 соответственно для анкерного устройства эта величина равна 14000 Принятые расчетные параметр! соответствуют условиям закрепления прямолинейных участков газопроводов системы Ямбург - Центр в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

Численным моделированием установлено, что обрыв одного анкерного устройства не вызывает заметного изменения напряженно-деформированного состояния газопровода. Ситуация существенно изменяется, когда из строя выходят три подряд установленных анкера. При этом максимальное отклонение газопровода от начального положения не превысит 15 см, усилия в анкерах, граничащих с разрушенными, достигают усилия срабатывания компенсаторов и подвижка газопровода происходит за счет срабатывания компенсаторов. При длине хода компенсатора 50 см смещение газопровода при обрыве трех анкеров

5. Предложены мероприятия по повышению надежности закрепления подземных газопроводов вмораживаемыми анкерными устройствами.

6. Основные результаты работы внедрены при строительстве системы газопроводов "Ямбург - Центр", что позволило получить экономию в размере 1222,5 тыс.рублей,в том числе на долю автора 611,3 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ и ИЗОБРЕТЕНИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Стасев В.В. Анализ устойчивости подземного газопровода, закрепленного анкерными устройствами. Строительство трубопроводов, М.,1991, № 3, с.28-30.

2. Стасев В.В. Исследование термоанкерного устройства для закрепления подземного газопровода в пластичномерзлых грунтах. Строительство предприятий нефтяной и газовой промышленности. Серия "Научно-технический прогресс", М.,,1991, 1Ь I, с.6-11.

3. Стасев В.В. Исследования по балластировке подземных газопроводов грунтом с использованием нетканннх синтетических материалов, Тула, ШШ "Оникс", 1991, с.55.

4. Мазур И.И., Стасев В.В., Щербаков С.М. Исследование и разработка эффективных решений по применению вмораживаемых анкерных устройств в конструкциях подземных газопроводов в многолетнемерз-лых грунтах, Тула, 1991, с.123.

5. Стасев В.В.,Вислобицкий П.А. Взаимодействие подземного газопровода с пучинистым грунтом при промерзании - оттаивании. Строительство предприятий нефтяной и газовой промышленности. Серия "Научно-технический прогресс", КИЩ -"Нефгегазстройияформреклама", М., 1991, .'51-5, с. 1-6.

6. Стасев В.В., Вислобицкий H.A. йсчет балластировки подземного газопровода мягким контейнером с грунтом. Строительство предприятий нефтяной и газовой промышленности. Серия "Научно-технический прогресс", M.,I99I, Ä2-3, с.16-22.

7. Вислобицкий П.А., Колесник В.М., Желудков H.H., Стасев В.В. Трассовые измерения влияния морозного пучения грунта на подземный газопровод. Строительство предприятий нефтяной и газовой промышленности. Серия "Передовой производственный опыт", М., 1990, № 9, с.16-19.

8. A.C. № I6II009 Анкерная система для закрепления трубопровода в вечномерзлом грунте. Заяв.05.01.89 г./соавторы В.С.Сумароков, Х.К.Мухаметдинов, Н.Н.Келудков, В.Е.Поляков/.

9. A.C. № I6604S6 Способ прокладки трубопровода со льда на дно,'водоема. Заяв.04.12.89 г. /соавторы В.С.Сумароков, Н.Н.Келудков, А.Е.Нирний, B.C.Мальцев/.

10. Устройство для закрепления трубопровода в мерзлых грунтах. Заяв. 28.02.90 /соавторы П.А.Вислобицкий, В.М.Колесник, Н.Н.Келудков, В.С.Сумароков/. Положительное решение ВНИЙШЭ от 20.12.90.

11. Способ сооружения подземного газопровода. Заяв.22.06.90г. /соавторы А.Д.Перельмитер, Е.А.Лунтовский, В.С.Сумароков, А.Е.Жир-ний. и др./. Положительное решение ВНИИШЭ от 13.08.91.