Расчет усилия проходки пилотной скважины
Обновлено: 07.07.2024
СП 341.1325800.2017 Подземные инженерные коммуникации Прокладка горизонтальным направленным бурением стр. 6
7.2.4 В составе раздела «Мероприятия по охране окружающей среды» должен быть приведен перечень ближайших к объекту полигонов отходов и инертных веществ для приема отработанного бурового раствора. Выбор полигона и его готовность следует уточнять перед началом строительства.
7.3 Проектирование трассы перехода
7.3.1 Профиль трассы
7.3.1.1 Профиль трассы ЗП выполняемого методом ГНБ от точки забуривания до выхода (входа) на поверхность (котлован), в зависимости от ситуационно-топографических и инженерно-геологических условий, может включать прямолинейные и криволинейные участки. Радиусы изгиба криволинейных участков определяются по 7.3.2 и эксплуатационными требованиями для конкретного вида прокладываемой коммуникации. Под пересекаемыми капитальными зданиями и сооружениями следует, как правило, предусматривать прямолинейные участки.
7.3.1.2 При проектировании трассы закрытого перехода необходимо учитывать вид прокладываемой коммуникации, тип и диаметр трубопровода, а также вид применяемого технологического оборудования.
Чертеж продольного профиля должен содержать следующие данные:
уровни грунта по всей длине пересечения и отметки в соответствующей системе координат;
уровень грунтовых вод;
уровень водоема, при необходимости, отметки горизонтов высоких и низких вод;
углы входа и выхода;
параметры составляющих участков бурового профиля (длины, радиусы изгиба, углы поворота, заглубление);
горизонтальную и общую длину закрытого перехода.
р и м е ч а н и е – Длина закрытого перехода определяется длиной трассы бурения между точками входа и выхода и может превосходить длину протягиваемого трубопровода за счет дополнительных технологических интервалов на концах перехода (см. 7.3.1.7);
допускаемые отклонения точки выхода;
приближение прокладываемой коммуникации к пересекаемому объекту;
заглубление в критических зонах (например, под озерами, реками, в точке входа и т.п.).
П р и м е ч а н и е – Допускаемые отклонения точки выхода пилотной скважины от проектного створа должны определяться в зависимости от вида прокладываемой коммуникации, длины бурения, инженерно-геологических условий строительства.
7.3.1.3 Трасса скважины для обеспечения необходимого заглубления должна начинаться с прямолинейного участка, наклонного к горизонту под углом входа в грунт. В общем случае после прямолинейного участка должен следовать криволинейный вогнутый участок с расчетным радиусом изгиба, затем прямолинейный (горизонтальный или наклонный) участок до следующей кривой (без нарушения допустимого радиуса изгиба) и так до точки выхода по прямолинейному тангенциальному участку с наклоном под углом выхода к поверхности. Пример построения продольного профиля скважины ГНБ приведен на рисунке 7.1.
7.3.1.4 Угол входа скважины в грунт, в зависимости от условий строительства, назначения трубопровода, вида труб и применяемого оборудования, как правило, принимается от 7 º до 23 º, угол выхода скважины на поверхность от 1 º до 45 º. При определении в проекте углов входа и выхода следует учитывать необходимость устройства технологических шурфов (приямков) или возможность размещения буровой установки в котловане.
7.3.1.5 При построении трассы бурения начальные участки входа и выхода рекомендуется выполнять прямолинейными с целью повышения технологических возможностей реализации профиля ГНБ при производстве работ.
П р и м е ч а н и е – Поверхностные слои грунта, как правило, менее плотные, поэтому при проходке трудно выдерживать необходимый радиус изгиба и возможны выходы бурового раствора.
Рисунок 7.1 - Пример построения продольного профиля трассы скважины ГНБ
Длины прямолинейных участков на входе и выходе рекомендуется увеличивать с возрастанием глубины залегания плотных связанных грунтов, диаметра бурового канала, жесткости буровой колонны.
7.3.1.6 Выбор положения точек входа и выхода скважины следует осуществлять с учетом существующей застройки, наличия коммуникаций и других подземных сооружений, необходимости поворота прокладываемой коммуникации после ЗП. В местах размещения строительных площадок на точках входа/ выхода не должно быть заглубленных сооружений и коммуникаций, пересекающих трассу скважины.
7.3.1.7 При надлежащем обосновании допускается, что общая длина скважины ГНБ (А – С, рисунок 7.2) может превосходить длину протягиваемого трубопровода (А – В, рисунок 7.2), за счет проходки вспомогательных технологических интервалов в виде нисходящего начального (В – С, рисунок 7.2) или восходящего конечного хода.
Проходка вспомогательного технологического хода, разработка необходимых шурфов и котлованов должны быть учтены в проекте ЗП в составе ведомости объемов работ (ВР, см. таблицу Г.1 приложения Г).
П р и м е ч а н и я
1. Восходящий конечный технологический ход сокращается по длине или исключается при расположении точки выхода А (рисунок 7.2) в шурфе (котловане) ниже поверхности земли.
2 Протягивание производится до проектной точки конца трубопровода В (рисунок 7.2), в которой разрабатывается приемный шурф (котлован) для отсоединения буровой колонны и дальнейшей работы с трубопроводом.
