Расчет на прочность защитного футляра.

Глава 3. Переход газопровода-отвода под автодорогой Москва-Крым.

Сооружение переходов.

Переходы трубопроводов через дороги следует проектировать с учетом обеспечения полной безопасности движения транспорта в период проведения работ по прокладке газопровода и его эксплуатации, надежности газопровода при действии статических и динамических нагрузок.

Устройство кожухов переходов под авто­мобильными дорогами следует проектировать бестраншейным или открытым способом в зависимости от интенсивности движения транспорта, категорий автомобильных дорог, геологических, гидрогеологических и других местных условии. Открытый способ проведения работ может быть применен при про­кладке кожухов на глубине не более 4 м.

Бестраншейным способ называют потому, что при прокладке как кожуха, так и трубопровода не устраивают открытой траншеи. Этот способ исключает повреждение полотна дороги.

Горизонтальное бурение следует применять в грунтах I—IV категорий, за исключением плывунов и водонасыщенных песков и супесей при укладке кожухов диаметром от 325 до 1720 мм с длиной горизонтальной скважины до 40—60 м в зависимости от марки установки горизонтального бурения. Прокол рекомендуется для кожухов диаметром до 426 мм в грунтах I— III категории, а также в глинистых грунтах IV категории, не имеющих твер­дых включений. Способом продавливания с ручной разработкой грунта в трубе можно прокладывать трубы диаметром 820—1720 мм в любых грунтах, за исключением скальных. Щитовой способ проходки предпочтителен при длине перехода более 60 м и при необходимости устройства кожуха диаметром более 1720 мм в любых грунтах, кроме скальных. Для устройства переходов длиной до 150 м целесообразно применение немеханизированных щитов, а длиной более 150 м — механизированных.

Глубина заложения газопровода на переходах через автомобильные дороги принимается не менее 1,4 м от верха кожуха до верха покрытия дороги.

На одном конце защитного кожуха предусматривается установка вытяжной свечи диаметром 150 мм на расстояние не менее 25 м от подошвы насыпи автодороги и 10 м от конца кожуха на переходе через железную дорогу. Высота свечи от уровня земли должна быть не менее 5 м. Вытяжные свечи устанавливаются на бетонные фундаменты. Глубина заложения фундамента 1,9 м.

Переход под автомобильной дорогой состоит из защитного кожуха, рабочего трубопровода, опор и сальников, имеет отводную трубу и вытяжную свечу.

Рабочий трубопровод размещается в кожухе на опорах. В качестве опор применяют деревянные сосновые бруски сечением 40 х 40 мм и длиной 4,0 м. Бруски располагаются в нижней части рабочего трубопровода попарно с просветом между парами 90 мм по всей длине трубопровода, размещенного в кожухе. К рабочему трубопроводу бруски крепятся хомутами из стальной проволоки диаметром 7 мм.

Для предохранения полости кожуха от проникновения влаги, а также для обеспечения некоторой подвижности рабочего трубопровода относительно кожуха при его температурном расширении применяют сальники. Сальники монтируют на концах кожуха. Для того чтобы в межтрубном пространстве не поднималось давление в случае утечки газа, на одном из концов кожуха следует вваривать в стенку трубу, которая выводится на поверхность земли на высоту h_вс 5 м.

В таблице 3.1.1. приведены рекомендуемые данные по проходке траншеи, а в таблице 3.1.2 - толщины стенок труб защитных кожухов. На участках подземных переходов магистральных газопроводов через авто­мобильные дороги концы защитных кожухов должны иметь уплотнение (сальники) обеспечивающее герметичность межтрубного пространства. Как правило, такие сальники выполняются из пеньковой набивки, пропитанной битумом, и обертки из четырех-пяти слоев бризола. На одном из концов защитного кожуха или тоннеля следует проектировать вытяжную свечу, выходной патрубок которой должен быть па расстоянии (по нормали)неменее 25 м от подошвы земляного полотна автомобильных дорог.

Таблица3.1.1 - Диаметр защитного кожуха,мм, в зависимости от диаметра трубопровода при различных способах ведения работ

Диаметр трубопровода, мм

Прокол

Продавливание с ручной разработкой грунта

Горизонтальное бурение станками

Щитовая проходка (диаметр тоннеля в свету)

Открытый способ проходки с установкой рельсовых пакетов.

УГБ-2

УГБ-4

УГБ-5

ГБ-1421

ГБ-1621

Длина бестраншейной прокладки, м

- - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - -

- - - - - - - -

- - - - - - - -

- - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - -

Примечание. При щитовой проходке и открытом способе производства работ длина кожуха не ограничена.

Таблица 3.1.2 - Толщина стенки трубы кожуха, мм, в зависимости от способа укладки

Наружный диаметр защитного кожуха	Способ укладки
	бестраншейный	открытый
	В глинистых грунтах	В песчаных грунтах
			10 (6) 11 (6) 12 (4,4) 14 (3,9) 16 (3,5) 18 (3,5)

 

Прокладка кожуха под дорогой может быть выполнена различными методами: прокладыванием, продавливанием и горизонтальным бурением. В настоящее время основным является способ горизонтального бурения, наиболее эффективный при прокладке кожуха большого диаметра.

Способ горизонтального буренияпозволяет прокладывать кожух сразу на полную длину (рисунок 3.1).

