Напряженное состояние газопроводов на участках с неустойчивыми грунтами
На основании анализа расчетных методов устойчивости склонов и оценки реальных геологических условий исследуемого участка выбран подход к решению задачи устойчивости склона и определена оптимальная расчетная схема. В соответствии со спецификой выбранного метода, разработана расчетная программа на ЭВМ. Созданная программа имеет универсальный характер и может быть использована для оценки… Читать ещё >
Содержание
- I. Эксплуатация магистральных газопроводов на участках с неустойчивыми грунтами. Опыт эксплуатации. Анализ отказов. В
- 1. 1. Магистральные трубопроводы на оползневых участках. Постановка вопроса. Пути решения задачи
- 1. 2. Отказы магистральных газопроводов на оползневых участках и их анализ
- 1. 3. Особенности эксплуатации магистральных газопроводов на оползневых участках
- II. Оползневые склоны. Особенности оценки устойчивости склоновых участков в условиях газовой промышленности. Расчет устойчивости
- 2. 1. Строение оползневых склонов. Признаки оползней
- 2. 2. Методы изучения оползней и меры борьбы с ними
- 2. 3. Обзор методов оценки устойчивости склонов. Выбор расчетной схемы
- 2. 4. Расчет устойчивости склона. Анализ результатов
- III. Расчет напряженного состояния склоновых участков магистральных газопроводов с учетом оползневых воздействий
- 3. 1. Расчет напряженно деформированного состояния газопровода по результатам геодезической съемки его оси
- 3. 2. Влияние упругого изгиба на распределение напряжений в склоновом участке газопровода
- 3. 3. Предельные перемещения газопровода на оползневом участке
- IV. Натурные исследования газопроводных конструкций на оползневом склоне
- 4. 1. Контроль металла газопроводных конструкций методом акустической эмиссии
- 4. 2. Измерения напряженного состояния газопроводов. Анализ измерений и оценка работоспособности
- 4. 3. Устройство сети инженерного мониторинга
- V. Новые технические решения и рекомендации
- 5. 1. Автоматизированная система мониторинга напряжений в трубах оползневого участка
- 5. 2. Устройство и эксплуатация оползневых датчиков
- 5. 3. Защитные конструкции МГ на оползневых склонах
- Выводы
Напряженное состояние газопроводов на участках с неустойчивыми грунтами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Магистральные газопроводы на протяжении от мест добычи газа до потребителя пересекают значительное количество склоновых участков с неустойчивыми грунтами. Проблема устойчивости учитывается при проектировании линейных сооружений путем уполаживания участка в пределах коридора, строительства дренажных сооружений, защиты берегов от размыва. Но как показал опыт эксплуатации, несмотря на принятые меры по обеспечению устойчивости склоновых участков, в результате либо воздействия трубопроводных конструкций, либо нарушения естественного равновесного состояния грунтовых масс при строительстве возможен переход больших массивов грунта в предельное состояние. При активизации оползня в пределах газового коридора воздействия грунтовых масс на подземные трубопроводы неизбежны, значительно осложнют их безопасную эксплуатацию и могут привести к аварийным ситуациям.
Оползни широко распространены по территории европейской части РФ (рис. 1.1.). В сети магистральных газопроводов ОАО «Газпром» оползневые участки имеются на территории П «Волготрансгаз», «Таттрансгаз» ," Пермтрансгаз", «Кавказтрансгаз», «Мострансгаз» и др. в долинах рек Волги, Оки, Камы, Мокши, на побережье Черного моря.
Вопрос устойчивости склоновых подводных переходов магистральных трубопроводов в своих работах затрагивали Березин В. Л., Бородавкин П. П., Зоненко В. И., Ким Б. И., Левин С. И., Луданов В. Н. и др., но в большей части с точки зрения прокладки вновь строящихся сооружений. Ввиду локальности проблемы отказов магистральных газопроводов на склоновых участках, а также отсутствие опыта работы, до недавнего времени проблема эксплуатации на территориях с оползневыми явлениями широко не обсуждалась. Работы по эксплуатации трубопроводных конструкций на оползневых участках появились сравнительно недавно в связи с авариями на газопроводах из-за потери устойчивости грунта и имеют прикладной характер [8,16,36,41,50,58,62]. Отсутствует единая методика по обследованию и диагностике рабочего состояния магистральных трубопроводов на участках с оползневыми явлениями.
