Прокладка инженерных коммуникаций в условиях многолетнемерзлых грунтов. Часть 2

Страницы 1 2

Результаты исследования.

В исследуемой нами задаче целесообразно применять принцип сохранения мерзлого состояния грунтов, так как здание не выделяет большого количества тепла. Чтобы обеспечить сохранность грунтов в мерзлом состоянии, в нем предусмотрено проветриваемое подполье.

В результате, на первом этапе были получены температурные поля в основании сооружения в условиях нормальной безаварийной эксплуатации. На основе полученных распределений внутри расчетного массива грунта температур выполнялся расчет с учетом влияния различного вида аварийных утечек. Влияние аварийной утечки моделируется временным температурным штампом. Размер, место, температура и время действия утечек назначаются по ситуации.

Для получения результатов исследования было решено 4 задачи с различным расположением трубопровода относительно здания, с учетом и без учета аварийных утечек.

Для снятия результатов выбираем самое теплое время года. В городе Якутск таковым является осень, поэтому результаты снимаем на 15.09.2021 для самого теплого периода. Расчет для каждого случая произведен на 9 месяца с шагом 30 дней.

Рис. 12. Температурный режим грунта на 15.01.2021.

Рис. 13. Температурный режим грунта на 15.09.2021

В первой задаче просчитываем температурное влияние теплой коммуникации на состояние мерзлого грунта при удалённости трубопровода от здания на 1 м. В первом случае мы наблюдаем, что изополя от трубопровода максимально приближаются к зданию и имеют влияние на температурное поле грунта под зданием.

Рис. 14. Задача 1. Сечение с температурными изолиниями по оси трубопровода (удаленность трубопровода от здания 1 м).

Во второй задаче изучается температурное влияние трубопровода на расстоянии 2,5 м от здания. При такой постановке задачи температурные изополя от трубопровода не достигают границы здания и соответственно не имеют влияния на тепловое поле.

Рис. 15. Задача 2. Сечение с температурными изолиниями по оси трубопровода (удаленность трубопровода от здания 2,5 м).

В третьей задаче принимаем, что утечка (температурный штамп) располагается под трубопроводом. Для анализа результатов необходимо выбрать сечение, в котором будет видна разница в распределении температурных полей и степень влияния штампа на ММГ. Выбираем сечение по оси трубы.

Рис. 16. Задача 3. Сечение с температурными изолиниями по оси трубопровода при наличии утечек (удаленность трубопровода от здания 2,5 м)

По графикам распределения температур можем наблюдать, что в начале аварии температура на поверхности трубопровода достигает 49 градусов. Температурные изополя при этом пересекают условную границу здания и имеют прямое влияние на температурный режим грунта под зданием.

В четвертой задаче просчитывается температурное влияние аварийных утечек при удаленности от здания 5 м. Наблюдаем, что тепловое воздействие на грунт под зданием уменьшается.

Рис 17. Задача 4. Сечение с температурными изолиниями по оси трубопровода при наличии утечек (удаленность трубопровода от здания 5 м)

Рис. 18. График распределения температур по толще грунта

Анализ полученных результатов.

В первой задаче просчитываем температурное влияние теплой коммуникации на состояние мерзлого грунта с целью выбора оптимальной удаленности трубопровода от здания. Из полученных результатов делаем вывод, что трубопровод необходимо прокладывать на расстоянии более 1 м от здания, поскольку тепловая сеть оказывает влияние на температурное поле грунта под зданием, что является небезопасным для длительной эксплуатации.

Во второй задаче при расстоянии от трубопровода до здания 2,5 м, изополя от влияния трубопровода не достигают границы здания, считаем, что данное расстояние является оптимальным для прокладки теплой коммуникации.

В третьей задаче влияние аварийной утечки имеет заметное влияние на грунт основания здания. По графикам распределения температур делаем вывод, что с учетом аварийных утечек расстояние от здания до трубопровода необходимо увеличить.

В четвертой задаче наблюдаем, что тепловое воздействие на грунт под зданием уменьшается, из чего можно сделать вывод, прокладку тепловой сети с учетом аварийных утечек в многолетнемерзлых грунтах необходимо выполнять на расстоянии более 5 м от здания.

