Приложение М (рекомендуемое). Примеры расчетов некоторых параметров при строительстве газопровода из полиэтиленовых труб методом наклонно-направленного бурения

Приложение М

(рекомендуемое)

Примеры
расчетов некоторых параметров при строительстве газопровода из полиэтиленовых труб методом наклонно-направленного бурения

Прокладка бестраншейным способом на установке "Навигатор" D 24х40 фирмы "Вермеер" (RABBINS HDD-30 TMSC, STRAIG-HTLINE DL-2462, TRACTO-TECHNIK Grudopit 10S) газопровода из полиэтиленовых труб ПЭ 80 ГАЗ SDR 11-110х10 ГОСТ Р 50838 через реку с меженным горизонтом 25 м (рисунок Л.4).

Технология строительства: прокладка пилотной скважины диаметром мм, затем протаскивание газопровода с одновременным расширением бурового канала до диаметра d = 140 мм. Трасса выполнена по плавной дуге с переходом от максимального угла 17°30' к нулевому углу на максимальной глубине и вновь с выходом в выходной приямок. Точка выхода газопровода в выходном приямке на 1 м ниже точки забуривания.

Исходные данные

Грунт: песок средней крупности, влажный с естественной пористостью .

Коэффициенты трения:

сталь по влажному песку - ;

сталь по влажному песку, смоченному буровым раствором, - ;

полиэтилен по песку - ;

полиэтилен по буровому раствору - f = 0,2.

Глубина заложения газопровода от горизонта забуривания - м.

Угол забуривания (характеристика установки D 24х40 "Навигатор" и аналогичных установок других фирм).

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

Диаметр полиэтиленовой трубы м.

Толщина стенки полиэтиленовой трубы м.

Давление бурового раствора на выходе из сопел расширителя .

Расход бурового раствора .

Диаметр буровой головки м.

Диаметр расширителя м.

Диаметр штанги м.

Диаметр замка штанги мм.

Длина замка на штанге м.

Расстояние между замками на штанге м.

Толщина стенки штанги м.

Удельный вес:

полиэтилена ;

грунта ;

бурового раствора ;

воды .

Погонный вес полиэтиленовой трубы диаметром 110 мм Н/м.

Модуль ползучести полиэтилена .

Модуль упругости стальных штанг .

Угол внутреннего трения грунта рад.

Коэффициент бокового давления .

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 24х40 "Навигатор" фирмы "Вермеер".

1. Расчет трассы газопровода

Расчет угла :

.

Расчет длины трассы газопровода от точки М до точки А:

.

Расчет радиуса кривизны пилотной скважины.

Для выбранной трассы и рассчитывается по формуле

;

.

Расчет длины трассы от точки А до точки Н:

; ;

;

; ;

.

Расчет общей длины трассы l от точки М точки Н:

.

Расчет числа штанг для проходки длины трассы :

.

Расчет изменения угла , на каждой штанге:

.

Расчет заглубления газопровода на каждой штанге:

;

и т.д.

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

Таблица М.1

/------------------------------------------------------------------------\

|  N  |Длина бурового | Текущий угол    | Синус текущего |  Заглубление  |

|п.п. |   канала, м   |    альфа_i      |    угла sin    |     D_i,      |

|     |               |                 |    aльфа_i,    |газопровода от |

|     |               |                 |                |     точки     |

|     |               |                 |                |забуривания, см|

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  0  |       0       |     -17°30'     |      0,3       |       0       |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  1  |       3       |     -16°11'     |      0,28      |      90       |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  2  |       6       |     -14°53'     |      0,26      |      170      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  3  |       9       |     -13°34'     |      0,23      |      240      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  4  |      12       |     -12°15'     |      0,21      |      300      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  5  |      15       |     -10°56'     |      0,19      |      360      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  6  |      18       |     -9°38'      |      0,16      |      410      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  7  |      21       |     -8°19'      |      0,14      |      460      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  8  |      24       |      -7,0°      |      0,12      |      500      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

