автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Повышение надежности трубопроводов в условиях болот

Р Г Б

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ ;'7".л:> ;Й'ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ (ВНИИГАЗ)

' " На правах рукописи

РУДОМЕТКИН ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ УДК: 522.691.4 + 622.692.2 ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ БОЛОТ

Специальность 05.15.13 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ (ВНИИГАЗ)

На правах рукописи

РУДОМЕТКИН ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ УДК: 622.691.4 + 622.692.2 ПОВЫШЕНИЕ НАДЕрОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ БОЛОТ

Специальность 05.15.13 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте строительных конструкций наземных объектов добычи и транспорта нефти» и газа и во Всероссийском научно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий.

Научные руководители - д. т. н., с. н. с. Харионовский В. В., ВНИИГАЗ

Официальные оппоненты - д. т. н., проф. Одишария Г. Э., ВННИИГАЗ

к. т. н., с. н. с. Нефедов С. В., Институт машиноведения АН Российской Федерации

Ведущее предприятие - Производственное Объединение северных ма-

часов на заседании I. . . эвета Д 070.01.02 по

защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Всероссийском нгучно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ВНИИГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГАЗа.

к. т. н. Димов Л. А., УФ ВНИИПКсск

гистралькых нефтепроводов

Защита состоится

1935 г. в _лаН£.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, к. т. н,

|. М. Смерека

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В ближайшей перспективе основной прирост добычи нефти и газа будет получен на отдаленных месторождениях севера Западной Сибири, Республики Коми и Архангельской области. Подача энергоносителей невозможна без ускоренного развития трубопроводного транспорта. Сеть газотранспортных систем протянется с Бованенского, Харасавейского, Лаявожского и других месторождений через территории Архангельской области и Республики Коми до центра и западной границы страйы. При этом магистральные трубопроводы, минуя территории распространения вечномерзлых грунтов, попадают в не менее сложные условия - зону обширных болот севера нашей страны.

Слабые торфяные основания обладают низкой "защемляющей" способностью; трубопроводы под действием внутреннего давления и температуры свободно перемещаются в торфяной среде часто выходя на поверхность болот, что недопустимо правилами эксплуатации и безопасности. Известно, что более половины всех аварий трубопроводов происходит на болотах и заболоченных участках. Основные причины такого положения - отсутствие качественной и достоверной информации о взаимодействии трубопровода с торфом, низкое качество инженерно-геологических изысканий, ненадежность закрепления трубопроводов. Между тем, актуальная в настоящее время тема определения сопротивления торфяного основания продольному перемещению трубопровода исследована совершенно недостаточно. Отсутствуют необходимые параметры, такие как предельное сопротивление, коэффициент касательного сопротивления, параметры трения изолированной трубы по торфу и т.д. Более того, торфяные основания обладают рядом свойств, отличных от свойств минерального грунта, а это приводит к необходимости разработки новых, специально для торфа, расчетных моделей грунта. Попытки использовать расчетные модели минеральных грунтов с подстановкой в них параметров взаимодействия трубопроводов с торфом приводят к тому, что эти модели не "работают", а напряженно-деформированное состояние трубопровода становится не прогнозируемым.

Таким образом, задача определения научно обоснованной расчетной модели торфяного основания при продольном перемещении трубопровода весьма актуальна. Решение зтой задачи позволит поставить вопросы расчета и проектирования трубопроводов на болотах на

научную основу, уменьшить количество аварий, осуществить выбор наиболее рациональной схемы прокладки трубопровода, повысить в целом его надежность.

Цель работы - разработать метод расчета сопротивления торфяного основания продольному перемещению трубопровода' (расчетную модель торфяного основания) на основе аналитических решений и экспериментального изучения взаимодействия трубопровода с торфом при приложении к нему продольного'усилия.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи собственного исследования:

- определить на основе обобщения результатов экспериментов величину предельного сопротивления торфяного основания продроль-ному перемещению трубопровода как функции давления торфа на трубопровод и параметров трения последнего по торфу;

- экспериментально определить зависимость среднего давления торфа на трубопровод в траншее от давления торфа в массиве засыпки на уровне горизонтального диаметра трубы, для чего разработать методику определения нормальной составляющей давления торфа по периметру трубы и методику обработки получаемых при этом эпюр;