В ходе выполнения расчетов так же было отмечено, что учет однократной аварийной утечки приводит к растеплению грунтов основания на 2,5 метра, что ставит под сомнения методику определения минимальной глубины заложения трубопровода по СП

Выводы

Как показали расчеты, на положение трубопровода в горизонтальной плоскости влияет тепловое воздействие аварийных утечек, следовательно, необходимо пересмотреть либо принцип назначения минимального расстоянии до фундаментов, либо его параметров. Значения минимального расстояния от трубопровода до здания в соответствии с СП 42.13330.2016 не учитывают влияния аварийных утечек, и, соответственно, не гарантирует безопасной эксплутации зданий и сооружений.  Для разработки нового подхода требуется немало времени, на первом этапе было бы целесообразно назначать минимальную расстояние до здания на 0,5 м больше указанного в СП 42.13330.2016.

Следует рекомендовать, в силу особой актульности, рассмотреть вопрос о возможном возложении на органы муниципальной власти соответствующих территорий обязанностей по организации системного мониторинга температурного режима многолетнемерзлых грунтов оснований зданий и сооружений с определением ведущей подрядной организации по проведению работ. Целесообразно, учитывая объем работ и задачу подготовки квалифицированных кадров по обеспечению безаварийной эксплуатации зданий и сооружений, данный вид деятельности возложить на региональные учреждения профессионального образования.