Характерным примером участка магистрального газопровода на неустойчивых грунтах является правый берег 9-ниточного подводного перехода Ужгородского коридора через р.Кама. За период с момента пуска в эксплуатацию первых ниток перехода в 83 г. по 99 г. на нем по причине воздействия оползневых масс произошло четыре аварии ПГЙ категории и две аварии 1ГЙ категории с возгоранием газа. В связи с произошедшим 18.04.95 г. отказом на участке, в апреле 96 г. в РАО’Тазпром «была принята «Программа по защите магистральных газопроводов Ужгородского коридора от оползневых явлений на подводном переходе через р. Кама» [27]. Настоящая диссертация написана по результатам работ, проведенных за 96−99 гг. на камском переходе в соответствии с «Программой работ по защите газопроводов Ужгородского Коридора от оползневых явлений на подводном переходе через р. Кама, 1852 км.» .
Целью диссертации является создание единой методики по проведению контроля магистральных газопроводов эксплуатируемых на участках с неустойчивыми грунтами и диагностике их состояния. В работе обобщается существующий опыт эксплуатации газопроводов на оползневых участках, приводится анализ отказов и дается подробное описание строения, признаков, причин активизации оползней, методов их изучения и борьбы с ними в условиях эксплуатации магистральных газопроводов.
Для достижения результата поставленной в диссертации задачи проведены следующие работы:
1. Проведен обзор существующих методов расчета устойчивости склонов. На основании инженерно-геологических изысканий [48,49] изучаемый склон разбит на характерные участки, выбрана оптимальная расчетная схема.
2. На основании выбранного метода составлена программа на ЭВМ по расчету устойчивости склоновых участков. С помощью программы проведен расчет выделенных участков камского перехода. Программа имеет универсальных характер и может широко применяться для оценки устойчивости аналогичных участков при наличии данных инженерно-геологических изысканий.
3. При использовании результатов вычислений показателей устойчивости проведен расчет напряженно-деформированного состояния газопроводов в теле оползня. Рассчитаны величины характеризующие прочность, обозначены критические перемещения конструкций.
4. С учетом результатов предварительного расчета участка на ЭВМ на трубопроводных конструкциях склона разработана оптимальная схема расположения сети измерительных постов.
5. С целью выявления дефектов сварных швов и основного металла труб перехода на участке проведены обследования конструкций методом акустической эмиссии.
6. В местах измерительных постов проведены измерения абсолютных напряжений в металле труб системой «Астрон», основанной на спектрально-акустическом методе.
7. В целях проведения длительного мониторинга напряжений в металле конструкций участка, измерительные посты обустроены 7 тензометрическими преобразователями. В течении 96−99 гг. проводился периодический контроль напряжений.
8. На основании проведенных измерений и с учетом результатов длительного мониторинга контролируется напряженно-деформированное состояние газопроводных конструкций участка, а эксплуатирующим службам периодически даются рекомендации по обслуживанию склона.
9. В ходе работы дан ряд предложений в целях оптимизации измерений роста напряжений в металле труб и смещения грунтовых масс, а также конструктивного характера [56,59].
10. По результатам проведенных работ выпущены рекомендации по проведению контроля технического состояния береговых участков подводных переходов магистральных газопроводов [38].
I. Эксплуатация магистральных газопроводов на участках неустойчивыми грунтами. Опыт эксплуатации. Анализ отказов.
Склоновые участки с неустойчивыми грунтами сосредоточены в долинах рек, на пересеченной местности, в горах, на морских побережьях. Избежать склоновые участки при прокладке магистральных газопроводов трудно и поэтому при проектировании и строительстве на склонах принимаются меры по обеспечению их стабильного состояния. Тем не менее, в результате изменения баланса сил в грунтовом массиве в результате изменений внесенных в период строительства и внешних воздействий склоновых участок может потерять устойчивость и прийти в движение. В результате смещения оползня неизбежно его воздействие на газопроводные конструкции, проложенные на данном участке, что приведет к нарушению изоляционного покрытия, росту напряжений и деформаций в металле труб и механическим разрушениям. Актуальность проблемы подтверждает целый ряд отказов, произошедших на склоновых участках магистральных газопроводов за последние годы.