7.3.1.8 Разбивку трассы ЗП на составляющие участки, определение их параметров по 7.3.1.2, общей длины скважины и необходимого для проходки числа буровых штанг, а также подготовку графической части проектной документации по таблице Г.1 (приложение Г) следует выполнять по 7.3.1 – 7.3.5 с учетом принятых значений углов входа/выхода.
7.3.1.9 Подбор буровой установки, необходимой для проходки пилотной скважины и протягивания трубопровода по разработанной трассе ЗП, выполняется в соответствии с А.2.4 – А.2.6 приложения А, соответствующие составы типовых комплектов оборудования ГНБ и производственной бригады приведены в приложении Д.
7.3.1.10 Геометрические параметры трассы, а также значения необходимых усилий подачи буровой колонны и крутящего момента для проходки пилотной скважины, общего усилия тяги и крутящего момента для расширения скважины и протягивания трубопровода допускается определять по методике [9] или другим нормированным и апробированным на практике методикам.
Расчеты рекомендуется выполнять с применением специализированного программного обеспечения, автоматизирующего процесс расчетов и подготовки графической документации.
7.3.1.11 Длина плети трубопровода Lт, м, необходимая (и достаточная) для протягивания, определяется по формуле
Lт =L+δ+2a, (1)
где L – расчетная длина скважины по профилю перехода для закладки трубо-провода, м;
δ– возможное увеличение фактической длины бурового канала (перебур), определяемое с учетом допусков по отклонению точки выхода, м;
a – участки трубопровода от 1,5 до 2,5 м вне бурового канала.
П р и м е ч а н и е – Рекомендуется принимать возможное увеличение фактической длины для полиэтиленовых труб 0,10 L, м; для стального трубопровода – от 0,03 L до 0,05 L, м.
7.3.2 Радиусы изгиба криволинейных участков трассы
7.3.2.1 Проектный радиус изгиба трассы прокладки трубопровода Rи, м, в любом случае должен превышать минимальный допустимый радиус изгиба трубы ,м или минимальный допустимый радиус изгиба буровых штанг Rш, м, по А.3.1 приложения А.
Где Кн =1,3 - коэффициент надежности для стальных труб; Кн Кн =1,5 - коэффициент надежности для буровых штанг; Кн =2,0 - коэффициент надежности для пластиковых труб.
7.3.2.2 Минимально допустимый радиус изгиба стальных труб ,м, по условиям прочности, с учетом внутреннего давления в трубе на стадии эксплуатации, определяется по формуле
где Е − модуль упругости стали, МПа;
dн - наружный диаметр трубы, м;
Ry - расчетное сопротивление стали труб и стыковых соединений (по пределу текучести), МПа.
Расчет усилия проходки пилотной скважины
ПОДЗЕМНЫЕ ИНЖЕНЕРНЫЕ КОММУНИКАЦИИ
Прокладка горизонтальным направленным бурением
Underground engineering communications. Lining of by a method of the horizontal directional drilling
Предисловие
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛИ: АО "Научно-исследовательский институт транспортного строительства" (АО ЦНИИС); Международная ассоциация специалистов горизонтального направленного бурения (МАС ГНБ)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет
Введение
Свод правил разработан авторским коллективом: Филиал АО ЦНИИС НИЦ "Тоннели и метрополитены" (руководитель работы - И.М.Малый, канд. техн. наук Е.В.Щекудов, Н.А.Пухова, А.О.Боев, А.А.Шевченко, А.Д.Кобецкий); АО ЦНИИС (канд. экон. наук И.А.Бегун); Международная ассоциация специалистов горизонтального направленного бурения (канд. техн. наук А.И.Брейдбурд, С.Е.Каверин, Р.Н.Матвиенко, Р.Ф.Аминов, Е.В.Азаева, А.Р.Сабитов, М.Р.Фатхутдинов, К.Б.Павлов); СРО НП "Объединение строителей подземных сооружений, промышленных и гражданских объектов" (Р.Р.Салахов).
1 Область применения
1.1 Настоящий свод правил распространяется на проектирование, производство, контроль качества и приемку работ по прокладке горизонтальным направленным бурением (ГНБ) закрытых подземных переходов инженерных коммуникаций различного назначения при строительстве и реконструкции следующих объектов:
- наружных сетей водоснабжения, водоотведения;
- кабельных линий электроснабжения, связи и телекоммуникаций;
- сетей газораспределения на территориях населенных пунктов, промышленных предприятий и межпоселковых;
- пересечениях вышеперечисленными коммуникациями естественных и искусственных преград, включая: водные преграды (реки, ручьи, водохранилища, заливы, каналы и т.п.), холмы и овраги, лесные и парковые массивы; железные и автомобильные дороги, трамвайные пути, линии метрополитена, территории аэродромов.
Примечание - Оборудование и технология ГНБ могут также применяться для ремонта, очистки и замены водопроводных и канализационных труб, устройства геотермальных или водозаборных скважин, самотечных трубопроводов, горизонтальных скважин для очистки загрязненных территорий, вспомогательных скважин для извлечения из грунта существующих трубопроводов.
1.2 Свод правил не распространяется на прокладку методом ГНБ новых, реконструируемых и капитально ремонтируемых трубопроводов и ответвлений от них, проектирование которых выполняется в соответствии с СП 36.13330, СП 125.13330.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 9.602-2016 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии
ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 17.1.3.13-86 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения
ГОСТ 17.2.2.02-98 Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин
ГОСТ 2156-76 Натрий двууглекислый. Технические условия
ГОСТ 5100-85 Сода кальцинированная техническая. Технические условия
ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 6996-66 Сварные соединения. Методы определения механических свойств
ГОСТ 7512-82 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод
ГОСТ 8731-74 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические требования
ГОСТ 8733-74 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные и теплодеформированные. Технические требования
ГОСТ 10060-2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости
ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент
ГОСТ 10705-80 Трубы стальные электросварные. Технические условия
ГОСТ 10706-76 Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования
ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 16037-80 Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры
ГОСТ 17410-78 Контроль неразрушающий. Трубы металлические бесшовные цилиндрические. Методы ультразвуковой дефектоскопии
ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия
ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия
ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия
ГОСТ 30416-2012 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
ГОСТ 30672-2012 Грунты. Полевые испытания. Общие положения
ГОСТ 30732-2006 Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой. Технические условия
ГОСТ 31244-2004 Контроль неразрушающий. Оценка физико-механических характеристик материала элементов технических систем акустическим методом. Общие требования
ГОСТ 31447-2012 Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Технические условия
ГОСТ 33213-2014 (ISO 10414-1:2008) Контроль параметров буровых растворов в промысловых условиях. Растворы на водной основе
ГОСТ Р 50864-96 Резьба коническая замковая для элементов бурильных колонн. Профиль, размеры, технические требования
ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии
ГОСТ Р 52779-2007 (ИСО 8085-2:2001, ИСО 8085-3:2001) Детали соединительные из полиэтилена из* газопроводов. Общие технические условия
* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: "Детали соединительные из полиэтилена для газопроводов. Общие технические условия". - Примечание изготовителя базы данных.
ГОСТ Р 55276-2012 (ИСО 21307-2011) Трубы и фитинги пластмассовые. Процедуры сварки нагретым инструментом встык полиэтиленовых (ПЭ) труб и фитингов, используемых для строительства газо- и водопроводных распределительных систем
ГОСТ Р 55724-2013 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые
ГОСТ Р 56059-2014 Производственный экологический мониторинг. Общие требования
ГОСТ Р 56063-2014 Производственный экологический мониторинг. Требования к программам производственного экологического мониторинга
ГОСТ Р ИСО 3126-2007 Трубопроводы из пластмасс. Пластмассовые элементы трубопровода. Определение размеров
ГОСТ Р ИСО 21467-2011 Машины землеройные. Машины для горизонтального направленного бурения. Терминология и эксплуатационные показатели
ГОСТ Р МЭК 61386.24-2014 Трубные системы для прокладки кабелей. Часть 24. Трубные системы для прокладки в земле
ГОСТ ISO 2531-2012 Трубы, фитинги, арматура и их соединения из чугуна с шаровидным графитом для водо- и газоснабжения. Технические условия
ГОСТ ISO 3183-2015 Трубы стальные для трубопроводов нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия
СП 18.13330.2011 "СНиП II-89-80* Генеральные планы промышленных предприятий" (с изменением N 1)
СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"
СП 25.13330.2012 "СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" (с изменением N 1)
СП 31.13330.2012 "СНиП 2.04.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" (с изменениями N 1, N 2)
СП 32.13330.2012 "СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения"
СП 42.13330.2016 "СНиП 2.07.01-89* Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений"
СП 45.13330.2017 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты"
СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 62.13330.2011 "СНиП 42-01-2002 Газораспределительные системы" (с изменениями N 1, N 2)
Расчет усилия проходки пилотной скважины
Группа: Пользователи
Статус: Оффлайн
Проектировщик
Группа: Пользователи
Статус: Оффлайн
Группа: Советник
Статус: Оффлайн
Бывалый проектировщик
Группа: Чертежник
Статус: Оффлайн
Прикрепления: 3306147.rar (87.7 Kb)
Группа: Советник
Статус: Оффлайн
Quote ( sabirmagomedov )
Помогите пожалуйста найти метод расчета тяговых усилий при ГНБ и дальнейшего подбора оборудования(Не путать с ННБ)
В СП дан расчет только для ННБ.
Свод правил по проектированию и строительству сп 42-101-2003 "Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб" (утв постановлением Госстроя России от 26 июня 2003 г. N 112)
Л.3.1 Исходя из закона равновесия сил взаимодействия усилие проходки пилотной скважины определяют как сумму всех видов сил сопротивления движению буровой головки и буровых штанг в пилотной скважине:
P = Сумма (P ) = P + P + P + P + P + P + P , (27)
п i=1 i 1 2 3 4 5 6 7
где Р - лобовое сопротивление бурению (сопротивление движению
буровой головки в грунте) с учетом искривления пилотной скважины;
P - сила трения от веса буровых штанг (в скважине);
P - увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны
естественного свода равновесия (по М.М.Протодьяконову);
P - увеличение силы трения от наличия на буровых штангах выступов
за пределы наружного диаметра;
P - дополнительные силы трения от опорных реакций;
P - сопротивление перемещению буровых штанг в зоне забуривания за
счет смятия стенки скважины;
P - сопротивление на выходе при переходе от криволинейного движения
Расчет усилия проходки пилотной скважины выполняется для двух пограничных состояний:
- при благоприятных условиях: при наличии качественного бурового раствора, отсутствии фильтрации раствора в грунт, при хорошо сформированной и стабильной пилотной скважине;
- при неблагоприятных условиях: при обрушении грунта по длине пилотной скважины и фильтрации бурового раствора в грунт.
Л.3.2 Лобовое сопротивления бурению Р(*)_1 рассчитывается по формуле
где P - сила сопротивления бурению, Н;
l - текущая длина пилотной скважины при бурении от точки
i забуривания до выхода пилотной скважины из земли (от 0 до 1), м;
R - радиус кривизны пилотной скважины, м;
f - условный коэффициент трения вращающегося резца о грунт,
р рассчитывается по формуле
кв. корень (1 + (пи d /h) )
где f - коэффициент трения резца о грунт;
d - диаметр буровой головки, м;
h - подача на оборот, рассчитывается по формуле
где ню - скорость бурения, м/мин;
омега - угловая скорость бурения, об/мин.
Сила сопротивления бурению Р(*)_г при разрушении грунта вращающейся буровой головкой рассчитывается по формуле
где С - коэффициент сцепления грунта, Н/м2 (Па);.
m - ширина резца, м;
е - глубина врезания (вылет резца), м;
ро - угол внутреннего трения грунта, рад.
Л.3.3 Силу трения от веса буровых штанг в пилотной скважине Р(*)_2 рассчитывают по формуле
P = q R (e cos ──── - cos ───────), (32)
где q - погонный вес буровых штанг за вычетом выталкивающей силы
ш бурового раствора, Н/м;
R - радиус кривизны бурового канала, м;
l - длина пилотной скважины, м;
l - текущая длина пилотной скважины, м.
────, ─────── - углы в радианах (1 радиан - 57,3°);
f - условный коэффициент трения вращающихся буровых штанг о
ш грунт, смоченный буровым раствором, рассчитывается по формуле
кв. корень (1 + (пи d /h) )
где d - наружный диаметр буровых штанг, м;
f - коэффициент трения штанг о грунт, смоченный буровым раствором.
Погонный вес штанг q_ш (за вычетом выталкивающей силы бурового раствора) рассчитывается по формуле
q = гамма ──── [d - (d - 2 дельта ) ] - гамма ──── d , (34)
ш ш 4 ш ш ш ж 4 ш
где гамма - удельный вес материала штанг, Н/м3;
гамма - удельный вес бурового раствора, Н/м3;
дельта - толщина стенки штанги, м.
Л.3.4 Усилие увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.Протодьяконову) Р(*)_3 рассчитывается по формуле
где q - погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия (по
г М.М.Протодьяконову), который рассчитывается по формуле
q = 0,5 k пи гамма (1 + мю) d , (36)
где мю - коэффициент бокового давления;
k - коэффициент высоты свода равновесия (по М.М.Протодьяконову),
который рассчитывается по формулам:
k = 1 + tg(── - ──)/2tq ро - при благоприятных условиях; (37)
k = 1/[tq (── - ── 2 tq ро)] - при неблагоприятных условиях, (38)
где ро - угол внутреннего трения грунта, рад;
гамма - объемный вес грунта с учетом разрыхления при его
г обрушении на буровые штанги, который рассчитывается по
гамма = гамма /[1 + ── (1 - ───)], (39)
где гамма - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3.
Л.3.5 Увеличение силы трения от наличия на штангах выступов за пределы наружного диаметра Р(*)_4 рассчитывается по формуле
P = ─── q R (e - 1), (40)
где q - погонная сила сопротивления буртов земли, образованных
б выступами, рассчитывается по формулам, Н/м:
а) при благоприятных условиях:
q = ─── (дельта P - дельта P )(d - d ) ──────, (41)
б 4а 3 ш 3 ш гамма
где а - расстояние между выступами на штанге, м;
гамма - удельный вес воды, Н/м ;
дельта Р - потеря давления бурового раствора между выступом и
3 стенкой скважины на длине выступа, рассчитывается по
Дельта P = 163Q L /(d - d ) ; (42)
где Q - расход бурового раствора, м3/с (характеристика установки);
L - длина выступа на штанге, м;
d - наружный диаметр выступа на штанге, м;
d - наружный диаметр буровой головки, м;
Дельта Р - потеря давления бурового раствора между штангами и
ш стенкой скважины на длине выступа, которая рассчитывается по
Дельта P = 163Q L /(d - d ) ; (43)
б) при неблагоприятных условиях:
б 4а 3 ш n + дельта n
дельта - напряжение уплотнения грунта, которое рассчитывается по
дельта = 5,2(1 - ──── )10 - для песчаных грунтов, Н/м2 (Па), (45).
