Delist.ru

УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ ВОДНО-ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В МЕСТАХ РАСПОЛОЖЕНИЯ БЕСКАНАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМЫХ СРОКОВ СЛУЖБЫ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД (17.10.2011)

Автор: ДАВИДЯК Андрей Николаевич

1 2 3 4 5 6

Количество объектов с применением бесканальных трубопроводов в ППУ

изоляции

Анализ современных нормативных документов и правил показал, что взаимодействие современных теплопроводов с грунтовым массивом земляного полотна, а также дорожной одежды мало изучено, в нормативных документах по проектированию встречаются лишь общие рекомендации. Отсутствуют какие-либо указания или правила, непосредственно относящиеся к снижению взаимного влияния теплового источника и грунтовой среды земляного полотна.

Исследованиями водно-теплового режима автомобильных дорог в России занимались И.А. Золотарь, А.М. Кулижников, В.П. Носов, В.И. Рувинский, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаев, Е.И. Шелопаев, В.Н. Шестаков, А.И. Ярмолинский, О.Т. Батраков. Взаимодействие подземных инженерных сетей с грунтовым массивом рассматривали В.В. Лопашук, А.Г. Кошелев, И.Л. Майзель, Т.В. Чикирева. Вопросы в области изучения водно-теплового режима автомобильных дорог в местах расположения современных подземных тепловых сетей в научных работах крайне мало освещены.

Подробно в данной главе рассмотрена модель температурного расчёта системы «дорожная одежда - земляное полотно», предложенная В.М. Сиденко, как наиболее удовлетворяющая всем требованиям выполняемых исследований. Проведён полный анализ известного метода, для расчета изменения температуры грунта вокруг 2-трубного бесканального теплопровода, разработанного Е.П. Шубиным. Выполнены серии расчетов по данному уравнению, позволяющих проследить изменение основных параметров водно-теплового режима земляного полотна при различных влажности, плотности, типа грунта и температуры теплоносителя в бесканальных тепловых сетях, которые показали значительное изменение указанных параметров в местах расположения бесканальных 2-трубных тепловых сетей.

На основе анализа отечественных и зарубежных литературных источников опыта проектирования и эксплуатации бесканальных тепловых сетей, расположенных в земляном полотне автомобильных дорог, автором поставлены следующие задачи.

Анализ и обобщение опыта исследования водно-теплового режима в зоне подземной прокладки бесканальных 2-трубных теплосетей на участках пересечений с автомобильными дорогами.

Оценка возможности применения и доработка модели определения температуры грунта в зоне воздействия бесканального теплопровода на систему «дорожная одежда - земляное полотно».

Проведение экспериментальных исследований особенностей водно-теплового режима на опытных участках с бесканально проложенными теплопроводами в грунте земляного полотна транспортного объекта и натурных наблюдений за ними для использования полученных данных в разработанной модели.

Разработка предложений (рекомендаций) по учету закономерностей водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд, расположенных над теплосетями при проектировании автомобильных дорог.

Обоснование предложенных вариантов разработанных рекомендаций.

Глава 2 содержит теоретический анализ формул В.М. Сиденко и Е.П. Шубина. С помощью синтеза указанных методик расчета и доработки полученной комплексной модели за счёт учёта использования металлического футляра удалось получить окончательно выражение (1) для определения температуры в произвольной точке грунтового массива земляного полотна и дорожной одежды, расположенных над бесканальным двухтрубным теплопроводом.

где tв - температура воздуха; tг - температура грунта по данным многолетних измерений на глубине H’; Rп - тепловые сопротивление слоев дорожной конструкции назначается в зависимости от скорости ветра, м?•°С/Вт, где R - тепловое сопротивления слоев дорожной конструкции определяют по формуле

м?•°С/Вт, (2)

h1…..hn - толщины слоев одежды и неоднородных слоев грунта, м; ?1…..?n - коэффициенты теплопроводности дорожной одежды, Вт/(м•°С); ?гр - теплопроводность грунта земляного полотна по справочнику, Вт/(м•°С); R01 - тепловое сопротивление слоев дорожной одежды, м?•°С/Вт, определяется по формуле (3)

м (3,4)

hэ= ?гр*R01, м (5)

n1, n2, n3 - слой дорожной одежды, начиная с верхнего; n - нижний слой дорожной одежды; ?гр - теплопроводность грунта открытого поля по справочнику многолетних наблюдений, Вт/(м•°С); H – глубина определяется по формулам (4,5), м; H’ - глубина многолетних измерений температуры на агрометеостанциях, м; ?1 , ?2 - температура теплоносителя в первой и второй трубах, °С; h - глубина заложения оси теплопровода, м; q1 , q2 - удельные тепловые потери первой и второй труб, определяются по формулам

(6,7)

где R1, R2 - суммарные термические сопротивления (изоляция грунта) первой и второй труб, м?•°С/Вт, определяются по формулам

R1= Rи1+ Rзп+ Rдоп1+Rф1; R2= Rи2+ Rзп+ Rдоп1+Rф2, м?•°С/Вт, (8,9)

где Rи – сопротивление изоляции трубы, м?•°С/Вт, Rдоп – дополнительное термическое сопротивление внутренней и наружной поверхностей м?•°С/Вт, R02 - условное дополнительное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние соседних труб, м?•°С/Вт, Rф - условное дополнительное термическое сопротивление футляра, м?•°С/Вт;

м?•°С/Вт, (10,11)

м?•°С/Вт, (12,13)

d1, d2, d3 - внутренний и наружный диаметры проложенных цилиндрических теплопроводов, и футляра м. Основные параметры формулы (1) представлены схематично на рис. 1.

