Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

более существенно на изменение стрелки прогиба влияет длина Ко- Поэтому при проектировании упругой линии трубопровода необходимо, при прочих равных условиях, увеличивать длину Ко, тем самым уменьшая кривизну выпучин; уменьшение кривизны может быть достигнуто также уменьшением /о- Однако при строительстве профиль траншеи не всегда соответствует расчетному. Поэтому появляется необходимость стабилизации начального положения труб либо уже в процессе строительства, либо в период эксплуатации. В этих случаях остается только один регулируемый параметр qi. Как видно из формулы (4.17), уменьшение /i можно получить только увеличением qi. Из этой же формулы ясно, что при значении

Рис. 4.6. Вертикальное перемещение трубопровода в транщее

/о = -

(4.22)

увеличения стрелки прогиба не будет. И лишь при большем значении fo, чем получаемом по формуле (4.22), стрелка прогиба будет возрастать. Поэтому для стабилизации /о необходимо величину qi принимать достаточной для удержания выпучины в начальном состоянии. Формулы (4.20) и (4.20) дают значение q\ без учета балластировки и анкеров. Если qi меньше необходимого по условию (4.22), то его следует увеличить пригрузкой железобетонными грузами, анкерами или грунтовой засыпкой. Наиболее часто в качестве пригрузки применяют грунт. Но, как показывает опыт, грунтовая пригрузка не всегда оказывается эффективной вследствие плохого уплотнения грунта, размягчения его атмосферными осадками или грунтовой водой. Это следует иметь в виду при решении задачи стабилизации выпучин.

Дополнительную пригрузку (грузы, анкеры, грунт и т. п.) определяем из (4.20) и (4.20):

91 = 7есгО„/1-{-7хр + 9д.гр. (4.23)

или при водонасыщенном грунте 91 = 7взвОв/г-{-тр + ?д. гр.

Если по условиям эксплуатации допускается перемещение труб в вертикальной плоскости на величину df, определяемую по (4.21), то fo следует увеличить на df, т. е. принять в левой части уравнения (4.21) fo+ (0,1-0,2)ho и найти соответствующее значение «71, а затем и q.rp-

Рис. 4.7. Выпор труб иа выпукло изогнутых участках

Рис. 4.8. Расчетная схема перемещений выпукло изогнутого участка

2. Искривление по круговой кривой Трубопровод по круговой кривой укладывают на участках профиля, обусловливающих необходимость такой укладки. На рис. 4.7 показан такой профиль местности и вписанный в него профиль трубопровода. Как видно, на участках аб, вг, де трубопровод уложен по круговым кривым с радиусами /?,, R2, Яз и т. д. Кривые участки соединяются прямыми вставками. На вогнутых кривых трубопровод обычно не изменяет своего начального положения, а на выпуклых при определенных условиях может переместиться, как это и показано на рисунке пунктиром (кривые аб, де). Причем трубопровод может выйти на поверхность и разрушиться.

Расчетная схема круговой кривой показана на рис. 4.8. При «<90° уравнение круговой кривой можно принять

«/=f sin

что охватывает весь диапазон кривых, встречающихся на практике. При этом основные параметры кривой записываются следующим образом:

/o=i?o(l-cos--), (4.24)

= 2/?о sin,

где обозначения понятны из рис. 4.8.

Труба в пределах кривой опирается на грунт. Сразу после укладки в ней нет продольных усилий, и она удерживается в искривленном состоянии собственной массой, изгибающими

моментами Mq и поперечной силой в сечениях = - . х~

= ~ . Как только трубопровод вступает в эксплуатацию, в нем

появляется продольная сила Р, обусловленная внутренним давлением и температурным перепадом At. Под воздействием продольной силы искривленный участок изменяет свое начальное положение до положения, характеризуемого стрелкой прогиба f. На рис. 4.8 это положение показано пунктиром. Однако такой подъем трубопровода может иметь место только в том случае, если выполняется условие общей устойчивости круговой арки аб. Это условие, как известно из теории устойчивости упругих систем, имеет вид

EI ( 4л2 \

(4.25)

где кр - предельное значение нагрузки qi для данной круговой арки. Если 91>9кр, равномерного «выпора» может не быть, но арка потеряет устойчивость с образованием искривленных форм, как показано на рис. 4.8, что может привести к излому трубы. Можно решить и другую задачу. Имея qu можно найти предельное значение радиуса поворота Ra, по нему fo и Хо по формулам (4.24). Определив наибольшее допустимое значение Ло и соответствующее ему fo, изменение положения искривленного участка можно рассчитать по формуле (4.17), как и в предыдущем случае для упруго искривленной выпучины. Приведем пример расчета.

