Выбор типоразмера
Типоразмеры труб ПРОТЕКТОРФЛЕКС ®
Классификация безнапорных труб традиционно производится не по величине стандартного размерного отношения (SDR), а по классу кольцевой жесткости (SN). Принципиальное отличие SDR и SN в том, что SDR — это геометрическая характеристика трубы (отношение внешнего диаметра трубы к толщине ее стенки), тогда как SN — это механическая характеристика.
Кольцевая жесткость SN позволяет судить о свойствах трубы сопротивляться давлению грунта и определяется как нагрузка на трубу (кН/м2), при которой труба сдавливается на 3% от своего диаметра. Величина SN зависит не только от диаметра трубы и толщины ее стенки, а еще и от модуля упругости E материала при сжатии.
Маркировка трубы для прокладки кабельной линии должна включать в себя диаметр трубы D, толщину стенки e, кольцевую жесткость SN, предельное усилие тяжения F1MAX, длительно допустимую температуру T, при которой кольцевая жесткость сохраняется не менее всего срока службы кабеля.
Параметры D, e, SN и T должны контролироваться при поставках труб на строящиеся объекты. Значение F1MAX может потребоваться позже — уже на стадии выполнения работ по затяжке труб в буровой канал, когда оператор ГНБ установки будет контролировать фактическое усилие тяжения F и прерывать процесс затяжки пучка из N труб в случае F > 0,5 · N · F1MAX с целью не допустить обрыва трубы.
На рисунке 1 показана труба внешнего диаметра D и толщины стенки e, внутри которой проложен кабель внешним диаметром d. Согласно нормативным документам, при выборе внешнего диаметра труб следует придерживаться следующего правила:
Толщина стенки трубы e определяется в ходе механических расчетов на основе основной информации об условиях прокладки трубы и опирается на понятие кольцевой жесткости SN .
Рисунок 1. Полимерная труба с кабелем: без давления грунта (а), с давлением грунта (б)
Связь толщины стенки и кольцевой жесткости устанавливается выражением:
где E — модуль упругости материала трубы при сжатии.
Толщина стенки трубы e (мм) в зависимости от диаметра трубы D (мм) и кольцевой жесткости SN (кН/м 2 )
| Внешний диаметр трубы D, мм | Кольцевая жесткость SN, кН/м 2 | ||||||||
| 12 | 16 | 24 | 32 | 48 | 64 | 96 | |||
| Толщина стенка трубы е, мм | |||||||||
| 32* | — | — | 2 | 2,2 | 2,5 | 2,7 | 3,1 | ||
| 40* | — | 2,2 | 2,5 | 2,8 | 3,1 | 3,4 | 3,9 | ||
| 50* | 2,5 | 2,8 | 3,1 | 3,4 | 3,9 | 4,3 | 4,8 | ||
| 63* | 3,2 | 3,5 | 4 | 4,3 | 4,9 | 5,4 | 6,1 | ||
| 75* | 3,8 | 4,2 | 4,7 | 5,2 | 5,9 | 6,4 | 7,2 | ||
| 90* | 4,6 | 5 | 5,7 | 6,2 | 7 | 7,7 | 8,7 | ||
| 110 | 5,6* | 6,1 | 6,9 | 7,6 | 8,6 | 9,4 | 10,6 | ||
| 125 | 6,3* | 6,9 | 7,9 | 8,6 | 9,8 | 10,7 | 12 | ||
| 140 | 7,1* | 7,8 | 8,8 | 9,6 | 10,9 | 11,9 | 13,5 | ||
| 160 | 8,1 | 8,9 | 10,1 | 11 | 12,5 | 13,6 | 15,4 | ||
| 180 | 9,1 | 10 | 11,3 | 12,4 | 14 | 15,3 | 17,3 | ||
| 200 | 10,1 | 11,1 | 12,6 | 13,8 | 15,6 | 17 | 19,3 | ||
| 225 | 11,4 | 12,5 | 14,2 | 15,5 | 17,6 | 19,2 | 21,7 | ||
| 250 | 12,7 | 13,9 | 15,7 | 17,2 | 19,5 | 21,3 | 24,1 | ||
| 280 | 14,2 | 15,5 | 17,6 | 19,3 | 21,8 | 23,9 | 27 | ||
| 315 | 15,9* | 17,5 | 19,8 | 21,7 | 24,6 | 26,8 | 30,4 | ||
| 355 | 18 | 19,7 | 22,3 | 24,4 | 27,7 | 30,3* | 34,2* | ||
| 400 | 20,2 | 22,2 | 25,2 | 27,5 | 31,2 | 34,1 | 38,5 | ||
| 450 | 22,8 | 24,9 | 28,3 | 31 | 35,1 | 38,3 | 43,4 | ||
| 500 | 25,3 | 27,7 | 31,5 | 34,4 | 39 | 42,6 | 48,2 | ||
| 560 | 28,3 | 31 | 35,3 | 38,6 | 43,7 | 47,7 | 54 | ||
| 630 | 31,9 | 34,9 | 39,7 | 43,4 | 49,2 | 53,7 | — | ||
* Производятся в однослойном исполнении
Примечание: Внешний диаметр труб ПРОТЕКТОРФЛЕКС® ПРО указан без учета толщины защитного покрытия.
Существует два основных способа размещения труб в грунте — это укладка в предварительно подготовленную траншею (рисунок 2а) или затяжка труб в грунт в подготовленный канал, чаще выполняемый горизонтально-направленным бурением (рисунок 2б). В обоих случаях расчет трубы построен на понятии кольцевой жесткости SN, на основе которой можно определить не только толщину стенки трубы, но и предельное усилие тяжения трубы при ее затаскивании в буровой канал.