- экспериментально . определить параметры трения полимерной изоляции по торфу в зависимости от условий взаимодействия трубопровода с торфом: скорости /приложения к трубе сдвигающей нагрузки, времени контактирования трубы с торфом и влажности торфа;

- на основе теории линейно-деформируемого полупространства определить необходимые компоненты напряжений и перемещений в полупространстве от распределенной нагрузки, расположенной параллельно свободной поверхности, и определить зависимость "сопротивление (нагрузка) - перемещение" для трубы в линейной стадии деформирования торфяного основания;

- экспериментально_определить нелинейную зависимость "сопротивление - перемещение" на основе проведения и обработки достаточно большого • числа испытаний по перемещению труб в торфе при различном их заглублении, длины, длины, диаметра, величины при-грузки и т. д.;

- разработать способ закрепления трубопровода от продольных перемещений в грунте;

- выполнить расчет напряженно-деформированного состояния участка подземного трубопровода на болоте с использованием всех

полученных в работе результатов.

Научная новизна. В диссертационной работе:

- разработана методика определения нормальной составляющей давления торфа по периметру трубы с использованием простейших приспособлений в виде обернутых в полиэтиленовую оболочку металлических пластин;

- впервые доказано, что среднее давление торфа на трубопровод является функцией давления торфа в массиве засыпки на уровне горизонтального диаметра трубы, а не является равным ему, как это принимали ранее;

- определены параметры трения изоляционного покрытия трубопровода по торфу в широком диапазоне условий взаимодействия трубопровода с торфом и доказано, что параметры трения не зависят от влажности торфа, времени контактирования трубы с торфом и скорости приложения к трубе сдвигающей нагрузки;

- выполнено приближенное решение задачи о распределенной нагрузке, расположенной в полупространстве вблизи и параллельно его поверхности; определены компоненты напряжений и перемещений; приведена зависимость "нагрузка - перемещение", пригодная для прогнозирования продольных перемещений трубопровода в торфяной среде;

- предложен новый способ определения модуля сдвига торфяной засыпки, причем доказано, что прежний подход к определению модуля сдвига через модуль деформации оказался неприемлимым;

- разработан на уровне изобретения способ закрепления трубопровода от продольных перемещений в грунте;

- впервые разработан метод расчета сопротивления торфяного основания при продольном перемещении подземного трубопровода (расчетная модель торфяного основания) для линейной и нелинейной стадий деформирования торфяной среды.

Практическая значимость работы. Использование разработанного метода расчета сопротивления торфа продольному перемещению трубопровода в практике проектирования и прокладки газонефтепроводов позволит дополнить програмное обеспечение для ЭВМ отсутствующими на сегодняшний день данными. Это, в свою очередь, позволит путем вариантного проектирования выбирать наиболее рациональные схемы прокладки трубопроводов на болотах и, как следствие, обеспечить устойчивость положения трубопровода, уменьшить

число аварий и, в целом, повысить его надежность.

Реализация работы. Разработанная расчетная модель и практические выводы по работе нашли свое отражение в НИР "Разработать модели торфяного основания при перемещениях подземного трубопровода в горизонтальном поперечном направлении для расчета подземных трубопроводов с произвольным очертанием оси в горизонтальной плоскости", 1987 г.; "Расчетная модель сопротивления грунтового основания продольному перемещение подземного трубопровода, забалластированного утяжелителями", 1991 г.; "Рекомендации по повышению надежности трубопроводов в условиях болот", 1993 г.

Технический эффект от внедрения диссертационной работы получен на объектах:

- нефтепровод "Уфа-Ярославль", при разработке "Плана ремонтных мероприятий";

- газопровода "Микунь-Сыктывкар", при реконструкции 1 очереди и проектировании II очереди.