С помощью предложенной математической модели прогнозирования температуры грунта земляного полотна на различной глубине в местах расположения 2-трубных бесканальных тепловых сетей были произведены серии расчетов, позволяющих наблюдать за распространением температуры в грунте земляного полотна. Полученные результаты показаны на рис.2. На нем четко прослеживается увеличение параметров температуры грунта вблизи бесканального теплопровода на 6 °С, в сравнении с участками автомобильных дорог без расположенных инженерных коммуникаций. На основании расчетных значений была построена и трехмерная модель всплесков температурного влияния от подающей и обратной трубы.

Рис.1. Схема расположения слоев дорожной одежды над 2-трубным теплопроводом и их физические параметры

Рис.2. Изотерма распространения температуры в грунте

вокруг бесканально проложенного 2-трубного теплопровода

Глава 3 содержит полевые и лабораторные исследования. В данных научных разработках были поставлены задачи определения реального характера и особенностей водно-теплового режима на участках пересечений действующих теплопроводов с дорожными объектами. Наиболее часто распространены такие пересечения на складских и производственных объектах, где в большом количестве присутствуют внутриплощадочные автомобильные дороги и инженерные коммуникации соединяют производственные здания и сооружения. Невысокая интенсивность движения, большие площади комплексов, высокие затраты на строительство каналов – все эти факторы стимулируют трассирование тепловых сетей на данных территориях в бесканальной прокладке. Два экспериментальных участка были организованы на территории объекта «Станция наполнения баллонов», входящей в комплекс «Центр деловой и малой грузовой авиации (ЦДМГА) в международном аэропорту «Остафьево» Подольского района Московской области, для исследования особенностей формирования водно-теплового режима грунтового массива земляного полотна в зоне работы бесканальной теплосети. Первый участок представляет собой подъездную автодорогу из плит ПДГ к зданию станции наполнения баллонов. Второй – разворотную площадку и подъездную автодорогу из плит ПДГ к техническому зданию и хранилищу газовых баллонов.

Дорожная одежда на данных участках выполнена конструкцией из дорожной плиты – типа ПДГ, укладываемой на слои из пескоцемента на основании из среднезернистого песка. Дорожная одежда типичная для объектов административно-хозяйственного назначения и складской зоны.

На глубине 1,25 м расположены две трубы в ППУ изоляции диаметром 220 мм, в которых протекает вода при температуре 70…105°С для отопления. И две трубы в ППУ изоляции диаметром 120 мм, в которых протекает вода при температуре 60°С для горячего водоснабжения.

????????T?ѕ

бины промерзания. Все полученные измерения производились во время отопительного сезона в два этапа: первый с 1 декабря 2006г. по 14 марта 2007г., второй с 8 декабря 2007г. по 8 марта 2008г.

На рис.3 представлен график, полученный по результатам экспериментов, на котором хорошо прослеживается тенденция повышения температуры грунта земляного полотна возле бесканальных теплосетей в отличие от расчетных параметров грунта автомобильных дорог без расположенного 2-трубного теплопровода. На всех экспериментальных объектах наблюдалась избыточная влажность по сравнению с аналогичными параметрами грунта участков автодорог без инженерных коммуникаций, на которых земляное полотно находится в промерзшем состоянии без водянистых включений. Проведенный эксперимент показал, что в конце декабря и январе (пик отопительного сезона) параметры влажности приближаются к значениям на границе текучести и грунт земляного полотна внутриплощадочных автодорог вблизи тепловых сетей находится в обводненном состоянии.

Рис. 3. Изменение температуры воздуха и грунта на опытных участках в период отопительного сезона 2008 г.

Были получены данные по глубине промерзания на участках 1,2, которые составляют 14 и 38 см соответственно. В 2008 г. эти параметры отличались ненамного, увеличились до 15 и 41 см. Согласно справочным данным для Московской области наибольшая глубина промерзания составляет 98 см, что в 7 раз больше полученных значений глубины промерзания на первом участке и в 2,5 раза больше значений второго участка.

Учитывая тот факт, что дорожная одежда работает на одинаковом основании с глубиной промерзания 98 см на всем протяжении автомобильных дорог, то появление таких локальных участков с бесканальными 2- и 4-трубными тепловыми источниками могут повлиять на прочность и ровность дорожной одежды.

Для проверки точности эксперимента и оценки влияния бесканальных тепловых сетей на систему «дорожная одежда – земляное полотно» в 2011 г. был организован дополнительный выезд с обследованием ровности дорожного покрытия на экспериментальных участках. Фотографии экспериментальных участков представлены на рис. 4, 5.

загрузка...