Учитывая проводимые при строительстве противооползневые мероприятия и незначительную крутизну склонов (условия соблюденные при проектировании) на которых эксплуатируются газопроводные конструкции, можно утверждать, что лавинное обрушение неустойчивых грунтовых масс на данных участках маловероятно. А при незначительных периодических смещениях оползня, осуществление четкого контроля за его динамикой позволит своевременно выявить критическую ситуацию и предупредить отказы. Обладая информацией о строение оползня, его масштабах и темпах движения и сопоставляя ее с проектной документацией по прокладке газопроводов в наблюдаемом массиве, даже на начальной стадии диагностирования можно сделать ряд заключений о характере воздействий перемещений на конструкции. В сочетание с данными наблюдений за развитием внешних признаков оползневого смещения такие выводы.
Рис. 1.1. Схема газопроводов ОАО’Тазпром" на европейской части России с наложением на районы распространения оползней. • - зоны распространения оползней — магистральные газопроводы ОАО’Тазпром" способствуют выбору правильных решений по обеспечению устойчивости ' склона и надежной эксплуатации газопроводов.
Выводы.
В ходе диагностических и расчетно-теоретических работ, проводимых в соответствии с «Программой по защите магистральных газопроводов Ужгородского коридора от оползневых явлений на подводном переходе через р. Кама, 1852 км», утвержденной в РАО «Газпром», достигнуты следующие результаты и сделаны выводы:
1. Ввиду широкого распространения оползневых процессов в районах эксплуатации линейных сооружений газовой промышленности и на основании результатов технического расследования ряда аварийных ситуаций на МГ, сложившихся в последствии потери устойчивости склонов, установлена необходимость создания методической базы по оценке надежности конструкций на данных участках. Разработка и апробация методологии диагностики напряжений в конструкциях и определение устойчивости склоновых участков проводились на пойменном участке подводного перехода Ужгородского коридора через р. Кама.
2. Изучены и обобщены существующие материалы об оползневых процессах и обработаны применительно к объектам трубопроводного транспорта. Приведен ряд существующих методов диагностирования динамики грунтовых масс и дана оценка противооползневых мероприятий в условиях эксплуатации МГ.
3. На основании анализа расчетных методов устойчивости склонов и оценки реальных геологических условий исследуемого участка выбран подход к решению задачи устойчивости склона и определена оптимальная расчетная схема. В соответствии со спецификой выбранного метода, разработана расчетная программа на ЭВМ. Созданная программа имеет универсальный характер и может быть использована для оценки устойчивости склонов в аналогичных ситуациях при наличии данных геологических изысканий. Для профилей, характеризующих склоновый участок камского перехода, проведен ряд расчетов для наиболее неблагополучных климатических условий. Сделан прогноз устойчивости склона при изменении гидрогеологической ситуации в районе и повышения ее сейсмической активности. Численно оценены противооползневые мероприятия, проводимые на склоне. В итоге расчета ситуация в исследуемом районе была определена как общеустойчивая и были выявлены потенциально-опасные участки.
4. Данные расчета устойчивости при соответствующей обработке и сопоставление критических участков склона с проложенными на них газопроводными конструкциями (а в последствие и с данными диагностики труб) используются для установки очередности исследования труб, проведения противооползневых мероприятий, а так же для определения режима работы ниток. Для проведения приборного обследования трубопроводов на оползневом участке так же с учетом результатов расчета устойчивости определена схема шурфования ниток.
5. Предложена методика расчета линейных конструкций на неустойчивых склоновых участках. Выходными данными расчета являются обозначение зон повышенного напряжения и величины предельных перемещений конструкций под воздействием оползневых масс.
