Анализ применения криогелей для укрепления грунтов в условиях Крайнего Севера
Объектом исследования являются способы закрепления грунта. Цель работы – анализ применения криогеля для укрепления грунта. В магистерской диссертации рассмотрены прочностные характеристики криогелей. Рассмотрена технология применения криогеля для закрепления грунта. Проанализирована предварительно построенная компьютерная модель напряженно-деформированная состояния трубопровода при осадке грунта с применением криогеля и без него и сделаны выводы по перспективе применения криогеля.
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………….. 3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ……………………………………………………………………… 6
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………….. 11
2.1. Распространение вечномерзлых грунтов на территории России ……….. 11
2.2. Общие положения и особенности вечномерзлых грунтов…………………. 12
2.3. Процессы, происходящие в слое сезонного промерзания и оттаивания
………………………………………………………………………………………………………….. 15
2.4. Процессы, происходящие в многолетнемерзлом грунте ………………….. 19
2.5. Основные способы сооружения трубопроводов ……………………………….. 20
3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ …………………………………………………………………………… 23
3.1. Краткая характеристика района строительства нефтепровода ………….. 23
3.2. Лабораторные исспытания ………………………………………………………………. 24
3.3. Проверка прочности и устойчивости подземного нефтепровода ………. 26
3.4. Схема закрепления грунтового основания трубопровода криогелем…. 31
3.5. Анализ напряженно деформированного состояния трубопровода в
программном комплексе ANSYS …………………………………………………………… 32
4. «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ»……………………………………………………………………….. 38
4.1. СМЕТНАЯ СТОИМОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ ………………………… 38
4.1.1. Расчёт стоимости работы, методом замены грунтового основания
ПГС 38
4.1.2. Расчёт стоимости работ, методом закрепления грунтового
основания криогелем ………………………………………………………………………….. 40
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ПРИ УКРЕПЛЕНИИ ГРУНТА
ОТКОСОВ И ДНИЩ ТРАНШЕЙ ТРУБОПРОВОДА В УСЛОВИЯХ
КРАЙНЕГО СЕВЕРА ………………………………………………………………………………. 43
5. 1 Профессиональная и социальная безопасность ………………………………… 43
5.1.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению ………………………………………………………….. 45
5.1.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению ………………………………………………………….. 49
5.2 Экологическая безопасность…………………………………………………………….. 51
5. 3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 52
5.4. Законодательное регулирование проектных решений ………………………. 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………….. 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………….. 57
Северная строительно-климатическая зона включает районы Крайнего
Севера, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока. Отличительной
особенностью региона является: широкий предел колебания температур,
влажность воздуха, ветровое воздействие и осложненный ландшафт.
Вечномерзлые грунты имеют отрицательную или нулевую
температуру, содержат в своем составе лед и находятся в мерзлом состоянии
в течение многих лет. Инженерно-хозяйственная деятельность человека
приводит к ослаблению вечной мерзлоты, что приводит к необратимым
явлениям осложняющих эксплуатацию и надежность объектов
строительства.
Актуальность: Проблема эксплуатации нефте- и газотранспортных
объектов на нестабильно мерзлых грунтовых основаниях является
нарушение их устойчивого положения вследствие оттаивания, обводнения и
разупрочнения мерзлых грунтов.
Существуют различные способы защиты газотранспортных объектов
от потери устойчивости вследствие разрушения грунтов оснований талыми и
подземными водами, такие как, цементирование, силикатизация, холодная
битумизация, замораживание, цементация и глинизация, которые
реализуются в виде инъекций в земельное полотно или поверхностного
нанесения. В условиях сезонного оттаивания-промерзания грунта эти
способы малоэффективны, поскольку традиционные материалы в ходе
замерзания – оттаивания разрушаются.
Поэтому при проектировании и строительстве нефте- и
газотранспортных объектов указанные способы практически не
применяются. Таким образом, актуальной научно-технической задачей
является необходимость анализа применения криогеля, которые обладают
высокой упругостью и хорошей адгезией к грунту для применения в районах
вечной мерзлоты. Применения криогеля позволит обеспечить эффективную и
безопасную эксплуатацию и снизить стоимость содержания нефте – и
газотранспортных объектов, сооружений и дорог в условиях сезонно-
мерзлых и вечномерзлых грунтов.
Объект исследования – способы укрепления грунта в Северных
условиях.
Предмет исследования – криотропные полимерные материалы
(криогели).
Целью работы является анализ применения криогеля для укрепления
грунта в северных регионах, в условиях вечной мерзлоты.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить механику мерзлых грунтов и принципы строительства
трубопроводов в условиях Крайнего Севера.
2. Рассмотреть физико-химические, и теплофизические свойства
криогелей.
3. Проанализировать технологию применения криогеля для укрепления
грунта в северных регионах.
Научная новизна исследования основывается на том, что
наноструктурированные криотропные полимерные материалы обладают
улучшенными теплофизическими и механическими свойствами, они могут
найти применение для строительства в районах распространения вечной
мерзлоты. Для строительства трубопроводов в таких районах возникает
проблема по поддержанию повышению несущей способности грунта, .
Применение криогеля для укрепления грунта в строительстве
трубопроводов, имеет ряд конкурентных преимуществ перед остальными
методами:
Предлагаемые криогели обладают высокими гидроизоляционными,
противофильтрационными и противомиграционными свойствами в
пористой среде;
Сезонные колебания температур, часто наблюдаемые во многих
областях России, способствуют увеличению их прочности, упругости и
усиливают их сцепления с породой;
Их применение возможно на территории с вечной мерзлотой;
Они безвредны для людей и экологически безопасны для окружающей
среды.
Исходя, из вышеуказанных преимуществ данный метод может
существенно снизить риски при эксплуатации трубопроводов, связанные
со сложными природными условиями.
Практическая значимость работы. На основании проведенного
анализа разработать рекомендации по применению криогеля для укрепления
грунта в Северных условиях.
По результатам проделанной работы можно сделать следующие
выводы: В зонах распространения вечномерзлых грунтов сосредоточены
более 80 % запасов нефти, и 70 % газа.
Строительство в сложных природно-климатических условиях нарушает
естественный температурный режим грунта, что впоследствии приводит
процессам осложняющих надежную эксплуатацию промышленных объектов.
Существующие способы закрепления трубопроводов, трудоемкие и требует
значительных капиталовложений а также при циклах промерзании-
оттаивании материалы разрушаются и практически не применяется.
Рассмотренный криогель, на основе поливинилого спирта обладает
хорошей адгезией с грунтом и низким коэффициентом теплопроводности,
что является значительным преимуществом перед остальными материалами
используемые в низких температурах.
Предварительное построение модели в программном комплексе Ansys
показывает улучшения напряженно-деформированного состояния
трубопровода, что говорит, о перспективе применения криогеля для
закрепления слабых грунтовых оснований которые могут облодать
улучшенными механическими свойствами. Стоит заметить что данная
модель не дает полной картины взаимодействия криогеля с грунтом и
требует более детального исследования схемы закрепления трубопровода с
учетом всех физико-механических свойств грунта.
Анализ сметной стоимости проведения работ по двум методам
закрепления грунта показала, экономию с применением криогеля, которая
составило: 30446,32 – 6119,23= 24327,09 руб.
Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности и
практической значимости применения криогеля для закрепления грунта в
Северных условиях.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.4 (93 отзыва)
5 (428 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
5 (188 отзывов)
0 (13 отзывов)
4.9 (343 отзыва)
4.8 (17 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
4.7 (82 отзыва)
