Способи та технології цементування свердловин: як приготувати та залити тампонажний розчин. Санація навивкою із забутовкою Напруги в тришарових трубах при сприйнятті цементним каменем тангенціальних зусиль, що розтягують.

480 руб. | 150 грн. | 7,5 дол. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC", BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Дисертація - 480 руб., доставка 10 хвилин, цілодобово, без вихідних та свят

240 руб. | 75 грн. | 3,75 дол. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC", BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 години, з 10-19 (Московський час), крім неділі

Борцов Олександр Костянтинович. Технологія будівництва та методи розрахунку напруженого стану підводних трубопроводів "труба в трубі" : іл РГБ ОД 61:85-5/1785

Вступ

1. Конструкція підводного трубопроводу "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем 7

1.1. Двотрубні конструкції трубопроводів 7

1.2. Техніко-економічна оцінка підводного переходу трубопроводу "труба в трубу" 17

1.3. Аналіз виконаних робіт та постановка завдань досліджень 22

2. Технологія цементування міжтрубного простору трубопроводів "труба в трубі" 25

2.1. Матеріали для цементування міжтрубного простору 25

2.2. Вибір рецептури цементного розчину 26

2.3. Устаткування для цементування 29

2.4. Заповнення міжтрубного простору 30

2.5. Розрахунок цементування 32

2.6. Експериментальна перевірка технології цементування 36

2.6.1. монтаж та випробування двотрубної коні трущої 36

2.6.2. Цементування міжтрубного простору 40

2.6.3. Випробування трубопроводу на міцність 45

3. Напружено-деформований стан тришарових труб при дії внутрішнього тиску 50

3.1. Міцні та деформаційні властивості цементного каменю 50

3.2. Напруги в тришарових трубах при сприйнятті цементним каменем тангенціальних зусиль, що розтягують 51

4. Експериментальні дослідження напружено-деформованого стану тришарових труб 66

4.1. Методика проведення експериментальних досліджень 66

4.2. Технологія виготовлення моделей 68

4.3. Стенд для проведення випробувань 71

4.4. Методика вимірювання деформацій та проведення випробувань 75

4.5. Вплив надлишкового тиску цементування мек-трубного простору на перерозподіл напруг 79

4.6. Перевірка адекватності теоретичних залежностей 85

4.6.1. Методика планування експерименту 85

4.6.2. Статистична обробка результатів випробувань! . 87

4.7. Випробування натурних тришарових труб 93

5. Теоретичні та експериментальні дослідженнязгинальної жорсткості трубопроводів "труба в трубі" 100

5.1. Розрахунок згинальної жорсткості трубопроводів 100

5.2. Експериментальні дослідження згинальної жорсткості 108

Висновки 113

Загальні висновки 114

Література 116

Додатки 126

Введення в роботу

Відповідно до рішень ХХУІ з'їзду КПРС у поточній п'ятирічці підвищеними темпами розвиваються нафтовидобувна та газова галузі промисловості, особливо в районах Західного Сибіру, у Казахській РСР та на півночі європейської частини країни.

До кінця п'ятирічки видобуток нафти і газу становитиме відповідно 620-645 млн.тонн і 600-640 млрд.куб. метрів.

Для їхнього транспортування необхідно здійснити спорудження потужних магістральних трубопроводівз високим ступенем автоматизації та експлуатаційної надійності.

Однією з головних завдань у ХП п'ятирічці буде подальше прискорене облаштування нафтових і газових родовищ, спорудження нових і нарощування потужностей газонафто-транспортних систем, що діють, з районів Західного Сибіру до основних місць споживання нафти і газу - в Центральні та Західні райони країни. Трубопроводи значної протяжності на своєму шляху перетинатимуть велику кількість різних водних перешкод. Переходи через водні перепони є найбільш складними та відповідальними ділянками лінійної частини магістральних трубопроводів, від яких залежить надійність їхньої роботи. При відмові підводних переходів наноситься величезний матеріальний збиток, який визначається як сума шкоди споживача, транспортного підприємства та від забруднення навколишнього середовища.

Ремонт та відновлення підводних переходів є складним завданням, що потребує значних сил та засобів. Іноді витрати на ремонт переходу перевищують витрати на будівництво.

Тому забезпеченню високої надійності переходів приділяється велика увага. Вони повинні працювати без відмов та ремонтів протягом усього розрахункового терміну роботи трубопроводів.

Б час підвищення надійності переходи магістральних трубопроводів через водні перешкоди споруджують у двухни-точном виконанні, тобто. паралельно основний нитці з відривом до 50 м від неї прокладають додаткову - резервну. Таке резервування вимагає подвоєних капіталовкладень, але, як показує досвід експлуатації, не завжди забезпечує необхідну експлуатаційну надійність.

Останнім часом розроблені нові конструктивні схеми, що забезпечують підвищену надійність та міцність однониткових переходів.