А - площадь вертикального сечения бурта, рассчитывается по формуле
n - пористость грунта в естественном залегании;
Дельта n - приращение пористости грунта при обрушении грунта зоны свода
равновесия, рассчитывается по формуле
Дельта n = ── (1 - ───). (47)
Л.3.6 Дополнительные силы трения от опорных реакций при движении в криволинейной скважине Р(*)_5 рассчитываются по формуле
P = 0,5 P (1 + e ), (48)
Р - силы трения от опорных реакций, определяющих изгиб буровых
и штанг, рассчитываются по формуле
P = ──────── [d - (d - 2 Дельта ) ], (49)
где Е - модуль упругости материала штанг, Н/м2 (Па);.
В - плечо опорных реакций буровых штанг, рассчитывается по формуле
B = кв. корень ((R + 0,5d ) - (R - 0,5d + d ) ). (50)
Л.3.7 Сопротивление перемещению буровых штанг в зоне забуривания рассчитывается по формуле
где Р - сила смятия стенки скважины при забуривании, рассчитывается
P = ────────────── (R - ── кв. корень (R - B ) -
c n + дельта n 2 ш
Л.3.8 Сопротивление движению при переходе от криволинейного движения к прямолинейному рассчитывается по формуле
P = ────── [d - (d - 2 дельта) ]. (53)
Л.3.9 Полное усилие прокладки пилотной скважины рассчитывается по формулам:
а) при благоприятных условиях:
P = P + P + P + P + P + P + P ; (54)
п(а) 1 2 3(а) 4(а) 5 6 7
б) при неблагоприятных условиях (обрушении грунта по всей длине пилотной скважины и полной фильтрации бурового раствора в грунт):
P = P + P + P + P + P + P + P . (55)
п(б) 1 2 3(б) 4(б) 5 6 7
Фактическое усилие прокладки пилотной скважины в реальных условиях будет находиться между пограничными величинами Р_п(а) и Р_(б).
Л.4 Расчет общего усилия протаскивания Р
Л.4.1 Общее усилие протаскивания Р определяется как сумма всех видов сопротивления движению газопровода и расширителя в буровом канале:
где Р - общее усилие протаскивания;
Р - лобовое сопротивление движению расширителя;
Р - усилие перемещения буровых штанг;
Р - усилие протаскивания газопровода, которое рассчитывается по
P = Сумма P = P + P + P + P + P + P + P , (57)
гп i=1 i 2 3 4 5 6 7 8
где Р - сила трения от веса газопровода (в буровом канале);
Р - увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны
естественного свода равновесия (по М.М.Протодьяконову);
Р - увеличение силы трения от наличия на трубе газопровода
выступов за пределы наружного диаметра;
Р - дополнительные силы трения от опорных реакций;
P - усилие сопротивления перемещению газопровода в зоне
заглубления в буровой канал;
Р - увеличенное сопротивление перемещению при переходе от
прямолинейного движения к криволинейному;
P - сила трения от веса газопровода, находящегося вне бурового
Расчет общего усилия протаскивания выполняется для двух пограничных состояний:
- при благоприятных условиях: при наличии качественного бурового раствора, отсутствии фильтрации раствора в грунт, при хорошо сформированном и стабильном буровом канале;
- при неблагоприятных условиях: при обрушении грунта по длине бурового канала и фильтрации раствора в грунт.
Л.4.2 Лобовое сопротивление движению расширителя Р_р рассчитывается по формуле
где Р - сила сопротивления бурению, Н;
l - текущая длина бурового канала от точки забуривания до точки
выхода из земли (так как протаскивание газопровода начинается с конечной
точки бурового канала, то текущая длина будет изменяться в интервале от 1
R - радиус кривизны бурового канала, м;
f - условный коэффициент трения вращающегося расширителя о
грунт, смоченный буровым раствором, рассчитывается по формуле
pш кв. корень (1 + (пи d /h
где f - коэффициент трения стального расширителя о грунт, смоченный
рш буровым раствором;
d - диаметр расширителя, м;
h - подача на оборот, м.
Сила сопротивления бурению Р_г рассчитывается по формуле
где р - давление жидкости на выходе из сопел расширителя, Н/м2 (Па)
(характеристика оборудования буровой установки);
d - диаметр выступа буровых штанг, м.
Л.4.3 Силу трения от веса газопровода Р_2 рассчитывают по формуле
f(l-l )/ R l - l 2l - l
P = q R (e cos ────── cos ──────), (61)
где q - погонный вес газопровода за вычетом выталкивающей силы
бурового раствора, Н/м;
R - расчетный радиус кривизны бурового канала, м;
f - коэффициент трения газопровода о грунт, смоченный буровым
l - длина бурового канала;
l - текущая длина бурового канала (в интервале от 1 до 0), м;
──────, ────── - углы в радианах (1 рад. - 57,3°).
Погонный вес газопровода q (за вычетом выталкивающей силы бурового раствора) рассчитывается по формуле
q = гамма ──── [d - (d - 2 дельта) ] - гамма ──── d , (62)
где гамма - удельный вес материала трубы газопровода, Н/м3;
гамма - удельный вес бурового раствора, Н/м3;
d - наружный диаметр трубы газопровода, м;
дельта - толщина стенки трубы газопровода, м.
Л.4.4 Увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.Протодьяконову) Р_3 рассчитывается по формуле
где q - погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия
г (по М.М.Протодьяконову), рассчитывается по формуле
q = 0,5 k пи гамма (1 + мю) d , (64)
где мю - коэффициент бокового давления;
гамма - объемный вес грунта с учетом разрыхления при его
г обрушении на газопровод, рассчитывается по формуле
гамма = гамма /[1 + ── (1 - ───)], (65)
где гамма - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3;
k - коэффициент высоты свода равновесия (по М.М.Протодьяконову),
рассчитывается по формуле (34) для благоприятных условий.
Погонный вес грунта зоны естественно свода равновесия будет рассчитываться по формуле
q = 0,5 k пи гамма (1 + мю) d , (66)
а усилие Р - по формуле
где k - коэффициент высоты свода равновесия (по М.М.Протодьяконову),
рассчитывается по формуле (38) для неблагоприятных условий.
Погонный вес грунта зоны естественно свода равновесия будет рассчитываться по формуле
q = 0,5 k пи гамма (1 + мю) d , (68)
а усилие Р будет рассчитываться по формуле
Л.4.5 Увеличение силы трения от наличия на трубе газопровода выступов за пределы наружного диаметра Р_4 рассчитывается по формуле
P = ─── q R (e - 1), (70)
где q - погонная сила сопротивления буртов земли, Н/м, образованных
б выступами, которая рассчитывается по формулам
а) при благоприятных условиях:
q = ── (дельта Р - дельта Р )(d - d ) ──────, (71)
б(а) 4а 3 т 3 н гамма
где а - расстояние между выступами на газопроводе, м;
гамма - удельный вес воды, Н/м ;
Дельта Р - потеря давления бурового раствора между выступом и
3 стенкой скважины на длине выступа, которая рассчитывается
Дельта P = 163Q L /(d - d ) ; (72)
где Q - расход бурового раствора, м /с;
L - длина выступа, м;
d - наружный диаметр выступа, м;
d - наружный диаметр расширителя, м;
Дельта Р - потеря давления бурового раствора между газопроводом и
т стенкой скважины на длине выступа, рассчитывается по формуле
Дельта P = 163Q L /(d - d ) . (73)
Усилие Р_4(а) рассчитывается по формуле
P = ─── q R (e - 1), (74)
б) при неблагоприятных условиях:
б(б) 4а 3 н n + дельта n
где дельта - напряжение уплотнения грунта, рассчитывается по формуле
дельта = 5,2 (1 - ─────) 10 - для песчаных грунтов, Н/м (Па),
где А - площадь вертикального сечения бурта, рассчитывается по формуле
где n - пористость грунта в естественном залегании;
дельта n - приращение пористости грунта при обрушении грунта зоны
свода равновесия, которое рассчитывается по формуле
дельта n = ── (1 - ──────). (77)
Усилие Р_4(б) рассчитывается по формуле
P = ─── q R (e - 1). (78)
Л.4.6 Дополнительные силы трения от опорных реакций Р_5 рассчитываются по формуле
P = 0,5 Р (1 + e ), (79)
где Р - силы трения от опорных реакций, определяющих изгиб газопровода,
и которые рассчитываются по формуле
Р = ───────[d - (d - 2 дельта) ], (80)
где Е - модуль упругости материала газопровода, Н/м2 (Па);
В - плечо опорных реакций, рассчитывается по формуле
В = кв. корень ((R + 0,5 d ) - (R - 0,5 d + d ) ). (81)
Л.4.7 Сопротивление перемещению в зоне заглубления газопровода в буровой канал за счет смятия стенки Р_6 рассчитывается по формуле
где P - сила смятия стенки скважины при забуривании, которая
с рассчитывается по формуле
упл н 1 2 2 R B
Р = ───────────── (R - ── кв. корень (R - B ) - ── arcsin ──). (83)
с n + дельта n 2 2B R
Л.4.8 Увеличенное сопротивление при переходе от прямолинейного движения к криволинейному перед выходом газопровода из земли Р_7 рассчитывается по формуле
Р = ────── [d - (d - 2 дельта) ]. (84)
Л.4.9 Сила трения от веса газопровода, находящегося вне бурового канала, P_8 определяется по формуле
Бурение пилотной скважины
Пилотные скважины необходимы для прокладки труб и коммуникаций под транспортными магистралями. Для таких работ применяют специальную технику — буровые установки. Бурение пилотной скважины выполняется машиной горизонтального бурения, специальными буровыми головками для построения пилотных скважин.
Задачи, которые решает способ горизонтального бурения
Бестраншейное строительство — это современная методика прокладки трубопроводов различного предназначения. С помощью горизонтально направленного бурения (ГНБ) строительные организации теперь имеют возможность уменьшить финансовые и трудовые затраты на 25-30%.
Прокладка трубопроводов под ж/д и автотранспортными путями прежними методами обычно подразумевает остановку транспортного потока через территорию проводки коммуникаций на довольно продолжительный период, что влечет за собой немалые бюджетные издержки и неудобства для населения. Сейчас же, единственный вариант провести такие работы без разного рода задержек, это выполнить обустройство коммуникативных сооружений по технологии бестраншейного строительства.
Плюсы методики ГНБ также и в следующем:
- Нет надобности в задействовании большого количества рабочих; с таким же объемом работ справляется бригада из 4-5 человек. можно прокладывать трубопроводы под водоемами.
- При проведении работ способом горизонтального бурения не приходится разрушать благоустроенные участки и тратиться на их восстановление, не наносится вред окружающей природе.
Учитывая вышеперечисленные достоинства, можно уверенно сказать, что технология бестраншейного строительства, это уникальный способ обустройства коммуникаций из соображений рационального планирования и выгоды во всех аспектах.
Методика горизонтального бурения
Подготовительные работы
Подготовительные работы перед бурением включают в себя изучение грунтов методом проведения геодезических изысканий, а также на предмет присутствия прочих подземных коммуникаций. После утверждения исполнительной документации, с точным указанием расположения будущего трубопровода, выполняется подготовка места для установки оборудования.
Необходимо расчистить и разровнять место для бурового комплекса. Ровная площадка должна быть площадью 100-150 м 2 . В каждом случае может быть своя конкретика ситуации, к примеру, когда необходимо подготовить объездные пути, а в местах интенсивного движения оградить площадку предупреждающими обозначениями (ленты, дорожные знаки, забор). Под оборудование заякоривают опорную плиту посредством шнеков. После подготовки места под буровое оборудование приступают к установке машины и регулируют угол входа бура. Также необходимо наладить радиосвязь между операторами техники и руководителем работ.
В процессе осуществления прокола применяется бентонитовый раствор. Устройства для его приготовления располагают рядом с буровой машиной не далее 10 метров. Бентонитовым раствором укрепляют стенки канала; он также способствует удалению из скважины грунта. Лишний раствор утилизируется в предварительно подготовленные приямки на входе и выходе сквозного канала.
Оборудование и его характеристики
Разработчики оборудования для ГНБ позаботились о максимальном снижении рисков аварийности этой техники. Технический комплекс для бурения включает в своем составе:
- машину ГНБ
- вспомогательные комплектующие
- локационную систему.
Система локации необходима, чтобы контролировать рабочий процесс и положение буровой лопатки, который находится под землей вне зоны видимости, исключить его столкновение с возможными преградами и предотвратить повреждение дорогостоящего бурового оборудования. На пульте локатора обрабатывается сигнал от передатчика, размещенного на корпусе бура. Если система локации отсутствует или она неисправна, тогда бестраншейные работы выполнять запрещается.
Элементы и функциональные части машины ГНБ:
- кузов
- ходовая часть
- силовой агрегат
- буровой пилот ГНБ с породоразрушающей головкой
- насос подачи бурового раствора
- пульт управления.
Далее для протяжки трубопровода присоединяют риммер(расширитель). Главный показатель производительности установок ГНБ — тяговое усилие. К другим характеристикам буровых установок относятся:
- максимум длины канала, который способна проделать машина
- показатель сечения канала(расширение)
- расход бентонитового раствора в литрах за минуту
- максимальный радиус прогиба буровых штанг для обхода препятствий.
Все перечисленные факторы должны быть подобраны в соответствии с техническими условиями буровых работ к каждому определенному месту их проведения. К вспомогательным элементам относятся:
- расширители
- переходники
- соединительные скобы, вертлюги
- фиксаторы
- генераторы электричества
- насосное оборудование
- приборы освещения.
После завершения подготовительных работ, установки машины ГНБ и проверки всех узлов приступают к бурению стартовой скважины.
Как выполняется пилотная (лидерная) скважина
Показатель сечения проходного канала пилотной скважины обычно составляет 100 мм. Отношение начальной позиции головки бура к горизонту составляет, как правило, от 10 до 20° и по глубине погружения постоянно уменьшается. По достижению установленной глубины начинают горизонтальное бурение.
При помощи системы позиционирования руководитель в ходе работы вносит коррективы в прохождении наконечника бура в случаях, если он начинает отклоняться от заданной траектории. Положение бура проверяется через каждые 2-3 метра в зависимости от типа грунта. Угол выхода бура также заранее рассчитывается и выполняется в строгом соответствии с расчетами.
Увеличение диаметра пилотной скважины
Пилотную скважину на следующем этапе расширяют: демонтируют бурильную головку и подсоединяют риммер. Его протягивают от выхода к входу канала. Для достижения нужного диаметра скважины протяжку выполняют от 2 до 5 раз и более. Иногда бурение приходится делать в тяжелых условиях (обилие помех, сложная структура почвы и т. п.). В таких случаях бурильные работы выполняются посредством применения соединительных скоб или вертлюг. При прохождении любых слоев грунта используется охлаждающая жидкость.
