автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка метода балластировки магистральных трубопроводов грунтовыми утяжелителями, термообработанными электромагнитным полем сверхвысоких частот

? Г Б ОД

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССШСКОИ ФЕДЕРАЦИИ | \; . ' ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

УФ1ШС1ШП ГОСУДАРСТВЕННОЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕШШ ' УНИВЕРСИТЕТ

IIa правах pjiwnucu

С И И Р Н О В ЮРИИ ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ШЗТОДА БАЛЛАСТИРОВКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ГКОПШИЯ УТЯШ1ПТЕЛШЙ, ТЕШООБРАЕОТА: Я&Ш ЭЛИСТРО!.ШЛЗШШ ПОЛЕ?,! СВКРШЮ01ШХ ЧАСТОТ

Специальность 05.15.13 - Строительство п эксплуатация . нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кавдпдата технических паук

Уфа 1994

Работа выполнена на-кафедре сооружения газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз Уфимского государственного нефтяного технического Г-зшерситета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Л. А. БАБИН

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Л. И. БЫКОВ

кандидат технических наук В. П. Порошин

Ведущее предприятие - трест "Востокнефтепроводстрой".

Защита диссертации состоится "22" июня 1994 г. б 17°° час. на заседают диссертационного Совета Л 083.09.02 при Уфимском государственном нефтяном техническом Университете по адресу:450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, I.

С диссертацией могло ознакомиться в техническом архиве Уфимского государственного нефтяного технического Университета.

199^ г.

Р-Н. Бахтизин

Автореферат' разослан "£¿2" МО'М Ученый секретарь диссертационного Сойота, доктор .фаз.-мат. наук, лх-— профессор —

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Магистральные трубопровода- протяженные объекты, пересекающий на своем г»га различные естественные и искусственные препятствия, водоемы,болота и т.д. П]м этом должны обеспечиваться высокие темпы и повышение качества строительства. Решение этих задач зависит от принятия прогрессивных проектных решений, применения новых материалов и конструкций, повышения уровня механизации и автоматизации работ и внедрения более эффективных технологий .Одной из главных задач повышения надогоостп магистральных трубопроводов является обеспечение устойчивости подземных трубопроводов, что позволит увеличить долговечность объекта и свести к минимуму вероятность негативных воздействия па окружающую среду.

Стабилизация трубопроводов на проектных с.метках на периодически обводняемых и заболоченных участках трасс обеспечивается за счет испо.т ,зованил балластирующих устройств различных конструкций. Наиболее распространенными из них являются яелззобетонныэ утяжелители и анкерные устройства.Однако, их использование связано с большим!! материальными п трудовыми затратам,что приводит к удорожанию и увеличении сроков строительства трубопроводов.

Существует новое направление закрепления магистральных трубопроводов па проектных отметках, обеспечивающее уменьшение объема работ и рациональное использование окружающей геологической среды,взаимодействующей с трубопроводом.Это достигается использованием местных минеральных грунтов в различных конструкциях бал-ластирушсх.устройств: полимерно-контейнерных ,с применением потканных синтетических материалов, грунтов, закрепленных различными

вянущими,и т.д.Одаеко данные конструкции используют различные де-фицитпне материалы и обладают относительно невысокой балластирующею способностью.

цель работыг разработка н научное обоснование новой технологии создания грунтовых утяжелителей для балластировки и закрепления на проектных отметках магистральных трубопроводов с использо-. вашем электромагнитного поля сверхвысоких частот, обеспечиваю, щей повышение эффективности строительства путем замены железобетона.

Основные задачи коодэдований:

I) исследуя существуйте методы балластировки и закрепления трубопроводов на проектных отметках разработать новое направление конструкция грунтовых утяжелителей и способов Салластироиси;

, 2) исследовать пргмзнэнгэ минеральных грунтов.термообрабо-танвых СВЧ анергией, в качестве материалов для утяжелителей и разработать их конструкции;

3) определить зависимости для расчета удерживающей способ-• ности утяжелителей на моделях, оазработай> методику расчета устойчивости положения трубопровода;

4) разработать технологии изготовления утяжелителей, термо-обработанша СВЧ полем, п технологические схемы балластировки и закрепления магистральных трубопроводов на проектных отметках.