Использование разработанных "Рекомендаций по повышению надежности трубопроводов в условиях болот" при проектировании новых и реконструкции эксплуатируемых трубопроводов, проходящих по заболоченной местности, позволило оценить их реальное напряженно-деформированное состояние, выявив участки с которых "собираются" продольные перемещения, определить их величину и разработать технические решения по их компенсации.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях Ученого Совета Ухтинского филиала ВНИИПКспецстройконструкция, Технического совета Производственного объединения Северных магистральных нефтепроводов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, получено одно авторское свидетельство на изобретение. Результаты исследований отражены также в 4 отчетах по НИР, выполненных в Ухтинском филиале ВНИИПКспецконструкция в 1983-91 гг.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и списка литературы, включающего 123 нимено-вания. Работа содержит 216 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее цель, задачи собственного исследования, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведено состояние вопроса о предмете исследований, подробно сформулированы задачи исследований и пути их решения. Коротко освещена современная методика расчета напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов. Дано понятие грунтовой модели и ее местов методике расчета трубопроводов. В обзоре аналитических исследований проанализированы работы, в которых нагрузка или сооружение под действием приложенных к нему усилий расположены в упругой или линейно-деформируемой среде и взаимодействует с ней, причем среда задана в виде пространства или полупространства, плоскости или полуплоскости. Показано, что аналитических задач, пригодных в полной мере для создания расчетной модели грунта при продольно^ перемещении трубопровода, нет. В обзоре экспериментальных работ проанализированы литературные источники по вопросам определения предельного сопротивления грунта продольному перемещение трубопровода, среднего давления торфа на трубопровод в насыпи и траншее, параметров трения грунтов по полимерным пленкам и зависимостей развития сопротивления грунта от величины продольного перемещения трубопрвода. Указаны зарубежные источники, дана их краткая характеристика. Показано, что имеющиеся разрозненные сведения по рассмотренным вопросам не позволяют разработать расчетную модель для торфа без дополнительных экспериментальных и аналитических работ. Попытки же распространи. расчетные модели минеральных грунтов на торфы приводят к тому, что эти модели не "работают", а напряженно-деформированное состояние трубопровода становится не прогнозируемым.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований давления торфа на трубопровод в траншее. Исследования проводились в грунтовых лотках с трубами диаметром 130 и 529 мм. Давление торфа на трубу определяли при помощи установленных на ней металлических пластин, предварительно протатрированных и укрепленных с возможностью перемещения в направлении движения трубы. Методика определения давления металлическими пластинами близка к методике определения давлений в грунте фрикционрыми датчиками давлений. Часть экспериментов проведена с пригрузкой мате-

риалом, отличным от торфа. Конструктивно, трубы в лотках имели возможность перемещения в продольном направлении и это позволяло измерять давление торфа на трубу не только при ее различном заглублении или величине пригрузки, но и на различных этапах деформирования торфяного основания при продольном перемещении трубы.

В экспериментах использовали торф средней степени разложения, нарушенной структуры, плотностью р = 0,897-1,17 г/см и влажностью V = 274-660У..

По результатам замеров строили эпюры нормальной составляющей давления торфа Рп по периметру трубы. Полученные эпюры Рпво всех опытах имели одинаковый характер: максимальная интенсивность наблюдалась у верхней и нижней образующих трубы, минимальная - у ее горизонтального диаметра. Далее, неравномерные эпюры Рп были приведены к равномерным и равновеликим по площади эпюрам среднего давления <г. Затем, полученные значения ¡г были уменьшены на величину 5= , отражающую влияние собственного веса труби на среднее' давление. В опытах с трубой диаметром 0 = 130 мм эту величину определяли расчетом <гс = дгр/пО, где ятр- вес еденицы длины трубы, кН/м. В случае с трубой Б = 529'мм сгс определяли из опыта при заглублении Ьо= 0. Отдельно, расчетом, для каждого опыта определяли давление торфа в массиве засыпки на уровне горизонтального диаметра трубы с^ о= ТьгЬо, где кЪ[- удельный вес тор-

фяной засыпки, кН/м3. Имея массив значений с и соответствующих им давлений сг^ о методом наименьших квадратов подбирали кривую, апроксимирующую опытные точки на графике в координатах а - о с наибольшим корреляционным отношением. На рис.1, в качестве примера, приведены эпюры давлений Рп и ¡г (с учетом о^) торфа по периметру труб, полученные при близких значениях давлений о. При этом, в опытах с трубой й = 130 мм пригрузка я была переведена в эквивалентную высоту слоя торфа Ь3= Ч/Уьг- На рис. 2 приведен график в координатах <г - о-^ о с нанесенными опытными точками и апроксимирующая кривая в виде полинома третьей степени

о= = 41,06 10"2 + 27,12 10"6 +

zg.o ( г )

+ 14,32 10~4 , 0 з <г, ^ 15 кПа

с корреляционным отношением 7) = 0,982. Для минеральных грунтов подобная зависимость носит линейный характер. При этом <г = 0= = уьг Ь. В практических расчетах ¡г следует умножить на коэффициент надежности по грунту п = 0,8 и прибавить к полученному

м »> т иг >» »>• ~777~

■яг >/> '» ш

^ = 0,53 м (с учетом /¿у)

И яО.6 Я

О

рГ = X" -Ь — 5.72

^ ° «Па.