Трубопровод, из труб D„=122 см имеет искривление в форме выпучины. Требуется обеспечить стабилизацию положения обоих участков. При расчете используем данные примера § 4.3.

Полностью перемещение выпучины можно исключить, если q\ будет равно или больше определенного по формуле (4.22). Выполнив вычисления при Я,о=610 см, fo=244 см и Р„р-Р= = 1,936.107-8,5-106=1,08-107 Н, получим по формуле (4.22) 1 = 656 Н/см.

В действительности по (4.20) при 7ест=0,02 Н/см , = 402 Н/см, что недостаточно для полной стабилизации трубопровода на данном участке. Дополнительная пригрузка должна составлять 254 Н/см. Если для этой цели использовать грунтовую засыпку, то ее высота должна быть не менее 2,5 м над трубой, причем грунт должен быть плотным. Можно обеспечить дополнительную пригрузку грузами или анкерами. В этом случае удерживающая сила грузов или анкеров должна быть ие менее 254 Н/см.

ГЛАВА 5 ОПОЛЗНЕВЫЕ УЧАСТКИ

§ 5.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОПОЛЗНЕЙ

Оползнями называют массив грунта, движущийся по склону или откосу под воздействием силы тяжести. Под склоном понимают наклоненный в одну сторону участок земной поверхности природного происхождения, а под откосом - искусственно созданный участок грунта, ограниченный с одной стороны наклонной к горизонту поверхностью.

На рис. 5.1 показаны различные формы естественных склонов и откос, образованный при строительстве трубопровода в горах. Склон (его можно называть применительно к трубопроводному строительству поперечным уклоном) может быть вогнутым (рис. 5.1, а), выпуклым (рис. 5.1, б), вогнуто-выпуклым (рис. 5.1,б), выпукло-вогнутым (рис. 5.1,г), сложным (рис. ЬЛ,д), плоским (рис. 5.1, е). Плоский откос показан на рис. 5,1, ж.

Одной из основных характеристик склона и откоса является его средняя крутизна, определяемая углом наклона линии к горизонту аср, проведенной через бровку и подошву. Как видно из рис. 5.1, в различных точках склонов а. б, в, г, д крутизна может существенно отличаться от аср. Это наглядно показывает, например, точка k (а принимает значения и больше йср и меньше). Что касается склона д, то в его границах можно выделить несколько малых склонов (/-2, 2-3, 3-4, 4-5) с собственной крутизной ai, аг, Оз, ai.

Оползень может захватывать весь склон или откос. В этом случае можно говорить о неустойчивом состоянии склона в целом. Если же весь склон устойчив, это не значит, что на нем не может произойти оползня; оползни могут иметь местный характер. Так, на рис. 5.1,д показа*н устойчивый в целом склон. Коэффициент запаса устойчивости его ky>l. Однако на участке 3-4 kyl наблюдается очень медленное движение грунта по поверхности скольжения тп. Постепенно эта поверхность будет перемещаться в глубь склона, пока точка т не совпадет с точкой 2. В результате сложный многоступенчатый откос д трансформируется в откос вогнутого типа а. Следовательно, если трубопровод или иное сооружение будет построено на «удобной» террасе 2-3, то в течение какого-то времени оно будет разрушено в результате оползневого процесса. Важнейшей характеристикой склона является показатель его устойчивости, оцениваемый коэффициентом запаса устойчивости.

Оползания грунта не произойдет, если силы, стремящиеся

Рис. .5.1. Возможные формы естественных и искусственных откосов и склонов

сдвинуть массив грунта вниз по склону, меньше сил, удерживающих его в естественном состоянии или состоянии, возникшем после выполнения работ, связанных со строительством трубопровода.

Склон будет устойчивым или оползание грунта будет иметь место, если эти силы уравнялись, а деформации смещения имеют характер установившейся или прогрессирующей ползучести (см. [3] гл. 9).

Оценка устойчивости оползня - наиболее сложная задача, и решение ее требует не только соответствующего подхода, по и выполнения комплекса изысканий и исследований в натурных условиях.

При изысканпи трассы трубопровода необходимо прежде всего определить явные оползневые участки. Это не означает, что их можно обнаружить без применения специальных методов. Наиболее эффективный метод - аэрофотосъемка. Она позволяет четко определить границы оползней не только действующих, но и оползней, действовавших многие десятилетия и даже столетия назад. Оползень четко очерчивается на аэрофотоснимке линией отрыва подвижного массива грунта от неподвижного. В результате съемки местности вдоль выбранной