При планировании бурения руководитель работ должен предвидеть и такой немаловажный фактор, как осыпание грунта. Во избежание осложнений в процессе работ, перед началом протяжки труб, их требуется соединить в единую конструкцию. При неработающем оборудовании кольцевые расширители стыкуют со штангами, после чего коммуникацию стыкуют через вращающийся вертлюг. Для этого потребуются специальные переходные элементы. Расчеты производятся следующим образом: канал делают по диаметру больше на 25% от протягиваемого трубопровода, а когда он должен быть с теплоизоляцией, то диаметр канала делают на 50% больше.
Если внутри канала большие показатели давления почвы, тогда между стенками скважины и трубы пространство равномерно заполняют бентонитовым раствором. Затвердевший раствор исключит дальнейшую просадку грунта.
Прокладка трубопровода
Прокладку труб выполняют по методу ГНБ после расширения проходного канала. Протяжку трубопровода делают вместе с расширительным риммером. Коммуникацию крепят к расширителю с помощью соединительных скоб. Если это кабельная проводка, то через готовый канал предварительно протягивают проводник. Трубопроводная конструкция исполняет роль защитного кожуха, предотвращающего порчу кабелей.
Технология ГНБ позволяет наиболее экономно прокладывать коммуникации без устройства траншей. При этом снижаются не только трудовые и финансовые затраты, но и для проведения таких работ исключается необходимость в задержке или перенаправлении транспортных потоков.
С помощью метода бурения пилотной скважины сокращается объем и срок работ по реконструкции или новой прокладке инженерных сетей. Работы можно проводить в любой сезон и в местах со сложными геофизическими условиями.
Расчет тягового усилия для установки ГНБ
Задача инженеров на месте бурения состоит в том, чтобы произвести верный расчет тягового усилия ГНБ. При вычислении должны приниматься во внимание многие факторы: структура почвы, диаметр труб, близость инфраструктурных объектов и т.д.
Методы определения тягового усилия
Тяговое усилие установки ГНБ определяется проектом. При том что проект подразумевает укладку трубопровода по идеальной прямой линии, в реальности прокладываемый канал далек от проектной траектории. Чаще всего маршрут установки ГНБ - это кривая линия с изгибами.
- По радиусам изгибов криволинейной траектории: так называемый "радиус естественного изгиба трубы". Это естественная деформация магистрали, при прохождении сквозь почву. Учитываются все изгибы от точки входа до точки выхода.
- С помощью разбивки всего маршрута на прямолинейные участки: расчет тягового усилия ГНБ производится для каждого отдельного участка. Второй метод проще в аспекте вычислений, однако, при его использовании необходима высокопроизводительная техника.
В текущий момент более востребованы методы электронных вычислений и компьютерного моделирования. Они позволяют учитывать максимальное количество факторов, влияющих на результаты расчетов для ГНБ.
Силовые составляющие расчетного тягового усилия
Искомое значение (Z) рассчитывается по формуле:
Z=Zz+Zn*+Zpn
Переменные для данной формулы:
- Zz: значение силы, которую должна преодолевать буровая головка во время движения;
- ZN*: усилие при движении штанг буровой установки;
- Zpn: усилия протяжки трубопроводной магистрали.
Для расчета параметра Zpn требуется отдельная формула, которая подразумевает суммирование коэффициентов, отражающих воздействие отдельных факторов при прохождении буровой головки через слой почвы.
- Z2: сила сцепления, вычисленная с учетом общей массы трубопровода;
- Z3: аналогичный параметр, вычисленный для общей массы грунтового свода;
- Z4: силовые нагрузки, возникающие при контакте трубы с изгибами в канале;
- Z5: дополнительные нагрузки от опорных реакций;
- Z6: стартовое противодействие в точке входа;
- Z7: значения противодействующих сил в отметках преломления;
- Z8: дополнительный коэффициент, который учитывает нагрузку на буровую установку в случае обвала грунтового свода. Также данный параметр может вводится, если есть вероятность утечки бурового раствора.
Для расчета значений параметров Z2-Z8 нужно учитывать следующие факторы:
- значения коэффициента трения для расширителя при контакте с почвенным слоем;
- диаметр расширителя в установке ГНБ;
- выступ штанг;
- кривизна скважины.
Особенности расчета и получение промежуточного результата
Особенности расчета связаны исключительно с типом протягиваемого канала. Рассчитать искомое значения для пучка кабелей проще, нежели сделать аналогичные вычисления для трубопровода. Есть универсальная формула, применяемая при бестраншейном монтаже кабельных каналов:
F = G x L x Ој
- F - искомое усилие тяжения;
- G - вес метра магистрали;
- L - общая длина протягиваемого кабеля;
- Qj: коэффициент трения (обычно, не превышает значения "0,6". При вводе данного значения диаметр бурового канала можно не учитывать).
Подбор оборудования производится после проведения данных расчетов. На сегодняшний день доступны различные конфигурации установок ГНБ с диапазоном максимального тягового усилия от 5 тонн и выше. При подборе строительной техники описываемого типа также уделяйте внимание таким параметрам как длина буровых штанг и тип буровой головки.
Расчет трубоукладки для ГНБ - это сложная и многоступенчатая операция. Вычисление без специальных программ не рекомендуется, так как высока вероятность совершения ошибки. Также при расчетах параметров для ГНБ можно упустить одну из характеристик, что приведет к срыву проекта.
Читайте также: