The calculation of the thrust force

The calculation of the thrust force for pipeline installation using the Direct Pipe method





Abstract
The Direct Pipe method enables to lay a prefabricated pipeline in one single, continuous working operation into the ground with the aid of the thrust unit “Pipe Thruster”. As with Pipe Jacking, earth excavation is executed by means of a navigable microtunnelling machine, which is directly coupled with the pipeline The tunnel face is slurry supported and often uses a bentonite suspension for controlled excavation of the soil. Due to the success of the new method several other projects have been carried out. The magnitude of the thrust force generated by the Pipe Thruster is an important topic of the design of a Direct Pipe project.
The thrust force is required to push the pipeline into the borehole and was investigated by means of Finite element calculations using the ABAQUS software package. The analysis of the Finite element calculation results shows several mechanisms, which contribute to the thrust force. The mechanisms have a strong interaction with each other. Formulas for the calculation of the Thrust Force were deduced per mechanism and per section of the drilling line. The measurement results of the thrust force from several projects, which have been carried out recently, were compared with the calculated thrust forces using the new set of formulas. The results are quite promising. The effect of a higher friction after a standstill period is currently still a research topic. Soon a decision will be made whether the time dependent standstill effect can be calculated based on physical processes in the bore hole, or whether a practical approach should be applied to estimate the time dependent standstill effects.


1. Introduction
The so-called trenchless techniques such as horizontal directional drilling, microtunnelling and other pipe jacking methods are applied on a large scale since the eighties. On one hand they provide a logical alternative when pipelines need to cross roads, railways, dikes, wetlands, rivers and other structures that have to remain intact. On the other hand these techniques minimize the impact of installation activities in densely populated and economical sensitive areas.

Since a few years a new trenchless technique developed by Herrenknecht exists (figure 1). In October 2007 the world premiere for the new Direct Pipe technology took place. This technique was used for the installation of a 464 m (1,522 ft) long culvert underneath the Rhine River near Worms in Germany. The Direct Pipe technique uses a Pipe Thruster, which pushes the pipe through the borehole [1].

Due to the success of the new method several other projects have been carried out. However the results of all the Direct Pipe projects were positive, design rules are not yet available. The magnitude of the thrust force generated by the Pipe Thruster is an important topic of the design of a Direct Pipe project [2]. The predicted thrust force (by calculation) and the comparison of the force with the capacity of the Pipe Thruster, should be one of the engineering works carried out before the installation of the pipeline.













Figure 1. The Direct pipe method for pipeline installation


2. Background
The Direct Pipe method enables to lay a prefabricated pipeline in one single, continuous working operation into the ground with the aid of the thrust unit “Pipe Thruster”. As with Pipe Jacking, earth excavation is executed by means of a navigable microtunnelling machine, which is directly coupled with the pipeline (figure 2). The tunnel face is slurry supported and often uses a bentonite suspension for controlled excavation of the soil.

The Pipe Thruster is fixed horizontally and vertically in the launch pit and clamps the pipeline with its clamping device and pushes it (in front of the pipe the micro tunneling machine is welded) forward through the borehole. Since the diameter of the microtunnelling machine is significantly larger than the diameter of the pipe a borehole is created. The borehole is filled with lubrication bentonite. The type of lubrication bentonite is determined by the soil conditions through which the borehole is made.


Figure 2. Adapted micro tunneling machine for the direct pipe method.

3. The calculation of the thrust force

3.1 General
The thrust force necessary to install the pipeline should be predicted/calculated in the design phase of the project. Since the capacity of the Pipe Thruster is limited, the success of the installation of long pipes is strongly related to the accuracy of the predicted thrust force. The prediction of the thrust force and the comparison of the force with the Pipe Thruster, should be carried out before starting the installation of the pipelin

Kết quả (Việt) 1:

Tính toán của các lực đẩy lực lượng cho việc lắp đặt đường ống dẫn bằng cách sử dụng phương pháp trực tiếp ốngTóm tắtPhương pháp trực tiếp ống cho phép để lay một đường ống đúc sẵn một đĩa đơn, liên tục làm việc hoạt động mặt đất với sự trợ giúp của các đơn vị lực đẩy "Ống Thruster". Như với ống Jacking, trái đất khai quật được thực hiện bằng phương tiện máy microtunnelling điều hướng trực tiếp cùng với các đường ống dẫn mặt đường hầm là bùn được hỗ trợ và thường sử dụng một hệ thống treo bentonit các khai quật kiểm soát của đất. Do sự thành công của phương pháp mới một số các dự án khác đã được thực hiện. Độ lớn của lực đẩy được tạo ra bởi Thruster ống là một chủ đề quan trọng của việc thiết kế một dự án trực tiếp ống.Quân lực đẩy là cần thiết để đẩy các đường ống dẫn vào giếng khoan và đã được điều tra bằng cách tính toán phần tử hữu hạn sử dụng gói phần mềm ABAQUS. Phân tích kết quả tính toán phần tử hữu hạn cho thấy một số cơ chế, đóng góp cho lực lực đẩy. Các cơ chế có một sự tương tác mạnh mẽ với nhau. Công thức tính lực đẩy được suy ra một cơ chế và một phần của đường khoan. Kết quả đo lường của quân lực đẩy từ một số dự án, đã được thực hiện gần đây, đã được so sánh với các lực lượng lực đẩy được tính toán bằng cách sử dụng các thiết lập mới của các công thức. Kết quả là khá hứa hẹn. Hiệu quả của ma sát cao sau một giai đoạn bế tắc hiện nay vẫn là một chủ đề nghiên cứu. Sớm ra quyết định sẽ được thực hiện cho dù hiệu ứng phụ thuộc bế tắc thời gian có thể được tính toán dựa trên các quá trình vật lý trong các lỗ khoan hoặc cho dù một cách tiếp cận thực tế nên được áp dụng để ước tính tác động phụ thuộc vào bế tắc thời gian.1. giới thiệuCái gọi là kỹ thuật trenchless như khoan định hướng ngang, microtunnelling và ống jacking phương pháp được áp dụng trên quy mô lớn kể từ khi eighties. Một mặt họ cung cấp một lựa chọn hợp lý khi đường ống dẫn dầu cần phải qua đường giao thông, đường sắt, đê điều, vùng đất ngập nước, sông và các cấu trúc khác có thể vẫn còn nguyên vẹn. Mặt khác, các kỹ thuật này giảm thiểu tác động của các hoạt động cài đặt trong khu vực đông dân cư và kinh tế nhạy cảm.Kể từ khi một vài năm, một kỹ thuật trenchless mới được phát triển bởi Herrenknecht tồn tại (hình 1). Vào tháng mười 2007 ra mắt thế giới cho công nghệ trực tiếp ống mới diễn ra. Kỹ thuật này được sử dụng cho việc cài đặt của một cống lâu 464 m (1.522 ft) bên dưới sông Rhine gần Worms trong nước Đức. Các kỹ thuật trực tiếp ống sử dụng một Thruster ống, đẩy các đường ống thông qua các giếng khoan [1].Do sự thành công của phương pháp mới một số các dự án khác đã được thực hiện. Tuy nhiên, các kết quả của tất cả các dự án trực tiếp ống đã tích cực, quy tắc thiết kế không có sẵn nào được nêu ra. Độ lớn của lực đẩy được tạo ra bởi Thruster ống là một chủ đề quan trọng của việc thiết kế một dự án trực tiếp ống [2]. Quân lực đẩy dự đoán (bằng cách tính toán) và so sánh lực lượng với công suất Thruster ống, nên một trong các công trình kỹ thuật thực hiện trước khi cài đặt các đường ống dẫn. Hình 1. Phương pháp trực tiếp ống cho việc lắp đặt đường ống2. nềnPhương pháp trực tiếp ống cho phép để lay một đường ống đúc sẵn một đĩa đơn, liên tục làm việc hoạt động mặt đất với sự trợ giúp của các đơn vị lực đẩy "Ống Thruster". Như với ống Jacking, trái đất khai quật được thực hiện bằng phương tiện máy microtunnelling điều hướng trực tiếp cùng với các đường ống dẫn (hình 2). Mặt đường hầm là bùn được hỗ trợ và thường sử dụng một hệ thống treo bentonit các khai quật kiểm soát của đất.Thruster ống cố định theo chiều ngang và theo chiều dọc trong hố khởi động và giá gắn các đường ống với thiết bị kẹp của nó và đẩy nó (ở phía trước của đường ống chui hầm máy vi được hàn) chuyển tiếp thông qua giếng khoan. Kể từ khi đường kính của máy microtunnelling là lớn hơn đáng kể so với đường kính của ống giếng khoan một được tạo ra. Giếng khoan là đầy với dầu bôi trơn bentonit. Các loại dầu bôi trơn bentonite được xác định bởi các điều kiện đất mà qua đó giếng khoan được thực hiện.Hình 2. Điều chỉnh micro chui hầm máy cho các phương pháp trực tiếp ống. 3. việc tính toán các lực đẩy3.1 tổng quátLực đẩy cần thiết để cài đặt các đường ống dẫn cần được dự đoán/tính toán trong giai đoạn thiết kế của dự án. Vì năng lực của các ống Thruster có giới hạn, sự thành công của việc lắp đặt đường ống dài mạnh mẽ được liên quan đến tính chính xác của quân lực đẩy dự đoán. Dự báo của quân lực đẩy và so sánh lực lượng với Thruster ống, nên được thực hiện trước khi bắt đầu cài đặt pipelin

