Переход нефтепровода через автодорогу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассмотрен переход нефтепровода диаметром 325 мм через автомобильную дорогу III категории открытым способом с защитным кожухом диаметра 530 мм.

Трубопроводы прокладывают в самых различных природных условиях: они пересекают реки, овраги, ущелья, болота, дороги и другие естественные и искусственные препятствия. При пересечении автомобильных дорог сооружаются переходы под автомобильными дорогами различными способами.

В зависимости от ширины автомобильных дорог, их категорийности, диаметра трубопровода, грунтовых условий строительство переходов может осуществляться следующими способами:

- открытым (траншейным), при котором трубная плеть укладывается без защитного футляра (кожуха) в траншею с временным перекрытием или ограничением движения транспорта или без перекрытия или ограничения движения с устройством объезда;

- открытым (траншейным), при котором защитный футляр (кожух) укладывается в траншею с временным перекрытием движения транспорта или без перекрытия движения с устройством объезда; затем рабочая трубная плеть протаскивается через футляр (кожух); укладка защитного футляра (кожуха) с трубной плетью может производиться с бермы;

- закрытым (бестраншейным), без перекрытия движения транспорта.

Тип перехода выбирается в соответствии с технико-экономическим расчетом, которым определяется наибольшая эффективность перехода по сравнению с другими методами строительства переходов.

Защитные кожухи предназначены для предохранения рабочего трубопровода на переходах от воздействия внешних нагрузок, создаваемых движущимся транспортом, а также от агрессивного воздействия грунтовых вод и блуждающих электрических токов.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА

Переход нефтепровода через автодорогу III категории:

- диаметр нефтепровода - 325 мм;

- перекачиваемый продукт - нефть;

- рабочее давление - 6,1 МПа;

- район строительства - город Тюмень;

- время строительства - лето;

- способ строительства перехода - открытый.

1.1 Климатическая характеристика

Климат в Тюмени резкоконтинентальный. Особенности резкоконтинентального климата Тюмени составлены благодаря географическому расположению города на Западно-Сибирской равнине в подтаёжной зоне.

Город раскинулся в центральной части Евразии на плоской равнинной местности, что даёт лёгкую возможность проникать на его земли различным воздушным массам. В основном -- это студёные ветра из просторов Северного Ледовитого, степные горячие массы из Казахстана, свободно переносят свои массы даже тропические ветра с юга на север, и осадки из Атлантического океана.

Как раз на последние малое влияние оказывают Уральские горы, задерживая часть влаги. Воздействие всех циклонов и антициклонов, а особенно, открытость местности создают непостоянные, неустойчивые, часто меняющиеся климатические условия Тюмени.

Для климата характерны резкие перепады температур, особенно в межсезонье, зима суровая и продолжительная, а лето короткое, жаркое и засушливое. Климат Тюмени отличается особой суровостью и зимой постоянные температурные показатели достигали -40, как и летом, только с положительным значением, сегодня же влияние хозяйственной деятельности человека из-за чего стремительно меняется климат Земли, изменили и местные значения.

Так, температура в городе и его окрестностях разнится на 4-5°С и целых 10-15°С зимой. Зимний период длится 21 неделю в лесостепи и 32 недели в тундре, в среднем январь холоден на -15°С, с присущими резкими похолоданиями до -30°С, например, самой низкой в Тюмени стала температура -49,2°С в 1958 году. Межсезонью характерны заморозки, медленное повышение температуры воздуха, с резкими изменениями суточных показателей, возвраты холодов.

С начала июня наступает лето со средним показателем нагрева атмосферы +18,8°С, максимально же +37,5°С и вторжение холодного воздуха из Арктики может значительно поменять погодные условия, как и горячие ветра. Большинство годовых 480 мм осадков приходится на летний период, но степной гуляющий ветер и высокая температура часто создают засушливые периоды.

Осень - это пора пасмурных облачных дней, туманов, ранних заморозков. Географическое положение на равнинной местности создало крайне неустойчивый климат в Тюмени, отличающийся суровостью и резкими перепадами температур.

