Обеспечение устойчивости магистральных нефтепроводов на карстовых участках
Разработана методика моделирования напряжённо-деформированного состояния геотехнической системы «трубопровод — карст», которая позволяет определить предельно допустимую протяженность карста и величину прогиба трубопровода, определяющие необходимость применения специальных методов инженерной защиты при проектировании, строительстве и эксплуатации трубопровода, прокладываемых на участках… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Обеспечение устойчивости магистральных нефтепроводов, проходящих по карстовой территории
- 1. 1. Перспективы освоения ресурсной базы углеводородов Восточной Сибири и Дальнего Востока
- 1. 2. Распространение карста в новых регионах трубопродного строительства
- 1. 3. Анализ нормативного обеспечения и практики инженерно-строительного освоения территории с опасными геологическими процессами
- 1. 4. Постановка задачи моделирования взаимодействия геотехнической системы «трубопровод-карст» для обеспечения устойчивости трубопроводных систем
- Глава 2. Исследование процесса развития карста и его воздействие на магистральный нефтепровод
- 2. 1. Исследование механизма протекания процесса развития карста
- 2. 2. Классификация карстопроявлений
- 2. 3. Карстовая опасность и критерии устойчивости участков подверженных карстовым процессам
- 2. 4. Методика определения параметров карстового провала
- Глава 3. Моделирование взаимодействия геотехнической системы «трубопровод-карст»
- 3. 1. Выбор расчетной модели и моделирование несущей способности конструкции нефтепровода в процессе развития карста
- 3. 2. Расчет предельных значений напряженно-деформированного состояния нефтепровода в зависимости от протяженности карстового провала
- Глава 4. Разработка рекомендаций по обеспечению устойчивости нефтепроводов, подверженных воздействию карста
- 4. 1. Анализ вариантов методов защиты нефтепровода для повышения устойчивости положения
- 4. 2. Критерии выбора вариантов защиты нефтепровода на участках подверженных карсту
- 4. 3. Технико-экономическое сравнение вариантов защиты нефтепрвода на участках подверженных карстовым процессам
- 4. 4. Способы мониторинга карста
Обеспечение устойчивости магистральных нефтепроводов на карстовых участках (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Проблема повышения устойчивости и безопасности трубопроводного транспорта является одной из наиболее актуальных задач в нефтегазовой промышленности. Особую трудность представляет обеспечение устойчивости трубопроводов проектируемых, строящихся и эксплуатируемых в сложных инженерно-геологических условиях регионов нового освоения Восточной Сибири и Дальнего Востока при формированием новых систем трубопроводного транспорта.
Повышенный риск эксплуатации нефтепроводов в таких условиях определяется вероятностью возникновения аварийной ситуации, большими экологическими проблемами и экономическими затратами на устранения ее последствий. Особую трудность представляет обеспечение устойчивости трубопроводов прокладываемых по территории с карстовыми процессами, как наиболее многоплановые в проявлениях и многофакторные в причинах.
Закарстованные территории занимают около трети части России, в результате чего при развитии карстовых деформаций неизбежны аварии различного характера. При анализе причин, очевидно допущение принципиальных ошибок на различных стадиях строительного освоения: выборе площадки, инженерных изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации объектов (сооружений). Большая часть ошибок связана с недостаточным знанием как природы карстового процесса вообще, так и специфики природно-техногенных условий конкретного региона и неадекватных им способов противокарстовой защиты.
В настоящее время в России отсутствуют единые специальные нормы проектирования зданий и сооружений в карстовых районах. Они фрагментарно и в общем виде (включая инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию) излагаются в различных СНиП и СП, что нередко затрудняет организацию комплексного подхода к защите трубопроводов от негативного влияния карстового процесса на всех стадиях. Некоторые из этих документов длительное время не обновлялись и поэтому не отражают научно-технические отечественные и зарубежные разработки последнего времени, а также тенденции в обеспечении устойчивого развития закарстованных территорий (с точки зрения их инженерно-строительного освоения). Кроме того, они не учитывают некоторые требования ряда Федеральных законов, принятых в последнее время.
Отечественная и зарубежная практика инженерно-строительного освоения закарстованных территорий показывает, что безопасность и экономичность инженерных решений зависят, прежде всего, от соответствующего учёта особенностей инженерно-геологических (в том числе техногенных) и геотехнических условий развития карстового процесса и его проявлений в основании сооружений.
