Законодательная база Российской Федерации

"ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ. СП 42-101-2003" (утв. Протоколом от 08.07.2003 N 32) (Приложения Л - Э)

Грунт: песок средней крупности, влажный с естественной пористостью n_0 = 0,35.

Коэффициенты трения:

сталь по влажному песку - f_p = 0,5;

сталь по влажному песку, смоченному буровым раствором, - f_рш (fш) = 0,4;

полиэтилен по песку - f_гп = 0,3;

полиэтилен по буровому раствору - f = 0,2.

Глубина заложения газопровода от горизонта забуривания D1 = 6 м.

Угол забуривания a1 = 17°30' (характеристика установки D 24 x 40 "Навигатор" и аналогичных установок других фирм).

Перепад по высоте точки выхода газопровода из земли относительно точки забуривания h2 =1 м.

Диаметр полиэтиленовой трубы dн = 0,11 м.

Толщина стенки полиэтиленовой трубы d = 0,01 м.

Давление бурового раствора на выходе из сопел расширителя р = 106 Н/м2.

Расход бурового раствора Q_ж = 0,0012 м3/с.

Диаметр буровой головки d_г = 0,1 м.

Диаметр расширителя d_рш = 0,14 м.

Диаметр штанги d_ш = 0,052 м.

Диаметр замка штанги d*3 = 0,066 мм.

Длина замка на штанге L*3 = 0,4 м.

Расстояние между замками на штанге а_ш = 3м.

Толщина стенки штанги б_ш = 0,0065 м.

Удельный вес:

полиэтилена y_п = 0,93 x 10(4) Н/м3;

грунта y_г = 1,7 x 10(4) Н/м3;

бурового раствора y_ж = 1,2 x 10(4) Н/м3;

воды y_в = 1,0 x 10(4) Н/м3.

Погонный вес полиэтиленовой трубы диаметром 110 мм q_гп = 31,6 Н/м.

Модуль ползучести полиэтилена Е = 140 x 10(6) Н/м2.

Модуль упругости стальных штанг Еш = 2,1 x 10(11) Н/м2.

Угол внутреннего трения грунта р = 0,66 рад.

Коэффициент бокового давления и = 0,37.

Исходные данные указаны в единицах размерности, применяющихся при расчетах.

Исходные данные в примере расчета приняты на основании инженерных изысканий, проекта, СНиП 2.02.01, ГОСТ Р 50838, характеристик установки D 24 x 40 "Навигатор" фирмы "Вермеер".

1 Расчет трассы газопровода

Расчет угла a_1расч:

Расчет длины трассы газопровода l1 от точки М до точки А:

l1 = D1: sin a_1расч = 6 м : 0,15 = 40 м.

Расчет радиуса кривизны пилотной скважины.

Для выбранной трассы R1 = R2 = R и рассчитывается по формуле

cos 17°30' = 0,9537.

Расчет длины трассы l2 от точки А до точки H:

a2 = 16°; a_2расч = 16° : 2 = 8°;

l2 = D2 : sin a2 = 5 : 0,139 = 36 м.

Расчет общей длины трассы l от точки М до точки Н:

40 + 36 = 76 м.

Расчет числа штанг для проходки длины трассы l1:

Расчет изменения угла a1на каждой штанге:

a1 = a1 : n1 = 17°30' : 13,3 = 1°19'.

Расчет заглубления газопровода на каждой штанге:

Полный расчет заглубления газопровода на каждой штанге приведен в таблице М.1.

Таблица М.1

Расчет объема удаленного грунта:

м3.

Расчет объема бурового раствора.

При бурении в песчаных грунтах требуется увеличенный объем бурового раствора - 1,2·x 6 = 7,2 м3.

Расчет минимального времени бурения:

Расчет максимальной скорости бурения:

v_max = l / t_min = 76 / 100 = 0,76 м/мин.

Примем скорость бурения равной 0,60 м/мин.

Расчет величины подачи на оборот:

h = u / w = 0,6 /60 = 0,01 м.

2 Расчет общего усилия протаскивания при строительстве подводного перехода газопровода из полиэтиленовых труб диаметром 110 мм длиной 76 м по буровому каналу диаметром 140 мм

Так как газопровод выполнен из длинномерных полиэтиленовых труб, то он не имеет выступов за пределы наружного диаметра и усилие Р4 (увеличение силы трения от наличия на трубе газопровода выступов за пределы наружного диаметра) и усилие Р6 (сопротивление перемещению газопровода в зоне входа за счет смятия стенки бурового канала) равны нулю.

Проектируемая трасса не имеет прямолинейного участка и усилие Р7 (увеличенное сопротивление перемещению при переходе от прямолинейного движения к криволинейному) также равно нулю.