Таблица 1.1 - Показатели температуры и нормы осадков Тюмени

Климат Тюмени
Показатель	Янв.	Фев.	Март	Апр.	Май	Июнь	Июль	Авг.	Сен.	Окт.	Нояб.	Дек.	Год
Абсолютный максимум, °C	5,6	7	17,1	30,7	34,9	36,2	37,5	37,4	31,2	24,1	12,8	6,7	37,5
Средний максимум, °C	?10,7	?8,1	0,1	9,4	17,7	23,3	24,5	21,2	14,7	7,3	?3,5	?9,1	7,2
Средняя температура, °C	?15	?13,3	?5,3	3,7	11,3	17,1	18,8	15,8	9,6	3,1	?7	?13	2,2
Средний минимум, °C	?19,2	?18,1	?10,3	?1,3	5,4	11,3	13,6	11,1	5,4	?0,4	?10,4	?16,9	?2,5
Абсолютный минимум, °C	?46,2	?43,7	?38,4	?23,5	?10,2	?1,9	0,7	?2,7	?8,6	?26,7	?41	?49,2	?49,2
Норма осадков, мм	24	14	16	23	45	55	87	60	56	39	33	26	480

1.2 Геологическое строение

Тюменская область расположена в пределах гигантской Евразийской литосферной плиты. Как Уральская, так и Западно-Сибирская части области входят в состав протяженного Урало-Монгольского складчатого пояса. Сформированная здесь молодая платформа образовалась на месте докембрийско-палеозойских складчатых сооружений. Их структуры выходят на поверхность в хребтах и кряжах, окружающих Западно-Сибирскую равнину. В пределах соответствующей той равнине плиты древние складчатые скальные комплексы погружены на большую глубину и перекрыты мощным чехлом рыхлых отложений мезозойского и кайнозойского возраста.

Тюменская область располагается в пределах одной из величайших равнин мира - Западно-Сибирской. В ее основании лежит молодая платформа. Породы палеозойского фундамента перекрыты в ее пределах мощным чехлом мезозойских и кайнозойских морских и континентальных песчано-глинистых отложений.

В Тюменской области залегает выдержанный по мощности горизонт юрских глин (до 200 м). Отложения юрского возраста перекрывают меловые отложения, представленные глинами, известняками, песчаниками (мощностью до 1000-1200 м). Толща меловых и юрских отложений на соседних территориях является вместилищем нефти и газа, поэтому проведение специальных работ по поискам и разведке нефтяных и газовых месторождений является весьма перспективным в рассматриваемом регионе.

На отложениях мела повсеместно, за исключением южной части территории, лежат песчано-глинистые породы палеогена, в южной части - отложения неогена. Мощность палеогеновых и неогеновых отложений изменяется от 300 до 700м. Породы неогена, почти повсеместно перекрыты субаэральными нерасчлененными четвертичными отложениями, представленными лесовидными суглинками, и кое-где среднечетвертичными озерно-аллювиальными песчано-глинистыми накоплениями. На остальной территории, кроме речных долин, развиты нерасчлененные по возрасту и генезису аллювиальные породы. Мощность этих отложений достигает 100-150м.

Долины крупных рек (Иртыш, Тобол) сложены отложениями поймы и четырех надпойменных террас от современного до нижнечетвертичного возраста. В разрезе террасовых и надпойменных отложений преобладают песчано-супесчаные породы с прослоями и линзами суглинков и глин с включением гальки и гравия. По склонам речных долин довольно часто отмечаются конуса выноса, сложенные аллювиально-деллювиальными отложениями с включениями обломков коренных пород, мощностью 2-5 м. Мощность пойменных отложений - 8 м, первой надпойменной террасы - 8-14 м, второй - 15-20 м, третей - 30-40 м, нерасчлененных отложений третьей и четвертой террасы - 30-60 м. Общая мощность отложений речных долин - 80-120 м. В северной части региона большим распространением пользуются отложения болот - торфы и сильнозаторфованные породы мощностью до 5м.

2 ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

До начала строительства Заказчиком должны быть выполнены следующие организационные мероприятия:

- получение разрешения на строительство;

- получение права ограниченного пользования соседними земельными участками на время строительства;

- привлечение подрядчика (генподрядчика) для осуществления работ по возведению сооружения в качестве лица, осуществляющего строительство, в случае осуществления работ по договору;

- обеспечение строительства проектной документацией, прошедшей экспертизу и утвержденной в установленном порядке;

- обеспечение выноса в натуру линий регулирования застройки и создание геодезической разбивочной основы;

- обеспечение строительного контроля застройщика (заказчика);

- определение транспортной схемы и выбор карьеров;

- уведомление о начале работ на строительной площадке органа государственного строительного надзора, которому подконтролен данный объект;

2.1 Подготовительные и основные работы

нефтепровод строительство автомобильный

Работы по строительству нефтепровода делятся на подготовительные и основные.

В состав подготовительных работ, без учета организационных мероприятий, выполняемых Заказчиком, также входят:

- отвод территории для размещения временного строительного хозяйства и зоны производства строительных работ;

- уточнение и закрепление на местности существующих подземных коммуникаций;

- устройство переездов через коммуникации;

- доставка строительной техники, оборудования;

- решение вопросов быта рабочих;

- расчистка от растительности, планировка полосы отвода;

- организация системы связи;

- устройство временной объездной дороги;

- организация заправки наземной техники, утилизация отходов.