В створе перехода отрывают рабочий котлован 2, в котором размещают прокладываемый кожух 9. Кожух укладывают на ролики 5 точно по оси перехода, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоско­стях. Рабочий котлован имеет форму траншеи, длина которой на 10м больше длины кожуха, а ширина понизу на 1 м больше диаметра кожуха и поверху на 1,5 м больше ширины силовой установки 6, закрепленной на трубе-кожухе и перемещающейся вместе с ним по мере его внедрения в грунт. Внутрь кожуха помещают буровой инструмент 1 и шнековый транспортер 7. Буровой инструмент режет грунт впереди трубы, при этом сква­жина получается несколько больше, чем диаметр кожуха. Грунт, поступающий в кожух, перемещается по кожуху шнековым транспортером 7, который одновременно приводит во вращение и режущую головку бурового инструмента 1. Сам транспортер вращается силовой установкой 6. Установка 6 крепится к трубе с помощью сцепного устройства и удерживается в необходимом положении трубоукладчиком 5. Подача кожуха вперед осуществляется с помощью лебедки, совмещенной с силовой установкой, усилие от которой передается через тросы 4 на опору 3. Опора представляет собой одну две трубы диаметром 400 - 500 мм, помещенных в специально отрытую траншею длиной до 10 м. Разрабатываемый грунт 10 из трубы высыпается в рабочий котлован.

Рисунок 3.1 - Схема горизонтального бурения.

1 – буровой инструмент; 2 – рабочий котлован; 3 – опора; 4 – тросы; 5 – трубоукладчик; 6 – силовая установка;

7 – шнековый транспортер; 8 - ролики;9– кожух; 10 – разрабатываемый грунт.

После укладки кожуха в него протас­кивают заранее подготовленный рабочий трубопровод. Подготовка включает проверку качества всех сварных стыков методами физического контроля, гидравлическое испытание, изоляцию и футеровку. На трубопроводе закрепляют роликовые или иные предусмотрен­ные проектом опарные устройства. Эти устройства облегчают процесс протаскивания трубопровода в кожух и фиксируют его положение таким образом, чтобы исключался электрический контакт между кожухом и трубопроводом.

После протаскивания устанавливают сальники, вытяжные свечи, пол­ностью восстанавливают начальное состояние придорожных сооружений, ландшафт местности. На последнее должно обращаться особое внимание, так как не восстановленный рельеф начинает интенсивно деформироваться под влиянием дождей, ветра и других климатических факторов.

 

Расчет на прочность защитного футляра.

Проектом предусматривается строительство перехода газопровода диаметром 273х4,5 мм под автомобильной дорогой Москва - Крым в футляре диаметром 426х8 мм протяженностью 50 м. Прокладка газопровода будет осуществляться методом горизонтального бурения с использованием установки УГБ – 4.

Рисунок 3.2 - Схема к расчету футляра на прочность

 

- высота грунта в пределах естественного свода обрушения, действующая на футляр;

В – ширина пролета естественного свода обрушения;

- угол внутреннего трения грунта;

N – поперечное усилие;

М – изгибающий момент;

На кожухе действуют внешние нагрузки:

- вертикальное давление грунта;

- боковое давление грунта;

- давление веса подвижного транспорта.

1)Расчетная вертикальная нагрузка:

(3.2.1)

где n_гр – коэффициент перегрузки, n_гр = 1,2[9];

- объемный вес грунта в естественном состоянии, = 1800 кгс/м³ [9];

- высота грунта в пределах естественного свода обрушения, действующая на футляр:

(3.2.2)

где - коэффициент крепости породы, = 1 [9];

В – ширина пролета естественного свода обрушения:

(3.2.3)

где D_ф – наружный диаметр футляра, выбирается в зависимости от диаметра газопровода при горизонтальном бурении, D_ф = 426х8 мм [9]

- угол внутреннего трения грунта, = 40°;

 

 

2)Расчетное боковое давление:

(3.2.4)

3)Нагрузка от подвижного транспорта:

(3.2.5)

где - вес подвижного транспорта на единицу площади, = 4,18 кгс/см² =41800 кгс/м² [9];

А – коэффициент, зависящий от глубины заложения в грунт защитного футляра. При глубине заложения футляра на 2 м А = 0,4 [9];

- коэффициент перегрузки, = 1,2 [9];

4)Толщина стенки футляра:

(3.2.6)

где N – поперечное усилие, кгс/м:

(3.2.7)

R_ф – радиус футляра, R_ф = 0,205 м

М – изгибающий момент, кгс:

(3.2.8)

С – коэффициент, учитывающий всестороннее сжатие футляра, С = 0,25

R₂ – расчетное сопротивление материала, кгс/м²:

(3.2.9)

(3.2.10)

Для изготовления футляра выберем сталь марки 14ХГС:

[3];

m – коэффициент условий работы, зависящий от категории трубопровода, m = 0,75 [3];

k₂ – коэффициент безопасности по материалу, зависящий от характеристики трубы и марки стали, k₂ = 1,1 [9];

k_н – коэффициент надежности, зависящий от диаметра трубопровода, рабочего давления и вида перекачиваемого продукта; k_н = 1 [9];

Т.к. минимальная толщина стенки футляра и < , окончательно принимаем = 8 мм