Сооружение трубопроводов в сейсмически-активных зонах

Содержание.

1.Введение………………………………………………………………….2

2.Сейсмические явления…………….…………………………………….3

3.Прокладка трубопроводов  в сейсмически-активных районах……….4

3.1.Применяемые технические решения ...……………………………...4 

         3.2.Особенности прокладки трубопроводов в сейсмических районах..5

         3.3. Способы прокладки трубопроводов в сейсмических районах…....5

4.Расчет трубопровода  на сеймостойкость……………………………..11

5. Заключение……………………………………………………………..16

6.Библиографический список……………………………………………17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

Строительство трубопроводов  в сейсмически-активных зонах требует  принятия точных, проверенных методов. Такое мероприятие является одним  из самых трудных строительств. Меры, исключающие или смягчающие разрушительные воздействия сейсмических сил, сводятся к выбору: участков с меньшей степенью сейсмической опасности; соответствующих конструктивных схем и материалов для зданий; соответствующих объёмно-планировочных решений; конструктивных решений, обеспечивающих сейсмостойкость. Трубопроводы, прокладываемые в сейсмических районах, независимо от вида прокладки (подземной, наземной или надземной), рассчитываются на основные и особые сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий согласно СНиП РК 2.03-30-2006.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сейсмические явления.

В результате действия внутренних сил Земли возникают движения земной коры, которые сопровождаются упругими колебаниями, вызывающими сейсмические явления – землетрясения.

Они постоянно наблюдаются  в горных районах Восточного и  Западного полушария. В равнинных местах колебания земной коры или совсем не наблюдаются, или очень редки и сила их составляет 1-3 балла. Области, подверженные частым землетрясениям, называют сейсмическими.

Сила землетрясений в  нашей стране измеряется по 12-ти балльной шкале МSК-64. При силе до 5 баллов нет заметного ущерба зданиям и сооружениям. Сейсмически активные территории подразделяют на зоны, степень возможной разрушительной силы землетрясений в которых определяют в баллах. В практике строительства выделяют зоны сейсмичностью 6, 7, 8 и 9 баллов.

Под сейсмостойкостью понимают сохранность несущих конструкций, выход из строя которых угрожает обрушением здания или его частей. При этом возможны повреждения второстепенных несущих элементов, не угрожающих безопасности людей или сохранности ценного оборудования. 

Россия, по сравнению с  другими странами мира, расположенными в сейсмоактивных регионах, в целом  характеризуется умеренной сейсмичностью. Исключение составляют регионы Северного Кавказа, юга Сибири и Дальнего Востока, где интенсивность сейсмических сотрясений достигает 8-9 и 9-10 баллов по 12-балльной макросейсмической шкале MSK-64. Определенную угрозу представляют и 6-7-балльные зоны в густозаселенной европейской части страны. 

В сейсмическом отношении  территория России принадлежит Северной Евразии, сейсмичность которой обусловлена  интенсивным геодинамическим взаимодействием  нескольких крупных литосферных  плит – Евроазиатской, Африканской, Аравийской, Индо-Австралийской, Китайской, Тихоокеанской, Северо-Американской и Охотоморской.

В европейской части России высокой сейсмичностью характеризуется  Северный Кавказ, в Сибири – Алтай, Саяны, Байкал, Забайкалье, на Дальнем Востоке – Курило-Камчатский регион и остров Сахалин. Менее активны в сейсмическом отношении Верхояно-Колымский регион, районы Приамурья, Приморья, Корякии и Чукотки, хотя и здесь возникают достаточно сильные землетрясения. Относительно невысокая сейсмичность - на равнинах Восточно-Европейской, Скифской, Западно-Сибирской и Восточно-Сибирской платформ.  

3. Прокладка трубопроводов в сейсмических районах.

3.1. Применяемые технические решения.

1) утолщение стенки трубопровода;

2) обход по возможности косогорных участков;

3) на участках пересечения трассой трубопровода активных тектонических разломов необходимо применять надземную прокладку; конструкции опор должны обеспечивать возможность перемещений трубопроводов во время землетрясения;

4) 100%-й контроль качества сварных соединений (радиографический контроль для всех категорий трубопровода или его участка);

5) Не допускается жесткое соединение трубопроводов к стенам зданий, сооружений и оборудованию; ввод трубопровода в здания (в компрессорные,  насосные и т.д.) следует осуществлять через проем, размеры которого должны превышать диаметр трубопровода не менее чем на 200 мм;

6) При подземной прокладке применяется подсыпка и присыпка трубопровода крупнозернистым песком или торфом;

7) Установка автоматически срабатывающей запорной арматуры;

8) Установка автоматической системы контроля положения трубопровода;

9) Установка сейсмометрических станций для записи колебаний трубопровода и окружающего грунта и др.