В состав основных работ входят:

- погрузо-разгрузочные работы;

- земляные работы;

- сварочно-монтажные работы;

- очистка полости и испытание трубопровода;

- рекультивация (возвращение плодородного слоя почвы).

С технической точки зрения до начала строительства перехода нефтепровода через автодорогу необходимо:

- выбрать и обустроить объездную дорогу или переезд, по которым будет осуществляться движение транспорта;

- установить ограждения, препятствующие движению транспорта и посторонних лиц на участке производства работ;

- установить предупреждающие, запрещающие и предписывающие дорожные знаки, а также световые сигналы, видимые днем и ночью, которые запрещают движение транспорта на перекрытом участке дороги. Места установки всех знаков необходимо согласовать с ГИБДД;

- нанести в натуре границы разработки дорожной насыпи и рытья траншеи;

- уточнить места расположения подземных коммуникаций совместно с представителями организаций, владеющих этими коммуникациями;

- нанести в натуре границы разборки дорожных покрытий и разрытия насыпи, а также траншей за ее пределами, произвести разбивку трассы перехода.

Во время выполнения подготовительных и основных работ Подрядчик должен выполнять следующие функции:

- получение свидетельств на допуски ко всем видам работ, оказывающих влияние на безопасность сооружаемого магистрального трубопровода;

- обеспечение входного контроля рабочей документации;

- разработка и применение организационно-технологической документации;

- поиск и выбор субподрядчиков, заключение договоров с ними (при необходимости);

- обеспечение выполнения строительно-монтажных работ для реализации целей проекта;

- осуществление подготовки и аттестации работников организации по вопросам промышленной безопасности в соответствии с действующим законодательством;

- обеспечение выполнения всех строительно-монтажных работ только в пределах земельных участков, на которые оформлены права заказчика на период строительства;

- осуществление производственного контроля, в том числе контроля за соответствием применяемых строительных материалов и изделий требованиям нормативных документов, проектной и рабочей документации;

- ведение исполнительной документации в установленном порядке (в бумажном и электронном виде);

- регистрация журналов общих и специальных работ в органе государственного строительного надзора;

- соблюдение сроков выполнения работ в соответствии с графиком;

- своевременное предоставление отчетности заказчику в объеме и формах, установленных договором;

- обеспечение безопасности труда на строительной площадке, безопасности строительных работ для окружающей среды и населения;

- управление стройплощадкой, в том числе обеспечение охраны стройплощадки и сохранности объекта до его приемки застройщиком (заказчиком);

- выполнение требований местной администрации, действующей в пределах ее компетенции, по поддержанию порядка на прилегающей к стройплощадке территории;

- устранение дефектов и нарушений в работе объекта, выявленных в гарантийный период эксплуатации объекта;

- извещение заказчика и государственного строительного надзора об окончании строительства.

2.2 Получение разрешений на производство работ

До начала производства строительно-монтажных работ на объекте, подрядная строительная организация должна:

- согласовать проект производства работ с отделами эксплуатации всех коммуникаций и сооружений, находящихся в зоне строительства, Заказчиком и лицом осуществляющим технический надзор;

- при необходимости получить в установленном порядке разрешение на производство работ в охранной зоне действующих коммуникаций;

- произвести регистрацию строительной организации в территориальных органах Ростехнадзора;

- оформить акт-допуск, согласованный с эксплуатирующими организациями, дающий право на проведение строительно-монтажных работ на территории действующих коммуникаций. Все работы выполнять при наличии наряда-допуска и в присутствии представителей заинтересованных организаций;

- назначить приказом ответственных лиц из числа инженерно-технических работников (ИТР) за проведением экологического контроля и учета объемов вредных воздействий на окружающую среду, образования и размещения отходов;

- получить согласование с местными природоохранными организациями на пользование водными объектами для забора воды на гидроиспытания участка бензопровода;

- согласовать порядок и сроки проведения работ с органами по охране рыбных запасов, санитарного и природоохранных надзоров, землепользователями и получить письменное разрешение на производство работ;

- известить о начале, сроках и месте производства работ: Межрегиональное территориальное управление технологического и экологического надзора, федеральную службу по экологическому, технологическому надзору по Тюменской области.

2.3 Создание геодезической основы

При создании геодезической разбивочной основы Заказчиком на трассе должны быть установлены пункты и знаки основы в соответствии с [6]. Сдача-приемка трассы производится Заказчиком Подрядчику по акту.

Закрепление трассы выполняется силами и средствами Подрядчика и включает: уточнение, вынесенной ранее оси новой трассы и пикетажа, детальная разбивка горизонтальных и вертикальных кривых, разметка строительной полосы, обозначение всех пересечений новой трассы с инженерными коммуникациями, вынос в натуру оси и границы временных проездов и переездов.

