Расчет тягового усилия для установки ГНБ

Горизонтально направленное бурение используется при монтаже подземных коммуникаций в любом типе грунта. С помощью ГНБ можно в короткий срок уложить несколько сотен метров трубопровода. Для выполнения задач используются различные установки горизонтально направленного бурения. Ключевой параметр данных механизмов — тяговое усилие. Под тяговым усилием понимается горизонтально направленная сила сопротивлению движения, которое преодолевает самоходная установка. Тяговое усилие измеряется в тоннах и килоньютонах.

Задача инженеров на месте бурения состоит в том, чтобы произвести верный расчет тягового усилия ГНБ. При вычислении должны приниматься во внимание многие факторы: структура почвы, диаметр труб, близость инфраструктурных объектов и т.д.

Методы определения тягового усилия

Тяговое усилие установки ГНБ определяется проектом. При том что проект подразумевает укладку трубопровода по идеальной прямой линии, в реальности прокладываемый канал далек от проектной траектории. Чаще всего маршрут установки ГНБ — это кривая линия с изгибами.

1. По радиусам изгибов криволинейной траектории: так называемый «радиус естественного изгиба трубы». Это естественная деформация магистрали, при прохождении сквозь почву. Учитываются все изгибы от точки входа до точки выхода.
2. С помощью разбивки всего маршрута на прямолинейные участки: расчет тягового усилия ГНБ производится для каждого отдельного участка. Второй метод проще в аспекте вычислений, однако, при его использовании необходима высокопроизводительная техника.

В текущий момент более востребованы методы электронных вычислений и компьютерного моделирования. Они позволяют учитывать максимальное количество факторов, влияющих на результаты расчетов для ГНБ.

Силовые составляющие расчетного тягового усилия

Искомое значение (Z) рассчитывается по формуле:

Z=Zz+Zn*+Zpn

Переменные для данной формулы:

• Zz: значение силы, которую должна преодолевать буровая головка во время движения;
• ZN*: усилие при движении штанг буровой установки;
• Zpn: усилия протяжки трубопроводной магистрали.

Для расчета параметра Zpn требуется отдельная формула, которая подразумевает суммирование коэффициентов, отражающих воздействие отдельных факторов при прохождении буровой головки через слой почвы.

Zpn= Z2+(…)+Z8, где:

• Z2: сила сцепления, вычисленная с учетом общей массы трубопровода;
• Z3: аналогичный параметр, вычисленный для общей массы грунтового свода;
• Z4: силовые нагрузки, возникающие при контакте трубы с изгибами в канале;
• Z5: дополнительные нагрузки от опорных реакций;
• Z6: стартовое противодействие в точке входа;
• Z7: значения противодействующих сил в отметках преломления;
• Z8: дополнительный коэффициент, который учитывает нагрузку на буровую установку в случае обвала грунтового свода. Также данный параметр может вводится, если есть вероятность утечки бурового раствора.

Для расчета значений параметров Z2-Z8 нужно учитывать следующие факторы:

• значения коэффициента трения для расширителя при контакте с почвенным слоем;
• диаметр расширителя в установке ГНБ;
• выступ штанг;
• кривизна скважины.

Особенности расчета и получение промежуточного результата

Особенности расчета связаны исключительно с типом протягиваемого канала. Рассчитать искомое значения для пучка кабелей проще, нежели сделать аналогичные вычисления для трубопровода. Есть универсальная формула, применяемая при бестраншейном монтаже кабельных каналов:

F = G x L x Ој

Поясним переменные:

• F — искомое усилие тяжения;
• G — вес метра магистрали;
• L — общая длина протягиваемого кабеля;
• Qj: коэффициент трения (обычно, не превышает значения «0,6». При вводе данного значения диаметр бурового канала можно не учитывать).

Подбор оборудования производится после проведения данных расчетов. На сегодняшний день доступны различные конфигурации установок ГНБ с диапазоном максимального тягового усилия от 5 тонн и выше. При подборе строительной техники описываемого типа также уделяйте внимание таким параметрам как длина буровых штанг и тип буровой головки.

Расчет трубоукладки для ГНБ — это сложная и многоступенчатая операция. Вычисление без специальных программ не рекомендуется, так как высока вероятность совершения ошибки. Также при расчетах параметров для ГНБ можно упустить одну из характеристик, что приведет к срыву проекта.