На защиту выносятся;

I) конструкции грунтовых терыообработашшх СВЧ полем утяжелителей типов УГТО п УГТА (УГТО - утяжелитель грунтовый термооб-работанный охватывающий и УГТА - утяжелитель грунтовый термсобра-ботанный'анкерный);

2) результаты экспериментальных исследований свойств грунтовых материалов, термообработанных СВЧ полем;

3) результаты исследований по определению рекима термообработки СВЧ полем грунтовых утякелителей;

4) результаты экспериментов по определении Салластирущей способности утякелителей типов УГТО и УГТА;

б) технологии изготовления утякелителей типов УГТО и УГТА и технологические схемы балластировки и закрепления на проектных отметках магистральных трубопроводов с применением данных конструкций.

Научная новизна г

Получены зависимости балластирующей способности утя_;елшг-лей типов УГГО и УГТА от диаметра трубопровода, высоты засыпки и уровня обводнения.Разработаны алгоритм и программа "СВЧ поле", позволяющие определять параметры рекима термообработки грунтовых материалов как в волыводе ,так и в открытом пространстве.Установлено влияние температуры,уплотняющего давления,упрочняюзщх добавок на свойства термозакрепленных грунтов.Изучен механизм СВЧ нагрева грунтовых образцов как в волноводе.так и в открытом пространстве.

практическая ценность работы. На основании вшо.'иенпых исследований разработаны и утверждены следующие документы:

1) "временные технические условия на конструкцию,изготовление и поставку балластирующих грунтовых устройств, "врмоугграч-нэшшх СВЧ-внаргиЯ.'шпа ТТЛ" (трест "Воотокнефтвпроводстрой", 1989 г.);

2) "Инструкция но'обжигу кирпича СВЧ энергией" (ПСМО "Урал-

трубонроводстрой", 1991 г.);

3) "Рекомендации по технологии термоуцрочненвя грунтовых оснований дорог" свч-внергией (ПСМО "Уралтрубопроводстрой".1991 г);

4) "Руководство по устройству тврмоупрочн.иных грунтовых свай с использованием СВЧ-внергии" (АФ "уралтрубопроводстрой", 1991 г.).

Результаты исследований были использованы при разработке рабочей документации опытно-промышленного производства грунтовых блоков, термообработанных СВЧ энергией, и комплект рабочих чертежей был передан в 1992 г. в МП "Прокнк" для внедрения в промышленное производство.

Апробация работа. Основные результаты исследований докладывались и.обоуадалиоь на научно-технических Конференциях:

1). VIII республиканская конференция по проблемам сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам (Уфа, 1988);

2) "Совершенствование технологии и оборудования процессов переработки и транспорта нефти" (Новополоцк, 1989);

3) XVI научная конференция колодах ученых геологического факультета МГУ (Москва, 1989);

4) "Роль студенческой молодею! в ускорении научно-техклчес-кого. прогресса в нефтяной и газовой промышленности" (Уфа, 1990);

5) "Проблемы и практика строительства в Тюменской области" (Тюмень, 1990);

6) "Вклад молодежи Башкирии в решение комплексных проблем нефти и газа" (Уфа, 1990);

7) "Проблемы нефти и газа" (Уфа, 1990);

8) VI всесоюзная научно-практическая конференция "Применение СВЧ энергии в технологических процессах и научных исследованиях" (Саратов, 1991);

9) IX республиканская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов по проблемам сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопровода;.! (Уфа, 1991);

10) "Современные проблемы применения СВЧ энергии" (Саратов, 1993).

■ публикации. По материала диссертации опубликовано II печатных работ, получено 3 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, четыре раздела, основные выводы, список использованной литературы, приложения.Содержание работы изложено на 197 страницах машинописного текста с 32 рисунками и 29 таблицами.Приложения содержат 19 страшщ, библиография включает 114 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной твш,_ формулируется цель, задачи и основные направления исследований.

в первой главе приведен обзор и анализ публикаций по теме диссертации.

Вопросы обеспечения усидчивости магистральных трубопроводов рассмотрены в работах П.П.Бородавкина.Л.И.Быкова,Н.П. Васильева, О.М."в анцов а,П.Н.Гри горенко,В.А. Ильина и других авторов.В диссертационной раГ-.чте выполнен анализ современного состояния методов бзллзсптрош л и закрепления на проектных on.it.ках магистра-

а

льшх трубопроводов с разделением на две большие группы по принципу взаимодействия с трубопроводом.