Результаты измерений фактической глубины заложения пересекаемых подземных коммуникаций нанести на вешки высотой 1,5-2,0 м, забиваемые в границах зоны производства работ через 50 м, а при неровном рельефе - через 25 м.

Уточнение положения существующих коммуникаций на местности выполняется трассоискателем или шурфованием в местах присутствия фоновых помех для работы приборов.

2.4 Строительство временных дорог

Перед началом строительства дорог проводят обследование трассы и прилегающей местности визуальными и инструментальными способами. Основными конструкциями временных дорог являются грунтовые дороги без покрытия, дороги с покрытием, гравийные, дерево-грунтовые, дороги со сборно-разборным покрытием из железобетонных плит.

Временные дороги устраивают однополосными с уширениями в местах разворотов, поворотов и разъездов.

Объемы работ по обустройству дорог определяются и согласовываются с Генподрядчиком и Заказчиком.

2.5 Переезды через коммуникации

На пересечении технологических проездов с подземными коммуникациями устроить временные переезды с укладкой железобетонных плит на проезжей части. До начала работ по устройству переездов следует выполнить:

геодезическую разбивку оси дороги, оси и границ переезда;

планировку подъезда техники к месту устройства переездов;

согласовать месторасположения переездов с эксплуатирующими организациями и получить разрешение на проведение работ по устройству переездов.

Работы по устройству переездов выполнять в присутствии представителей эксплуатирующих организаций.

После производства работ временные переезды демонтировать, строительные материалы и конструкции вывезти.

2.6 Организация связи

Для оперативного руководства строительством организуется надежная технологическая связь. Связь строительного участка генподрядчиком и заказчиком будет осуществляться по стационарной и мобильной телефонной связи.

Связь между отдельными исполнителями работ на строительном участке будет осуществляться с использованием радиопереговорных устройств.

2.7 Полевые городки и система бытового обеспечения

Для размещения персонала строителей предусматривается аренда жилых помещений и жилой городок.

При эксплуатации полевых городков необходимо предусмотреть: организацию удаления отходов, охрану здоровья, водоснабжение, охрана окружающей среды.

В городке следует установить и обслуживать следующие объекты и услуги:

конторы, комплект кухонного оборудования, обеспечение питания персонала, энергоснабжение, теплоснабжение, водоснабжение, душевые и туалеты, оборудование связи, оборудование для удаления отходов, ремонтное оборудование, медицинскую службу, продовольственные склады.

2.8 Организация заправки наземной техники, утилизация отходов

Во избежание нанесения ущерба окружающей среде заправка техники производится автозаправщиками на специальных площадках, выделенных в месте стоянки техники. Площадки заправки техники должны иметь твердое покрытие из железобетонных плит, лоток для сбора пролитых горюче-смазочных материалов (ГСМ) и емкость для их сбора. Площадки заправки техники по окончании работ демонтируются.

Вывоз твердых и жидких бытовых отходов предусматривается осуществлять на санкционированную свалку и очистные сооружения в соответствии с заключенными договорами со специализированными организациями.

Вывоз строительного мусора (порубочного материала) осуществляется на площадки временного накопления строительных отходов с последующей вывозкой на постоянные полигоны, определенные проектом организации строительства.

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Исходные данные: DН=325 мм;

p=6,1 МПа;

перекачиваемый продукт - нефть;

категория а/д -III;

район строительства - г. Тюмень;

период строительства - лето.

В данной работе рассматривается строительство подземного перехода нефтепровода через автодорогу III категории открытым способом. Длина кожуха автомобильного перехода составляет 26 м [8].

3.1 Расчет толщины стенки нефтепровода [1, 2]

Согласно [1] проектируемый нефтепровод относится к III классу, III категории.

По сортаменту выбираем для трубопровода трубы по ГОСТ 20295 - 85 «Электросварные трубы» [9] из стали класса прочности К52 с временным сопротивлением разрыву и пределом текучести .

Расчетное сопротивление металла труб R1 определяем по формуле:

(3.1)

где - нормативное сопротивление, принимается равным временному сопротивлению, ; m - коэффициент условий работы трубопровода, для участка трубопровода категории III, m=0,99 (таблица 1, [1]); k1 - коэффициент надежности по материалу , для выбранного металла труб k1= 1,47 (таблица 10, [1]);kн - коэффициент надежности по ответственности трубопровода, kн=1,1 (таблица 12, [1]).

Расчетное сопротивление металла труб R2 определяем по формуле:

(3.2)

где - нормативное сопротивление, принимается равным временному сопротивлению, = ут=353 МПа; k2 - коэффициент надежности по материалу, для выбранного металла труб k2=1,15 (таблица 11, [1]).

