Учебный центр

D-Geo Pipeline (версия 6)

D-Geo Pipeline

Расчёт прокладки трубопроводов

Трубопроводы - важная составляющая подземной инфраструктуры. Они являются неотъемлемой частью нашего современного общества. Успешность работы системы трубопроводов в течение длительного периода времени в значительной степени определяется качеством инженерных работ до прокладки трубопровода.

С незапамятных времён трубопроводы прокладывались в траншеях. После устройства траншеи трубопровод укладывается на дне траншеи и засыпается вынутыми грунтами. С 1970-х годов Deltares (ранее известный как GeoDelft) принимал участие в разработке и реализации бестраншейных технологий. Бестраншейные методы являются адекватной альтернативой в тех случаях, когда возникает необходимость прокладки трубопроводов через дороги, железнодорожные пути, дамбы, заболоченные территории, реки, сооружения и конструкции, которые необходимо оставить нетронутыми. Эти методы приводят к наименьшему влиянию работ по прокладке трубопроводов в районах с развитыми инженерными коммуникациями.

Предыдущие версии программы D-Geo Pipeline назывались MDrill. Программа MDrill была одной из первых программ для моделирования горизонтально направленного бурения (HDD - Horizontal Directional Drilling). Эта программа стала результатом многолетних исследований. Со времени первой версии (1995) программа регулярно обновлялась. Недавно были добавлены два модуля для учёта процесса прокладки трубопроводов - метод микротоннелирования и траншейный метод прокладки.

   

Листовка D-Geo Pipeline

скачать листовку (2,13 Мб)

Общая

Программа D-Geo Pipeline предоставляет инструменты для проектирования прокладки трубопроводов траншейным и бестраншейным способами, используя технологию микротоннелирования и технологию горизонтально направленного бурения (HDD). Программа D-Geo Pipeline позволяет пользователю свести к минимуму риски во время и после установки трубопроводов.

  • Геометрия и 3D конфигурация трубопровода

Графический пользовательский интерфейс позволяет легко и просто вводить слои грунтов. Для расчётов осадки верхние слои грунтов могут быть назначены в виде нагрузки. Трёхмерная конфиграция трубопровода может быть введена с помощью простого табличного ввода.

2D поперечное сечение

2D поперечное сечение

  • Арочный эффект

В случае бестраншейной прокладки программа D-Geo Pipeline прикладывает сниженную естественную нагрузку от грунта для учёта арочного эффекта. Степень снижения зависит от способа прокладки, глубины залегания, диаметра трубопровода и свойств грунта.

  • Расчёт напряжений в трубе при прокладке методом горизонтально направленного бурения

 Программа D-Geo Pipeline рассчитывает напряжения в трубопроводе на этапах прокладки как в осевом, так и в поперечном направлениях. В полном отчёте предоставляется проверка напряжений для каждого использованного материала трубопровода. 

  • Улучшенные расчёты осадок

Вертикальное перемещение грунта под трубопроводом, возникающее после установки, является важным фактором при оценке напряжений в трубопроводе. При наличии вертикальных перемещений осадки трубопровода могут быть введены вручную. Для более точных расчётов осадок программа D-Geo Pipeline может использовать программу D-Settlement без какого-либо дополнительного ввода. 

  • Улучшенные расчёты напряжений в трубопроводе

Для улучшенных расчётов напряжений в трубопроводе необходимо использовать специальные программы. Для выполнения этих расчётов необходимы точные механические характеристики грунтов, предоставляемые программой D-Geo Pipeline. Программы создают полную пружинную модель вокруг трубопровода для последующих расчётов. Механические параметры грунта, предоставляемые программой D-Geo Pipeline следующие:

  • нейтральная, пассивная и сниженная вертикальная нагрузка от грунта; 
  • вертикальный и горизонтальный модули реакции основания;
  • предельная вертикальная и горизонтальная несущая способность;
  • нейтральная горизонтальная нагрузка от грунта;
  • вертикальное перемещение;
  • максимальное трение в осевом направлении;
  • перемещения от трения.