Одним із таких рішень є конструкція підводного переходу трубопроводу "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем. У СРСР вже споруджено низку переходів по конструктивної схеми"труба у трубі". Успішний досвід проектування та будівництва таких переходів свідчить про те, що теоретичні, що тліються. Конструктивні рішенняза технологією монтажу та укладання, контролю якості зварних з'єднань, випробування двотрубних трубопроводів є досить розробленими. Але, оскільки міжтрубний простір побудованих переходів було заповнено рідиною або газом, то питання, пов'язані з особливостями будівництва підводних переходів трубопроводів "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем, по суті є новими та маловивченими.

Тому метою цієї роботи є наукове обґрунтування та розробка технології будівництва підводних трубопроводів "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем.

Для здійснення цієї мети було виконано велику програму

теоретичних та експериментальних досліджень. Показано можливість використання для заповнення міжтрубного простору під-

водних трубопроводів "труба в трубі" матеріалів, обладнання та технологічних прийомів, що застосовуються під час цементування свердловин. Побудовано експериментальну ділянку трубопроводу такого типу. Виведено формули для розрахунку напруги у тришарових трубах при дії внутрішнього тиску. Проведено експериментальні дослідження напружено-деформованого стану тришарових труб для магістральних трубопроводів. Виведено формулу для розрахунку згинальної жорсткості тришарових труб. Експериментально визначено згинальну жорсткість трубопроводу "труба в трубі".

На підставі виконаних досліджень розроблено "Тимчасову інструкцію з проектування та технології будівництва дослідно-промислових підводних переходів газопроводів на тиск 10 і більше МПа типу "труба в трубі" з цементуванням міжтрубного простору" та "Інструкція з проектування та будівництва морських підводних трубопроводів за конструктивною схемою" труба в трубі "з цементуванням міжтрубного простору", затверджені Мінгазпромом у 1982 р. та 1984 р.

Результати дисертації практично використані при проектуванні підводного переходу газопроводу Уренгой – Ужгород через р «Права Хетта, проектуванні та будівництві ділянок нафто-продуктопроводів Дрогобич – Стрий та Кременчук – Лубни – Київ, ділянок морських трубопроводів Стрілка 5 – Берег та Голіцине –Берег.

Автор дякує начальнику Московської станції підземного зберігання газу виробничого об'єднання "Мострансгаз" О.М, Корабельникову, завідувачу лабораторії міцності газопровідних трубВНІІГАЗу, канд. техн. наук Н.І. Аненкова, начальника загону кріплення свердловин Підмосковної експедиції глибокого буріння О.Г. Дрогаліна за допомогу в організації та проведенні експериментальних досліджень.

Техніко-економічна оцінка підводного переходу трубопроводу "труба в трубу"

Переходи трубопроводу "труба в трубі" Переходи магістральних трубопроводів через водні перешкоди відносяться до найбільш відповідальних та складних ділянок траси. Відмовлення таких переходів можуть викликати різке зниження продуктивності або повну зупинку перекачування продукту, що транспортується. Ремонт та відновлення підводних трубопроводів є складними та дорогими. Часто витрати на ремонт переходу можна порівняти з витратами на будівництво нового переходу.

Підводні переходи магістральних трубопроводів згідно з вимогами СНиП 11-45-75 [70] прокладають у дві нитки на відстані не менше 50 м одна від одної. За такого резервування збільшується ймовірність безвідмовної роботи переходу як транспортної системи загалом. Витрати будівництво резервної нитки, зазвичай, відповідають витратам будівництво основний і навіть перевищують їх. Тому вважатимуться, що підвищення надійності з допомогою резервування вимагає подвоєння капіталовкладень. Тим часом досвід експлуатації показує, що такий спосіб збільшення експлуатаційної надійності не завжди дає позитивні результати.

Результати вивчення деформацій руслових процесів показали, що зони деформацій русел значно перевищують відстані між нитками переходів, що прокладаються. Тому розмив основної та резервної ниток відбувається практично одночасно. Отже, підвищення надійності підводних переходів повинно вестися в напрямку ретельного обліку гідрології водойми та розробки конструкцій переходів, що володіють підвищеною надійністю, в якій за.відмову підводного переходу приймали подію, що призводить до порушення герметичності трубопроводу. При аналізі розглядали наступні конструктивні рішення: двониткова однотрубна конструкція - нитки трубопроводів прокладені паралельно на відстані 20-50 м одна від одної; підводний трубопровід із суцільним бетонним покриттям; конструкція трубопроводу "труба в трубі" без заповнення міжтрубного простору та із заповненням цементним каменем; перехід, що споруджується методом похилого буріння.

Із графіків, наведених на рис. 1.10 слід, що найбільша очікувана ймовірність безвідмовної роботи у підводного переходу трубопроводу "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем, за винятком переходу, побудованого методом похилого буріння.

В даний час проводяться експериментальні дослідження цього методу та розробка його основних технологічних рішень. У зв'язку зі складністю створення бурових установок для похилого буріння, важко очікувати найближчим часом широкого впровадження в практику трубопровідного будівництва цього способу. Крім того, даний методможе застосовуватися під час будівництва переходів лише невеликий протяжності.

Для спорудження переходів за конструктивною схемою "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем, не потрібно розробки нових машин та механізмів. При монтажі та укладання двотрубних трубопроводів застосовуються такі ж машини і механізми, як і при будівництві однотрубних, а для приготування цементного розчину та заповнення шл міжтрубного простору використовується цементувальне обладнання» застосовується для кріплення нафтових і газових свердловин, В даний час в системі Шнгазпрому та Міннафтопрому експлуатуються кілька тисяч цементувальних агрегатів та цементозмішувальних машин.

Основні техніко-економічні показники підводних переходів трубопроводів різних конструкційнаведено в табл, 1,1, Розрахунки виконані для підводного переходу дослідної ділянки газопроводу на тиск 10 МПа без урахування вартості запірної арматури. Довжина переходу 370 м, відстань між паралельними нитками 50 м. Труби виготовлені зі сталі Х70 з межею плинності (ет - 470 МПа і межею міцності Є6р = 600 МПа. Товщина стінок труб і необхідне додаткове баластування для варіантів I, П і Ш 11-45-75 [70] Товщина стінки кожуха у варіанті Ш визначена для трубопроводу третьої категорії.Кільцева напруга в стінках труб від робочого тиску для зазначених варіантів розраховані за формулою для тонкостінних труб.

У конструкції трубопроводу "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем, товщина стінки внутрішньої трубивизначена за методикою, наведеною в роботі [е] , товщина зовнішньої стінки прийнята 0,75 внутрішньої товщини. Кільцева напруга в трубах розрахована за формулами 3.21 даної роботи, фізико-механічні характеристики цементного каменю і металу труб прийняті такими ж, як при розрахунку табл. 3.1.За стандарт порівняння (100 $) прийнята найбільш поширена двониткова однотрубна конструкція переходу з баластуванням чавунними вантажами. Як очевидно з табл. І.І, металомісткість конструкції трубопроводу "труба в трубі" з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем, по сталі та чавуну більш ніж у 4 ра.

Устаткування для цементування

Специфічні особливості виконання робіт із цементування міжтрубного простору трубопроводів "труба в трубі" зумовлюють вимоги до цементувального обладнання. Будівництво переходів магістральних трубопроводів через водні перепони здійснюється у різних районах країни, у тому числі віддалених та важкодоступних. Відстань між ділянками будівництва досягає сотень кілометрів, часто за відсутності надійних транспортних комунікацій. Тому обладнання для цементування повинно мати велику мобільність і бути зручним для транспортування на великі відстані в умовах бездоріжжя.

Кількість цементного розчину, необхідного для заповнення міжтрубного простору може досягати сотень кубічних метрів, а тиск при закачуванні розчину - декількох мегапаскалів. Отже, цементувальне обладнання повинно мати високу продуктивність і потужність, щоб забезпечити приготування та закачування в міжтрубний простір необхідної кількості розчину за час, що не перевищує часу його загусання. При цьому обладнання повинно бути надійним в експлуатації і мати досить високу економічність.

Найбільш повно зазначеним умовам задовольняє комплекс обладнання, призначений для цементування свердловин [72]. До складу комплексу входять: цементувальні агрегати, цементозмішувальні машини, автоцементовози та автоцистерни, станція контролю та управління процесом цементування, а також допоміжне обладнання та склади.

Для приготування розчину використовують змішувальні машини. Основними вузлами такої машини є бункер, два горизонтальні розвантажувальні шнеки і один похилий вантажний шнек і змішувальний пристрій вакуушо-гідравлічного типу. Бункер зазвичай встановлюють на шасі автомобіля підвищеної прохідності. Шнеки наводяться на дію від тягового двигуна автомобіля.

Закачування розчину в міжтрубний простір здійснюють цементувальним агрегатом, що монтується на. шасі потужного вантажного автомобіля. Агрегат складається з цементувального насоса високого тиску для закачування розчину, насоса для подачі води та двигуна до нього, мірних баків, маніфольду насоса та розбірного металевого трубопроводу.

Контроль процесу цементування здійснюється за допомогою станції СКЦ-2м, яка дозволяє контролювати тиск, витрата, об'єм і щільність розчину, що закачується.

При невеликих обсягах міжтрубного простору (до кількох десятків кубічних метрів) для цементування також можна використовувати розчинонасоси та розчинозмішувачі, які застосовуються для приготування та перекачування будівельних розчинів.