Номинальная толщина стенки нефтепровода определяется по формуле:

(3.3)

где n - коэффициент надежности по нагрузке, n=1,1 (таблица 14, [1]); p -давление в трубопроводе, p=6,1 МПа; DН - наружный диаметр трубопровода, DН =325 мм.

Полученное расчетное значение толщины стенки округляем до ближайшего большего значения по сортаменту дН=3,5 мм [9].

Согласно [3] для района прокладки перехода трубопровода:

tI = - 15єC; ДI =20єC;

tVII = + 20єC; ДVII =6єC.

Нормативные значения температуры наружного воздуха в холодное и теплое время года:

; ;

; .

Расчетные значения:

; ;

; .

Температурный перепад при замыкании трубопровода:

;

.

В качестве расчетного температурного перепада принимаем наибольшее значение Дt=+46єC.

3.2 Проверка прочности подземного трубопровода [1, 2]

Продольные осевые напряжения определяем по формуле:

, (3.4)

где бt -коэффициент линейного расширения металла труб, бt= - 1,2·10^-5 град^-1; Е -модуль упругости стали, Е=2,06·10⁵ Мпа; Dвн-внутренний диаметр, Dвн = Dн-2·дН = 325 мм - 2·3,5 мм = 318 мм; Дt -температурный перепад, Дt =+46єC;

µ - коэффициент Пуассона, µ=0,3; дН -номинальная толщина стенки, дН=3,5 мм.

.

Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить коэффициент ш1, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб по формуле:

(3.5)

где -кольцевые напряжения от нормативного давления, МПа, определяемые по формуле:

(3.6)

Тогда

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопровода в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям:

, (3.7)

, (3.8)

где - максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий; - кольцевые напряжения в стенке трубопровода от нормативного внутреннего давления; - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб.

Продольные напряжения складываются из напряжений от действия внутреннего давления, температурного воздействия и воздействия от упругого изгиба и для полностью защемленного трубопровода находятся из выражения:

, (3.9)

где- минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода,

=300 м.

Проверяем наличие недопустимых деформаций в кольцевом направлении по условию 3.8:

Условие выполняется.

Определим значение продольных напряжений по формуле 3.9:

Для положительного температурного перепада:

Для отрицательного температурного перепада:

Проверяем выполнение условия 3.7:

для положительного температурного перепада:

- условие не выполняется;

для отрицательного температурного перепада:

- условие не выполняется.

Так как условия не выполняются, увеличиваем толщину стенки по сортаменту до дН=5,5 мм [9].

Тогда

Dвн = Dн-2·дН =325 мм - 2·5,5 мм =314 мм,

,

Проверка условия 3.8 на наличие недопустимых деформаций в кольцевом направлении:



Условие выполняется.

Определим значение продольных напряжений по формуле 3.9:

Для положительного температурного перепада:

Для отрицательного температурного перепада:

Проверяем выполнение условия 3.7:

для положительного температурного перепада:

- условие выполняется;

для отрицательного температурного перепада:

- условие выполняется.

Таким образом, принимаем толщину стенки трубопровода дН=5,5 мм.

, 3,25 мм < 5,5 мм, следовательно, принятая толщина стенки удовлетворяет условиям.

3.3 Проверка общей устойчивости трубопровода в продольном направлении [2]

Площадь поперечного сечения металла трубы определяем по формуле:

(3.10)

Эквивалентное продольное осевое усилие сжатия в трубопроводе определяется следующим образом:

(3.11)

где - кольцевые напряжения в стенке от расчетного внутреннего давления, определяемые по формуле:

(3.12)

Осевой момент инерции поперечного сечения трубы определяется по формуле:

(3.13)

Нагрузка от собственного веса металла трубы определяется по формуле:

, (3.14)

где nсв - коэффициент надежности по нагрузке от действия собственного веса, принимается равным 1,1; гм - удельный вес металла трубы, для стали принимается равным 7850 кг/м³ (таблица 13, [1]).

Нагрузка от собственного веса изоляции определяется по формуле:

(3.15)

где Dн.и - наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия, м; сиз -

плотность изоляционного покрытия; g - ускорение свободного падения.

Проектом предусматривается изоляция проектируемого трубопровода заводским наружным антикоррозионным покрытием толщиной не менее 3 мм.

диз=3 мм; сиз=1050 кг/м³,

Нагрузка от веса продукта, находящегося в трубопроводе определяется по эмпирической формуле:

(3.16)

где Dвн - внутренний диаметр трубопровода, см; nпр - коэффициент надежности по нагрузке от веса продукта;

Нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом, определяется по формуле:

, (3.17)

где qм - нагрузка от собственного веса металла трубы; qиз - нагрузка от собственного веса изоляции; qпр - нагрузка от собственного веса продукта, находящегося в трубопроводе:

Среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом определяется по формуле:

, (3.18)

где nгр - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, принимаемый равным 1,2 [2]; h0 - высота слоя засыпки от верхней образующей трубопровода до дневной поверхности, принимается в зависимости от условий прокладки;

qтр - нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом.