Общее усилие протаскивания Р рассчитывается по формулам:

а) для благоприятных условий:

P_(a) = Pp + P_гн(а) + Р*n(a);

б) для неблагоприятных условий:

P_(б) = Pp + P_гн(б) + Р*n(б);

Разбиваем трассу на равные интервалы для расчета текущих усилий:

li = 0; 9,5; 19; 28,5; 38; 47,5; 57; 66,5; 76.

Расчет усилия Рр - лобового сопротивления движению расширителя:

Расчет усилия протаскивания газопровода Р_гп:

а) усилие протаскивания газопровода для благоприятных условий рассчитывается по формуле

Р_гп(а) = P2 + P_3(а) + Р5 + Р8;

б) усилие протаскивания газопровода для неблагоприятных условий рассчитывается по формуле

Р_гп(б) = P2 + P_3(б) + Р5 + Р8;

Расчет усилия Р2:

Расчет усилия Р3:

а) для благоприятных условий:

б) для неблагоприятных условий:

Расчет усилия Р5:

Примечание - Усилием Р5 можно пренебречь из-за его незначительной величины.

Расчет усилия Р8:

Р8 = 0,3 x 31,6 x l_i = 9,5 x l_i

Расчет усилия перемещения буровых штанг P*n

Усилие перемещения буровых штанг Рп рассчитывается по формулам:

а) для благоприятных условий:

P*n(a) = P*2 + P*3(a) + P*4(a) + P*5 + P*6 + P*7;

б) для неблагоприятных условий:

P*n(б) = P*2 + P*3(б) + P*4(б) + P*5 + P*6 + P*7;

Расчет усилия Р*2

Расчет усилия Р*3:

а) при благоприятных условиях:

б) при неблагоприятных условиях:

Расчет усилия Р*4:

а) при благоприятных условиях:

б) при неблагоприятных условиях:

Расчет усилия Р*5:

Расчет усилия Р*6:

Расчет усилия Р*7:

Примечание - Усилием Р*7 можно пренебречь из-за его незначительной величины в этом случае.

Таким образом, расчет усилия перемещения буровых штанг Р*п :

а) при благоприятных условиях бурения усилие перемещения буровых штанг рассчитывается по формуле

Р*п(а) = Р*2 + Р*3(а) + Р*4(а) + Р*5 + Р*6;

б) при неблагоприятных условиях усилие перемещения буровых штанг рассчитывается по формуле

Р*п(б) = Р*2 + Р*3(б) + Р*4(б) + Р*5 + Р*6;

Расчет общего усилия протаскивания газопровода из полиэтиленовых труб диаметром 110 мм, длиной 76 м, в буровом канале диаметром 140 мм:

а) при благоприятных условиях общее усилие протаскивания рассчитывается по формуле

Р(а) = Рр + Р2 + Р3(а) + Р8 + Р*п(а);

б) при неблагоприятных условиях бурения (при обвале грунта, сухой скважине и т.д.) общее усилие протаскивания рассчитывается по формуле

Р(б) = Рр + Р2 + Р3(б) + Р8 + Р*п(б);

На основании сделанных вычислений построены графики усилий:

Рр - лобовое сопротивление движению расширителя;

Р2 - сила трения от веса газопровода внутри бурового канала;

Р3(а) и Р3(б) - увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия;

Р8 - силы трения от веса газопровода, находящегося вне бурового канала;

Р*п(а) и Р*п(б) - усилие перемещения буровых штанг;

Р_гп(а) и Р_гп(б) - усилие протаскивания газопровода;

Р(а) и Р(б) - общее усилие протаскивания

Выполненные расчеты показывают, что выбранная бурильная установка D24 x 40 "Навигатор" фирмы "Вермеер" по техническим характеристикам обеспечивает производство работ по бестраншейной прокладке данного газопровода (максимальное расчетное общее усилие протаскивания Р(б) = 47935,8 Н значительно меньше максимального усилия, развиваемого установкой D24 x 40, которое равно 107960 Н (RABBINS HDD-30 TMSC - 149000 Н, StrAIGHTLINE DL-2462 - 108860 Н, trACTO-TECHNIK Grudopit 10S - 400000 H и аналогичные установки других фирм).

При благоприятных условиях усилие протаскивания газопровода Р_гп(а) согласно расчету равно 6259,5 Н, что значительно меньше допустимого.

При неблагоприятных условиях (полный обвал грунта по длине бурового канала и фильтрация бурового раствора в грунт) усилие протаскивания газопровода Р_гп(б) равно 34787 Н, что составляет полиэтилена ПЭ80.

Для успешной прокладки газопровода через реку в принятых условиях необходимо предусмотреть технологические приемы, обеспечивающие стабильность и прочность стенок бурового канала, предупреждающие обвал грунта и фильтрацию бурового раствора в грунт, к которым относятся:

а) применение качественного бурового раствора;

б) правильный выбор буровой головки, ножа и расширителя;

в) технология производства работ.

ПРИЛОЖЕНИЕ Н
(рекомендуемое)