Цементування міжтрубного простору підводних трубопроводів "труба в трубі" може проводитися як після їхнього укладання в підводну траншею, так і до укладання - на березі. Вибір місця проведення цементування залежить від конкретних топографічних умов будівництва, довжини та діаметру переходу, а також наявності спеціальної техніки для цементування та укладання трубопроводу. Але переважно цементування трубопроводів, покладених у підводну траншею.

Цементування міжтрубного простору трубопроводів, що проходять у заплавній частині (на березі), проводять після укладання їх у траншею, але до засипання ґрунтом». Подачу розчину в міжтрубний простір починають з нижньої точки ділянки трубопроводу. Вихід повітря або води здійснюється за спеціальними патрубками із засувками, встановленими на зовнішньому трубопроводі в його верхніх точках.

Після повного заповнення міжтрубного простору і початку виходу розчину знижують швидкість його подачі і продовжують закачування до тих пір, поки з вихідних патрубків почне виходити розчин з щільністю, рівної щільності, що закачується» Потім перекривають засувки на вихідних патрубках і в міжтрубному просторі створюють надлишковий тиск. Попередньо у внутрішньому трубопроводі створюють протитиск, що запобігає втраті стійкості його стінок. Після досягнення в міжтрубному просторі необхідного надлишкового тиску закривають засувку на вхідному патрубку. Герметичність міжтрубного простору та тиск у внутрішньому трубопроводі зберігають протягом часу, необхідного для затвердіння цементного розчину.

При заповненні можуть застосовуватися такі способи цементування міжтрубного простору трубопроводів "труба в трубі": пряме; за допомогою спеціальних цементувальних трубопроводів; секційне. полягає в тому, що в міжтрубний простір трубопроводу подають цементний розчин, який витісняє повітря або воду, що знаходиться в ньому. Подача розчину та вихід повітря або води здійснюються по патрубках із засувками, що монтуються на зовнішньому трубопроводі. Заповнення усієї ділянки трубопроводу проводиться за один прийом.

Цементування за допомогою спеціальних цементувальних трубопроводів При цьому способі міжтрубне простір встановлюють трубопроводи малого діаметра, через які в нього подають цементний розчин. Цементування проводиться після укладання двотрубного трубопроводу у підводну траншею. Цементний розчин подають по цементувальних трубопроводів нижню точку покладеного трубопроводу. Такий спосіб цементування дозволяє забезпечити найбільш якісне заповнення міжтрубного простору, укладеного в підводну траншею трубопроводу.

Секційне цементування може бути застосоване у разі нестачі цементувальної техніки або великих гідравлічних опорів при закачуванні розчину, що не дозволяють провести цементування всієї ділянки трубопроводу за один прийом. При цьому цементування міжтрубного простору здійснюють окремими секціями. Довжина секцій цементування залежить від технічних характеристикцементувального обладнання. Для кожної секції трубопроводу встановлюють окремі групи патрубків для закачування цементного розчину та виходу повітря чи води.

Для заповнення міжтрубного простору трубопроводів "труба в трубі" цементним розчином необхідно знати кількість матеріалів та обладнання, необхідних для цементування, а також час його проведення. Обсяг цементного розчину, необхідного для заповнення між

Напруги в тришарових трубах при сприйнятті цементним каменем тангенціальних зусиль, що розтягують.

Напружений стан тришарової труби з міжтрубним простором, заповненим цементним каменем (бетоном), при дії внутрішнього тиску розглядали у своїх роботах П.П.Бородав-кін [9], А.І.Алексєєв [5], Р.А. формул автори приймали гіпотезу про те, що кільце з цементного каменю сприймає розтягуючі тангенціальні зусилля та його розтріскування при навантаженні не відбувається. Цементний камінь розглядали як ізотропний матеріал, що має однакові модулі пружності при розтяжі і стисненні, і, відповідно, напруги в кільці з цементного каменю визначали за формулами Ламе.

Аналіз міцнісних і деформаційних властивостей цементного каменю показав, що його модулі на розтяг і стиск не рівні, а межа міцності на розтяг значно менше межі міцності на стиск.

Тому в дисертаційній роботі дана математична постановка задачі для тришарової труби з міжтрубним простором, заповненим різномодульним матеріалом, та проведено аналіз напруженого стану у тришарових трубах магістральних трубопроводів при дії внутрішнього тиску.

При визначенні напруг у тришаровій трубі від дії внутрішнього тиску розглядаємо кільце одиничної довжини, вирізане з тришарової труби. Напружений стан у ньому відповідає напруженому стану в трубі, коли (Ен = 0. Дотичні напруги між поверхнями цементного каменю і труб приймаємо рівним нулю, тому що сили зчеплення між ними незначні. Внутрішню та зовнішню труби розглядаємо як тонкостінні. Кільце з цементного каменю у міжтрубному просторі вважаємо товстостінним, виготовленим із різномодульного матеріалу.

Нехай тришарова труба знаходиться під дією внутрішнього тиску PQ (рис. 3.1), тоді на внутрішню трубу діють внутрішній тиск Р і зовнішнє Р-г, викликане реащіями зовнішньої труби та цементного каменю на переміщення внутрішньої.