 

 

3.2. Особенности прокладки трубопроводов

в сейсмических районах.

 

1) уклон откосов траншеи принимается 1:1,5

2) заглубление труб выполняется минимально допустимым

3) участки трубопроводов относятся к I и высшей (B) категориям

4) засыпка трубопровода осуществляется крупнозернистым песком

5) в случае обводнения применяется балластировка «мягкими» пригрузам типа КТ и ПКБУ.

 

3.3. Способ прокладки трубопроводов в сейсмических районах

 

Изобретение относится к  трубопроводному транспорту и используется при прокладке подземного трубопровода в сейсмическом районе. Способ включает подземную прокладку трубопровода в широкой траншее с пологими откосами. При этом для исключения контакта трубопровода со стенкой и дном траншеи и грунтом засыпки на внешнюю поверхность трубопровода устанавливают (обкладывают) упругопластичные элементы в виде мешков или емкостей различной геометрической формы с габаритными размерами (0.2÷1.5 м)×(0.4÷3.0 м), заполненные стружкой непрессованных стекловолокнистых материалов или пенопропиленовых, поролоновых материалов, песком или торфом. Для исключения повреждения стенки трубы или изоляции трубы от грунта засыпки предусмотрена установка на трубопровод скального листа. Далее производят засыпку траншеи щебнем. Компенсация нагрузок на трубопровод и демпфирование колебаний трубопровода достигается за счет свойств упругопластичных элементов и, как следствие, возможности свободного перемещения и деформирования трубопровода в траншее.

 

 

 

Изобретение относится к  трубопроводному транспорту и может  быть использовано при сооружении трубопроводов в сейсмических районах.

В практике трубопроводного  строительства используются различные  способы и конструктивные решения  по прокладке трубопроводов в  сейсмических районах. Широко применяется способ прокладки трубопроводов над поверхностью земли на свободно-подвижных опорах. Данный способ прокладки наиболее эффективен при пересечении трассой трубопровода активных тектонических разломов. К недостаткам способа относятся высокая металлоемкость и необходимость установки демпфирующих элементов.

Прототипом изобретения  является способ прокладки трубопровода в сейсмических районах (Ф.М.Мустафин, Л.И.Быков, Г.Г.Васильев, А.Г.Гумеров  и др. - Технология сооружения газонефтепроводов. Под ред. Г.Г.Васильева. Т.1: Учебник. - Уфа: Нефтегазовое дело, 2007. - 632 с.), включающий подземную прокладку трубопровода с разработкой траншеи с пологими откосами (уклон 1:2), устройством подсыпки из мягкого грунта толщиной не менее 200 мм, засыпкой трубопровода измельченным, несвязным грунтом (крупнозернистым песком, торфом).

Недостатком прототипа является то, что мелкий песок и торф смывается  из траншеи потоками воды от ливневых дождей и весеннего паводка. Это  в конечном итоге приводит к ухудшению  компенсационного и демпфирующего свойств данного способа прокладки.

Задачей изобретения является компенсация поперечных и продольных нагрузок на трубопровод и демпфирование  колебаний трубопровода при сейсмическом воздействии на него, повышение надежности трубопроводов, прокладываемых в сейсмических районах.

Указанная задача решается тем, что при способе прокладки  трубопровода в сейсмических районах, включающем разработку траншеи с  пологими откосами, прокладку трубопровода и его засыпку, согласно изобретению при прокладке трубопровода используют упругопластичные или упругодеформируемые элементы с шагом L от 0 до 10 метров. Кроме того, трубопровод дополнительно защищают скальным листом. Также упругопластичные элементы могут укладывать под трубопровод, при этом трубопровод защищают скальным листом. Для засыпки траншеи используют щебень с зернами размером 10-50 мм.

Упругопластичные элементы представляют собой мешки или  емкости различной геометрической формы с габаритными размерами (0,2-1,5 м)×(0,4-3,0 м) (в зависимости от диаметра трубопровода и района строительства), заполненные стружкой непрессованных стекловолокнистых материалов или пенопропиленовых, поролоновых и других упругопластичных материалов, песком или торфом. Упругодеформируемые элементы представляют собой резинотканевые (полимерные, металлокордовые и другие) материалы, в качестве которых могут быть использованы, например, утилизированные автопокрышки.