2,В? кПа-

А - в опыте с трубой диаметром Р = 130 мм; Б - Ь = 525 мм.

Рис. 1. Эпюры давлений

Рис. 2. Зависимость для среднего давления торфа на трубу

результату слагаемое, учитывающее влияние на с собственного веса трубы о^.

В этой же главе был рассмотрен вопрос о плотности засыпки Pbf и коэффициенте пористости efef так как эти характеристики необходимы для определения давления торфа засыпки на уровне горизонтального диаметра трубы сг . В частности было установлено, что pbf= const = 0,93В г/см , а - еь в состоянии полного водо-насыщения определяют по формуле

е = Up (1+0,01 U „J]> - 1, ( 2 )

bf rs sat

где ps - плотность частиц торфа, г/см3;

Wsat- влажность торфа в состоянии полного водонасыщения, '/..

В третьей главе был рассмотрен вопрос развития сопротивления торфяного основания t продольному перемещению трубопровода и. Определена нелинейная зависмость "сопротивление-перемещение" и параметра ее определяющие: предельное сопротивление tnp) предельное премещение иор, коэффициент контактного трения tg<j>Q, удельное контактное сцепление CQ. Методом "равенства площадей" из нелинейной зависимости получена линейная (билинейная), определен коэффициент касательного сопротивления. Произведена проверка разработанной эмпирической расчетной модели на контрольных экспериментах Гипротюменнейтегаза и Ухтинского филиала ВНИИПКспецстрой-конструкция.

Экспериментальные исследования развития сопротивления производили в грунтовых лотках и открытых траншеях с изолированными трубами диаметром щт 40 до 325 мм. Часть опытов провели с при-груэкой. Условия проведения опытов следующие. Пригрузка q состояла из трех ступеней по 4,1 кПа, т.е. q = 4,1-12,3 кПа. Высота засыпки до оси трубы h0= 0,16-0,95 м. В опытах использовали тбрф средней степени разложения, плотностью р = 0,91-1,1 г/см3, влажностью W = 300-600%. Всего проведено 24 опыта, получено 500 опытных точек. Обработку результатов произвели по одной из методик, принятой в фундаментостроении для получения нелинейных зависимостей "нагрузка-осадка" в виде полинома третьей степени. Результаты обработки приведены на рис. 3. Верхняя кривая - нормативная, нижняя - расчетная. Кривые даны в относительных координатах (t0=t/tnp, u0=u/unp) и получаемые с их помощью относительные величины uQ перемещений при данном значении относительного сопротивления tQ не зависят от диаметра труб D, их заглубления hQ,

1 - зависимость по ( 3 );

2 - зависимость по ( 4 ).

Рис. 3. Массив опытных точек и графики апроксимирующих полиномов в относительных координатах

пригрузки q и длины I в рассматриваемых пределах/, т. е. полученные кривые носят универсальный характер. Чтобы доказать это сравнили нормативную кривую с аналогичной кривой, йолученной при испытаниях фундаментов. В частности, испытывали бетокные цилиндры на вращательный сдвиг в грунте (песке). Графическое сравнение показало, что кривые практически совпадают. Аналитические выражения для кривых 1 и 2 на рис. 3 имеют вид:

и" = 0,3954 tQ - 0,4216 tj; + 1,0114 tjj, ,vj = 0,978; ( 3 )

. ug = 0,49о4 tQ - 0,3849 t* + 1,0257 tjj. ( 4 )

Значок "н" - нормативные значения, "р" - расчетные. Зависимость обратная к ( 4 ) имеет вид

tg = 2,3936 uQ - 2,4449 ц* + 0,9859 ujj. ( 5 )

Чтобы воспользоваться зависимостями ( 3 ) и ( 4 ) йеобходимо знать предельное сопротивление tnp и предельное перемещение и0[>. В нашей случае предельное сопротивление top и предельное перемещение unp определяли умножением среднего давления ir ira коэффициент контактного трения tg£0 с прибавлением к полученному 'результату удельного контактного сцепления cQ, то есть

t.," * tg^o + с0- 1 6 '

В свою очередь, параметры tg0Q и cQ определяли на приборе состоящем из небольшого грунтового лотка в котором перемещают пластину с нанесенным на нее исследуемым покрытием. Исследованияiпроводили при различном времени Т контактирования изоляции с торфом, скорости перемещения пластины V и влажности торфа W. Обработку результатов провели по стандартной методике как для угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта. При этом выяснили, что tg0 и cQ не зависят от T. V и W, и равны (нормативные значения) tgф = 0,561; с0= 0,105 кПа.