К первой груше "Балластировка" относятся бьлластирущие устройства в виде одиночных железобетонных утяжелителей или изготавливаемые на трубе в виде сплошного бетонного покрытия,которые осуществляют пригрузку трубопровода за счет своей массы.Как правило эти утяжелители изготавливаются централизовано в заводских условиях из железобетона .В диссертационной работе при анализе основных направлений модернизации одиночных утяжелителей и сплошных бетонных покрытий была отмечена тенденция использования при их изготовлении добавок шлаков металлургамэскцх производств, что снижает расход дефицитного цоментя и увеличивает удельный вес материала утяжелителей.Другой тенденцией является перенос изготовления утякелителой из заводских условий в услезия полигона на трассе с применением компактных энергетических установок.

К первой группе "Балластировка" также относятся балластирую. конструкции «использующие местные минеральные грунты засыпки. Здесь главной тенденцией повыл зшя эффективности балластировки трубопроводов является использование различных полимерных или синтетических конструкций,заполняемых грунтом засыпки.Другим направлением является создание грунтовых утяжелителей путем добавок в них различных связующих компонентов.

Ко второй группе "Закрепление на проектных отметках" относятся конструкции .которые обеспечивав'? стабилизацию трубопровода на проектных отметках путем его крепления ко дн$ траншеи с помощью анкерных тяг.К ним относятся различные биды анкеров и анкерных плит. Здесь модернизация происходит по'пути увеличения несу-

щей способности анкеров за счет. совершенствования их конструкции и закрепления минерального грунта, окружающего анкер.

По результатам анализа классификации методов балластировки и закрепления на проектных отметках магистральных трубопроводов предложено новое направление конструкций грунтовых утяжелителей, термообрабатываемых СВЧ полем.

В первой главе проведен анализ основных направлений повышения эффективности стабилизации магистральных трубопроводов на проектных отметках и предложены две балластирующие конструкции из термообработанного минерального грунта:

1) утяжелитель термообработанный грунтовый охватывающий (УГТО);

2) утяжелитель термообработанный грунтовый анкерный (УГГА).

Во второй главе приведены результаты лабораторных и промышленных экспериментов по изучению возможности использования электромагнитного поля сверхвысоких частот для высокотемпературной обработки грунтовых утяжелителей.

На кафедре "Сооружение трубопроводов". Уфимского нефтяного института была собрана лабораторная СВЧ установка "Электроника -5-1" с регулируемой мощностью 2...5 кВт и частотой излучения 2450 МГц, дополнительно оснащенная системой прямоугольных волноводов и нагревательными камерами для целой высокотемпературного обжига различных диэлектрических материалов в волноводаых камерах. Использование высокоточных измерительных приборов и особой конструкции нагревательных камер позволило разработать методику проведения экспериментальных исследований для изучения механизма высокотемпературного СВЧ нагрева в волноводах и получения темпе-

ратурных полей в грунтовых образцах. Предложено использовать теплоизоляционные радиопрозрачные керамические обкладки для.получения равномерно обоишных грунтовых образцов и последующего определения требуемых Зизико-ыаханических характеристик.

Расширение областей использования СВЧ энергии в технологических целях поставило перед исследователями задачи математического моделирования СВЧ нагрева.В диссертационной работе подробно рассмотрена математическая модель высокотемпературного СВЧ нагрева материала в толубесконечноы пространстве. Для частного случая нагрева грунтовых образцов СВЧ энергией автором были разработаны алгоритм и программа для ПЭШ "СВЧ поле" .которая позволяет рассчитать температуру в любой точке образца и определить время СВЧ нагрева как в волноводе .так и в открытом пространстве (рупорная антена). Сравнение расчетных данных с экспериментальными дает хорошую сходимость.

Для практического использования представляют интерес температурные поля .создаваемые реальными СВЧ установками, а также необходимо определить эффективную глубину прогрева грунтовых утяжелителей,обеспечиваодую необходимые характеристики материала. Изучение температурных полей в грунтовых блоках проводилось на промышленной. СВЧ установке,оснащенной генератором мощностью 50 кВт и частотой 915 МГц и рупорной антенной, в открытом пространстве. По результатам эксперимента получено распределение температур по глубине грунтовых блоков.Сравнение его с теоретическим, полученным Ю.М.Егоровым, дает возмокнооть оделать вывод о хорошей их сходимости -и позволило определить эффективную глубину СВЧ нагрева, равную о.й5 ы.

Исследования по изучению свойств глинистых грунтов, подвергнутых внсокотэшературному СВЧ нагреву,позволили подобрать температурный рвянм, гозволяетий достичь максимальных прочностных характеристик для данных грунтов, который находится в интервале температур от 800°С до ЮОО°С. Коэффициент морозостойкости в этом интервале температур - максимальный и находится в промекутке 0.75..Л.Временное сопротивление образцов скатаю в водонасыщенном состоянии находятся в пределах 7.5...12 Ш1а, плотность — 1700 . .. 2000 кг/м3,временное сопротивление изгибу - 1.4 !Ша.

СВЧ нагрев является высокоскоростным и очень эффективным за счет высокой влакности образцов.После удаления физически и химически связанной воды нагрев будет осуществляться за счет особенностей состава материала, косвенно об этом можно судить по значениям диэлектрических характеристик материала. Лабораторными, экспериментами определены диэлектрические коэффициенты суглинков в зависимости от коэффициента пористости и их значения были сопоставлены с пара»етрами для других видов грунтов. Сравнение показало лучшую способность суглинков поглощать микроволны.

В результате лабораторных исследований подобраны добавки, улучшаявде физико-механические характеристики термозакрепленных груптов, - 4...8 % о1ходов металлургического производства (гран-шлак), 0.5...1.0 % мягких отходов стеклосетки. Добавка 6 % гран-шлвка в грунт дзет увеличение временного сопротивления сжатии для водонасыщенного состояния образцов в 2.4 раза,п добавка I % мягких отходов отекхосэтки - в 1.9 раза. Для получения более прочного грунтового материала установлено,что необходимо уплотнять хру-нт ПОЛ нагрузкой ив менвэ 5 Ша, а.для увеличения плотности реко-

мендовано добавлять в грунт крупный песок размером 2...5 мм до 40 % или гравий размером 4...8 мм до 20 %.

Использование для нагрева грунтовых материалов СВЧ энергии позволило повысить к.п.д. обжига (до 60 %) и создать СВЧ установку для обжига крупногабаритных грунтовых блоков.Поэтому с целью снижения себестоимости балластирующих устройств было предложено в качестве материала пригрузов использовать минеральный грунт,который превращается в прочный блок после обжига СВЧ энергией.Размеры балластирующих конструкций типа УГТО полностью соответствуют аналогам - железобетонным утяжелителям типов УБО-1,2,3,4 и 1фепятся на трубе с помощью двух силовых поясов.Размеры приведены в работе. Главным конструктивным отличием является отсутствие металлических закладных деталей и наличие двух продольных отверстий в теле пригрузов типов УГТО -1,2,3,4 .необходимых для и.; навески на трубопровод. Расчет на прочность был проведен для балластируицей конструкции типа УГТО-1 и наихудших условий эксплуатации - максимальной высоты засылки трубопровода и полностью обводненной траншеи. Расчет доказал возможность применения таких типов пригрузов' для балластировки трубопроводов. •

Использование микроволнового нагрева открыло широкие возможности в области дистанционного нагрева материалов черэв воздушноэ пространство,а эксперимента на промышленной СВЧ установке доказали, ч-о перемещением узлучателя можно управлять СВЧ обжигом для получения равномерно прогретого блока.Гыла разработана мобильная СВЧ установка "Молния -50" для обжига грунтовых массивов,которая при помощи рупорного излучателя направленного действия позволит обжигать дно траншеи для получения грунтовых плит, к которым бу-

дет крепиться трубопровод, посредством размещения в отверстиях плит анкеров и крепления к шш трубопровода при помощи силовых поясов.Предлагаемые баллотирующие конструкции типов УГТА-1,2,3, 4,5,6 имеют длину - 3 метра,толщину'- 0.25 м п ширину для трубопроводов диаметром до 700 мм - Вн+ 300 мм п для трубопроводов диаметром 700 "М и выше - 1.5«ФН, где Зн- наруяпий диаметр трубопровода.

Был проведен расчет на продавливвние утяжелителя УГТА-1 в процессе эксплуатации по расчетной схеме плиты, лэнащэй на упругом основании.Расчет доказал возможность применения таких типов утяжелителей для закрепления на проектных отметках магистральных трубопроводов.

в третьей главе приведены результаты исследований по определению сопротивления вертикальным перемещениям трубопровода,забалластированного утяжелителями типа УГТО я УХТА.

с целью определения удерживающей способности предлагаемых утяжелителей быта разработана лабораторная установка п методика проведения экспериментов по вертикальному перемещению, отрезков труб, моделирующих магистральные трубопроводы.Коэффициент геометрического линейного моделирования был принят равным 11.41. Использовался набор отрезков труб, заглушённых по торцам, моделирующих магистральные трубопроводы диаметрами 530,720,1020,1220, 1420 мм, и набор модельных "тягелятэлэй даух тгатогз У17А и УГТО для каждого диаметра трубы.

Отечественными и зарубежными исследователями было отмечено влияние на удерживающую способность грунта _ засыпки ого фигико механических харчктерлстик, уровня обводнения, глубины заседают

и диаметра трубопровода.В качестве грунта засыпки использовался суглинок, имеющий следующие характеристики: удельный вес скелета грунта 7^= 26880 Н/м3, коэффициент пористости грунта е= 1.05, угол внутреннего трения грунта засынки ф^_ =8°, сцепление грунта засыпки С^ =37000 кПа. Удерживающую способность утяжелителей находили в зависимости от диаметра трубы (0Н), высоты засыпки (йд) и уровня вода в траншее (1^).Таким образом математическую модель мокыо записать в общем виде:

ч - г < V »в )•

Для минимизации числа экспериментов без ущерба достоверности результатов наш Сил использован метод планирования экспериментов, основанный на построении латинских кзадратов.После экспериментального определения удерживающей способности моделей утяжелителей были проЕвдены контрольные выдергивания моделей труб»забалластированных только минеральным грунтом.Использование модельных утяжелителей типов УГТО и УГТА го сравнению с .грунтом заснпки увеличило цригрузку труб соответственно в 2 и 5 раз, что свидетельствует о более шсокой балластирующей способности утяжелителя' типа УГТА на единице длигы трубы. Это объясняется тем,что при использовании утякелитвля типа УГТА в работу вовлекается значительно больший объем грунта васыпки.

; Для перехода к натурным условиям были сравнены удерживащив способности грунтов засыпки, полученные экспериментальным и расчетным путями, и найден коэффициент перехода к натурным условиям, равный 246.- .

При выборе математической модели сопротивления вертикальным перемещениям забалластированного трубопровода в траншее обработка

экспериментальных данных производилась с помощью регрессионного анализа методом наименьших квадратов.По результатам регрессионного анализа выбрана нелинейная модег и с учетом полученных коэффициентов уравнений регрессии для утякелителей типа УГТО,учетом коэффициента перехода к натурным условиям и коэффициента линейного моделирования получим:

qH,=( 10.61-9.29*DH+ 2.4T»h3-3.86*hB+5.25*D2-1.15«Кз+ +1.84*h3*hB)*104,H/Mf для утяжелителей типа УГТА получим: q"= (26.43-43.43*Dn+2.67*h|+26.76*r^-4.0rr*h3*hB+5.46eDH»h3--1.7*hB*h3)«l04,H/M. Полученные урашения являются статистически значимыми п^и анализе остаточных дисперсий по критерию Фияера п ютэффяциентов уравнения по критерию Стьюдента.Анализируя вид v значения коэффициентов уравнений регрессии отметили сильное влияние на величину сопротивления забалластированного трубопровода вертикальным перемещениям диаметра трубопровода и уровня обводнения,и в меньшей степени - высоты засыпки.

Сравнивая балластирующие способности предлагаемых утяжелителей и величины необходимой пригрУ^ки для каздого из трубопровода делаем вывод о возможности балластировки магистральные трубопроводов утязазлителями типа УГТО только до диаметра 1020 мм вклвчи-тельно, а утяжелителями типа УГТА - до диаметра 1420 мм включительно.

Была предложена методика расчетов параметров балластировки: 1.ппред?пение балластирующей способности (в воде). 1.1. Для утяжелителей типа УГТО для трубопроводов диаметром до

1020 мм:

в, = (1.4-14«Бн+3.72*113-5.8г*Ив+90.23*1^-19.68*1^+ +7.4б«Ь|+31,67«113*11В)*104,Н, 1.2. Для утяжелителей типа УГГА для трубопроводов диаметром до 1420 мм:

С2=(11.89-222.96*Гн+1567.83«Ф* 14131.36*1^+603.83^«^--450.93*113«11в-1В8.6«113*11в)*10*,Н. 2. Расчет нормативной интенсивности балластировки трубопровода (<1^ал), шаг установки каадого из балластирующих устройств (1) и количество утяжелителей (Ы) на участке трубопровода длиной I определяются по известным формулам согласно СНиП 2.05.06-84 "Магистральные трубопровода".

