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

Обозначив полную длину уклона /, произвольные постоянные Ci и Сг найдем, используя граничные условия д;==0, ы = 0; х=1, ы=0.

Подставив постоянные в (5.29), получим уравнение перемещений

Tsin р/ (1 - cos f>x) - cos рх (1 - cos рг) 1

sin p/

Усилия в любом сечении найдем, полагая du Р

dx EF Отсюда

P = EFu

sin -

cos P;c(l - cosPO

sin p/j

(5.31)

Взяв производную от (5.30), видим, что деформация трубопровода равна нулю при х=0,51. Верхняя половпна трубопровода растянута, а нижняя - сжата.

3. Давление грунта.

При движении грунта поперек оползня давление q зависит от скорости обтекания труб грунтом vo. При медленном движении грунта

где Т1д -динамическая вязкость грунта; Re=!5 -число

Рейнольдса (v - кинематическая вязкость).

Между V и Т1д существует связь, определяемая зависимостью

(5.33)

где Уест - объемная сила тяжести грунта, обтекающего трубопровод.

Если движение грунта имеет характер быстрого обрущения, то q = const и определяется по формуле

(5.34)

где Лср -глубина грунта до оси трубы (рис. 5.11); а -коэффициент, равный 0,7.

При движении грунта вдоль трубопровода при значительных подвижках грунта между ним и поверхностью труб устанавливаются предельные касательные напряжения Тпр, величина которых зависит от физико-механических характеристик грунта и угла наклона а (см. рис. 5.10):

•пр = У<хАр sin а tg ф + с, (5.35)

где ф - угол внутреннего трения грунта; с - сцепление грунта с поверхностью труб.

При а<апр продольное давление определяется зависимостью (2.2), в которой коэффициенты постели грунта на сдвиг можно принимать по рекомендациям § 2.7.

§ 5.3. РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ В ОПОЛЗНЕ

Рис. 5.11. Схема к расчету быстрого обрушения грунта

Исследуем условия работы двух трубопроводов в оползневых массивах, движущихся перпендикулярно к продольным осям труб. Характеристики труб приведены в табл. 5.1.

Характеристики оползневых участков: щирина оползня /=100, 125, 150, 175, 200, 225 и 250 м; глубина оползня Я = = 800 см; глубина заложения труб г/ = 220 см; угол наклона оползня а=26° = 0,4538 рад.

Характеристики грунтов для обоих трубопроводов: уест== = 0,019 Н/смЗ; ф=14°=0,2443 рад; с=1,5 Н/см; ko = 5 Н/см; ku = 2 Н/смЗ; v = 2,06-103 cmVc; ti„=4-108 H-c/cm; тпр=1 Н/см.

Определяем вспомогательные характеристики для трубы Z3ii=102 см: cjippocTb движения оползня по формуле (5.5)

у = 8,35-10- см/с, или 26,4 см/год: число Re= = 4,134 -10-«;

давление грунта на трубу по формуле (5.32)

= 99,87 Н/см; по формуле (5.12) находим ао=1,81Х

ХЮ-з см-; по формуле = \/ находим р=2,627-10-"

см; по формуле (2.10) Poi пр= 1,22-10» Н.

Определяем эти же характеристики для трубы £)„=142 см: у = 8,35-10- см/с = 26,4 см/год; Re = 5,766- 10-»; =100,85 Н/см; ао = 1,54-10-3 см-; р = 2-622-10- см-; Poi пр= 1,7 • 10» Н.

Таблица 5.1

Характеристики труб

Основные параметры трубопровода Dh = 102 см в оползне

Таблица 5.2

75 100

125 150 175 200 225 250

Рассчитываем далее основные параметры трубопровода в момент, когда движение его вместе с оползнем прекращается и происходит обтекание грунтом неподвижного трубопровода (состояние «зависания»). Расчеты выполнены на ЭВМ, а результаты приведены в табл. 5.2 и 5.3. Как видно из этих таблиц, перемещения труб (если бы они не разрушались) с оползнем могут достигнуть 7,62 м. Определение напряжений по формуле Р М

о =-у-f--показывает, что напряжения в стенке труб достигают очень больших значений в опорных сечениях х = 0 и х=1. Так, трубопроводы под воздействием оползня не разрупттся: диаметром Dh=102 см при /100 м, а D„=I42 см при /:125м; могут не разрушаться трубы диаметром £)„=102 см при 100< </:125 м и £)„=142 см при 125</:175 м. Интересно отметить, что в середине оползня трубы испытывают наименьшие

Т а б л и ц"а 5.3

Основные параметры трубопровода Dh = 142 см в оползне

напряжения. Это обстоятельство позволяет объяснить причину преимущественного разрушения труб именно в краевых зонах оползней. Некоторое увеличение толщины стенки труб позволяет повысить допустимую ширину оползня, так как при этом возрастают F, W и I и соответственно снижаются напряжения в стенке труб. Время наступления состояния «зависания» трубопровода в оползне определяется по формуле

f - факт V

Для рассмотренных примеров время / приведено в табл. 5.2 и 5.3 (у = 26,4 см/год). Как видно из табл. 5.2, трубы в зависимости от / будут приходить в состояние «зависания» от 7 до 28,8 лет при Д,= 102 см и от 7,43 до 24,1 лет при Д,= 142 см (табл. 5.3). Первых безопасных лет движения оползня вполне достаточно для того, чтобы тщательно обследовать его и принять необходимые меры для зан1иты трубопровода.

§ 5.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТРУБОПРОВОДА В ОПОЛЗНЕ

Прокладка трубопровода в оползне всегда нежелательна, ибо содержит, как было показано в предыдущем параграфе, возможную опасность его разрушения.

Но если все же трубопровод проложен в оползне, то в период строительства или в процессе эксплуатации необходимо принять меры, обеспечивающие его прочность.

Организация службы наблюдения. В период эксплуатации трубопровода все выявленные оползни должны находиться под визуальным наблюдением, а кроме того, должны проводиться инструментальные замеры.

Визуальные наблюдения заключаются в осмотрах и своевременном обнаружении видимых изменений в состоянии оползня. Однако при визуальном наблюдении не могут быть обнаружены медленно происходящие подвижки оползня. Поэтому необходимы инструментальные замеры с привязкой результатов измерений к неподвижным реперам. Точность измерений должна обеспечивать улавливание подвижек поверхностных точек грунта в пределах 1-2 см в месяц. При это.м должно определяться и направление движения оползня, что позволяет построить векторы скоростей движения в каждой из замерных точек (см. рис. 5.3). Кроме визуальных наблюдений и инструментальных замеров следует регулярно проводить аэрофотосъемки зоны оползня, позволяющие установить изменение в состоянии оползня. Необходимо также измерять перемещение самого трубопровода- в середине оползня (см. рис. 5.3, точка б) и по краям (точки айв). Эти данные необходимы для расчета напряженного состояния трубопровода. Такой расчет выполняется

Рис. 5.12. Защитные мероприятия по обеспечению работоспособности трубопровода в оползне

С целью своевременного определения момента возможного его разрушения.

Срочные мероприятия. Одним из наиболее эффективных мероприятий является снятие грунтового давления с трубопровода устройством траншеи шириной 5-6 м на глубину заложения труб (рис. 5.12).

При этом трубопровод подтягивается к своему первоначальному положению (рис. 5.12, а, б) и напряжения в нем уменьшаются практически до начальных.

Другой метод заключается в выносе трубопровода на поверхность оползня, предварительно выровняв основание для него. Этот метод позволяет сохранить работоспособность трубопровода даже при больших (до 10-20 м) подвижках грунта (рис. 5.12,в). Грунт проскальзывает под трубопроводом, не причиняя ему вреда. На рис. 5.13 показан участок газопровода, подвергшийся воздействию поперечного оползня. К моменту возникновения опасного для работы трубопровода состояния оползень продвинулся вниз вместе с трубопроводом на несколько метров. Пришлось отключить участок и проложить обходной трубопровод, разместив его вне оползня.

Капитальные мероприятия. После принятия срочных мер необходимо выполнить следующие капитальные мероприятия:

Рис. 5.13. Участок трубопровода, подвергшийся воздействию поперечного оползня

определить очертание поверхности скольжения или глубину оползня до коренных устойчивых пород. Глубину устойчивых пород определяют но результатам бурения нескольких скважин. При отборе проб грунта определяют физико-механические характеристики: ф. Уест и с (угол внутреннего трения, объемная сила тяжести и сцепление). Устанавливают зависимость с и ф от влажности грунта;

найти средний коэффициент устойчивости оползня в момент выполнения полевых исследований;

определить напряженное состояние трубопровода в оползне н предельно допустимую стрелку прогиба по условию прочности труб;

установить вероятное время / наступления опасного состояния для труб;

разработать проект закрепления оползня.

Вероятное время активизации стабилизировавшегося, т. е. временно прекратившего движения оползня, можно установить следующим образом.

Сначала определяют средний годовой коэффициент устойчивости оползня в начальное время Аср.нач- Далее определяют среднюю скорость необратимых изменений коэффициента устойчивости склона Дср.нач в начальный момент времени и делают прогноз Дср. I на расчетный период t, затем определяют сред-