Расчет подводного перехода магистрального трубопровода

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Горизонтальная трассировка подводного перехода

Створ подводного перехода выбирается исходя из следующих условий:

- располагается на прямолинейном (слабоизогнутом) плесовом участке;

- на этом участке не должно быть четко выраженных русловых процессов;

- нельзя располагать подводный переход ниже крупного притока;

- учитывается состояние берегового склона: должны быть пологая площадка и плавный рельеф;

- грунтовые условия;

- объем работ должен быть минимальным;

- обеспечение экологической безопасности подводного перехода: нежелательно наличие выше по течению населенных пунктов, водозаборов, мест массового обитания, нереста, зимовки рыб.

Требования к створу:

- обязательно прямолинеен;

- пересекает водную преграду под углом, близким к прямому;

- подводный переход ограничен запорной арматурой, устанавливаемой на отметке выше максимального уровня половодья на 3 метра.

Категория подводного перехода определяется по СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы». В данном проекте категория I, так как диаметр трубопровода 676 мм, судоходная река, длина по зеркалу 1040 м.

2. Вертикальная трассировка подводного перехода

Построение продольного совмещенного (неразмываемого) профиля трассы подводного перехода.

После определения места расположения подводного перехода переходят к построению его продольного профиля по оси траншей. Она выполняется по отметкам горизонталей и изобат упомянутого выше плана. При этом изобатам придают отметки путем вычитания из отметки заданного проектного уровня воды соответствующей глубины по трассе подводного перехода. За постоянное начало ("0") при составлении продольного профиля принимается точка на плане по осевой линии перехода, расположенная на левом берегу с отметкой, выше отметки максимального уровня половодья (2% обеспеченности) на3,0 м. Построенный таким образом профиль является исходным и условно считается неразмываемым.

Построение проектного профиля подводного перехода.

Проектный профиль назначается исходя из следующих условий:

- профиль должен быть как можно ближе повторять естественный, при этом количество углов поворота трассы должно составлять от 3 до 8;

- глубина заложения трубопровода должна быть не менее:

Dгр+С,

где Dгр - диаметр полностью оснащенного трубопровода с учетом балансировочных грузов (в этом случае диаметр полностью оснащенного трубопровода принимается приблизительно равным 900мм, а толщина стенки груза УТК-820-24 равной 180 мм); С - слой пригрузки грунта (=1 м).

hз= Dгр+С= 676 +1= 1,7 м.

Далее приступают к построению проектного профиля, т.е. к определению проектных (красных), отметок по продольному профилю дна подводной траншеи, на который укладывается снаряженный трубопровод с наружным условным диаметром D (труба, покрытая антикоррозийной изоляцией, футеровкой и балластным утяжелителем).

Угол поворота б трубопровода в8 точках (характерных переломах трассы):

б1 = 10°; б2 = 18°; б3 = 40°; б4 = 31°;

б5 = 45°; б6 = 43°; б7 = 31°; б8 = 54°.

3. Подсчет объема земляных работ

Грунт основания по трассе подводного перехода представляет собой:

1. Песок пылеватый и мелкий.

2. Супесь.

3. Глина.

Бульдозером разрабатываем грунт, находящийся выше верхней точки капиллярного поднятия воды (высота капиллярного поднятия для несвязных грунтов равна 0,5 м).

Экскаватором разрабатывается грунт на 1,5 ниже верхней точки капиллярного поднятия.

Ниже глубины разработки экскаватором применяются средства гидромеханизации.

Точки для построения поперечных профилей (Приложение 3) назначаются согласно этим условиям:

- все точки перелома трассы трубопровода;

- границы зон разработки грунта разными механизмами;

- точки перелома рельефа;

- общее количество точек должно быть не менее 15-20.

Определение ширины траншеи по дну

Для удобства подсчёта объёма земляных работ в таблице 2 используем схему, представленную ниже (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема поперечного профиля траншеи к расчёту объёмов земляных работ

Поперечный профиль трассы имеет вид трапеции.

Длина подводной части трубопровода находится между урезами воды при уровне 95% обеспеченности, остальная часть трассы находится на суше.

Ширина траншеи по дну (В, м) определяется по формуле:

где n - количество укладываемых в траншею нитей (труб); a и в - соответственно расстояния (м) между трубами в свету и между трубой и подошвой откоса, принимаемые в зависимости от D по справочнику: a=1,5 м, b=1 м.

Определяем ширину траншеи по дну ниже 95% обеспеченности:

где Дbз - запас на заносимость траншеи, Дbз=0; Дbт - запас на отклонение оси трубопровода, при его укладке; При длине перехода более 1 км, запас принимают,

где Lр - длина русловой части подводного перехода; Дbр - запас на отклонение ширины выемки при ее разработке механизмами. Принимаем Дbр=1,5 м.

