Исследование влияния криогелей на проведение работ по укреплению грунта при строительстве и реконструкции трубопроводов в условиях Крайнего Севера
Повышение прочностных характеристик грунта откосов и днищ траншей при строительстве и реконструкции трубопроводов в условиях Крайнего Севера. В процессе исследования проводились: анализ существующих методов укрепления грунта, лабораторные испытания прочностных характеристик суглинистого грунта, расчет трубопровода на прочность и устойчивость, Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода в программном комплексе ANSYS.
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………… 16
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ……………………………………………………………………….. 19
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ……………………………………………………………………… 24
2.1. Распространение вечномерзлых грунтов на территории России ………….. 24
2.2. Общие положения и особенности вечномерзлых грунтов ……………………. 25
2.3. Процессы, происходящие в слое сезонного промерзания и оттаивания .. 27
2.6. Основные способы сооружения трубопроводов ………………………………….. 29
3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………………………. 31
3.1 Характеристика района производства работ ………………………………………… 31
3.1.1 Географическая характеристика района строительства …………………… 32
3.1.2 Рельеф местности ………………………………………………………………………….. 32
3.1.3 Инженерно-геологические условия ………………………………………………… 33
3.1.4 Геологические процессы и явления ………………………………………………… 34
3.1.5 Климатическая характеристика ……………………………………………………… 37
3.2. Лабораторные испытания …………………………………………………………………… 39
3.3 Проверка прочности и устойчивости трубопровода ……………………………… 43
3.4. Схема закрепления грунтового основания трубопровода криогелем ……. 49
3.5 Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода в
программном комплексе ANSYS ………………………………………………………………. 51
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ……. 61
4. 1 Расчет продолжительности работ по укреплению грунта откосов и днищ
траншей при строительстве и реконструкции трубопроводов ……………………. 62
4. 1. 1 Срок укрепления грунта методом цементации ……………………………… 62
4. 1. 2 Расчет продолжительности работ по укреплению грунта криогелем 62
4. 2 Расчёт стоимости проведения работ по укреплению грунта методом
цементации ………………………………………………………………………………………………. 63
4. 2. 1 Расчет стоимости материалов для укрепления грунта методом
цементации ……………………………………………………………………………………………. 64
4. 2. 2 Расчет амортизационных отчислений по методу цементации ……….. 65
4. 2. 3 Расчет заработной платы по методу цементации ………………………….. 66
4. 2. 4 Расчет отчислений во внебюджетные фонды (страховые отчисления)
по методу цементирования …………………………………………………………………….. 67
4. 2. 5 Затраты на проведение организационно-технического мероприятия
по методу цементации ……………………………………………………………………………. 68
4. 3 Расчёт стоимости проведения работ по укреплению грунта с
использованием криогеля …………………………………………………………………………. 69
4. 3. 1 Расчет стоимости материалов для укрепления грунта криогелем. …. 70
4. 3. 2 Расчет амортизационных отчислений по методу укрепления грунта
криогелем………………………………………………………………………………………………. 71
4. 3. 3 Расчет заработной платы по методу укрепления грунта криогелем .. 72
4. 3. 4 Расчет отчислений во внебюджетные фонды (страховые отчисления)
по методу укрепления грунта криогелем ………………………………………………… 73
4. 3. 5 Затраты на проведение организационно-технического мероприятия
по методу укрепления грунта криогелем ………………………………………………… 74
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ПРИ УКРЕПЛЕНИИ ГРУНТА
ОТКОСОВ И ДНИЩ ТРАНШЕЙ ТРУБОПРОВОДА В УСЛОВИЯХ
КРАЙНЕГО СЕВЕРА …………………………………………………………………………….. 76
5. 1 Профессиональная и социальная безопасность …………………………………… 76
5.1.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению ……………………………………………………………… 78
5.1.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению ……………………………………………………………… 80
5.2 Экологическая безопасность ……………………………………………………………….. 84
5. 3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………. 85
5.4 Законодательное регулирование проектных решений ………………………….. 88
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А
Освоение природных ресурсов Севера и территорий с вечной мерзлотой
является первоочередной государственной задачей, решение которой
осложняется экстремальными климатическими условиями. Нефтехимическая
промышленность играет существенную роль в мировой экономике, оказывая
значительное влияние на ключевые отрасли промышленности, строительство и
сельское хозяйство. В связи с этим, вопросы проектирования и обустройства
нефтегазовых месторождений в северных регионах РФ имеют стратегическую
значимость.
В процессе проектирования, строительства и эксплуатации магистральных
трубопроводов особое внимание уделяется вопросам обеспечения прочности и
устойчивости подземных сооружений в долгосрочной перспективе.
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 повышение прочностных характеристик грунта
откосов и днищ траншей при строительстве и реконструкции трубопроводов в
условиях Крайнего Севера. Для достижения этой цели необходимо решить
следующие задачи:
1. Исследовать влияние криогелей на проведение работ по укреплению
грунта при строительстве и реконструкции трубопроводов в условиях Крайнего
Севера.
2. Провести лабораторные исследования прочностных характеристик
суглинистого грунта.
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 мерзлых и
многолетнемерзлых грунтах.
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;
Криогели экологически безопасны для окружающей среды и безвредны
для людей и животного мира.
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.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.7 (82 отзыва)
5 (18 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
5 (8 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