В нашей стране до введения Федеральных законов в субъектах Российской Федерации действовали следующие региональные (территориальные) нормативные документы (инструкции, ТСН): город Москва (1984), Республика Башкортостан (1996), Пермский край (2004, 2005), Нижегородская область (1999).
В связи с чем тематика диссертационной работы представляется актуальной для дальнейшего развития трубопроводного транспорта в перспективных регионах освоения углеводородных ресурсов Восточной Сибири и Дальнего Востока.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методов и вычислительных алгоритмов обеспечивающих формирование эффективных проектных решений по оценке устойчивости магистральных нефтепроводов и выбору эффективных методов инженерной защиты на участках подверженных карсту. г.
Основные задачи исследования.
Реализация поставленной цели обусловила необходимость решения следующих задач:
• Проведение анализа современных технологий и нормативных требований к сооружению магистральных нефтепроводов, прокладываемых по карстовой территории.
• Исследование процесса развития карста и моделирования его воздействия на магистральный нефтепровод.
• Определение критических параметров напряженно-деформированного состояния нефтепровода в зависимости от протяженности карстового участка и величины провиса нефтепровода.
• Разработка рекомендаций по выбору конструктивных решений для инженерной защиты нефтепроводов подверженных воздействию карста.
Научная новизна.
Основные научные результаты работы состоят в разработке методики оценки устойчивости магистральных нефтепроводов на основе определения параметров влияния карста на напряженно — деформированное состояние нефтепровода и разработке алгоритма выбора технологически допустимых и экономически эффективных методов инженерной защиты нефтепровода в зависимости от интенсивности протекания карстового процесса.
Практическая ценность научного исследования определяется успешным опытом использования ее основных результатов при решении актуальных прикладных задач инженерной защиты трубопроводной системы «Восточная Сибирь — Тихий океан».
Заключение
.
1. Существенной особенностью строительства нефтепроводов в районах Восточной' Сибири и Дальнего Востока является невозможность обхода территорий, подверженных карстовым процессам и сопряжённых с трассой нефтепровода. Интенсивное протекание карста приводит к обрушению грунта и провисанию трубопровода, следствием чего является формирование зон повышенных напряжений в трубопроводе, что определяет характер, развитие и последствия аварийных ситуаций.
2. Произведена оценка степени влияния различных типов карстовых процессов с учетом наличия растворимых пород, их минерального состава, трещиноватости, растворяющей способности воды, рельефа, климатических условий площади участка на скорость протекания карстовых процессов и разработана методика оценки вероятности поражения нефтепровода карстовым провалом и достижения максимально прогнозируемого радиуса карстовой воронки.
3. Разработана методика моделирования напряжённо-деформированного состояния геотехнической системы «трубопровод — карст», которая позволяет определить предельно допустимую протяженность карста и величину прогиба трубопровода, определяющие необходимость применения специальных методов инженерной защиты при проектировании, строительстве и эксплуатации трубопровода, прокладываемых на участках подверженных карсту. Методика численного моделирования напряжённо-деформированного состояния геотехнической системы «трубопроводкарст» реализована в среде вычислительного комплекса СР1РЕ, основанного на методе конечных элементов в трехмерной постановке.
4. Предложены рекомендации по повышению устойчивости нефтепроводов в зоне карстовых провалов, включая методику оценки эффективности вариантов повышения устойчивости нефтепроводов, позволяющую обосновать рациональные параметры защитных и ремонтных конструкций для предупреждения и ликвидации карстовых проявлений.
Список литературы
- Айнбиндер А.Б., Камерштейн А. Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие. М: Недра, 1982 г.
- Антипов Г. И., Иващенко М. А. Корабельников В.В. и др. Ангаро-Илимское железорудное месторождение трапповой формации южной части Сибирской платформы. М., Госгеолтехиздат, 1960.
- Аристархов Л.Б. Геоморфологические критерии классификации структур, обусловленных соляной тектоникой. Вестн. МГУ. География, № 5, 1966.
- Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве. М.: Недра, 1976. — 280 с.
- Бородавкин П.П. Подземные трубопроводы. М.: Недра, 1973. -303
- Вологодский Г. П. Районирование карста Южного Приангарья. Сб. Труды второго совещания по подземным водам и инженерной геологии Восточной Сибири, Иркутск, 1959.