Ширину траншеи поверху (А, м) (рисунок 1),можно найти по выражению:

А = Вт + 2mh, м,

где m - коэффициент заложения откоса, который зависит от характеристики и места расположения разрабатываемого грунта (в воде или вне ее) и высоты траншеиh, м (Таблица 1).

Таблица 1 - Коэффициент заложения откосов береговых выемок

Подсчет объемов земляных работ по траншее подводного перехода

Расчет выполняется без учета заносимости траншеи, в табличной форме (таблица 2).

Таблица 2 - Подсчет объемов земляных работ

Объем работ всего:

Бульдозер - 4624,25 м3

Экскаватор - 6020,65 м3

Землесос - 12416,24 м3

Определяем группу грунта при разработке землесосом:

- супесь - III;

Принимаем Траншейный земснаряд ТЗР - 151 с технической производительностью 140 м3/ч.

Расчетное время производства работ:

Т=Vг/Q, ч,

где Vг - объем земляных работ землесосом, м3; Q - производительность землесоса по грунту (21% от технической), м3/ч.

T= 12416,24 / 29,4 = 422,32 ч

Количество рабочих смен:

n=T/8,0

n= 422,32 /8,0= 53смены

Количество рабочих дней:

26 дней в 2 смены, 1 день в 1 смену.

4. Расчет трубопровода на прочность

Расчетные сопротивления материала:

где - нормативное сопротивление растяжению материала труб и сварных соединений из условий работы на разрыв; принимается равным временному сопротивлению на разрыв; m - коэффициент условий работы трубопровода (0,75 для I категории); К1 - коэффициент надежности по материалу (1,4); Кн - коэффициент надежности по назначению трубопровода (1,0):

где - нормативное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу материала труб и сварных соединений из условий достижения предела текучести; m - коэффициент условий работы трубопровода (0,75 для I категории); К2 - коэффициент надежности по материалу (1,1); Кн - коэффициент надежности по назначению трубопровода (1,0), Рабочее давление в трубопроводе - 6,5 МПа.

Определение толщины стенки трубопровода

Толщина стенки определяется по наибольшему значению из 2 вариантов.

а) По внутреннему давлению, без учета продольных осевых сжимающих усилий:

где n - коэффициент надежности по нагрузке (1,1);

Pисп - испытательное давление в трубопроводе (120% рабочего давления)

б) Из условия недопустимости пластических деформаций при испытании трубопровода и его эксплуатации:

где дГОСТ -толщина стенки по ГОСТ Р 52079-2003.

Принимаем толщину стенки равной 10 мм.

Напряжения в стенках трубопровода

Напряжения в стенках трубопровода делятся на:

а) кольцевые - возникают от:

- внутреннего давления

где n - коэффициент надежности по нагрузке (1,1);

Р - давление в трубопроводе, МПа;

Dвн - внутренний диаметр трубопровода:

д - толщина стенки, мм.

- гидростатического давления:

где hв - максимальная глубина воды, (17,5 м); св - плотность воды (1000 кг/м3).

б) продольные осевые - возникают от:

- внутреннего давления в незащемлённом трубопроводе:

, МПа

- внутреннего давления в защемленном трубопроводе:

, МПа,

подводный трубопровод траншея

где м - коэффициент поперечной деформации Пуассона в стадии упругой работы металла

- изменения температуры в защемленном трубопроводе:

, МПа,

где б - коэффициент линейного расширения металла труб(0,000012 град-1); Е - модуль упругости Пуассона (206000 МПа); Дt - разность температур металла труб при их укладке и эксплуатации, Дt=10+0,2·№варианта=11,6°С

- напряжения на упругих искривленных участках

, МПа,

где Rmin - минимально допустимый радиус кривой упругого изгиба (426 м).

Расчет ведется для 2 случаев:

1. Трубопровод на берегу на спусковой дорожке, уложенный по кривым упругого изгиба и находится под испытательным давлением;

2. Трубопровод уложен на дно траншеи по кривой упругого изгиба, засыпан грунтом, находится под рабочим давлением.

1 случай:

2 случай:

Проверка прочности трубопровода.

Проверка недопустимости пластических деформаций:

,

где - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб (принимается равным 1,0).

Проверка на прочность:

где m - коэффициент условий работы трубопровода; Кн - коэффициент надежности по назначению трубопровода; - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла (принимается равным 1,0).

Список литературы

1. Конспект лекций по дисциплине «Подводно-технические работы».

2. СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы».

3. ГОСТ Р 52079-2003 «Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Технические условия».

Размещено на Allbest.ru