Программа D-Geo Pipeline поставляется как стандартный модуль, который в дальнейшем может быть расширен другими модулями, включающими два дополнительных приложения, связанных с прокладкой трубопроводов:


Стандартный модуль (горизонтально направленное бурение)

Программа D-Geo Pipeline позволяет быстро спроектировать форму трубопровода, проложенного по HDD технологии. Технология горизонтально направленного бурения (HDD) включает три этапа прокладки: направляющее бурение, расширение начальной направляющей скважины и протягивание трубопровода. Начальная скважина называется направляющей скважиной. Диаметр направляющей скважины увеличивается с помощью расширителя. В зависимости от требуемого конечного диаметра скважина может быть расширена за несколько этапов с помощью расширителей с разными диаметрами. В завершение в скважине протягивается трубопровод.

Расширители и фрезы

Расширители и фрезы

Возможности

  • Улучшенный ввод распределения давления грунтовых вод;
  • Дренированное и недренированное поведение грунтов;
  • Графический вывод расчётного давления буровой жидкости;
  • Сортамент стальных и полиэтиленовых труб;
  • Стандартная расчётная схема для комплектов труб;
  • Расчёт осадки слоёв грунта под трубопроводом;
  • Стандартные расчёты напряжений в трубе.

Давление буровой жидкости

Требуемое минимальное давление буровой жидкости - это давление, необходимое для эффективного транспортирования частиц грунта на поверхность. Верхний предел максимально допустимого давления буровой жидкости определяет давление, при котором может возникнуть выпор (разрушение). Нижний предел означает давление, при котором вокруг скважины возникают трещины. Минимальное и максимальное давления зависят от глубины и свойств грунта.

График давления в буровой жидкости

График давления в буровой жидкости

Давление буровой жидкости может быть рассчитано вдоль всей скважины и представлено на графике. Давление буровой жидкости рассчитывается для всех этапов установки (направление, расширение и протягивание).

Материалы трубопровода

Программа D-Geo Pipeline может работать с трубопроводами, сделанными из разных материалов. Доступна база данных для стальных и полиэтиленовых материалов. База данных позволяет быстро проводить повторный расчёт при изменении материалов и размеров.

Расчёт силы затягивания

Программа D-Geo Pipeline рассчитывает силу, необходимую для протягивания трубопровода в расширенной скважине. Сила определяется проверкой на всплытие и расчётом совместной работы трубы с грунтом в изгибах линии бурения.

Расчёт напряжений в трубопроводе

Для расчётов напряжений в трубопроводе используются механические свойства грунта. Стандартные расчёты напряжений в программе D-Geo Pipeline основаны на ограниченном наборе параметров. Программа D-Geo Pipeline рассчитывает напряжения как в осевом, так и в поперечном направлениях трубопровода на этапах прокладки. В полном отчёте предоставляется проверка напряжений для каждого использованного материала трубопровода. Расчётные напряжения сравниваются с критериями в Голландских нормах по трубопроводам (NEN 3650). Отчёт по напряжениям в трубопроводе содержит:

  • Использованные входные данные.
  • Рассчитанные осевые, поперечные и комбинированные напряжения для всех этапов.
  • Проверка напряжений в трубе.
  • Проверка отклонения трубопровода.
  • Проверка продавливания для полиэтиленовых трубопроводов.

Вверх


Модуль микротоннелирования

Микротоннелирование - технология, в которой для удаления грунта используется проходческая машина. Микротоннелирование, как правило, начинается горизонтально на определённом уровне ниже поверхности земли. При микротоннелировании для проходческой машины создаются стартовая и приёмная шахты. В стартовой шахте перед участком трубы устанавливают платформенные домкраты и саму проходческую машину. Секцию за секцией домкраты проталкивают элементы трубы в направлении приёмной шахты. По мере того, как длина продвигающегося микротоннеля возрастает, будут увеличиваться силы трения. Для уменьшения этих сил возможно применение бурового раствора. Весьма часто буровой раствор используется для удаления грунта и обеспечения устойчивости лицевой части проходческой машины.

Возможности

  • Дренированное и недренированное поведение грунтов;
  • Графическое представление удерживающих давлений в забое, осевых сил и мульды оседания;
  • Расчёт осадки грунта под трубопроводом.

Гидравлические домкраты в стартовой шахте

Гидравлические домкраты в стартовой шахте

Давление в забое

Использование машины для проходки микротоннелей изменяет напряжённые условия в грунте. Отклонения от начальных условий существенно зависят от размера разреза и используемого щита. Приемлемы незначительные отклонения от начальных условий, когда сохраняется устойчивость грунта, контактирующего с машиной для прокладки микротоннелей. Сравнительно низкое давление в забое может привести к разрушению перед тоннелепроходческой машиной, которое может в свою очередь вызвать осадки поверхности или слоёв грунта под конструкцией или трубопроводом. Сравнительно высокое давление в забое может привести к прорыву буровой жидкости или подъёму дневной поверхности.

