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

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.