Сравнение экспериментальных значений t„p с рассчитанными по ( 6 ) показало, что разница между ними (по 30 опытам) составила 15,3%. Следовательно, ( 6 ) удовлетворительно прогнозирует tnp. Предельное перемещение uI() определено статистической обработкой результатов экспериментов как функция предельного сопротивления tn|)

u„ - 0.01731 t;;-mT ( 7 )

Из линейной зависимости ( 4 ) методом "равенства площадей" получена линейная зависмость и характеризующий ее параметр сх - коэф-

фициент касательного сопротивления, кН/м3

Сх.о = 78>32 С" < 8 )

Проверку полученной расчетной модели осуществили посредством сравнения рассчитанных зависимостей с экспериментальными. Для сравнения использовали опыты Гипротюменнефтегаза и Ухтинского филиала ВНИИПКспецстройконструкция. Первые проведены с трубами 108-219 мм при заглублении 0,5-1,0 м. Вторые - с трубами 325 и 525 мм при заглублении 0-1,2 м. На рис.4, в качестве примера, приведены некоторые результаты контрольных опытов Ухтинского филиала ВНИИПКспецстройконструкция, из которых следует, что в одних случаях расчитанные нормативные кривые 2 совпадают с экспериментальными 1, в других проходят выше или ниже. Такой разброс естественен для нормативных кривых. Расчетные кривые 3 всегда проходят ниже экспериментальных 1, причем с коэффициентом запаса по' предельному сопротивлению Käan= 2. Аналогичный результат получен и для опытов Гипротюменнефтегаза.

В четвертой главе приведен расчет торфяных оснований по деформациям. Здесь имеется ввиду разработка аналитической модели сопротивления торфяного: основания в линейной стадии его деформирования с использованием теории линейно-деформируемого полупространства. За основу модели взята задача Р. Миндлина о силе Р, приложенной в упругом полупространстве параллельно его поверхности. Исходные уравнения для напряжений tzx и перемещений и, используя метод суперпозиции, были проинтегрированы и получены новые уравнения для распределенной нагрузки f Далее, по формуле Симпсона были вычислены средние значения напряжений тгх и перемещений ü по длине конечного 2а и бесконечного а « отрезков. Затем вычислили напряжения т т т с и перемещения íA, ü0, 5е на трех

ZX ZX ZX

линиях А-А, В-В и С-С воображаемой цилиндрической поверхности в среде вокруг распределенной нагрузки f. На конечном этапе, используя формулу Симпсона, были вычислены средние перемещения йАВС по диаметру этой цилиндрической поверхности. При этом, нагрузку f выразили через f на линиях, а среднеё напряжение íASC приняли постоянным и задаваемым при расчетах. Обозначая ü = u, í АВС = t окончательно получили

© Г— — а :

//1 » » • •

/Ь ' / г » • «

¥ « • • •

*

О 10 20 30 О 10 20 30

Продольное перемещение,и ,мм Продольное перемещение, и,мм

3.0

2.0

О

5С х ъе

¡И 1,0

И

о 10 20 30 40 50

Продольное перемещение, II, мм

А - заглубление трубы кг = 0, 6 м; Р = 529 мм; Б - 1,265 м; ® = 525 мм;

В - &с= 0,948 м; р = 325 мм; 0,364 м;

1 - опытная зависимость; 2, 3 - рассчитанная зависимость; 4 - расчитанная билинейная зависимость.

Рис. 4. Результаты контрольных опытов с трубами диаметром

325 и 529 мм 15

/® <1

2/~ \/ • г ___3,1 — —_

и

и^(1и /<2С).

где и - перемещение трубы, м; Ь - сопротивление среды, кПа; О - диаметр трубы, м;

и - безразмерный параметр, определяемый по таблице; С - модуль сдвига среды, кПа.