- Вологодский Г. П. Карст Иркутского амфитеатра. АН СССР, Сибирское отделение, Институт земной коры, изд. Наука, М., 1975.
- Воробьев Ю.Л., Копылова Н. П., Шебеко Ю. Н. Нормирование рисков техногенных чрезвычайных ситуаций // Проблемы анализа риска, Том 1, № 2, МЧС России 2004.
- Гантов Б.А., Максимова O.P., Мамонова Т. В. Опыт проведения карстологических изысканий при проектировании полигонов захоронения отходов. // Материалы Международного симпозиума «Карстоведение XXI век: теоретическое и практическое значение». Пермь, 2004.
- Гвоздецкий H.A. Карст. Географиздат, М., 1954.
- Гвоздецкий H.A. Карст, изд. Мысль, М., 1981.
- Елохин А.Н., Елохин A.A. Проблема выбора критериев приемлемого риска // Проблемы анализа риска. Том 1 № 2. МЧС России, 2004.
- Иконников Л.Б. Карстологический мониторинг г. Дзержинска за 10 лет. // Материалы Международного симпозиума «Карстоведение XXI век: теоретическое и практическое значение». Пермь, 2004.
- Инструкция по содержанию и ремонту железнодорожного пути в карстоопасных районах / ВНИИЖТ. ГП «Противокарстовая и береговая защита», МПС.М., 1997.
- Кожевникова Н.В. Влияние карста на эксплуатационную надежность нефтепровода. Методы защиты. Научно-технический журнал Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, № 1 (83), 2011.
- Кожевникова Н.В. Карстовая опасность для объектов трубопроводного транспорта в регионах Восточной Сибири и Дальнего Востока. Журнал Нефтяное хозяйство № 2, 2010.
- Кожевникова Н.В., Суровец И. А. Современные методы строительства ППМН. Журнал Трубопроводный транспорт нефти № 4, 2009.
- Кожевникова Н.В. Обеспечение прочности и надежности трубопроводов в карстовых грунтах. Журнал Трубопроводный транспорт нефти № 6, 2009.
- Кожевникова Н.В. Применяемые технологии при строительстве трубопровода в сложных геокриологических условиях. Журнал Нефть, газ, бизнес, № 10.2008.
- Кожевникова Н.В., Суровец И. А. Особенности строительства объектов на ММГ. Журнал Трубопроводный транспорт нефти № 12, 2008
- Кожевникова Н.В. Обеспечение прочности и надежности трубопроводных систем, прокладываемых в карстовых грунтах. Научно-технический сборник РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина-, № 1 М. 2007
- Кожевникова Н.В. Характеристика карстовых пород при строительстве объектов трубопроводного транспорта. Научно-технический сборник РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, № 2 М. 2006
- Коржуев С.С. Мерзлотный карст Среднего Приленья и некоторые особенности его проявления. Сб. Региональное карстоведение, Изд. АНСССР. М., 1961.
- Кутепов В.М. и др. Прогноз карстового процесса в кн. Природные опасности России. Экзогенные геологические опасности (под ред. В. И. Осипова, С.К. Шойгу). Изд. Крук. М., 2002.
- Кутепов В.М., Парабучев И. А., Килин Ю. А. Карст и его влияние на освоение территорий // Материалы Международного симпозиума «Карстоведение XXI век: теоретическое и практическое значение». Пермь, 2004.
- Леоненко М.В. Опыт использования геофизических методов при оценке карстоопасности. // Материалы Международного симпозиума «Карстоведение XXI век: теоретическое и практическое значение». Пермь, 2004.
- Леоненко BiM., Леоненко М. В., Толмачев В. В. Определение параметров проектирования противокарстовой защиты в рамках геотехнической системы «Карст-сооружение» // Материалы Всероссийской конференции «Риск-2006». М., 2006.
- Лыкошин А.Г. Трещины бортового отпора. Бюлл. МОИП, отд. Геол. Т. 28 вып. 4. 1953.
- Макеев З.А. Принципы инженерно-геологического районирования карстовых областей. / Карстоведение. Вып. 4. 1948.
- Максимович Г. А. Районирование карста СССР. Доклады четвертого Всеуральского совещания по физико-географическому и экономико-географическому районированию Урала. Вып. 1. Пермь, 1958.