на зовнішню трубудіє внутрішній тиск Pg, спричинений деформацією цементного каменю. Кільце з цементного каменю знаходиться під дією внутрішнього Р-гі зовнішнього 2 тиску.

Тангенціальні напруги у внутрішній та зовнішній трубах при дії тисків PQ, Pj та Pg визначаємо: де Ri, &і, л 2 , 6Z - радіуси та товщини стінок внутрішньої та зовнішньої труб. Тангенціальні та радіальні напруги в кільці з цементного каменю визначаємо за формулами, отриманими для вирішення осесиметричної задачі порожнистого циліндра, виготовленого з різномодульного матеріалу, що знаходиться під дією внутрішнього і зовнішнього тисків [" 6 ] : цементного каменю при розтягуванні і стисненні. (3.1) і (3.2) невідомі величини тиску Pj і Р 2. Знаходимо їх з умов рівності радіальних переміщень поверхонь сполучення цементного каменю з поверхнями внутрішньої та зовнішньої труб. від напруги для труб Г 53 ] визначаємо за формулою

Стенд для проведення випробувань

Центрівку труб (рис. 4.2) внутрішньої I і зовнішньої 2 і герметизацію міжтрубного простору виконували за допомогою двох центрувальних кілець 3, вварених між трубами. У зовнішню трубу вва-. ривали два штуцера 9 - один для закачування цементного розчину міжтрубний простір, інший - для виходу повітря.

Міжтрубний простір моделей об'ємом 2Г = 18,7 л. заповнювали розчином, приготованим з тампонажного портландцементу для "холодних" свердловин Здолбунівського заводу, з водоцементним відношенням В/Ц = 0,40, щільністю р = 1,93 т/м3, що розтікається по конусу АзНІІ at = 16,5 см, початком схоплювання t = 6 ч. 10 глин, кінцем схоплювання t „_ = 8 ч. 50 хв», межею міцності двох-добових зразків цементного каменю на вигин & шт = 3,1 Ша. Дані характеристики визначали за методикою стандартних випробувань тампонажного портландцементу для холодних свердловин (_31j .

Межі міцності зразків цементного каменю на стиск і розтяг до початку випробувань (через 30 діб після заповнення міжтрубного простору цементним розчином) б = 38,5 МПа, б ц = 2,85 Ша, модуль пружності при стисканні ЕН = 0,137 ТО5 Ша, Коефіцієнт Пуассона ft = 0,28. Випробування цементного каменю на стиск проводили на зразках кубічної форми з ребрами 2 см; на розтягнення - на зразках у вигляді вісімок, площею поперечного перерізу в звуженні 5 см [31]. Для кожного випробування виготовляли 5 зразків. Зразки тверділи в камері зі 100% відносною вологістю повітря. Для визначення модуля пружності цементного каменю та коефіцієнта Пуассона використовували методику, запропоновану просо. К.В.Руппенейтом [_ 59 J. Випробування проводили на циліндричних зразках діаметром 90 мм та довжиною 135 мм.

Розчин у міжтрубний простір моделей подавали за допомогою спеціально сконструйованої та виготовленої установки, схема якої наведена на рис. 4.3.

У ємність 8 при знятій кришці 7 заливали цементний розчин, потім встановлювали кришку на місце і розчин стисненим повітрям витісняли в міжтрубний простір моделі II.

Після повного заповнення міжтрубного простору вентиль 13 на вихідному патрубку зразка перекривали і в міжтрубному просторі створювали надлишковий тиск цементування, контроль за яким здійснювали манометром 12. Після досягнення розрахункового тиску перекривали вентиль 10 на вхідному патрубку, потім скидали надлишковий тиск. Під час твердіння розчину модель була у вертикальному положенні.

Гідравлічні випробування моделей тришарових труб проводили на стенді, сконструйованому та виготовленому на кафедрі технології металів МІНГ та ДП ім. І.М.іубкіна. Схема стенду наведено на рис. 4,4, загальний вигляд- На рис. 4.5.

Модель труби II поміщали в випробувальну камеру через 7 бічну кришку 10. Встановлену з невеликим нахилом модель заповнювали маслом з ємності 13 відцентровим насосом 12, при цьому вентилі 5 та 6 були відкриті. Після заповнення моделі олією ці вентилі закривали, відкривали вентиль 4 і включали насос високого тиску I. Надлишковий тиск скидали, відкриваючи вентиль 6. Контроль тиску здійснювали двома зразковими манометрами 2, розрахованими на 39, 24 Mia (400 кгс/слг). Для виведення інформації від датчиків, встановлених на моделі, використовували багатожильні кабелі 9.

Стенд дозволяв проводити експерименти при тиску до 38 МПа. Насос високого тиску ВД-400/0,5 Е мав невелику подачу – 0,5 л/год, що дозволяло проводити плавне навантаження зразків.