На фиг.1 представлено поперечное сечение траншеи с упругопластичными элементами, на фиг.2 представлен продольный разрез траншеи с упругодеформируемыми элементами, на фиг.3 представлен поперечный разрез траншеи с упругодеформируемыми элементами, на фиг.4 представлен продольный разрез траншеи при прокладке на уклоне, на фиг.5 представлен поперечный разрез траншеи при прокладке на уклоне.

1 - трубопровод, 2 - скальный  лист, 3 - упругопластичный элемент, 4 - упругодеформируемый элемент, 5 - грунт засыпки (щебень).

 

 

 

      

 

 

 

 

             

           

 

 

Способ прокладки трубопроводов  в сейсмических районах заключается  в следующем.

В широкую траншею с  пологими откосами укладывают трубопровод 1. При этом на внешнюю поверхность  трубопровода могут устанавливаться  упругодеформируемые элементы 4. Упругодеформируемые элементы могут устанавливаться вплотную друг к другу по всей длине трубопровода или с шагом L. В случае установки упругодеформируемых элементов с шагом L для исключения повреждения стенки трубы и изоляции трубы от грунта засыпки дополнительно предусматривается установка на внешнюю поверхность трубопровода скального листа 2. Также для исключения контакта трубопровода со стенкой и дном траншеи и грунтом засыпки трубопровод может обкладываться со всех сторон упругопластичными элементами 3. В случае прокладки трубопровода на склоновых участках уклоном более 5° упругопластичные элементы 3 укладывают только под трубопровод. При этом для исключения повреждения стенки трубы и изоляции трубы от грунта засыпки дополнительно предусматривается установка на внешнюю поверхность трубопровода скального листа 2. Далее производят засыпку траншеи щебнем 5. При сейсмической активности за счет свойств упругопластичных и упругодеформируемых элементов происходит компенсация сил, действующих на трубопровод, и демпфирование колебаний трубопровода. В связи с этим и с отсутствием в траншее легкоразмываемых водой грунтов (мелкий песок, торф) происходит существенное повышение надежности трубопровода по сравнению с прототипом.

На фиг.1, 3, 5 величина В  может достигать 4 метров, величина угла у находится в пределах 30-35°. На фиг.2 величина L может достигать 10 метров. На фиг.4 величина угла x более 5°. Величины В, у, L, x определяются в зависимости от геометрических и прочностных характеристик трубопроводов, конкретных условий прокладки.

Упругопластичные и упругодеформируемые  элементы предлагаемой конструкции  обладают достаточной прочностью для  сопротивления действию грунта засыпки и достаточной пластичностью для свободного перемещения трубопровода во время сейсмической активности.

Благодаря отсутствию защемления трубопровода грунтом и возможности  свободного перемещения и деформирования трубопровода при сейсмической активности происходит существенное уменьшение механических напряжений в стенке трубы. Благодаря отсутствию в траншее легкоразмываемых водой грунтов (мелкий песок, торф) обеспечивается стабильность компенсирующих и демпфирующих свойств данного способа прокладки. Как следствие, происходит повышение надежности данного участка трубопровода. 

 

 

Формула изобретения.

Способ прокладки трубопроводов  в сейсмических районах, включающий разработку траншеи с пологими откосами, прокладку трубопровода и его  засыпку, отличающийся тем, что при прокладке трубопровод обкладывают упругопластичными элементами с шагом L от 0 до 10 м, трубопровод дополнительно защищают скальным листом, засыпку трубопровода производят щебнем; при этом в качестве упругопластичных элементов используют мешки различной геометрической формы с габаритными размерами (0.2÷1.5 м)×(0.4÷3.0 м), заполненные стружкой непрессованных стекловолокнистых материалов или пенопропиленовых, поролоновых материалов, песком или торфом.

 

 

4. Расчет трубопровода на сейсмостойкость

Настоящий раздел устанавливает  требования к расчету сейсмических нагрузок на трубопроводы. С помощью  этих расчетов проводится оценка сейсмостойкости  на стадии проектирования и в процессе эксплуатации.

Общие положения.

1)Расчет на сейсмостойкость является обязательным этапом поверочного расчета трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64 независимо от вида прокладки (подземной или надземной).

2)Расчет трубопроводов на сейсмические воздействия проводится после выполнения расчетов на статические и циклические нагрузки и подтверждения его прочности при этих нагрузках.

 

3)Цели поверочного расчета на сейсмостойкость: