Автореферат (1151668), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Предложенная методика расчета русловых деформаций, основанная на уравнении динамики насыщения потока взвесями для отдельных фракций грунта ложа реки и теоретических представлениях о связи размыва ложа реки со скоростью диффузии взвешенных частиц из придонных областей, может быть использована для решения практических задач прогнозирования размыва русел рек на участках подводных переходов.

В работе рассмотрен вопрос об использовании этой методики для определения степени безопасности эксплуатации подводных переходов. Необходимость рассмотрения этого вопроса диктуется экономическими соображениями, обусловленными возможностью замены капитальных ремонтов подводных переходов профилактическими мероприятиями, обеспечивающими повышение надежности и значительную экономию средств на эксплуатацию подводных переходов.

Таблица 2. Значения деформаций русла, вычисленные по различным методам

Сущность предлагаемого метода оценки степени безопасности эксплуатации заключается в следующем. Коэффициент безопасности подводного перехода определим в виде отношения:

, (25)

где – глубина размыва русла в створе перехода на текущий момент времени (осредненная величина размыва дна над трубопроводом по данным проекта или определяемая расчетным путем для условий с ненарушенной структурой грунтов ложа реки), м; – то же по данным инструментального измерения или определяемая расчетным путем для условий с нарушенной при строительстве перехода структурой грунтов ложа реки, м;

, (26)

где – предельно допустимая глубина размыва дна в створе перехода на конец срока эксплуатации (заложенная в проекте или определяемая расчетным путем для естественных условий), м; и – предельный (равный 30 годам) и актуальный (на момент оценки состояния перехода) сроки эксплуатации трубопровода соответственно.

Для расчета коэффициента безопасности , характеризующего текущее состояние подводного перехода (как функция времени) из уравнений (25 и 26) определяется , строится график функции , а затем по данным о толще грунта над трубопроводом (ежегодно определяется на подводных переходах в ОАО «Газпром», рис. 7) строится второй график . Положение измеренных точек по отношению к теоретической кривой безопасности трубопроводов определяет значения коэффициента безопасности .

Возможность применения предложенного метода рассмотрена на примере подводного перехода магистральных трубопроводов через Алешкинскую протоку. На рис. 7 представлены графики зависимости , рассчитанные по предложенной методике и данным измерений ОАО «Газпром». Анализ этих графиков показывает, что ординаты аппроксимирующей наклонной линии безопасности для русла с естественной отмосткой значительно превышают ординаты наклонной безопасности для русла с нарушенной отмосткой. Это расхождение можно объяснить тем, что при строительстве подводных траншей мелкие глинистые частицы, связующие донный грунт и частицы с d<d_{min отм}, уносятся течением. Вновь засыпаемые в траншею грунты имеют меньшую плотность (по сравнению с формируемыми потоком донными отложениями), не обладают связностью и поэтому легче размываются.

Анализ зависимости коэффициента безопасности как функции времени позволяет получить достоверную информацию о необходимости и времени проведения профилактического ремонта подводных переходов магистральных трубопроводов взамен капитального ремонта. Сравнение ординат функций (в общем случае - кривых) безопасности, построенных для естественных русел и для русел с нарушенной отмосткой позволяет определить на оси абсцисс момент времени T, начиная с которого разность между ординатами точек этих кривых превышает критическую величину . Именно с этого момента времени необходимо проводить комплекс мероприятий по защите трубопровода. Так, для Алешкинской протоки коэффициент безопасности (через 3 года после строительства перехода) снизился до величины 0,7, что соответствует величине деформации русла в диапазоне 1,0 … 1,2 м.

Следовательно, согласно расчетам по предложенной методике, комплекс профилактических мероприятий должен быть проведен после трех лет эксплуатации перехода, что позволило бы сэкономить значительные средства при отказе от капитального ремонта. При этом толщина слоя намыва грунта по разработанной нами технологии составила бы 0,5 … 0,6 м, против 2,2 … 2,5 м при оголенном трубопроводе (капитальный ремонт).

Алгоритм оценки состояния подводного перехода имеет следующий вид:

- строится гидрограф реки для половодья 3% обеспеченности;

- определяются гидравлические и геометрические характеристики потока на участке подводных переходов и выделяется наиболее опасная гидродинамическая зона;

- рассчитывается величина предельного размыва русла на весь срок эксплуатации перехода и среднегодовое понижение отметок дна над трубопроводом;

- строится график ;

- для наиболее опасной гидродинамической зоны рассчитывается деформация дна для условий с нарушенной структурой грунтов ложа реки на основе гидрологических данных за текущий год; определяется значение , соответствующее понижению отметок дна на текущий момент времени;

- на основе сравнения значений и принимается решение о времени проведения профилактического ремонта подводного перехода.

Профилактический ремонт подводного перехода предполагает проведение русловыправительных работ для формирования динамически устойчивого русла, для чего используется гидромеханизированный способ перераспределения грунтовых масс из зоны заиления в зону размыва. При разработке проекта защиты подводных переходов должны быть учтены геометрические параметры профиля русла реки и параметры защитного слоя тела намыва (отмостка).

Геометрические параметры динамически устойчивого русла определяются на основе анализа полей скорости потока по выделенным гидродинамическим зонам и последующим расчетом параметров слоя намыва и глубин русла в каждой зоне, обеспечивающих выравнивание поля скоростей. Расчет параметров русла целесообразно проводить по формуле (24) и формуле Х.Ш. Шапиро ( , где - отметки поперечного профиля русла, отсчитываемые от поверхности воды, м; - фокус параболы, м²; - расстояние от уреза воды). Положение фокуса параболы формируемого (искусственного) русла должно находится в пределах фокусов парабол естественного русла, определенных для максимальных и минимальных расстояний от уровня водной поверхности до отметок дна. В противном случае нарушается сопряжение искусственного русла с примыкающими к нему участками и сформированное русло не будет являться динамически устойчивым, рис. 8.

Результаты исследований эффективности данного способа формирования динамически устойчивого русла (подводные переходы через р.Обь и Алешкинскую протоку) показали, что намытые грунтовые массы интенсивно размываются в случае, если их поверхность не защищена слоем грунта из крупных фракций. Поэтому для обеспечения дополнительной устойчивости русла от размыва разработан технологический режим создания гидромеханизированным способом защитного поверхностного слоя (патент № 2108424).

При выпуске взвеси из точечного источника створ начала отложения наносов на дне русла реки L_нач определяется как:

Характеристики

Список файлов диссертации