- Методические рекомендации по проектированию бескаркасных жилых зданий в карстовых районах. НИИСК Госстроя СССР, Дзержинская карстовая лаборатория ПНИИИС. Киев, 1986.
- Методические рекомендации по организации и ведению карстологического мониторинга. // Государственный центр мониторинга геологической среды. Государственное Предприятие «Противокарстовая и береговая защита», 1999.
- Обручев СВ. Восточная часть Саяно-Тувинского нагорья в четвертичное время. Изд. Всес. Геогр. О-ва, т. 85, вып. 5, 1953.
- Отчет «Вариант подхода к ЦПС Талаканского месторождения». Книга 3. Инженерно-геологические изыскания. Часть 1. СургутНИПИнефть, 2006.
- Пармузин Ю.П. Данные о карсте севера Средне-Сибирского плоскогорья. Сб. «Региональное карстоведение». Изд. АНСССР. М., 1961.
- Проектный институт реконструкции и строительства объектов нефти и газа. ЗАО «ПИРС», ООО «Аверс 1». Расширение трубопроводной системы Восточная Сибирь -Тихий океан (ВСТО). Инженерные изыскания. Том 4. Км 870−1052. Книга 1. Технический отчет. 2006.
- Пулина М., Тржцинский Ю. Заметки о карстовых явлениях в Восточной Сибири. Путеводитель по отдельным карстовым районам Восточной Сибири и Урала. Изд. Силезский университет, Сосковец, 1996.
- Рекомендации по использованию инженерно-геологической информации при выборе способов противокарстовой защиты. Дзержинская карстовая лаборатория. ПНИИИС, 1987.
- Рекомендации по защите эксплуатируемых гражданских зданий в карстовых районах. / НИИСК Госстрой СССР, Дзержинская карстовая лаборатория ПНИИИС. Киева, 1989.
- Ремизов В.Г., Сычева В. Г. Опыт районирования закарстованных территорий в условиях недостаточности данных по интенсивности провалов.
- Реф. Сб. «Инженерные изыскания в строительстве», 1972.
- Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития карста. ПНИИИС, 1995.
- Саваренский И.А. Прогноз- устойчивости территории методом удаленности от ближайшего проявления карста // Сб. Прогноз изменений инженерно-геологических условий при строительстве. АН СССР. Госстрой РСФСР. ПНИИИС. М., 1990.
- Сапун А. Политический маршрут Ванкора // Нефтегазовая вертикаль. 2005. — № 14. — С. 62−63.
- Сахарова Е.И. Явления «оседаний» склонов в Средней Сибири // Сб. Вопр. географии. № 21. 1950.
- Соколов В.В., Толмачев В. В. Безопасность движения поездов в карстовых районах // Путь и путевое хозяйство, № 2, 1991.
- Соколов Н.И. Явления оседания склонов и глыбовые оползни ангарского типа // Бюлл. МОИП, отд. геол., т. 30, вып. 1, 1955.
- Соколов Н.И. Бархатовский карст (Бассейн р. Ангары). Вопросы географии. Сб. № 40. М., 1957.
- Соколов Н.И. Карст южной части Сибирской платформы // Сб. Региональное карстоведение. Изд. АН СССР. М., 1961.
- Солоненко В.П. Очерки по инженерной геологии Восточной Сибири. Иркутск, 1960.
- Сорокина В. Б., Толмачев В. В. Характерные ошибки и недостатки при проектировании противокарстовых мероприятий // Тезисы докладов совещания «Застройка закарстованных территорий». Уфа, 1984.
- СНиП 2.05.06−85*. Магистральные трубопроводы. Госстрой СССР. М., 1997.
- СНиП 11−02−96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Минстрой России. 1997.
- СНиП 22−02−2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Росстрой, 2004.
- СП 50−101−2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. Госстрой России, 2005.
- СНиП 2.02.01−83*. Основания зданий и сооружений. ФГУП ЦПП, 2006.
- СП 11−105−97 ч. П. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Правила производства работ в районах опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Госстрой России, 2000.
- Территориальные строительные нормы «Инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области» / ТСН 22−308−98 НН / Нижний Новгород, 1999.
- Тимофеев Д.А., Дублянский В. Н., Кикнадзе Т. З. Терминология карста. Недра. М., 1991.