|  9  |      27       |     -5°41'      |      0,1       |      540      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 10  |      30       |     -4°23'      |      0,08      |      560      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 11  |      33       |      -3°4'      |      0,05      |      580      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 12  |      36       |     -1°45'      |      0,03      |      600      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 13  |      39       |     -0°26'      |      0,01      |      600      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 14  |      42       |     +0°52'      |      0,01      |      600      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 15  |      45       |     +2°11'      |      0,04      |      590      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 16  |      48       |     +3°30'      |      0,06      |      580      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 17  |      51       |     +4°49'      |      0,08      |      560      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 18  |      54       |     +6°07'      |      0,1       |      530      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 19  |      57       |     +7°26'      |      0,13      |      500      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 20  |      60       |     +8°44'      |      0,15      |      450      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 21  |      63       |     +10°03'     |      0,17      |      400      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 22  |      66       |     +11°22'     |      0,19      |      340      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 23  |      69       |     +12°41'     |      0,22      |      280      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 24  |      72       |      +14°       |      0,24      |      220      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 25  |      75       |     +15°19'     |      0,26      |      140      |

|-----+---------------+-----------------+----------------+---------------|

| 26  |      76       |     +15°45'     |      0,27      |      100      |

\------------------------------------------------------------------------/

Расчет объема удаленного грунта:

.

Расчет объема бурового раствора.

При бурении в песчаных фунтах требуется увеличенный объем бурового раствора - .

Расчет минимального времени бурения:

.

Расчет максимальной скорости бурения:

.

Примем скорость бурения равной 0,60 м/мин.

Расчет величины подачи на оборот:

.

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 (увеличение силы трения от наличия на трубе газопровода выступов за пределы наружного диаметра) и усилие (сопротивление перемещению газопровода в зоне входа за счет смятия стенки бурового канала) равны нулю.

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

Общее усилие протаскивания Р рассчитывается по формулам:

а) для благоприятных условий:

;

б) для неблагоприятных условий:

;

Разбиваем трассу на равные интервалы для расчета текущих усилий:

.

Расчет усилия - лобового сопротивления движению расширителя:

;

;

.

.

Расчет усилия протаскиванияя газопровода :

а) усилие протаскивания газопровода для благоприятных условий рассчитывается по формуле

;

б) усилие протаскивания газопровода для неблагоприятных условий рассчитывается по формуле

.

Расчет усилия :

;

;

;

.

Расчет усилия :

а) для благоприятных условий:

;

;

;

;

;

.

;

б) для неблагоприятных условий:

;

;

;

;

;

;

.

.

Расчет усилия :

;

;

;

;

;

.

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

Расчет усилия :

.

Расчет усилия перемещения буровых штанг .

Усилие перемещения буровых штанг рассчитывается по формулам:

а) для благоприятных условий:

;

б) для неблагоприятных условий:

.

Расчет усилия :

,

где

;

;

.

Расчет усилия :

а) при благоприятных условиях:

;

;

;

б) при неблагоприятных условиях:

;

;

.

Расчет усилия :

а) при благоприятных условиях:

;

;

;

;

;

;

б) при неблагоприятных условиях:

;

;

;

;

;

.

Расчет усилия :

;

;

;

.

.

Расчет усилия :

;

.

.

Расчет усилия :

.

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

Таким образом, расчет усилия перемещения буровых штанг :

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

;

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

.

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

;

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

.

На основании сделанных вычислений построены графики усилий:

- лобовое сопротивление движению расширителя;

- сила трения от веса газопровода внутри бурового канала;

и - увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия;

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

и - усилие перемещения буровых штанг;

и - усилие протаскивания газопровода;

и - общее усилие протаскивания.

Выполненные расчеты показывают, что выбранная бурильная установка D24x40 "Навигатор" фирмы "Вермеер" по техническим характеристикам обеспечивает производство работ по бестраншейной прокладке данного газопровода (максимальное расчетное общее усилие протаскивания Н значительно меньше максимального усилия, развиваемого установкой D24x40, 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 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 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.