6. С целью обнаружения дефектов металла газопроводов проведено их приборное обследование методом акустической эмиссии. В результате проведенного обследования на трубах склона был выявлен ряд дефектов, в последствии подтвержденных при вскрытие данных участков. Отдельные дефекты, распространенные на обследуемых трубах, классифицированные как расслоение металла на основании существующих методик и рекомендаций определены допустимыми к последующей эксплуатации.
7. На участках трубопроводов, вскрытых в соответствие с разработанной схемой, проведены измерения абсолютных напряжений (апр) в металле труб по периметру сечения. Измерения проведены диагностической системой «Астрон», основанной на методе спектрально-акустического анализа металла. Обработанные данные измерений позволили оценить НДС всех труб проложенных на оползневом склоне и выявить наиболее нагруженные участки.
8. На участках проведения приборного обследования (п.6) установлены измерительные посты с датчиками длительного мониторинга напряжений. Проведение периодических измерений позволяет контролировать состояние металла труб исследуемого участка. По результатам измерения напряжений в сочетании с данными измерений прироста напряжений службам П «Пермтрансгаза» рекомендован режим эксплуатации труб.
9. В целях осуществления непрерывного контроля НДС трубопроводных конструкций, положенных на оползневом участке и создания возможности своевременного предупреждения аварийных ситуаций, разработана и применена система автоматического контроля. В случае достижения критических отметок датчиками мониторинга, подключенными к системе, подается сигнал на диспетчерский пункт, что позволяет эксплуатационным службам вовремя отреагировать. Испытания автоматизированной системы мониторинга показали ее высокую четкость и эффективность.
10. В виду малой эффективности используемых способов замера перемещения грунтовых масс разработан и использован на исследуемом склоновом участке датчик фиксирующий перемещение грунта относительно трубопровода и вектор направления его движения. Датчик одобрен патентной комиссией, в настоящее время установлен в единичном исполнении на наиболее ответственном участке камского склона.
11. С целью обеспечения безопасной эксплуатации газопроводных конструкций разработан ряд конструктивных предложений по прокладке (или переукладке) МГ на потенциально-опасных участках с малой устойчивостью. Технические решения данных конструкций закреплены патентом [59]. Использование предлагаемых конструкций позволяет ограничить или же исключить полностью воздействия оползневых масс на трубопровод, а соответственно и исключить опасность возникновения аварийных ситуаций. Разработка подкреплена авторским свидетельством.
12. По итогам проведенной работы создана методика [38] утвержденная в ОАО «Газпром». В методике приведены описания комплекса работ, рекомендуемого для проведения диагностики и оценки надежности склоновых участков МГ.
Список литературы
- Айбиндер А.Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. М.: Недра 1991. стр. 40−79.
- Бородавкин П.П., Березин В. Л. Сооружение магистральных газопроводов. М.: Недра 1987 г. стр. 104.
- Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве. -М.: Недра 1986. стр. 133−161
- Бородин Ю.П. Аппаратурное обеспечение метода акустической эмиссии при контроле газопроводных конструкций. Сборник научных трудов. «Проблемы надежности конструкций газопроводных систем». М.:РАО"Газпром". 1987 г. стр. 165.
- Вопросы инженерной геологии и грунтоведения. Под ред. Золоторева Г. С., Морозова С. С., Сергеева Е. М. Издательство МГУ 1968.
- Гуле Ж. Сопротивление материалов. -М.: Высшая школа 1985 г. стр. 61.
- Даревский В.Э., Романов A.M. Оценка оползневой опасности на трассе магистральных газопроводов. -М.: «Газовая промышленность» № 4 1999.
- Камерштейн А.Г., Рождественский В. В., Ручинский М. Н. расчет трубопроводов на прочность. М.: Гостехиздат 1963. стр. 29−51.
- Ю.Коломенский Н. В. Инженерная геология. Москва, Госгеолтехиздат, 1956 г. стр. 108
- Кюнцель В.В. Закономерности оползневого процесса на европейской территории СССР и его прогноз. -М.: Недра 1980.
- Левин С.И. Подводные трубопроводы. -М.: Недра 1970. стр. 34.