Список литературы

1. Балобаев В.Т., Шепелев В.В. Космопланетраные климатические циклы и их роль в развитии биосферы Земли// Докл. РАН.-2001.-Т.379,№2.-С.3-8.
2. М.М. Шац. Городская инфраструктура г. Якутска (современное состояние и пути повышения надежности)// Наука и образование. – 2011.- №4.
3. Сыромятников И.И., Дорофеев И.В. Особенности динамики температуры грунтов на территории Якутска // Наука и образование. – 2014. – №4. — С.42-45.
4. Макаров В.Н., Торговкин Н.В. Геохимические особенности техногенных отложений в городе Якутске // Криосфера Земли. – 2018. — №3. – С.27-39.
5. Порхаев Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами. – М.: Наука, 1970
6. Рабинович М.В. Формирование температурного режима многолетнемерзлых грунтов оснований зданий на территории многоэтажной застройки города Якутска.
7. Порхаев Г.В., Щелоков В.К. Прогнозирование температурного режима вечномерзлых грунтов на застраиваемых территориях. – Л.:Стройиздат, 1980, 118 с.
8. Мельников П.И. Динамика мерзлоты под зданиями и расчет фундаментов для условий низкотемпературной мерзлоты города Якутска // Исследование вечной мерзлоты в Якутской республике. Вып. 3. – М.: Изд-во АН СССР, 1952. – С. 259 – 278.
9. Соловьев П.А. О влиянии застройки города Якутска на температуру многолетнемерзлых горных пород // Труды Северо-Восточного отделения Института мерзлотоведения. Вып. 1. – Якутск, 1958. – С. 179–191.
10. Хрусталев Л.Н. Температурный режим многолетнемерзлых грунтов на застроенной территории. М.:Наука, 1971, 168с.
11. Набережный А.Д., Кузьмин Г.П., Посельский Ф.Ф. Анализ причин снижения несущей способности оснований и фундаментов в геокриологических условиях Якутии // Промышленное и гражданское строительство. – 2011. — №8. – С.64-69.
12. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под редакцией Ю.Я.Велли, В.В.Докучаева, Н.Ф.Федорова.-Л.:Стройиздат, 1977, 552с.
13. СП 25.13330.2012 «СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».
14. Рабинович М.В. Расчет термонапряженно-деформированного состояния оснований зданий на вечномерзлых засоленных грунтах с учетом переменной температуры // диссертация на соискание ученой степени КТН, Москва, МИСИ, 1992.
15. Кроник Я.А. Прогноз термомеханического взаимодействия сооружений и оснований // Вестник МГСУ. 2006, №1, с. 73-82.
16. Кроник Я.А., Рабинович М.В. Расчет термонапряженно-деформированного состояния многолетнемерзлых и оттаивающих оснований зданий при аварийных утечках из коммуникаций. // ОФМГ, 2019, №2. С. 27-30.
17. Отчеты по «Оценке изученности каменного жилого фонда г.Якутска по материалам ЯкутТИСИЗ», том 1,2, шифр №3959, арх. № 4953, 1995
18. Технический отчет: «Оценка мерзлотно-грунтовых условий и деформаций зданий г.Якутска» ОАО «ЯкутТИСИЗ» шифр 843/5549. 2010
19. Кроник Я.А. Безопасность оснований и фундаментов зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах.- М.: ОФМГ, №3-2017,с.36-39
20. Орлов Е.В., Комаров А.С., Мельников Ф.А., Серов А.Е. Утечки в трубопроводах систем внутреннего водоснабжения // Вестник МГСУ. 2015. №3. С. 40-47.
21. Марков Е.В., Пульников С.А., Гербер А.Д. Расчет температурного режима многолетнемерзлых грунтов с учетом радиационного излучения в инфракрасной области спектра и термического сопротивления снежного покрова // Фундаментальные исследования]. – 2015. — №11-1. – с.100-104.
22. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений в условиях криолитозоны // Сборник докладов IV международной научно-практической конференции «современные технологии инженерных изысканий, проектирования и строительства на многолетнемерзлых грунтах» 23–25 ноября 2021 года, Москва-с.54-55.
23. Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы нестационарной теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1978.-328с.
24. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. – М.: Высшая школа, 1973. – 287 с.
25. Плотников А.А. Программный комплекс для решения нестационарных теплофизических задач энтальпийным методом с учетом фазовых переходов связанной влаги. // Промышленное и гражданское строительство, № 4, 2016. С. 62-67.
26. Ухов С.Б., Гулько Е.Ф., Мнушкин М.Г., Власов А.Н. К расчету терморежима и напряженно-деформированного состояния промерзающих — оттаивающих массивов горных пород // Сб.трудов/ МИСИ им. В.В.Куйбышева. – М.: МИСИ, 1973. – 118 с.
27. Кроник Я.А., Рабинович М.В. Влияние коммуникаций на оттаивание вечномерзлых грунтов оснований зданий // Рациональное природопользование в криолитозоне. Тезисы докладов. – Якутск, 1990, с. 85-87.
28. Карасевич А.М., Исмаилов Т.И. Промерзание и пучение грунта вдоль трассы газопровода, транспортирующего газ с отрицательной температурой // Нефть, газ и бизнес. 2006. № 6. С. 59–61.
29. Хренов Н.Н. Сооружение северных трубопроводов. Взаимодействие с многолетнемерзлыми грунтами в макетах и на трассе // Нефть. Газ. Промышленность. 2008. № 3. [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://neftegaz.ru/science/view/610 (Дата обращения: 24.01.2017.)
30. Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод : учеб. для вузов / С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов. – М. : АСВ, 2004. – С. 678–692.
31. Гинзбург А.В. Повышение эффективности работы систем водоснабжения и водоотведения в сложных природных условиях: автореф. дис. … на соискание ученой степени канд. техн. наук ; 05.23.04 / Гинзбург Александр Владимирович. – М., 2005. – 22 с.
32. А.Л. Ястребов. Инженерные коммуникации в вечномерзлых грунтах. // Издательство литературы по строительству, Ленинград 1972.
33. Гаврилова М.К. Климат Центральной Якутии. – Якутск: Книжное издательство, 1973. – 119 с.
34. Кириллина К.С. Современные тенденции изменения климата РС(Я) // Вопросы географии Якутии. Влияние изменений климата на природные процессы криолитозоны // Вопросы географии Якутии. Влияние изменения климата на природные процессы криолитозоны.] Сборник научных трудов. Якутск, 2013.
35. Жирков А.Ф., Железняк М.Н., Пермяков П.П., Кириллин А.Р., Верхотуров А.Г. Влияние инфильтрации жидких атмосферных осадков на формирование температурного режима мерзлых грунтов // Вестник Забайкальского университета.. – 2018. — №6(24). – с.4-14.
36. Сыромятников И.И., Дорофеев И.В. Особенности динамики температуры грунтов на территории Якутска // Наука и образование. – 2014. — №4. – с. 42-45
37. СП 131.13330-2012 «Строительная климатология»
38. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*. М.: Госстрой, ФАУ «ФЦС», 2013. 83 с.
39. ГОСТ 251002011. Грунты. Классификация. Межгосударственный стандарт. М., Стандартинформ, 2013. 42с.
40. Гаррис Н.А., Колоколова Н.А. О выборе способа прокладки трубопроводов в районах вечной мерзлоты // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2013. № 1. С. 13–17.
41. // Труды Института мерзлотоведения им. В.А. Обручева. Т. 1. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1946. – С. 102–
42. Павлова Н.А. Динамика мерзлотно-гидрогеохимической обстановки на участках распространения криопэгов в г. Якутске // Наука и образование. – 2010.
43. //Труды Северо-Восточного отделения Института мерзлотоведения. Вып. 1. – Якутск, 1958. – С. 179–191.

Страницы 1 2