в
Рис. 215.
Схема воздействия подработки на подземные кабели и трубопроводы:
а — прокладка кабеля с устройством искривленных участков для компенсации деформаций растяжения; б — поперечное сечение силового кабеля; в — определение необходимого растяжения между компенсаторами трубопроводов и их компенсирующей способности по кривой горизонтальных сдвижений земной поверх ности; г— схема ввода газопровода в здание, допускающего поворот труб на некоторый угол; j — уплот няющая оплетка; 2 — муфта; з — проводник; 4 — изоляция; 5 — внутренняя оболочка; в ~ внешняя обо лочка; 7 — зазор; 8 — соединение, допускающее поворот труб; 9 — величина компенсации; ю — трубы диаметром 32 мм; 11 — трубы диаметром 150 мм
горных разработок только в том случае, если они снабжены специальными податливыми переходниками [95]. Поскольку подземные кабели лишь частично следуют за сдвижениями земной поверхности, а развивка жил или ИХ разрыв происходят только при деформациях растяжения, равных примерно 40 мм/м, можно ожидать повреждения кабелей только при очень больших деформациях растяжения или сжатия земной поверхности, и то только в местах соединений (муфт) и на участках, на которых трасса кабеля идет по кривой или Претерпе вает излом. Высоковольтные кабели напряжением 150 кВ, проложенные в ка налах, стальных трубах или в ограждениях из шлакобетонных камней, не по
вреждаются от сдвижений земной |
поверхности при подработке. |
|
В подземных |
магистральных |
или р а с п р е д е л и т е л ь н ы х т р у |
б о п р о в о д а х |
из чугунных, стальных, этернитовых или керамических труб |
|
уплотнение в соединительных муфтах при деформациях растяжения может ослабнуть, а при деформациях сжатия могут произойти поломки труб Нстыках, повреждения их стенок или разрывы муфт. При этом «транспортные» потери в водопроводных магистралях могут превысить нормальные на 10%, а в газо проводах — на 30%, так что может потребоваться дополнительная Зачеканка уплотнений в муфтах (свинцом, гудроном или свинцовой ватой) > ёскрытие поврежденных участков трубопровода и, смотря по обстоятельствам, замена жестких труб податливыми или замена соединительных элементов> Восприни мающих осевые усилия, надвигающимися в осевом направлении й* 0,1—0,2 м
скользящими муфтами, клиновыми муфтами, продольно-винтовыми муфтами или втулками (уплотнительными кольцами), расположенными через интер валы 30—50 м. Величина интервалов между компенсаторами и их компенсиру ющая способность выбирается в зависимости от роста горизонтальных сдвиже ний грунта, определяемого по эпюре сдвижений по длине трубопровода (см. рис. 215).
Наряду с поворотными участками труб, задвижками, колодцами и гидран тами, форма которых способствует усилению связи между ними и окружающим их грунтом, особенно подвержены повреждениям места присоединения к маги стральному трубопроводу отводных линий к отдельным зданиям, расположен ные примерно через каждые 20 м, если в этих местах не предусмотрена воз можность установки подвижных в продольном направлении сверлильных аппаратов с седелкой для присоединения труб или сцеплений, позволяющих трубе поворачиваться на некоторый угол. Эти места ответвлений действуют подобно грунтовым анкерам, если магистральный трубопровод испытывает большее горизонтальное сдвижение в направлении его оси, чем разводящие участки, отходящие к зданиям.'Вводы труб в дома должны иметь сальниковые уплотнения и проходить через резиновые прокладки, обеспечивающие возмож ность смещения труб. Статистика показывает, что, например, в районе г. Дорт мунда (ФРГ) около трети всех повреждений газопроводных линий происходят вследствие воздействия подземных горных разработок [222]. Что касается пережимов труб малого внутреннего диаметра, то они большей частью вызыва ются причинами, не связанными с горными работами, — нагрузками от дви жения транспорта или давлением при промерзании грунта.
Прямолинейные м а г и с т р а л ь н ы е т р у б о п р о в о д ы большой протяженности, уложенные из стальных труб диаметром в свету от 200 до 710 мм и более, повреждаются от подработки значительно реже, чем трубопро воды сетей городского газоили водоснабжения, так как применяемая для них битумная изоляция оказывает благоприятное действие, снижая силы тре ния, и сопротивление этих трубопроводов деформированию в продольном направлении (защемление) возрастает приблизительно пропорционально их внешнему диаметру. Опыт оказывает, что защемление трубопровода внутрен ним диаметром 300 мм, уложенного в песчаном грунте и покрытого пропитан ной битумом лентой толщиной 4 мм, составляет около 4,5 кН/м [93]. При отсут ствии битумного покрытия силы трения могут достигать значительно большей величины — примерно 50 кН/м в песчаном грунте и более 200 кН/м в плотном глинистом грунте1* [393].
