Помощь студентам в учебе
Разработка комплекса мероприятий по строительству газопровода в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов
|
Введение 19
Глава 1. Характер и классификация многолетнемерзлых грунтов 22
1.1. Географическое распространение многолетнемерзлых грунтов 22
1.2. Классификация и строение многолетнемерзлых грунтов 23
1.3. Физические свойства мерзлых грунтов 26
1.4. Геоморфологические процессы 28
1.4.1. Классификация геоморфологических процессов 29
1.4.2. Воздействие опасных инженерно-геологических процессов
на конструктивные элементы газопроводов 35
Глава 2. Устойчивое функционирование трубопровода в осложненных
природно-климатических условиях 42
2.1. Анализ и классификация дефектов магистрального газопровода 43
2.2. Анализ методов повышения эксплуатационной надежности
магистральных газопровод в условиях многолетнемерзлых грунтов 47
Глава 3. Характеристика объекта исследования 52
3.1. Природно-климатическая характеристика района 52
3.2. Сложные инженерно-геологические и геокриологические условия . 53
3.3. Проектирования магистральных газопроводов 56
3.4. Технология и организация строительства магистральных
трубопроводов 61
3.5. Комплекс инженерных решений 68
3.5.1. Инженерная подготовка площадок 68
3.5.2. Строительство автомобильных дорог 70
3.5.3. Прокладка трубопроводов 71
3.5.4. Дополнительные защитные мероприятия 72
Глава 4. Расчетная часть 77
4.1. Общие данные. Характеристика трубопровода и трассы МГ 77
4.2. Определение толщины стенки труб 78
4.3. Расчет максимально допустимых пролетов подземного трубопровода
при образовании карстовых пустот 79
4.4. Расчет МГ на участке карстообразования 83
Глава 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 89
5.1. Анализ перспективности исследования 89
5.1.1. SWOT-анализ 89
5.1.2. Оценка готовности проекта к коммерциализации 91
5.2. Планирование научно-исследовательских работ 93
5.3. Оценка экономической эффективности реализации результатов
исследования 94
5.3.1. Расчет сметной стоимости строительства участка газопровода95
Глава 6. Социальная ответственность 99
6.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности . 99
6.1.1. Специальные правовые нормы трудового законодательства 99
6.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей
зоны 100
6.2. Производственная безопасность 101
6.2.1. Анализ потенциальных вредных производственных факторов
и обоснование мероприятий по их устранению 102
6.2.2. Анализ потенциальных опасных производственных факторов
и обоснование мероприятий по их устранению 107
6.3. Экологическая безопасность 111
6.3.1. Воздействие на окружающую среду 112
6.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 114
Заключение 116
Список использованной литературы 117
Приложение А.1 - Профиль трассы магистрального газопровода 122
Приложение А.2 - Схема подземной прокладки трубопровода 123
Глава 1. Характер и классификация многолетнемерзлых грунтов 22
1.1. Географическое распространение многолетнемерзлых грунтов 22
1.2. Классификация и строение многолетнемерзлых грунтов 23
1.3. Физические свойства мерзлых грунтов 26
1.4. Геоморфологические процессы 28
1.4.1. Классификация геоморфологических процессов 29
1.4.2. Воздействие опасных инженерно-геологических процессов
на конструктивные элементы газопроводов 35
Глава 2. Устойчивое функционирование трубопровода в осложненных
природно-климатических условиях 42
2.1. Анализ и классификация дефектов магистрального газопровода 43
2.2. Анализ методов повышения эксплуатационной надежности
магистральных газопровод в условиях многолетнемерзлых грунтов 47
Глава 3. Характеристика объекта исследования 52
3.1. Природно-климатическая характеристика района 52
3.2. Сложные инженерно-геологические и геокриологические условия . 53
3.3. Проектирования магистральных газопроводов 56
3.4. Технология и организация строительства магистральных
трубопроводов 61
3.5. Комплекс инженерных решений 68
3.5.1. Инженерная подготовка площадок 68
3.5.2. Строительство автомобильных дорог 70
3.5.3. Прокладка трубопроводов 71
3.5.4. Дополнительные защитные мероприятия 72
Глава 4. Расчетная часть 77
4.1. Общие данные. Характеристика трубопровода и трассы МГ 77
4.2. Определение толщины стенки труб 78
4.3. Расчет максимально допустимых пролетов подземного трубопровода
при образовании карстовых пустот 79
4.4. Расчет МГ на участке карстообразования 83
Глава 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 89
5.1. Анализ перспективности исследования 89
5.1.1. SWOT-анализ 89
5.1.2. Оценка готовности проекта к коммерциализации 91
5.2. Планирование научно-исследовательских работ 93
5.3. Оценка экономической эффективности реализации результатов
исследования 94
5.3.1. Расчет сметной стоимости строительства участка газопровода95
Глава 6. Социальная ответственность 99
6.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности . 99
6.1.1. Специальные правовые нормы трудового законодательства 99
6.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей
зоны 100
6.2. Производственная безопасность 101
6.2.1. Анализ потенциальных вредных производственных факторов
и обоснование мероприятий по их устранению 102
6.2.2. Анализ потенциальных опасных производственных факторов
и обоснование мероприятий по их устранению 107
6.3. Экологическая безопасность 111
6.3.1. Воздействие на окружающую среду 112
6.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 114
Заключение 116
Список использованной литературы 117
Приложение А.1 - Профиль трассы магистрального газопровода 122
Приложение А.2 - Схема подземной прокладки трубопровода 123
Литосфера Земли содержит в себе зоны, на территории которых постоянно сохраняется отрицательная температура грунта. Такое явление называется - «вечной мерзлотой» или многолетнемерзлым грунтом (далее ММГ), а территория, верхний слой земной коры, вокруг данных грунтов называется криолитозоной, которая характеризуется наличием отрицательных температур.
В криолитозоне возможно существование подземных льдов, следовательно лед в таких грунтах является основным породообразующий минералом. От количества содержания льда в почве и ее температуру на прямую зависят прочностные свойства грунтов. Чем ниже температура грунта, тем его прочностные свойства выше. Содержание льда в грунтах может колебаться в пределах от достаточно сухого грунта, до весьма льдистого, вплоть до состояния грязного льда.
Многолетнемерзлые грунты чувствительны к изменениям их температурного режима. Так нарушение его поверхностного слоя, растительности например, может приводит к стремительному таянию мерзлоты, что спровоцирует разрушение структуры грунта и образованию полей протаивания. В результате чего грунты, служившие надежным основанием в мерзлом состоянии, за несколько сезонов превращаются в болота, в которой возможно, поперечное смещение трубопровода, его деформация и всплытие.
Опасность возникновения подобных явлений создает множество проблем инженерам при проектировании и строительстве трубопровода в таких, особых условиях. Так еще на этапе проектирования необходимо определиться с нахождениями участков трассы трубопровода, где будут сохраняться естественные условия залегания мерзлых грунтов, а где возможно нарушение этих естественных условий. Подобные решения возможны только при всестороннем и тщательном анализе технических возможностей по прокладке трубопровода по выбранной трассе. Выбор методик и технологий строительства трубопровода осуществляется при тщательном анализе всех предложенных вариантов. Возможна укладка трубопровода на поверхность земли с созданием специальной грунтовой подушки, траншейным способом или над поверхностью земли, на специальных опорах. По трассе один трубопровод может иметь самые разные участки прокладки. Например, при прокладке трубопровода на опорах, он будет испытывать значительные перепады температур, в связи с этим сразу повышаются требования к качеству стали трубопровода и его опор. В ряде случаев может потребоваться применение опор особого типа, запасающих холод в зимний период, чтобы сохранить мерзлоту летом.
Актуальность. Многолетний опыт эксплуатации северных газопроводов демонстрирует, что тепловое взаимодействие газопроводов с мерзлыми грунтами зачастую приводит к дисбалансу равновесия в системе «мерзлый грунт - газопровод», который сопутствует существенным изменением ландшафта местности, что в свою очередь приводит к потере проектного положения (деформациям) газопроводов и, зачастую, к аварийным ситуациям. Мерзлый грунт, если не нарушать его тепловой режим, обладает высокими несущими и прочностными свойствами. Отепление данных грунтов ведет к значительному снижению их несущей способности. Также наоборот, промораживание грунтов со стороны газопровода приводит к криогенному пучения грунтов, что впоследствии негативно влияет на напряженно -деформированное состояния (далее НДС) газопровода. Поэтому проектирование магистральных газопроводов (далее МГ) в условиях ММГ происходит путем комплексного решения задач по минимизации геокриологических факторов (криогенное пучение грунтов, образование термокарстов, солифлюкции и т. п.).
Для предотвращения или сокращения теплового воздействия на мёрзлые грунты применяются средства инженерной защиты. Рациональность их применения во многих случаях зависит от технических расчетов.
Обеспечение необходимой несущей способности и устойчивого положения МГ является одним из основных факторов надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта как на стадии строительства, так и в процессе эксплуатации.
Цель работы. Разработать комплекс мероприятий по строительству магистрального газопровода в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. изучить нормативно-техническую документацию по теме строительство магистральных газопроводов в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов;
2. выделить влияние опасных инженерно-геологических процессов на конструктивные элементы газопроводов;
3. определить объем работ, необходимый для обеспечения устойчивого функционирования магистрального газопровода, проложенного в криолитозоне;
4. провести технологические расчеты на прочность и устойчивость объекта строительства с учетом вероятности образования карстовых пустот в процессе дальнейшей эксплуатации ;
5. оценить финансовые затраты на проведение строительных работ.
В криолитозоне возможно существование подземных льдов, следовательно лед в таких грунтах является основным породообразующий минералом. От количества содержания льда в почве и ее температуру на прямую зависят прочностные свойства грунтов. Чем ниже температура грунта, тем его прочностные свойства выше. Содержание льда в грунтах может колебаться в пределах от достаточно сухого грунта, до весьма льдистого, вплоть до состояния грязного льда.
Многолетнемерзлые грунты чувствительны к изменениям их температурного режима. Так нарушение его поверхностного слоя, растительности например, может приводит к стремительному таянию мерзлоты, что спровоцирует разрушение структуры грунта и образованию полей протаивания. В результате чего грунты, служившие надежным основанием в мерзлом состоянии, за несколько сезонов превращаются в болота, в которой возможно, поперечное смещение трубопровода, его деформация и всплытие.
Опасность возникновения подобных явлений создает множество проблем инженерам при проектировании и строительстве трубопровода в таких, особых условиях. Так еще на этапе проектирования необходимо определиться с нахождениями участков трассы трубопровода, где будут сохраняться естественные условия залегания мерзлых грунтов, а где возможно нарушение этих естественных условий. Подобные решения возможны только при всестороннем и тщательном анализе технических возможностей по прокладке трубопровода по выбранной трассе. Выбор методик и технологий строительства трубопровода осуществляется при тщательном анализе всех предложенных вариантов. Возможна укладка трубопровода на поверхность земли с созданием специальной грунтовой подушки, траншейным способом или над поверхностью земли, на специальных опорах. По трассе один трубопровод может иметь самые разные участки прокладки. Например, при прокладке трубопровода на опорах, он будет испытывать значительные перепады температур, в связи с этим сразу повышаются требования к качеству стали трубопровода и его опор. В ряде случаев может потребоваться применение опор особого типа, запасающих холод в зимний период, чтобы сохранить мерзлоту летом.