- Луданов В.Н. Механика грунтов в строительстве трубопроводного транспорта. МИНХ и ГП 1986. стр. 11−18.
- Малышев M.B. Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений. М.: Стройиздат 1994 г. стр. 20.
- Мероприятия по закреплению правобережного оползневого склона и перекладка существующих на нем магистральных газопроводов подводного перехода через р.Каму. Ужгородский коридор, 1852 км. Москва, Гипроречтранс, 1996 г.
- Методика оценки фактического положения и состояния подземных трубопроводов. М.: ВНИИГАЗ. 1992. стр. 53.
- Методические рекомендации по выбору аппаратуры акустической эмиссии для контроля газопроводных конструкций. М.: ВНИИГАЗ. 1998. стр. 14.
- Методические рекомендации по натурным измерениям напряженного состояния магистральных газопроводов. М.: ВНИИГА3.1985. стр. 53.
- Найдин H.H. Найдина К. В. Руководство к практическим занятиям по геодезии и маркшейдерскому делу. Москва, Недра 1981 г. стр 81.
- Оползни. Исследования и укрепления. Под ред. Шустера Р. -Мир 1981.
- Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник под общей редакцией Сорочана Е. А. и Трофименкова Ю. Г. Москва, Стройиздат 1985 г. стр. 329
- Петров Н.Ф. Оползневые склоны. Сложные оползни. Кишинев, Штиинца 1988 г.
- Повышение надежности подводных переходов на действующих магистральных газопроводах за 1996 г. Технический отчет. Москва, ВНИИГАЗ, 1996 г. стр. 13.
- Повышение надежности подводных переходов на действующих магистральных газопроводах за 1997 г. Технический отчет. Москва, ВНИИГАЗ, 1997 г. стр. 10.
- Применение сейсмоакустических методов в гидрогеологии и инженерной геологии. Сборник под редакцией Горячинова H.H. М.: Недра 1992 г. стр. 226.
- Программа работ по защите магистральных газопроводов Ужгородского коридора от оползневых явлений на подводном переходе через р. Кама 1852 км. РАО’Тазпром": 1996 г.
- Проектирование противооползневых мероприятий. Вопрос геотехники. Выпуск 18. Кишинев 1971. стр. 81.
- Разработка методов повышения работоспособности подводных переходов на действующих магистральных газопроводах. Технический отчет. М.: ВНИИГАЗ 1998 г. стр. 13.
- Регламент по обслуживанию подводных переходов на действующих магистральных газопроводах. Москва, ВНИИГАЗ, 1992 г. стр. 6.
- Регламент по обслуживанию подводных переходов на действующих магистральных газопроводах. Москва, ВНИИГАЗ, 1997 г.
- Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов. Тихвинский И. О. -М.: Стройиздат 1984.
- Рекомендации по инженерно-геологической типизации оползневых склонов применительно к задачам оценки устойчивости и инженерной защиты. Шешеня H. JL, Соколов Ю. П., Крамаренко O.A. -М.: Стройиздат 1984.
- Рекомендации по контролю напряженного состояния магистральных газопроводов. М.: ВНИИГАЗ. 1989. стр. 16.
- Рекомендации по оценке работоспособности участков газопроводов с дефектами типа овализации. М.: ВНИИГАЗ. 1996. стр. 34.
- Рекомендации по оценке работоспособности подводных переходов газопроводов при наличии размывов дна. М., ВНИИГАЗ, 1995 г. стр. 6.
- Рекомендации по оценке работоспособности участков газопроводов с поверхностными повреждениями. М.: ВНИИГА3.1996. стр. 20.
- Рекомендации по проведению контроля технического состояния подводных переходов (береговые участки). М., ВНИИГАЗ, 1999 г. стр. 6.
- Руководство по инженерно-геологическим изысканиям на оползневых склонах южного берега Крыма. М.: Стройиздат 1971. стр. 41.
- Самойлов Б.В., Ким Б.И., Кленин В. И. Сооружение подводных переходов. М.: Недра 1995. стр. 245.
