Обеспечение устойчивости надземных магистральных трубопроводов в районах сплошного распространения многолетнемерзлых пород

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эксплуатационной надежности надземных магистральных трубопроводов, проложенных на многолетнемерзлых грунтах. Это направление развития транспортировки нефти и газа и наращивания сырьевого потенциала является ресурсосберегающим, минимизирующим объемы эксплуатационных затрат на обследование и геомониторинг. Опоры надземных магистральных трубопроводов подвергаются нагрузкам со стороны грунта из-за опасных криогенных процессов морозного пучения, вызванных очень низкими температурами. Появляется задача повышения эксплуатационной надежности надземных магистральных трубопроводов, проложенных на многолетнемерзлых грунтах. Цель: определить и предложить конструкцию опоры для надземных магистральных трубопроводов, проложенных на многолетнемерзлых грунтах, и возможность эффективного использования острой кромки опорной плиты в качестве основания надземной опоры. Объекты: надземный магистральный трубопровод, конструкция опоры, многолетнемерзлый грунт. Грунты классифицируются по типам и характеризуются сильным пучением и высоким модулем деформации. Методы: математическое моделирование опорной плиты с мерзлым грунтом; оценка и анализ распределения напряжения разрушения мерзлой породы; оценка эффективности применения новой конструкции опоры с острой кромкой опорной плиты в районах сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Результаты. Даны физические характеристики мерзлых вспученных грунтов; предложена опорная конструкция, защищающая надземный магистральный трубопровод от воздействий сил морозного пучения; предложен оптимальный угол острой кромки опорной плиты для эффективного резания вспученного грунта; выполнено моделирование опорной плиты с мерзлым грунтом; выполнен расчет эквивалентных напряжений острой кромки при наиболее вероятном случае резания вспученной глины от воздействий сил морозного пучения грунта.

The relevance of the study is caused by the need to improve the operational reliability of trunk pipelines laid on permafrost soils. This direction of development of oil and gas transportation and building up the raw material potential is resource-saving, minimizing the amount of operating costs for survey and geomonitoring. Supports of aboveground main pipelines are subjected to loads from the ground due to dangerous cryogenic processes of frost heaving caused by very low temperatures. The main aim of the research is to determine and propose a support structure for aboveground main pipelines laid on permafrost soils and the possibility of effective use of the sharp edge of the base plate as the aboveground support. Objects: aboveground main pipeline, permafrost. Soils are characterized by strong heaving and high modulus of deformation. Methods: modeling of a base plate with frozen soil, assessment and analysis of the fracture stress of frozen rock. Results. A supporting structure protecting the aboveground main pipeline from the forces of frost heaving is proposed, a base plate with frozen soil is simulated, equivalent stresses of the sharp edge are calculated in the most likely case of cutting expanded clay from the effects of the forces of frost heaving of the soil.