в четвертой глава разработаны технологии изготовления утяжелителей типов УГТО и УГТА.а тагаа технологические схемы балластировки и закрепления на проектных отметках магистральных трубопроводов с их использованием.

Сотрудниками УЮТУ, МГУ, НИИ "Титан" и ОКБ "Горизонт" с участием автора разработана промышленная установка по термообкигу утякелителей СВЧ энергией,позволяющая совместить сушку,обкиг и остывание в специальном тоннеле. На установку получено авторское свидетельство.

Промышленная установка по обжигу утяжелителей типа УГТО СВЧ анергией состоит из двух крупных узлов: энергетический и технологический узлы.В энергетический узел входят:генератор СВЧ энергии и излучатель, представляющий собой систему полых волноводов.Энергетический узел скоыпанован и размещен на передвииюй платформе, на котором также располагается защитный экран .предназначенный

для герметизации обшгового тошшля, и перемещаешь одновременно с системой излучателей.В технологический узел входят:"2"-образннй тоннель, который в совок,шости с обжиговыми тележками, рольсовн-ми путями, многослойными стенками,защитными шлюзами, вентиляционной системой, представляет собой туннельную обжиговую печь.

Тякяе разработана технология изготовления утяжелителей с использованием этой установки, предусматривающая подготовку сырья, формование,сушку,обжиг я остывание в ^"-образной тоннельной печи. Цикл обжига утяжелителей (время от захода утяжелителя в обжиговый тоннель до его выхода из защитного шлюза ) составляет 22... 63 часов в зависимости от их объема.Время СВЧ обжига утяжелителей УГТО-1,2,3,4 соответственно составит 4.4, 4.32, 3.76,1.82 часа при средней скорости обжига 0.4 м3/ч.Таким образом время, необходимое на обкиг I м3 грунтового утяжелителя типа УГТО составляет в среднем 2.37 часа.

Проведенными исследований установлено, что на обшг I м3 грунтов затрачивается 1250^кв1чэлектроэнергли,п с учетом издержек производства в ценах января 19Э4 г. получим стоимость Гм3= 62500 рублей.По данным АО "Фирма "Уралтрубопроводстрой"" на тот же период стоимость изготовления I м3 железобетонного утяжелителя типа УГО составляла 104000 рублей.А стоимость I м3 дорожной ¡шлезобе-тонной плиты, используемой в качестве анкерной составила 1БОООО рублей.Таким образом.,' отмэт к, что себестоимость изготовления утяжелителей типов ЭТО и УГТА намного ниже, чзм у жэдезобзтошг« утяжелителей аналогичных конструкций.

Себостошос;ь обзига комплоктос утягелителей типа УГТО соответственно соста.ит: 232500,230000,182500,92500 рублей.

Разработана технологическая схема балластировки трубопроводов с использованием утяжелителя типа УГТО, вгашчащая разгрузку и укладку их на специальных площадках .сборку комплектов утяжелителей и их нввеску на трубопровод.

Сотрудниками УГНТУ.МГУ.НШ "Титан" и треста "ВНПС" с участием автора разработана мобильная СВЧ установка "Молния-50" для термообработки грунтового утяжелителя типа УГТА на базе грузового автомобиля. Разработана технология изготовления, утяжелителей типа УГТА» включающая подготовку,бурение отверстий,сушку и обжиг с применением мобильной СВЧ установки "Молния-50" и определены основные технологические параметры их изготрвления.

Сушка и обкиг утяжелителя типа УГТА осуществляется с помощью рупорного излучателя, опускаемого на дно траншеи и перемещаемого вдоль поверхности утяжелителя.На способ балластировки трубопровода в траншее с использованием мобильной СВЧ установки "Молния-50" получено авторское свидетельство.

Время СВЧ обжига утяжелителей УГТА-1,2,3,4,5,6 соответственно составит 6.7,6.0,5.34,4.3,3.8,'..9 часов при средней скорости, обжига 0.22 ы3/^.Себестоимость обяига утяжелителей типа УГТА-1,2, 3,4,5,6 соответственно составит: 90000,80625,71875,58125,50625, 38750 рублей.

Разработана технологическая схема закрепления на проектных отметках трубопроводов с использованием утяжелителей типа УГТА, включающая раскладку анкерных устройств у мест утяжелителей, размещение их в отверстиях утяжелителей и закрепление трубопровода на проектных отметках, посредством соединения анкерных тяг и силовых поясов, расположенных на трубопроводе.В качестве анкерных

тяг предложено применять забиваемые ыпсера типа АВ-2 или. разработанные автором *Т"-образнне анкеры, представляющие собой сплошной металлический стержень с изогнутой лапкой на конце, и снабженной рекущей кромкой."Г"-образине анкера с режущей кромкой вставляют в предусмотренные в утяжелителе отверстия и поворачивают в плане на 90°.

В диссертационной работе разработаны меры по технике безопасности при использовании СВЧ установок для изготовления утяжелителей типов УГТО и УГТА, и рекомендации по контролю их качества.

В работе определена область применения каждого вида утяжелителя.Балластирущие конструкции типов УГТО и УГТА в основном предназначены для балластировки и закрепления магистральных трубопроводов на проектных отметках в траншеях, однако возможно их использование и в насыпях.Утяжелители типа УГТО рекомендовано использовать для балластировки магистральных трубопроводов диамЗет-рами до 1020 мм включительно на переходах через болота,поймы рек, периодически обводняемые или орошаемые земли. Утяжелители типа' УГТА рекомендовано использовать для балластировки магистральных трубопроводов диаметрами до 1420 мм включительно (при отсутствии воды на дне траншеи) на переходах через поймы рек, периодически обводняемые или орошаете земли.

По результатам технико-экономического сравнения предложенных балдастир-щих конструкций установлено, что более предпочтительная для балластировки будет конструкция УГТА, однако область ее использования ограничена только периодом положительных температур окружающего воздуха и низким уровнем стояния грунтовых вод (но менее 0.3 м от дна траншеи).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.H0 основании анализа современного состояния вопроса балластировки и закрепления на проектных отметках ма*истральных трубопроводов предло&ены ноше конструкции утяжелителей из минеральных термообработанных СВЧ анэргией грунтов,взамен железобетонных. Автор предложил два вида балластирущих устройств: утяжелитель грунтовый термообработашшй охватывающий (УГТО) и утяжелитель грунтовый термообработанный анкерный (УГТА).

2. Проведенными экспериментальными исследованиями на лабораторной и промышленной СВЧ установках определены физико-механические характеристики термообработанных х'рунтов в зависимости от температуры СВЧ нагрева, подобраны добавки: 4...8 % отхода металлургического производства гран - шлака и 0.5...I % мягких отходов ствклосотки, которые позволяют увеличить временное сопротивление сжатию до 16.5 Ша и 6.76 МПа; гравия крупностью 2...5 ш - до 40 % и крупностью 4...8 мм - до 20 %, увеличивающие плотность до 1900 кг/м3 и 1800 кг/м3 соответственно.

3. В результате проведенных теоретических исследований разработаны алгоритм и программа "СВЧ голе", позволяющие определять параметры режима термообработки СВЧ полем грунтовых утякзлитолей; выполненные расчеты установили следующие параметры термообработки для суглинка: интервал температур - 800..Л000°С,эффективная глубина нагрева - 0.25 м (для рупорной антены при мощности излучателя 50 кВт и частоте излучения 91Б МГц),расход электрической анэргии - 1250 кВт«ч/м3,что подтверадаегся натурными экспериментами.

4. Путем математической обработки результатов эксперимон-

тальных исследований получены зависимости для определения балластирующей способности устройств типа УГТО и УГТА,которые предложено использовать в методам расчета устойчивости реальных . трубопроводов диаметрами до 1020 км - для утяжелителей типа УГТО и до 1420 мм - для утяжелителей типа УГТА включительно.

5. Разработана технологии изготовления балластных утяжелителей типа УГТО и УГТА,а также технологические схемы балластировки и закрепления трубопроводов на проектных отметках с использованием указанных конструкций, по результатам технико-экономического сравнения предложенных утяжелителей типов УГТО и УГТА определены области их использования.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Спектор И.И. .Смирнов D.D. Строительство объектов трубопроводного транспорта с использованием термоупрочненных грунтов // Сб. тез. докл. 7III Республиканской по проблемам сбора, подготовки и транспорта нефти.и нефтепродуктов по трубопроводам. Уфа, БШ®СПТнефть,1988,С.7.. .8.

2. Бабин Л.А.,Спектор Ю.И.,Смирнов D.D. Метод термического закрепления грунта СВЧ-энергаей при сооружении объектов нэгист-рпьных трубопроводов , / Сб. тез. докл. науч.-техн. семинара "Со-вериенствование технологии и оборудования процессов переработки и транспорта нефти", Козополощ НИИ им. Ленинского комсомола Бело-русс!П!, 1939,С. 23.

3. Спектор Р.И. .Смирнов D.50. Экспериментальные исследования по закреплению г; .унтов СВЧ-энергией для целей трубопроводного строительства // м .тершим IG науч. конф. молодых учоних геологи-

ческого факультета МГУ .И.: ВИНИТИ, 1989, С. 22-29.

4. Бабин Л.А.,Спектор D.U.,Смирнов D.D. Разработка строительных конструкций на основе термического упрочнения грунтов СВЧ анергией // Сб. тез. науч.-прак. конф. "Проблемы и практика строительства в Тюменской области" .Тюмень: типография Тюменского облисполкома, 1990, С. 70...71.

Б. Бабин Л,А.,Спектор D.H..Смирнов D.D..Гранатов А.Н. Разработке технологии изготовления строительных конструкций с применением термического укрепления грунтов СВЧ энергией // Сб. тез. науч.-пр?". конф. "Проблемы и практика строительства в Тюменской области" .Тюмень: тшографш. Тюменского облисполкома, 1990, С. 71...72.

е. Бабин Л.А.,Спектор D.H.,Смирнов D.D. Особенности термообработки грунтов сверхвысокочасготным полем // Сб. тез.науч.-техн. XXXXI конф. студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии, Уфа: .Ротапринт УНИ, 1990, С, 25.

7. Бабин Л.А.,Спектор Ю.И.,Смирнов D.D. Применение сверхвысокочастотного способа обжига строительных материалов для сооружения объектов .трубопроводного транспорта // Сб. тез. республиканской науч.-техн. конф. "Проблемы нефти и газа",Уфа: Ротапринт УНИ. 1990, С. 26.

8. Бабин Л.А.,Спектор D.H.,Смирнов D.D. Технология термообработки 'строительных грунтовых блоков в СВЧ поле // Сб. тез. Всесоюзной VI науч.-прак. конф. "Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях", Саратов: Ротапринт СПИ ,1991, С. 103...104.

9. Спепстор D.H. .Смирнов D.D. Обеспеченно устойчивости тру-

бопроводов с использованием конструкций из тэршзанрешгешшх СОТ энергией грунтов // СО. тез. И республиканской науч.-техн. конф. молодых уче1шх п специалистов по проблемам сбора,подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам,Уфа, Ротапртшт ВНИИСПТнефть, 1991, С. 23...27.

10. Бабин Л.А.,Спектор Ю.И.„Денисов О.Л. .йшрнов Ю.Ю. Термическое упрочнение.грунтовых оснований с использованием СВЧ энергии // Ыеквузовскг'Я сборнпк научных трудов "Основания н фундаменты в сложных грунтовых условиях",Казань: Типография НИШ, 1991, С. 28...34.

11. Бабин Л.А.«Смирнов Ю.Ю. Разработка конструкций балластных утяжелителей для магистральных трубопроводов и технологий их термообработки СВЧ энергией // Сб. тез. междунар. науч.- техн. конф. "Современные проблемы применения СВЧ энергии", Саратов, Ротапринт СГТУ, 1993, С. 16...17.

12. А.С. й 1649012 СССР,МНИ Е01С 21/02. Способ термического упрочнения глинистого грунта // Л.А.Бабин,Л.В.Гончарова,Ю.И.Спек-тор, Ю.Ю.Смирнов,А.Н.Долгодворов. Б1Т - 1991,11 18."

13. А.С. )% 171-0226 СССР,Р161 1/06. Способ балластировки трубопровода в траншзе // Л. А. Бабин, Ю. !Т. Сгоктор, Ю. Ю. Си-рнов, Б.Ф.Бобрик.В.В.Рагуз . БИ - 1992,В 33.

14. А.С. № 1807587 СССР.МКИ В05В 6/64. Установка для обработки грунтовых блоков СВЧ излучением // Л.А.Бабин, Ю.И.Споктор, Ю.Ю.Смирнов, Л.В.Гончарова, Ю.М.Егоров, Б. Ф. Бобрик, В. В. Рах'уз.й.Н. Удалов . БИ - 1993,Я 13.

/Т> О

Соискатель / рад {«{£/' - П.П.Смирноп