Актуальность. Многолетний опыт эксплуатации северных газопроводов демонстрирует, что тепловое взаимодействие газопроводов с мерзлыми грунтами зачастую приводит к дисбалансу равновесия в системе «мерзлый грунт - газопровод», который сопутствует существенным изменением ландшафта местности, что в свою очередь приводит к потере проектного положения (деформациям) газопроводов и, зачастую, к аварийным ситуациям. Мерзлый грунт, если не нарушать его тепловой режим, обладает высокими несущими и прочностными свойствами. Отепление данных грунтов ведет к значительному снижению их несущей способности. Также наоборот, промораживание грунтов со стороны газопровода приводит к криогенному пучения грунтов, что впоследствии негативно влияет на напряженно -деформированное состояния (далее НДС) газопровода. Поэтому проектирование магистральных газопроводов (далее МГ) в условиях ММГ происходит путем комплексного решения задач по минимизации геокриологических факторов (криогенное пучение грунтов, образование термокарстов, солифлюкции и т. п.).
Для предотвращения или сокращения теплового воздействия на мёрзлые грунты применяются средства инженерной защиты. Рациональность их применения во многих случаях зависит от технических расчетов.
Обеспечение необходимой несущей способности и устойчивого положения МГ является одним из основных факторов надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта как на стадии строительства, так и в процессе эксплуатации.
Цель работы. Разработать комплекс мероприятий по строительству магистрального газопровода в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. изучить нормативно-техническую документацию по теме строительство магистральных газопроводов в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов;
2. выделить влияние опасных инженерно-геологических процессов на конструктивные элементы газопроводов;
3. определить объем работ, необходимый для обеспечения устойчивого функционирования магистрального газопровода, проложенного в криолитозоне;
4. провести технологические расчеты на прочность и устойчивость объекта строительства с учетом вероятности образования карстовых пустот в процессе дальнейшей эксплуатации ;
5. оценить финансовые затраты на проведение строительных работ.
Проведен анализ характера распространение, классификацию, строение и физические свойства многолетнемерзлых грунтов, геоморфологических процессов протекающих в мерзлых грунтах и их влияние на строительство и эксплуатацию газопровода в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Проведена оценка воздействие опасных инженерно-геологических процессов на конструктивные элементы газопроводов и возникающих дефектов вследствие их воздействия, и существующих методов инженерной защиты.
Составлен алгоритм применения комплекса инженерных решений с применением методов инженерной защиты для повышения эксплуатационной надежности при строительстве и эксплуатации магистральных газопроводов в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Проведен расчет толщины стенки газопровода для выбора оптимального трубопровода, которая составила 25,8 мм. На трассе строительства МГ присутствуют участки карстообразования, в связи с этим был произведен расчет максимально допустимого пролет подземного трубопровода при образовании карстовых пустот, который составил 39,4 м. Так как, согласно результатам инженерных изысканий был выявлен максимальный карстовый пролет равный 26.5 м., то был проведен проверочный расчет прочности трубопровода на максимальном расчетном карстовом пролете, в результате которого условия прочности были выполнены.
Проведена оценка воздействие опасных инженерно-геологических процессов на конструктивные элементы газопроводов и возникающих дефектов вследствие их воздействия, и существующих методов инженерной защиты.
Составлен алгоритм применения комплекса инженерных решений с применением методов инженерной защиты для повышения эксплуатационной надежности при строительстве и эксплуатации магистральных газопроводов в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Проведен расчет толщины стенки газопровода для выбора оптимального трубопровода, которая составила 25,8 мм. На трассе строительства МГ присутствуют участки карстообразования, в связи с этим был произведен расчет максимально допустимого пролет подземного трубопровода при образовании карстовых пустот, который составил 39,4 м. Так как, согласно результатам инженерных изысканий был выявлен максимальный карстовый пролет равный 26.5 м., то был проведен проверочный расчет прочности трубопровода на максимальном расчетном карстовом пролете, в результате которого условия прочности были выполнены.