Кроме того, следует отметить, что вследствие горизонтальных сдвижений земной поверхности в районах горных разработок на трубопроводы воздей ствуют силы сцепления при сдвиге или силы трения, которым противостоят воз никающие в трубопроводе внутренние силы упругой деформации, и пока не
установится |
равновесие |
между |
этими силами, будут продолжаться как |
||
1 Вычислено по |
формуле |
FR = |
Syh\i, |
где S — площадь внешней поверхности труб; |
|
у — плотность |
грунта |
(2 т/м3); |
h — глубина |
заложения оси труб и ц — коэффициент тре |
|
ния, равный |
0,7. |
|
|
|
|
Рис. 216.
Распределение измеренных горизонтальных деформаций земной поверхности и сварного магистрального газопровода из стальных труб марки 35 между пикетами 25—76, а также кривая распределения измеренных величин смещения трубы относительно грунта после четырехлетнего периода воздействия подработки [175]:
/ — схема установки компенсаторов по данным расчета сдвижений земной поверхности и по допустимой величине деформаций труб, равной 0,6 мм/м; I I — при отсутствии данных 0 сдвижении земной поверхности на основе современного уровня знаний и III — по нормам, действовавшим до настоящего времени (компенсирующая способность компенсаторов и мак симальная горизонтальная деформация земной поверхности принимались равными 2 мм/м);
1 — компенсатор; 2 — трубы диаметром 400 мм; з — тонкозернистый песок; 4 — глинистый грунт; 5 — труба; 6 — грунт; 7 — водонасыщенная глина; 8 — относительное смещение
развитие деформаций в трубопроводе, так и смещение трубопровода относительно грунта. Если принять, что деформации в стальных трубах возрастают до пре дела текучести, составляющего 240 Н/мм2 для стали марки 35, и задаться вели чиной запаса прочности, равной 1,87 (по действующим в ФРГ нормам 2470), то при 100%-ной надежности сварных швов, допустимое напряжение в материале трубопровода составит
Стдоп = 2 * ° 871 0 = 128 Н/мм2. |
(430) |
Отсюда предельная деформация сварного трубопровода в направлении его оси, независимо от диаметра труб и их площади сечения, составит
128 |
= 0,61 мм/м. |
(431) |
2.1 \К)Ь |
так как вследствие увлажнения глинистого грунта, а также разгрузки при взвешивании увлажненных частиц песка сила трения уменьшается.
По данным измерений, нарастание деформаций на 100 м длины трубопро |
|
вода меняется от минимального (0,2 мм/м) для тонкозернистого песка до мак |
|
симального (0,65 мм/м) для глинистого грунта. При условии, что площадь |
|
поперечного сечения трубы STp = |
110 см2 и площадь внешней поверхности А |
на 1 м трубы составляет около 12 |
700 см2 (имеются в виду трубы внутренним |
диаметром 400 мм), можно вычислить передаваемое минимальное сдвигающее |
|
усилие |
на 1 м трубы |
|
|
|
|||
|
|
*ES |
0,002-2,1.107.110 = |
4,6 кН/м |
|
(432) |
|
|
|
1000 |
|
1000 |
|
|
|
или |
_F |
4600 |
|
|
|
|
|
|
т = |
= 0,36 Н/см2 |
|
|
(433) |
||
|
|
А |
12 700 |
|
|
|
|
и |
соответственно |
максимальное |
сдвигающее усилие F = |
15 кН/м |
или т = |
||
= |
1,15 Н/см2. Полученные результаты для минимального |
нарастания дефор |
|||||
мации трубы хорошо согласуются с приведенным выше значением F = |
4,5 кН/м |
||||||
для труб с внутренним диаметром 300 мм. Если принять, что касательные напряжения остаются неизменными, получается, что сдвигающее усилие пропорционально внешнему диаметру труб. Если принять далее, что толщина стенок труб и, следовательно, площадь их поперечного сечения также воз растают в линейной зависимости от увеличения диаметра труб, то в соответ ствии с уравнением (428) нарастание деформации (tg а) будет одинаковым для всех труб с равным внутренним диаметром, если считать, что трубы изготовлены из одинакового материала и имеют одинаковое изолирующее покрытие. Для труб, изготовленных из других сортов стали, будет иметь место соотношение
tga, tga2 = £'2 : £ ’i. |
(434) |
По результатам других исследований была получена упругая деформация труб до 0,8 мм/м, что отвечает напряжениям примерно 190 Н/мм2. Кроме того, этими исследованиями установлено наличие в трубах пластических и остаточ ных деформаций [99].
Следует заметить также, что вследствие потери уклона трубопровода, вызванной оседанием земной поверхности, может снизиться температура транспортирующего по трубопроводу газа и возрасти давление содержащихся в нем водяных паров; при наличии притока фильтрационной воды в районах горных разработок должна производиться откачка этой воды из колодцев с тем, чтобы вся площадь сечения трубы оставалась свободной для пропуска газа. Соединительные муфты с шаровым шарниром и продольно-винтовые муфты допускают изломы трассы до 3°. По одной из эмпирических формул наименьший радиус упругого прогиба трубопровода в метрах равен диаметру труб в миллиметрах, т. е. для труб с внутренним диаметром 1000 мм он соста вляет 1000 м. При применяющихся в настоящее время глубинах горных работ столь малые радиусы кривизны при нормальных условиях не имеют места.