Максимальное, нейтральное и минимальное давление в забое

Максимальное, нейтральное и минимальное давление в забое

Во время бурения давление щита на грунт необходимо поддерживать в определённых пределах. Во избежание обрушения грунта перед проходческим щитом, вызванного оседанием, грунт спереди поддерживается стабильным за счёт поддержания минимального лобового давления в забое. В зависимости от типа грунта минимальное лобовое давление может быть рассчитано согласно теории Jansecez и Steiner или теории Broms и Bennermark. Максимальное лобовое давление не следует превышать во избежание подъёма грунта над проходческой машиной или прорыва бурового раствора на поверхность. Значение лобового давления (основного давления в ходе бурения) должно находиться между двумя пределами. При нейтральном давлении лобовое давление равно действующему горизонтальному давлению грунта.

Осевая сила

Проходческая машина находится впереди продвигающихся секций из труб. По мере того, как длина продвигающегося микротоннеля возрастает, силы трения вдоль проходческой машины и сегментов труб растут. Для уменьшения трения возможно применение бурового раствора (в качестве смазочной жидкости). Программа D-Geo Pipeline сравнивает спрогнозированное значение осевой силы с максимально допустимым значением.

Осадка поверхности

Во время бурения микротоннелей объём удаляемого грунта обычно больше объёма туннеля. Разница объёмов приведёт к подвижкам грунта в сторону скважины, которые в свою очередь приведут к осадкам поверхности. Программа D-Geo Pipeline рассчитывает величину осадки дневной поверхности (мульда оседания) и представляет результат в графическом виде.

Мульда оседания

Мульда оседания

 Вверх


Модуль траншейной проходки

Большинство подземных трубопроводов прокладывают в траншее. После устройства траншеи трубопровод прокладывается по дну, после чего засыпается вынутым грунтом. Взаимодействие между трубой и грунтом, который засыпан в траншею, играет важную роль. Уплотнение засыпанного материала приводит к различной осадке засыпки над трубой и вокруг неё.

Возможности

  • Проверка на сдвиг и на подъём;
  • Графическое представление коэффициентов безопасности на подъём и на сдвиг;
  • Расчёт осадки грунтовых слоёв, находящихся под трубопроводом.

Прокладка трубопровода в траншею

Прокладка трубопровода в траншею

Безопасность на подъём

Прокладка трубопровода в слабых мокрых грунтах может привести к всплытию трубопровода. В случае поверхностной прокладки может быть недостаточно веса грунта, расположенного выше трубопровода, для компенсации силы всплытия пустого трубопровода. Программа D-Geo Pipeline предоставляет возможность провести проверку на подъём и построить график коэффициента безопасности на подъём.

График коэффициента безопасности на подъём

График коэффициента безопасности на подъём

 


Взаимодействие с другими программами компании Deltares Systems

Программа D-Geo Pipeline взаимодействует с другими продуктами Deltares systems для расчёта осадки, фильтрации и хранения баз данных:

  • Программа D-Settlement для расчётов и импорта оседаемой геометрии;
  • Программа D-Geo Stability для расчёта устойчивости откосов;
  • Программа Scia Pipeline для продвинутого конструкционного расчёта поведения трубопроводов.

Поддержка

Программные средства Deltares Systems поддерживаются Deltares. Группа из 70 человек по разработке программного обеспечения занимается непрерывными исследованиями и разработками. Поддержка осуществляется разработчиками и при необходимости соответствующими экспертами Deltares. Эти специалисты также могут провести консультацию.


Программное обеспечение онлайн (Citrix)

Помимо приобретённого программного обеспечения, средства Deltares доступны в онлайн-сервисе. Ввод данных может быть выполнен через Интернет. Сверхмощные серверы Deltares гарантируют быстрые расчёты с представленными в онлайн-режиме результатами. Пользователи могут просмотреть и распечатать результаты, а также сохранить файлы на своём компьютере. После подключения оплачивается каждый час.

Вверх

В начало

Занятия проводятся по официальным учебным пособиям Autodesk, Altium и по авторским пособиям по Plaxis, разработанным преподавателями нашего учебного центра.


Производители