Для суглинка выбираем расчетные характеристики по таблице 2.32 [2]:

ггр = 17 кН/м³; цгр =20⁰; сгр = 12 кПа;

nгр =1,2; Dн =0,325 м; h0 =1 м; qтр =1201,6 Н/м;

Предельные касательные напряжения по контакту трубопровода с грунтом определяем по формуле:

, (3.19)

где pгр - среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом; цгр - угол внутреннего трения грунта; сгр - сцепление грунта:

Сопротивление грунта продольным перемещениям определяем по формуле:

, (3.20)

где фпр - предельные касательные напряжения по контакту трубопровода с грунтом:

Сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины, определяется по формуле:

, (3.21)

Продольное критическое усилие, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода, определяем по формуле:

(3.22)

где po - сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины; qверт - сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины; J - осевой момент инерции поперечного сечения трубы.

Проверка общей устойчивости трубопровода в продольном направлении выполняется по [1] в плоскости наименьшей жесткости системы в соответствии с условием:

(3.23)

где S - эквивалентное продольное осевое усилие сжатия в трубопроводе;

m - коэффициент условий работы трубопровода;Nкр - продольное критическое усилие, при при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода.

- условие выполняется, следовательно, устойчивость трубопровода в заданных условиях обеспечивается.

3.4 Расчет защитного футляра на прочность на переходе трубопровода под автомобильной дорогой [2]

Одним из наиболее серьезных искусственных препятствий являются железные и автомобильные дороги. Угол пересечения трубопровода с дорогами должен быть, как правило, 90°. Прокладка трубопровода через тело насыпи не допускается. Участки трубопроводов, прокладываемых на переходах через железные и автомобильные дороги всех категорий должны предусматриваться в соответствии с [1] в защитном футляре (кожухе). Концы футляра, устанавливаемого на переходе через автомобильную дорогу, должны выводиться на 5 м от подошвы насыпи.

Заглубление кожухов под автомобильными дорогами должно быть не менее 1,4 м от верха покрытия дороги до верхней образующей футляра, принимаем равным 2,5.

Диаметр защитного футляра определяется в зависимости от диаметра трубопровода:

(3.24)

и во всех случаях должен быть больше наружного диаметра трубопровода не менее чем на 200 мм.

На футляр действуют внешние нагрузки - вертикальное и боковое давление грунта qгр.в и qгр.б и давление от подвижного транспорта qп (рисунок 3.1) .



Рисунок 3.1 - Схема к расчету футляра на прочность [2]:

а - нагрузка, действующая на футляр;

б - свод естественного обрушения.

Расчетная вертикальная нагрузка от действия грунта определяется по формуле:

(3.25)

где nгр - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, nгр =1,2; gгр.ср - средний удельный вес грунта в естественном состоянии по высоте Н; H - глубина заложения футляра.

При значительной глубине заложения футляра над ним образуется естественный свод обрушения и тогда расчетная вертикальная нагрузка от действия грунта определяется по формуле:

(3.26)

где hсв - высота свода обрушения, определяется по формуле:

(3.27)

где В - ширина свода; fкр - коэффициент крепости породы, принимается равным 1,5 (таблица 5.32, [2]).

Ширина свода обрушения определяется по формуле:

(3.28)

Расчетная величина бокового давления грунта находится по формуле:

(3.29)

а в случае формирования свода обрушения - по формуле:

(3.30)

Условие формирования свода обрушения записывается в виде:

(3.31)

При расчете давления от автомобильного транспорта полотно дороги рассматривают как балку конечной жесткости на упругом основании. Нагрузка, передаваемая через каждую ось, представляется в виде сосредоточенной силы Рi, отнесённой к единичной ширине полотна дороги b = 1 м. Реакция основания, приходящаяся на единицу ширины полотна дороги от действия Рi определяется по формуле:

(3.32)

где aж - коэффициент жесткости полотна,

(3.33)

где k0 - коэффициент постели грунта при сжатии, k0 = 10-50 МН/м³ (таблица 2.34, [2]);

D - цилиндрическая жесткость полотна дороги,

(3.34)

где ЕП - модуль упругости материала полотна дороги, ЕП = 1000-1500 МПа (таблица 5.33, [2]);

mП - коэффициент Пуассона материала полотна дороги (таблица 5.33, [2]);

JП - момент инерции материала полотна дороги,

(3.35)

где hПК -толщина покрытия дороги, hПК = 20 см (таблица 5.34, [2]).