( 9 )

Значения безразмерного параметра и

Заглубяе-ние^тр^бы.

Диаметр трубы, 0, м

0,045 0,108 0,159 0,325 0,529 0,820.1,020 1,420

0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 5,0 10,0

|5,270 |4,254 |3,627 (3,025 12,302 |1,325 |0,643

4,620 |3,775 |3,135 |2,605 11,841 |1,133 |0,544

|4,234 |3,445 |2,857 |2,364 11,664 |1,013 |0,485

|3,776 |3,385

|3,053 |2,733

|2,515 |2,241

(2,077 (1,844

11,454 11,283

10,878 ¡0,768

|0.414 |0,358

|3,06612, |2,444(2, I1,994|1, |1,632(1, (1.129|1. |0,66910, |0,307|0,

899|2,634 303 |2,/086 872 (1. 686 52911,371 052 10 ,936 61910,545 28110,243

Примечания: 1. Для промежуточных значений Б и Ь0/С допускается интерполяция;

2. Значения й вычислены при коэффициенте Пуассона V = 0,25.

Область применения- теоретического решения определена следующим образом. Вначале были проведены исследования на предмет адекватности теоретическогоч решения экспериментальным данным посредством некоторого коэффициента, который,,при полном совпадении теоретических значений с экспериментальными равен еденице, при неполном - отличен от нее. Массив значений таких коэффициентов для всех проведенных экспериментов был подвергнут статистической обработке. Среднее значение коэффициента оказалось равным 1,119 или на 19. ЪЧ. больше еденицы. Графически это означает, что теоретическая зависимость пройдет ниже экспериментальной с некоторым запасом. Этой же статистической обработкой определена граница прямолинейного участка на обобщенной экспериментальной кривой. Эта граница проходит через точку с координатами (К^.ик), где

0,52 I.

= 0,236 и . Для иллюстрации сказанного на

в

рис. 5 приведены опыты Гипротуменнефтегаза, начальные участки опытных кривых и линейные зависимости по теоретическому решению. Как следует из рис. 5, в одном случае теоретическая зависимость проходит выше экспериментальной, в двух совпадает, а в трех проходит ниже. В целом совпадение можно считать удовлетворительным.

В пятой главе приведены научно-технические мероприятия по повышению надежности трубопроводов на болотах. В начале главы дан способ закрепления подземных трубопроводов от продольных перемещений в грунте по а. с. 1613773, разработанной автором. Суть способа заключается в закреплении трубопровода на. берегах болота болота посредством отрывки в нем траншеи с периодическим чередованием прямоугольного и трапецевидного профилей и размещением в последних железобетонных пригрузов. Это приводит к увеличению сопротивления грунта продольному перемещению трубопровода за счет включения в работу участков грунта с ненарушенной структурой и, как следствие, к уменьшению продрольных перемещений. Далее следует составленные на основе проведенных исследований "Рекомендации по повышению надежности трубопроводов в условиях болот", в которых оговариваются: необходимый объем исходных данных для расчета торфяных оснований подземных трубопроводов по деформациям, последовательность расчета; приведена сводка формул, зависимостей и параметров. Здесь же описаны разработанные экспериментальные методики по определению нормальной составляющей давления торфа на трубопровод в траншее, параметров трения изоляционного покрытия трубопровода по торфу, модуля сдвига торфяной засыпки. В конце главы рассмотрен пример расчета участка подземного газопровода диаметром 1420 мм. Слева находится болото, справа - минеральный грунт. На берегу болота находится КС. Газ с пониженным давлением и температутрой поступает на КС, компримируется и выходит с эксплуатационными значениям давления и температуры. В местах сопряжения основной магистрали с отводами установлены, тройники. При этом, с целью уменьшения изгибающих моментов в отводах принимается условие, чтобы продольное перемещение трубопровода и в месте его выхода из болота не превышало 1,5 толщины стенки тройника 5,р. Требуется определить характеристики напряженно-деформированного состояния и подрольные перемещения в месте выхода трубопровода из болота для двух вариантов:

1 вариант - расчетные модели и параметры грунтового основа-

17

А 4 П

С 1 £

а>

? 0,6 ai ,

~ 0,4 0,£ О

<0 %

о

OU

с о о

® / 1

2 У !

/ —у- s « Ru

t ií

1 2 3 4 5 Перемещение ,U , мм

сг

0

X

1

л» «■

s

о ас о о

(0 GZ

■у:

й> s i ш «; й s

1.0 0,8

0,6

0.4

0,2

О

1,0 0,8

о.е

t

0.4 0,2

© /

¡frl 1

H / Ru

/

1 2 3 4 5 Перемещение, U,мм

о о

®

2 !, i.

/ Ru

/'

Í

£ <,0

ас

<L)

5 о,б

а»

5 0,4

I о,г

о о

®

I

1 1

L< Ru

•

1

0 1 2 3 4 5

Перемечеиие,и

«

5 1.0

0,8

4»

<о S

fe CL.

tz о О

<и х

s V-

о о. с о о

0,6 0,4 0,2

©

Z/ "T

Ru

V-( j

0 1 2 3 4 5 Перемещение,мм

1,0 0,8

0,6 0,2

© A,

S

% Ru

!

1 2 3 4 5 Перемещение, U, мм

0 12 3 4 5 Перемещение, U, мм А - диаметр трубы ■£> = 108 мм; заглубление /2-с = 0,554 м; Б-Р = 108 мм, kc= 1,054 м; В - Р = 114 мм, кс = 0,557 м; Г - = 219 мм, /ic= 1,109 м; Д - Û = 159 мм, = 0,579 м; Е - = 159 мм, Ь-ь= 1,079 м; 1 -" опытная зависимость Гипротюменнефтегаза; 2 - рассчитанная по ( 9 ).

Рис. 5. Опытные и расчитанные зависимости

ния приняты исходя из существующей практики проектирования;

2 вариант - расчет сделан с учетом всех полученных в работе результатов.

Результаты расчета следующие:

- по первому варианту основное условие расчета выполняется;

- по второму варианту - не выполняется;

Это означает, что результаты расчета по первому варианту дают неверное представление о напряженно-деформированном состоянии трубопровода и в проект не закладываются мероприятия по обеспечению стабильной работы трубопровода. Исправить положение можно применив справа от КС на участке трубопровода способ закрепления по а. с. 1613773. Тогда основное условие расчета выполняется.

Использование при проектировании трубопроводов разработанных технических решений позволит повысить качество проектирования и, :ледовательно, повысить надежность трубопроводов в условиях 5олот.

Основные результаты и выводы:

1. Разработана расчетная модель торфяного основания при про-10льнсм перемещении подземного трубопровода. Модель содеожит ¡ависимости между перемещением трубопровода и сопротивлением тор-;а как при линейном, так и при нелинейном деформировании торфя-юго основания. Линейное деформирование представлено двумя типа-ш зависимостей. Первая получена обработкой экспериментальных :ривых по методу "равенства площадей"; характеристика деформируе-юсти - коэффициент касательного сопротивления. Вторая получена га аналитического решения на основе задачи Р. Миндлина: характе-1истика деформируемости - модуль сдвига.

2. Экспериментально исследован характер распределения нор-альной составляющей давления торфяной засыпки по периметру •рубы. Показано, ито характер распределения зависит от многих 'акторов и не может быть описан какой-либо аналитической' зэвиси-остью. Предложено использовать понятие "среднего давления", лощадь епюры которого равна площади эпюры нормальной составляю-¡ей давления торфа. Выведена зависимость среднего давления от авления торфа в массиве засыпки на уровне горизонтального диа-етра трубы. Зависимость имеет нелинейный характер в отличии от нелогичней зависмости для минеральных грунтов.

3. Определены нормативные и расчетные параметры трения изо-

19

ляционкого покрытия трубопровода по торфу - коэффициент контактного грения и удельное коргактное сцепление. Установлено, что параметры трения не зависят от влажности торфа, скорости перемещения трубопровода и времени контактирования изоляционного покрытия с торфом.

4. Доказано, что предельное сопротивление торфяного основания происходит за счет реализации сил трения на контакте трубопровода с торфом. . Величина предельного сопротивления является функцией среднего давления торфа на трубопровод и параметров трения изоляционного покрытия по торфу.

5. Разработан "Способ закрепления трубопровода от продольных перемещений на грунте", на который получено авторское свидетельство. Реализация способа на отдельных участках трубопровода позволяет уменьшить величину продольных перемещений в местах сопряжения основной магистрали с отводами, запорной арматурой, и других местах, где необходимо ограничение продольных перемещений.

6. Составлен контрольный пример расчета участка трубопровода в двух вариантах. Во втором варианте содержатся в качестве исходных данных все полученные в.диссертации результаты. Показано в частности, что подстановка в расчет реальных характеристик и параметров торфа приводит к увеличению продольных перемещеий в полтора и более раза. Это приводит к необходимости принятия на стадии проектирования технических решений по обеспечению устойчивости и надежности трубопроводов.

По теме диссертации были опубликованы следующие работы:

1. Харионовский В. В., Рудометкин В. В., \ Димов Л. А. К вопросу о продольных перемещениях подземных трубопроводов на болотах //Строительство трубопроводов. - 1992. - №12. - С. 26-28.

2. Рудометкин В.В. Расчет торфяных оснований подземных трубопроводов по деформациям (для продольных перемещений) //Строительство трубопроводов. - 1992. - №11. - С. 26-28.

3. Морозов В. Н., Рудометкин В. В. Эеспериментальные исследования распределения нормальной составляющей давления грунта по контуру модели трубы при ее перемещении вертикально вверх //Повышение эффективности Нефтегазового строительства в условиях Севера: Сб. трудов /ВНИИСТ. - М. : 1984. - С. 24-34.

4.,. Рудометкин В. В. Экспериментальное определение параметров трения торфа по изоляционному покрытию трубопровода //Экспресс -информация ВНИИОЭНГ. Сер.: Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - М.: 1987. Вып. №1. - С. 7-10.

5. Димов Л. А., Рудометкин В. В. Характеристики контактного грения полимерной изоляции подземных трубопроводов по торфу //Экспресс-информация ВНИИОЭНГ. Сер.: Транспорт и подземное хранение газа (отечественный производственный опыт). - М.: 1988. Вып. №6. - С. 10-14.

6. Рудометкин В.В. Инженерный метод расчета продольных перемещений подземного трубопровода в нелинейной стадии деформирования торфяного основания //Способы строительства и материалы для нефтегазовой отрасли Севера и п-ва Ямал: Сб. трудов /ВНИИСТ. -К.: 1988. - С. 58-65.

7. Димов Л. А., Рудометкин В. В. Продольное сопротивление основания продольному перемещению подземного трубопровода //Экспресс-информация ВНИИОЭНГ. Сер.: Транспорт и подземное хранение газа (отечественный производственный опыт). - М. : 1988. Вы. №9. - С. 4-9.

8. Рудометкин В. В., Сцецевич 3. И. Параметры контактного трения по торфу подземного трубопровода на болоте, балластированного клезобетонными утяжелителями //Внедрение эффективных ресурсосберегающих технологий при строительстве трубопроводов в сложных грунтовых условиях Севера: Сб. трудов/ВНИИСТ. - М.: 1989. - С. 10-44.

9. Рудометкин В. В., Сцецевич 3. И., Димов Л. А. Экспериментальное определение параметров контактного трения бетонной по-

21

верхности по торфу //Экспресс-информация ВНИИОЭНГ. Сер.: Транспорт и подземное хранение газа. - М. : 1990. Вып. №2. - С. 15-17.

10. Рудометкин В. В. Анализ решений по определению сопротив-3 ления грунтового основания продольному перемещению трубы при прокладке трубопроводов на болотах //Применение строительных материалов и ресурсосберегающих технологий в нефтегазовой отрасли Севера: Сб. трудов/УФ ВНИИКспецстройконструкция. - М.: 1990. С. 35-48.

11. Рудометкин В. В. ..Определение давления торфа на трубу в траншее //Передовой производственный опыт, рекомендуемый для внедрения в строительстве предприятий нефтяной и газовой промышленности: Научно-техн. информ. сб. /ИИЦ ВНИИПКтехоргнефтегазстрой. - М. : 1990, №3-4. С. 18-22.

12. Димов Л. А., Рудометкин В. В. Анализ моделей грунта, для расчета подземных трубопроводов на болотах //Обзорная информация /КИИЦ Нефтегазстройинформреклама. - М. : 1991Г - 41 с.

13. A.C. 1613773. СССР. \Ш5Г IG L 1/028. Способ закрепления трубопровода от продольных перемещений в грунте /В. В. Рудометкин (СССР). - № 439200324-29. Заявлено 16.11.87; Опубл. 15.12.90, Бюл. №46.

Соискатель