Рисунок 2. Основные способы прокладки полимерных труб: траншейный (а), метод ГНБ (б)
Выбор кольцевой жесткости труб
Вертикальное давление грунта (и транспорта) на трубу является силой, приложенной к трубе и стремящейся вызвать ее овальность, однако возникающий «отпор грунта», расположенного по бокам трубы, стремится вернуть форму поперечного сечения трубы к исходному круглому. Плотный грунт по бокам трубы — это фактор, повышающий ее механическую прочность.
где q и SN измеряются уже в кН/м2, а E’S — фактор жесткости грунта, который называется секущим модулем грунта (МПа).
Секущий модуль грунта E’S зависит от типа грунта, которым засыпается труба, и степени его уплотнения. Как правило, для этих целей используется песок, и тогда рекомендуется использовать данные таблице.
| Глубина засыпки H, м | Состояние песка, которым засыпана труба | ||
| Неуплотненный | Уплотненный вручную | Уплотненный механически | |
| Секущий модуль грунта E’ s , МПа | |||
| 1 | 0,5 | 1,2 | 1,5 |
| 2 | 0,5 | 1,3 | 1,8 |
| 3 | 0,6 | 1,5 | 2,1 |
| 4 | 0,7 | 1,7 | 2,4 |
| 5 | 0,8 | 1,9 | 2,7 |
| 6 | 1,0 | 2,1 | 3,0 |
Вертикальная нагрузка на трубу (кН/м2) складывается из трех составляющих:
где q r — нагрузка от веса грунта (кН/м 2 ); q AT — нагрузка от автотранспорта (кН/м 2 ); q ЖТ — нагрузка от ж/д транспорта (кН/м 2 ).
Нагрузка от грунта в наиболее неблагоприятном случае, когда на трубу давит весь столб грунта высотой Н,
где ρ r — удельный вес грунта (обычно не более 2 т/м 3 ); g = 9,81 м/с 2 — ускорение свободного падения; H — глубина расположения трубы под землей (м).
Нагрузка от транспорта может быть определена как
Результаты расчета предельной глубины заложения труб Н даны в таблице ниже. Видно, что при прокладке труб в траншеях опасно применять трубы с кольцевой жесткостью менее 8 и нет необходимости применять трубы с SN более 64.
Предельная глубина H (м) при прокладке открытым способом под газонами / скверами / автодорогами
| SN, кН/м 2 | Секущий модуль грунта E’s, МПа | ||||||
| 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | |
| Предельная глубина прокладки H, м | |||||||
| 4 | 0,4 / — | 0,8/- | 1,3/- | 1,7/- | 2,1/- | 2,5/- | 2,9/- |
| 6 | 0,7 / — | 1,1/- | 1,5/- | 1,9/- | 2,3/- | 2,7/- | 3,1/- |
| 8 | 0,9/- | 1,3/- | 1,7/- | 2,1/- | 2,5/- | 2,9/- | 3,3/- |
| 12 | 1,3/- | 1,7/- | 2,1/- | 2,5/- | 2,9/- | 3,4/- | 3,8/- |
| 16 | 1,7/- | 2,2/- | 2,6/- | 3,0/- | 3,4/- | 3,8/1,7 | 4,2/2,4 |
| 24 | 2,6/- | 3,0/- | 3,4/0,7 | 3,8/1,8 | 4,3/2,5 | 4,7/3,0 | 5,1/3,6 |
| 32 | 3,5/0,9 | 3,9/1,9 | 4,3/2,5 | 4,7/3,1 | 5,1/3,7 | 5,5/4,2 | 5,9/4,7 |
| 48 | 5,2/3,8 | 5,6/4,3 | 6,1/4,8 | 6,5/5,3 | 6,9/5,8 | 7,3/6,2 | 7,7/6,7 |
| 64 | 7,0/5,9 | 7,4/6,4 | 7,8/6,8 | 8,2/7,3 | 8,6/7,7 | 9,0/8,2 | 9,4/8,6 |
Выбор предельных усилий тяжения
При прокладке методом ГНБ трубы подвергаются двум видам воздействий: во-первых, продольным силам тяжения F, которые возникают при протаскивании трубы в буровой канал; во-вторых, вертикальному давлению грунта и транспорта уже в процессе эксплуатации трубы. Выбор кольцевой жесткости и толщины стенки определяется главным образом усилиями тяжения.
Усилие тяжения трубы F создает силы трения, возникающие из-за утяжеления трубы под действием навалившегося на трубу грунта вследствие плохого закрепления стенок бурового канала буровым раствором (бентонит) или даже полной невозможности закрепления (плывуны, тяжелый сценарий).
где qr — вес грунта в кН/м2; DЭКВ — эквивалентный диаметр протаскиваемой плети труб; µ — коэффициент трения полимерной трубы о грунт (обычно равен 0,2).
Проверка допустимости усилий тяжения F, возникающих при затягивании трубы (пл ети труб) в буровой канал, выполняется следующим образом
где 0,5 — коэффициент запаса; N — число труб в плети (одна или четыре); F1MAX — предельное усилие тяжения каждой трубы (кН), которое может быть найдено как
где D и e — внешний диаметр и стенка трубы (в мм); σ — предел текучести материала трубы (МПа).
Предельные усилия тяжения F1MAX приведены в таблице ниже
Предельное усилие тяжения трубы F 1MAX (кН) в зависимости от диаметра трубы D (мм) и кольцевой жесткости SN (кН/м 2 )