Рисунок 3.2 - Эпюра реакции основания полотна дороги [2]

Комплекс в формуле (3.32) может быть представлен параметром h, являющимся функцией произведения aжx (таблица 5.35, [2]), тогда формула принимает вид:

(3.36)

Переменная x является текущей координатой с нулевой точкой в центре приложения силы Рi. В конкретном случае, рассчитав коэффициент aж, из каждого значения произведения aж x в первой колонке (таблица 5.35, [2]) можно определить х, которому соответствует своя величина h. Наименьшее значение х, при котором функция h обращается в ноль, определим из выражения:



откуда

(3.37)

Максимальным значением реакции ji(x) = jxmax ,будет в точке х= 0.

Построив отдельные эпюры реакции основания от каждой сосредоточенной силы Рi, сложением их ординат получаем суммарную эпюру реакции основания и находим зону ее распространения 2а (рисунок 3.2).

Если принять, что нагрузка q, передаваемая на основание полотна дороги от действия транспорта, равномерно распределённая и q = jx max, напряжения в грунте в любой точке с координатами x, z, действующие вертикально вниз, можно определить, используя формулу:

(3.38)

Для ординаты z, равной глубине заложения футляра до верхней образующей Н, напряжение уz будут максимальными уz max при х = 0. Расчетное давление от подвижного qП транспорта на футляр определяется как

(3.39)

где nП - коэффициент надежности по нагрузке от подвижного транспорта, принимаемый равным 1,4 для вариантов нагрузки от колонны автомобилей и равным 1,1 для нагрузок от одиночных машин.

Нагрузка на оси автомобилей, прицепов и гусеничных тягачей в зависимости от класса, а также их другие технические характеристики приведены в таблицах 5.36 и 5.37 [2].

Значения уz max можно также найти без расчета по формуле (3.38), если воспользоваться данными таблицы 5.38 [2].

При заданном значении z (вертикальная координата точки на верхней образующей футляра) и найденном значении q (половина зоны распространения эпюры реакции основания дороги) определяем отношение b/a и по таблице 5.38 [2] отыскиваем соответствующие значение уz max /q. Зная величину q = цx max ,находим уz max .

Толщина стенки футляра определяется из условия прочности по формуле:

(3.40)

где N - расчетное поперечное сжимающее усилие в наиболее напряженном сечении футляра, отнесенное к единице длины футляра, определяется по формуле:

(3.41)

где М - расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении футляра, отнесенный к единице его длины, определяется по формуле:

(3.42)

где rф - радиус футляра, определяется по формуле:

(3.43)

где с - коэффициент, учитывающий всестороннее сжатие футляра, принимается равным 0,25;

R2 - расчетное сопротивление материала футляра по пределу текучести.

Рассчитаем на прочность защитный футляр на переходе нефтепровода через автомобильную дорогу, для следующих исходных данных:

для грунтов - слежавшаяся галька, щебенистый грунт, твердая глина [2]:

с удельным весом ггр.ср =19,5 кН/мі [2],

с углом внутреннего трения цгр=60° [2],

коэффициент крепости fкр=1,5 [2];

с глубиной заложения кожуха H=2,5 м;

расчетное сопротивление материала кожуха по пределу текучести R2=276,26 МПа.

Диаметр защитного кожуха определяем по формуле (3.24):

Из конструктивных соображений принимаем диаметр защитного кожуха равным 530 мм.

По формуле (3.43) находим радиус футляра:

Ширину свода обрушения определяем по формуле (3.28):

Высоту свода обрушения находим по формуле (3.27):

Проверяем условие формирования свода обрушения по условию (3.31):

- условие выполняется, следовательно, над футляром образуется свод естественного обрушения, и значения qгр.в и qгр.б. определяем по формулам (3.25) и (3.29), а в случае формирования свода обрушения - по формуле (3.30).

Расчетную вертикальную нагрузку от действия грунта определяем по формуле (3.26):

Расчетную величину бокового давления грунта находим по формуле (3.30):

Находим момент инерции полотна дороги по формуле (3.35):

Полученный результат подставляем в формулу (3.34) и определяем цилиндрическую жесткость полотна дороги:

После чего находим коэффициент жесткости полотна, по формуле (3.33):

Далее определяем эпюру реакции основания и находим зону ее распространения, по формуле (3.37):

Таким образом, зона распространения суммарной эпюры реакции основания определим как сумму 2а = 1,5+1,5 =3,0 м.

Максимальное значение реакции основания цx max имеет место в точках х2 и х3, равным нулю, когда з = 1,0 (см. формулу (3.32)):

Тогда нагрузка q = цxmax = 117 кПа.

По формуле (3.38) найдем напряжение в грунте, действующие вертикально вниз уzmax при х = 0 и z = H =2,5 м, решая тригонометрические функции в радианах:

Найдём уzmax из таблицы 5.38 [2]:

Как видим, результаты расчетного и табличного определения уzmax достаточно хорошо согласуются.

Определяем по формуле (3.39) расчетное давление от подвижного транспорта:

Найдем расчетное поперечное сжимающее усилие в наиболее напряженном сечении футляра, по формуле (3.41):

Найдем расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении футляра, по формуле (3.42):

Толщину стенки футляра (кожуха) находим из условия прочности по формуле (3.40):

Из конструктивных соображений принимаем толщину стенки футляра

dф= 5,5 мм.

4 ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

В комплекс работ, выполняемых при строительстве перехода через автодорогу, включены следующие технологические процессы:

подготовительные работы;

устройство временной объездной дороги;

снятие плодородного слоя грунта и перемещение его в отвал;

земляные работы;

сварочно-монтажные работы;

изоляционные работы;

установка опорно-центрирующих колец;

спуск рабочей плети в защитном кожухе в траншею с помощью трубоукладчиков;

протаскивание рабочей плети в защитный кожух с помощью лебедки и трубоукладчиков;

засыпка траншеи;

испытание участка трубопровода;

восстановление полотна а/дороги с послойным уплотнением;

демонтаж временной объездной дороги.

4.1 Устройство временной объездной дороги

Временный объезд устраивается до начала производства работ. Объезд выполняется путем возведения насыпи высотой согласно рабочему проекту.

4.2 Земляные работы

Земляные работы выполнять в следующей последовательности:

- снятие плодородного слоя почвы и перемещение его во временный отвал для последующей рекультивации;

- горизонтальная разбивка перехода, установка границ и отметок на месте строительства;

- разработка траншеи экскаватором;

- перемещение разработанного грунта в отвал;

- планировка полосы для передвижения трубоукладчиков;

- засыпка траншеи бульдозером.

Плодородный слой почвы снимается бульдозером марки Т11.01. Ширина полосы отвода в соответствии с нормами отвода земель составляет: 28 м [14].

Плодородный слой почвы снимается и перемещается во временный отвал.

Обеспечить перемещение и надежное хранение плодородного слоя в отвалах для последующего использования при рекультивации. Исключить использование плодородного слоя почвы для временных земляных сооружений. Не допускается смешивание плодородного слоя почвы с минеральным грунтом.

Снятие плодородного слоя рекомендуется производить на всю толщину, по возможности за один проход или послойно за несколько проходов с помощью бульдозера.

Снятие, транспортировка, хранение и восстановление почвенно-растительного слоя должны исключать снижение его качественных показателей, а так же потери при перемещении.

Разработку траншеи следует выполнять с помощью одноковшового экскаватора марки РС-400 со следующими техническими характеристиками:

- объем ковша -- 1,9 м3;

- высота копания (макс.) -- 10,3 м;

- высота разгрузки (макс.) -- 7 м;

- радиус копания (макс.) -- 11 м;

- максимальное усилие ковша -- 28 200 кгс;

- максимальное усилие на рукояти -- 25 900 кгс.

Ширина траншеи по дну принята с учётом технологии производства земляных работ согласно [1] . Ширина траншеи по дну принять равной 0,8 м [1].

Глубину разрабатываемой траншеи принять равным 2,5 м с учетом глубины залегания трубопровода.

Вскрытие пересекаемых нефтепроводом действующих коммуникаций, находящихся в ведении сторонних организаций (трубопроводы, кабели и др.), производится в присутствии представителей этих организаций.

При пересечении трассы с действующими подземными коммуникациями разработку грунта механизированным способом следует производить на расстоянии не ближе 2 м от боковой стенки и не менее 1 м над верхом коммуникации, оставшийся грунт разрабатывается вручную [15].

Грунт, извлеченный из траншеи, следует укладывать в отвал с одной стороны траншеи, оставляя одну сторону свободной для передвижения ремонтно-строительной техники. Отвал грунта над действующими коммуникациями запрещается.

Во избежание обвала вынутого грунта в траншею, а также обрушения стенок траншеи основание отвала извлеченного грунта следует располагать не ближе 0,5 м от края траншеи [15].

Выход из траншеи должен быть оборудован 4-мя лестницами по две на каждую сторону траншеи.

Засыпка траншеи грунтом на продольных склонах, обвалование нефтепровода осуществляются бульдозером, который перемещается вдоль или под углом к траншеи. В стесненных условиях допускается засыпка траншеи грунтом одноковшовым экскаватором [15].

После завершения строительства подрядной организации выполнить восстановление существующих водосборных и водоотводных канав в пределах полосы отвода земель, а также придать местности проектный рельеф.