- Толмачев В.В. О законе распределения карстовых провалов // Инженерные изыскания в строительстве // Реф. Сб. «Инженерные изыскания в строительстве № 2. Госстрой СССР, 1970.
- Толмачев В.В. Вероятностный подход при оценке устойчивости закарстованных территорий и проектировании противокарстовых мероприятий //Инженерная геология. № 3, 1980.
- Толмачев В.В., Троицкий Г. М. Определение расчетного пролета карстового провала для проектирования противокарстовых фундаментов // Основания, фундаменты и механика грунтов. № 2, 1983.
- Толмачев В.В., Троицкий Г. М., Хоменко В. П. Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий. Стройиздат. М., 1986.
- Толмачев В.В. Оценка риска от карстовых провалов при решении инженерных и экономических задач // Материалы Общероссийской конференции «Оценка и управление природными рисками». М., 2000.
- Толмачев В.В., Мамонова Т. В. Определение уровня риска от карстовых провалов для застроенных территорий // Научный Совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Сергеевские чтения, вып. 6, 2004.
- Толмачев В.В. Инженерное карстоведение: основные тенденции и перспектива развития. Материалы Международного симпозиума «Карстоведение XX век: Теоретическое и практическое значение». Пермь, 2004.
- Толмачев В. В. Мамонова Т.В. Критерии карстовой опасности в местах захоронения отходов в условиях покрытого карста // РАН, Сергеевские чтения. Вып.7, 2005.
- Толмачев В.В., Леоненко М. В. О классификации закарстованных территорий по провальной опасности. // Основания, фундаменты и механика грунтов, № 2, 2005.
- Толмачев В.В., Сорокина В.Б Прогноз влияния параметров сооружений и карстопроявлений на выбор способов противокарстовой защиты // В кн. «Прогноз изменений инженерно-геологических условий при строительстве». М., «Наука». 1990.
- Толмачев В.В., Сорокина В. Б. и др. Методика определения расчетного размера карстового провала. при проектировании противокарстовых фундаментов // Научно-технические достижения ВДНХ
- СССР, (Дзержинская карстовая лаборатория ПНИИИС Госстроя СССР), 1985.
- Хоменко В.П. Карстово-суффозионные процессы и их прогноз. Наука, М., 1986.
- Хоменко В.П. Закономерности и прогноз суффозионных процессов. ГЕОС. М., 2003.
- Цыкин Р.А. Современный и древний карст Сибири. Сб. Карст Дальнего Востока и Сибири. АН СССР. Дальневосточный научный центр. Географическое общество СССР. Приморский филиал, Владивосток, 1980.
- Цыкин Р.А., Цыкина Ж. Л. Карстовые воды Сибирской платформы и складчатого обрамления. АН СССР. Дальневосточный научный центр. Географическое общество СССР. Приморский филиал, Владивосток, 1980.
- Шатский Н.С. Основные черты тектоники Сибирской платформы. Бюлл. Московского общества испытателей природы, отд. геол., т. 10. № 3−4, 1932.
- Шахунянц Г. М. Земляное полотно железных дорог. Трансжелдориздат. М., 1953.
- Шеко А.И. Карта экзогенных геологических процессов России. M 1:2 500 000 // Министерство природных ресурсов Российской Федерации. ВСЕГИНГЕО. М., 2000.
- Buechner К.-H. Die Gefaehrdung von Bauwerken durch Erdfaelle. // Geolgisches Jahrbuch. Reihe C. Heft 5, 1995.
- Lilly W.W. Aprobabillity study of sinkole distribution. // Symposium «Engineering, construction and maintenance problems in limestone regions». 1976 (USA).
- Raghu D., Tiedeman C. Sinkhole risk analysiss for a selected area in Warren contry. New Jersey // Proc. of the first multidisciplinary conference on sinkole. Orlando, Florida, 15−17 October, 1984 (USA).
- Reuter F., Tolmacev V.V. Bauen und Bergbau in Senkungs und Erdfallgebieten // Eine Ingeniergedogie des Karstes — Akademie — Verlag, Berlin, 1990 (Germany).
- Tolmachev V.V., Maximova O. R., Mamonova T. V. Some new approaches to assesment of collapse risks in covered karst. // Proceedings of 10 th mulfidiscipUnary conference «Sinkhole and Environmental impacts of karst» // San Antonio, USA, 2005.