Герметизація порожнини внутрішньої труби моделі здійснювалася спеціальним герметизуючим пристроєм, що виключає вплив осьових зусиль, що розтягують на модель (рис. 4.2).

Розтягуючі осьові зусилля, що виникають при дії тиску на поршні 6, майже повністю сприйняли штоком 10. Як показали тензорезистори, невелика передача зусиль, що розтягують (приблизно 10%) відбувається за рахунок тертя між гумовими ущільнювальними кільцями 4 і внутрішній.

При випробуваннях моделей з різними внутрішніми діаметрами внутрішньої труби використовували і поршні різних діаметрів. Для вимірювання деформованого стану тіл використовують різні методи та засоби

де - коефіцієнт, що враховує розподіл навантаження і опорної реакції основи, = 1,3; Р пр - розрахункова зовнішня наведена навантаження, Н/м, що визначається відповідно за формулами вище, для різних варіантів забутовки, а також відсутності або наявності води в поліетиленовому трубопроводі; Р л - параметр, що характеризує жорсткість трубопроводу, Н/м2:

де k e - Коефіцієнт, що враховує вплив температури на деформаційні властивості матеріалу трубопроводу, k e = 0,8; Е 0 - модуль повзучості матеріалу труби при розтягуванні, МПа (при експлуатації 50 років та напрузі в стінці труби 5 МПа Е 0 = 100 МПа); θ - коефіцієнт, що враховує спільну дію відсічі основи та внутрішнього тиску:

де Егр - модуль деформації засипки (забутовки), що приймається в залежності від ступеня ущільнення (для ЦР 0,5 МПа); Р — внутрішній тиск речовини, що транспортується, Р< 0,8 МПа.

Послідовно підставляючи вихідні дані в основні формули вище, а також проміжні отримуємо наступні результати розрахунку:

Аналізуючи отримані результати розрахунків для даного випадку, можна відзначити, що для зменшення величини Р пр необхідно прагнути до зниження до нуля величини Р" z + Р, тобто рівності по абсолютній величині значень Р" z і Р. Цього можна досягти зміною ступеня заповнення водою поліетиленового трубопроводу. Наприклад, при наповненні рівному 0,95, позитивна вертикальна складова сили тиску води Р на внутрішню циліндричну поверхню складе 694,37 Н/м при Р" z = -690,8 Н/м, Таким чином, регулюючи наповнення, можна досягти рівності даних величин.

Підсумовуючи результати перевірки несучої здатностіза умовою II всім варіантів, слід зазначити, що гранично допустимих деформацій в поліетиленовому трубопроводі немає.

Перевірка здатності, що несе, за умовою III

Першим етапом розрахунку є визначення критичної величини зовнішнього рівномірного радіального тиску Р кр МПа, яке труба здатна витримати без втрати стійкої форми поперечного перерізу. За величину Р кр приймається менше значення, обчислених за формулами:

Р кр = 2√0,125P л E гр = 0,2104 МПа;

Р кр = P л +0,14285 = 0,2485 МПа.

Відповідно до розрахунків за формулами вище приймається менше значення Р кр = 0,2104 МПа.

Наступним етапом є перевірка умови:

де k 2 - Коефіцієнт умов роботи трубопроводу на стійкість, що приймається рівним 0,6; Р вак - Величина можливого вакууму на ремонтній ділянці трубопроводу, МПа; Р гв - Зовнішній тиск ґрунтових вод над верхом трубопроводу, за умовою задачі Р гв = 0,1 МПа.

Подальший розрахунок ведеться за аналогією з умовою II на кілька випадків:

• для випадку рівномірного забутування міжтрубного простору за відсутності води в поліетиленовому трубопроводі:

таким чином, умова виконується: 0,2104 МПа>>0,1739 МПа;

• те ж за наявності наповнювача (води) у поліетиленовому трубопроводі:

таким чином, умова виконується: 0,2104 МПа >>0,17 МПа;

• для випадку нерівномірного забутування міжтрубного простору за відсутності води в поліетиленовому трубопроводі:

таким чином, умова виконується: 0,2104 МПа >>0,1743 МПа;

• те ж за наявності води в поліетиленовому трубопроводі:

таким чином, умова виконується: 0,2104 МПа >>0,1733 МПа.

Перевірка несучої здатності за умовою III показала, що стійкість круглої форми поперечного перерізу поліетиленового трубопроводу дотримується.

Як загальні висновки необхідно відзначити, що виконання будівельних робіт із забутовки міжтрубного простору для відповідних вихідних параметрів проектування не позначиться на несучій здатності нового поліетиленового трубопроводу. Навіть в екстремальних умовах (при нерівномірному забутуванні та високому рівні грунтових вод) забутовка не призведе до небажаних явищ, пов'язаних з деформацією або іншими пошкодженнями трубопроводу.

Спосіб ремонту водопропускної труби під насипом

Автор: Вилегжанин Андрій Анатолійович

Винахід відноситься до області ремонту і, зокрема, до способів ремонту водопропускних труб. Метою винаходу є зниження трудомісткості заповнення розчином бетону простору між дефектною трубою і новою трубою. Спосіб ремонту водопропускної труби під насипом включає тимчасове відведення водотоку, встановлення у внутрішній обрис дефектної труби із зазором нової труби. Труба оснащена контрольними трубками, що виступають через стельове перекриття труби міжтрубний простір з певним кроком. Заповнення бетонним розчиномміжтрубного простору та його контроль здійснюють через контрольні трубки з послідовним їх заглушенням. Заповнення міжтрубного простору бетоном здійснюють за допомогою гнучкого шланга, розміщеного в напрямних, встановлених з зовнішньої сторонизверху нової труби у міжтрубному просторі з переміщенням його назовні та видаленням у міру заповнення міжтрубного простору бетоном. Кожна секція нової труби утворена з кількох кілець, наприклад трьох, виконаних з листового металевого матеріалу, переважно гофрованого. 2 з.п. ф-ли, 6 іл.

Відомий традиційний траншейний спосіб укладання та заміни водопропускних труб під земляними насипами (Стр-во мостів і труб. За ред. В.С.Кириллова. М.: Транспорт, 1975 р., с.527, рис.ХУ. 14, ХУ 15 Недолік способу полягає в тому, що для укладання водопропускної труби необхідно рити відкриту траншею.

Відомий спосіб реконструкції балкового мосту із заміною його на одну або дві водопропускні труби (Зміст та реконструкція мостів. За ред. В.О.Осипова. М.: Транспорт, 1986 р., с.311, 312, рис.Х 14, Х 15, Х 16). Такий спосіб повторює недоліки попереднього аналога, оскільки передбачає розбирання верхньої будови колії.

Відомий «Спосіб заміни водопропускної труби», наведений в описі до патенту UA 2183230. Спосіб передбачає прокладання в зимовий час тунелю поряд з дефектною трубою, витримку його до промерзання стінок, зведення кріплення, виконання вертикального отвору в дорожньому полотні в тунель, заливки бетону в простір між трубою і тунелем через вертикальний отвір. Після завершення робіт стару тубу заглушають. Однак спосіб передбачає можливість його реалізації лише у зимовий час.

Відомий патент RU 2265692 "Спосіб ремонту водопропускної труби під насипом". Спосіб включає тимчасове відведення водотоку, зведення тимчасової опори з верхньою плитою всередині дефектної труби в місці її дефекту та її фіксації та встановлення частин нової труби в дефектну трубу з двох її протилежних сторіндо упору торців зустрічних частин нової труби друг в друга. Для цього в обох частинах виконують звільнення під стійку тимчасової опори, потім об'єднання торців зустрічних частин нової труби між собою і з тимчасовою опорою, заповнюють бетонним розчином порожнини між дефектною і новою трубами і видаляють тимчасову опору. Однак у способі не розкрито те, яким чином виконується заповнення бетоном простору між дефектною та новою трубами.

Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється способу є "Спосіб ремонту водопропускної труби під насипом", наведений в описі до патенту RU 2341612.

Спосіб передбачає тимчасове відведення водотоку, встановлення секцій нової труби у внутрішній обрис дефектної труби із зазором та заповнення бетонним розчином міжтрубного простору.

У стельове перекриття секцій монтують з певним кроком контрольні трубки, що виступають у міжтрубний простір, роблять початкове заповнення бетоном міжтрубного простору через вікна, розташовані у верхній частині бічних стінок секції, до нижнього рівня вікон і заглушають вікна, виконують заповнення через стельову частину. трубку до виходу бетону в другій трубці, заглушають першу трубку і подають бетон через другу трубку до виходу його в наступній трубці та здійснюють послідовні аналогічні операції на всіх секціях.

Недолік способу полягає в порівняно високій трудомісткості, так як необхідно спочатку виконати бічні вікна для першого заповнення бетоном через них міжтрубного простору, а потім заглушити їх і далі проводити послідовне заповнення бетоном через труби стель.

Метою винаходу є зниження трудомісткості заповнення розчином бетону простору між дефектною та новою трубами.

Поставлена ​​мета досягається за рахунок того, що в способі ремонту водопропускної труби під насипом, що включає тимчасове відведення водотоку, установку у внутрішній контур дефектної труби з зазором нової труби, забезпеченої контрольними трубками, що виступають через стельове перекриття труби в міжтрубний простір з певним кроком розчином міжтрубного простору та його контроль через контрольні трубки з послідовним їх заглушенням, згідно винаходу заповнення міжтрубного простору бетоном здійснюють за допомогою гнучкого шлангу, розміщеного в міжтрубному просторі з переміщенням його назовні та видаленням у міру заповнення міжтрубного простору бетоном.

Нову трубу утворюють з декількох секцій, виконаних з листового металевого матеріалу, переважно гофрованого.

З зовнішнього боку вгорі нової труби встановлюють вертикальні напрямні у вигляді щитків для розміщення та пересування в них гнучкого шланга в міжтрубному просторі, причому вертикальні напрямні виконують з певним кроком.

Заповнення бетонним розчином міжтрубного простору здійснюють з одного кінця труби одним гнучким шлангом у напрямку іншого кінця труби або двома гнучкими шлангами зустрічно з двох кінців труби

Зазор між дефектною та новою трубами для заповнення бетоном міжтрубного простору встановлюють не менше 100 мм.

Крок між сусідніми трубками для контролю заповнення бетоном міжтрубного простору встановлюють залежно від габаритів водопропускної труби, що ремонтується, при цьому на кожній секції або через одну повинно бути не менше однієї трубки.

Висоту виступу трубок в міжтрубному просторі встановлюють з утворенням зазору між торцем трубки і стелею дефектної труби не більше 40 мм, при цьому на кожну контрольну трубку внутрішньої сторонистельового перекриття встановлюють заглушку після виходу розчину бетону.

Сутність винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображено:

Фіг.1 - поздовжній переріз дефектної водопропускної труби до ремонту;

Фіг.2 - поперечний перерізводопропускної труби до ремонту (збільшено);

Фіг.3 - поздовжній переріз дефектної водопропускної труби на початку заповнення міжтрубного простору бетоном;

Фіг.5 - поперечний переріз водопропускної труби із встановленим шлангом (збільшено);

Фіг.6 - поперечний переріз водопропускної труби після ремонту (збільшено).

Спосіб ремонту водопропускної труби 1, що має дефекти 2, розташованої під насипом 3, включає тимчасове відведення водотоку, установку секцій 4 нової труби у внутрішній обрис дефектної труби 1 і заповнення бетонним розчином 5 міжтрубного простору 6. Для заповнення міжтрубного простору бетоном зазором Н між дефектною трубою 1 та секціями 4 нової труби величиною не менше 100 мм.

Секції нової труби виготовляють із листового металевого матеріалу, переважно гофрованого.

З зовнішнього боку вгорі секцій 4 нової труби встановлюють вертикальні напрямні 7 у вигляді щитків для розміщення та пересування в них гнучкого шланга 8 міжтрубному просторі 6, причому вертикальні напрямні виконані з певним кроком.

Крім того, в кожну секцію 4, або через одну, або через дві, в залежності від довжини труби, що відновлюється, попередньо встановлюють контрольні трубки 9, що виступають в міжтрубний простір 6. Трубки 9 встановлюють з утворенням зазору між торцем трубки і стелею дефектної труби 1 не більше 40 мм, при цьому кожна трубка 9 з внутрішньої сторони перекриття стель виконана з можливістю установки на неї заглушки 10.

Установку нової труби в дефектну виробляють цілком шляхом попереднього складаннясекцій 4 трубу і протягування її у внутрішнє обрис дефектної труби 1 або послідовною подачею секцій 4 всередину дефектної труби 1 і з'єднання там секцій 4 між собою в єдину трубу.

Протягування гнучкого шланга 9 міжтрубний простір 6 здійснюють після розміщення і складання секцій 4 в порожнині дефектної труби 1 або одночасно з подачею секцій 4 в порожнину дефектної труби 1, при цьому напрямні щитки 7 забезпечують орієнтацію гнучкого шланга 8 в міжтрубному проміжку.

Крім того, при великих довжинах дефектної труби 1 можливо зустрічне протягування двох гнучких шлангів 8 здійснювати з двох сторін труби (не показано).

Після розміщення секцій 4 у внутрішній порожнині дефектної труби 1 заглушують тампонами міжтрубний простір з відкритих кінців труби 1 (не показано).

Заповнення бетонним розчином міжтрубного 5 простору 6 здійснюють одним гнучким шлангом 8 з переміщенням його в напрямку від одного до іншого кінця труби до повного його видалення, або двома гнучкими шлангами 8 зустрічно з двох кінців труби.

Контроль заповнення міжтрубного простору 6 здійснюють по виходу розчину 5 бетону з чергової контрольної трубки 9. Після чого трубку заглушують заглушкою 10, а шланг 8 просувають назовні і здійснюють подальше заповнення розчином 5 бетону міжтрубного простору 6 до виходу розчину 5 наступної контрольної трубки трубку 9 заглушкою 10 і повторюють цикл.

Досягнутий технічний результат полягає в тому, що запропонований спосіб дозволяє знизити трудомісткість заповнення розчином бетону простору між дефектною та новою трубами, одночасно забезпечуючи надійний контроль повного заповнення міжтрубного простору.

Спосіб успішно пройшов перевірку на ремонт автомобільних доріг.