- Светлицкий В.А. Механика трубопроводов и шлангов. М.,"Машиностроение" 1982 г. стр. 241.
- Сидоров Б.В. Методика оценки фактического положения и состояния подземных трубопроводов. М.: ВНИИГАЗ, 1992 г. стр 18.
- СНиП 2.01.15−90 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования.
- СНиП 2.02.01−83 Основания зданий и сооружений.
- СНиП 2.02.02−85 Основания гидротехнических сооружений.
- СНиП 2.05.06−85 Магистральные трубопроводы. М.:ЦИТП Госстроя СССР 1985 г.
- Техническое заключение по дополнительным инженерно-геологическим изысканиям на правом склоне в месте перехода газопроводов Ямбург-Помары-Ужгород через р. Каму в районе г. Сарапул Удмурдской республики. Москва, Гипрокоммунстрой, 1990 г. стр.10
- Техническое заключение по дополнительным инженерно-геологическим изысканиям на правом склоне в месте перехода газопроводов Ямбург-Помары-Ужгород через р. Каму в районе г. Сарапул республики Удмуртия. Москва., АО «Гипрокоммунстрой», 1995 г стр. 5.
- Фесенко С.С., Углов A.JL, Попцов В. М. Мониторинг напряженного состояния береговых участков подводных переходов. Сборник научных трудов. «Вопросы надежности конструкций газопроводных систем.» М., ВНИИГАЗ, 1998 г. стр. 150.
- Фесенко С.С., Шилин А. Н. Анализ строительства подводных переходов методом продавливания. Сборник научных трудов. «Надежность и диагностика газопроводных конструкций.» М., ВНИИГАЗ, 1996 г. стр. 180.
- Фесенко С.С., Шилин А. Н. Определение напряженного состояния подземных участков газопровода, сместившихся относительно проектного положения. Сборник научных трудов. «Надежность и диагностика газопроводных конструкций.» М., ВНИИГАЗ, 1995 г.
- Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов. Киев Буд1вельник 1970. стр. 150.
- Чугаев P.P. Земляные гидротехнические сооружения. -М.: Энергия 1967 г. стр. 460.
- Харионовский В.В., Босняцкий Г. П., Шилин А. Н. Обеспечение устойчивости подводного трубопровода. -М.:"Газовая промышленность" № 3 1998. стр. 76.
- Харионовский В.В., Городниченко В. И., Заец А. Ф., Шилин А. Н. Способ определения направления и скорости движения грунта траншеи подземного трубопровода устройство его реализации. Патент 97 107 204/06 приоритет от 5.05.1997.
- Харионовский В.В., Шилин А. Н. и др. Устройство для защиты газопровода от деформационных воздействий оползневых масс. Патент 99 114 882/03 приоритет от 12.07.1999 г.
- Шилин А.Н. Анализ подводных переходов эксплуатируемых в системе РАО «Газпром». Особенности прокладки на реках малой ширины. Новые технологии в газовой промышленности. М.: РАО «Газпром» 1995 г. стр. 141.-142.
- Шилин А.Н. Расчет устойчивости оползневого склона подводного перехода через р.Каму. Сборник научных трудов. «Вопросы надежности конструкций газопроводных систем.» М.: ВНИИГАЗ, 1998 г. стр. 174.-178.
- Ваит R.L., Johnson A.M., Fleming R.W. Measurement of slope deformalion using guadrilaterals. -Washington 1988. p 111.
- Fels A. Metodologie e parametri per lo studio della franosita. -Roma 1989. p 65−67.65.1shiguij Т., Ogawa S., Wada Y. Numerikal calicalution of sciamiet inlet flow. -Tokio 1992. p 28−29.
- Keller D.K., Johnson A.M. Morfologie, mobilisazion and movement. -Washington 1983. p 53−56.
- Savage W.Z., Smith W.K. A model for plastic flow of landslides. -Washington 1986. p 32.
- Wada Y., Ogawa S., Arai M. Anumerikal calicalution of hipersonic flow around blunt bodies using upwind defference scheme. -Tokio 1989. p 11−12.
- Краткое описание приложения 1.