Kết quả (Việt) 2:

Việc tính toán lực đẩy cho lắp đặt đường ống dẫn bằng cách sử dụng phương pháp ống Direct





Tóm tắt
Phương pháp ống Direct cho phép để đặt một đường ống đúc sẵn trong một duy nhất, hoạt động làm việc liên tục vào mặt đất với sự trợ giúp của thiết bị ép "ống Thruster". Như với Pipe Jacking, khai quật trái đất được thực hiện bằng phương tiện của một máy microtunnelling điều hướng, được kết nối trực tiếp với đường ống Các mặt hầm là bùn hỗ trợ và thường sử dụng một hệ thống treo bentonit để khai quật kiểm soát của đất. Do sự thành công của phương pháp mới một số dự án khác đã được thực hiện. Độ lớn của lực đẩy tạo ra bởi các ống Thruster là một chủ đề quan trọng của việc thiết kế một dự án ống trực tiếp.
Các lực đẩy cần thiết để đẩy ống vào lỗ khoan và được khảo sát bằng phương tiện tính toán phần tử hữu hạn sử dụng gói phần mềm ABAQUS . Việc phân tích các kết quả tính toán phần tử hữu hạn cho thấy một số cơ chế, trong đó đóng góp cho lực lượng đẩy. Các cơ chế có một sự tương tác mạnh mẽ với nhau. Công thức tính của quân lực đẩy được suy ra mỗi cơ chế và mỗi phần của dòng khoan. Các kết quả đo của lực đẩy từ một số dự án, trong đó đã được thực hiện gần đây, được so sánh với các lực lượng đẩy tính toán sử dụng các thiết lập mới của các công thức. Kết quả là khá hứa hẹn. Hiệu quả của một ma sát cao hơn sau một thời gian bế tắc hiện nay vẫn là một chủ đề nghiên cứu. Ngay sau đó, quyết định này sẽ được thực hiện cho dù thời gian có hiệu lực bế tắc phụ thuộc có thể được tính toán dựa trên các quá trình vật lý trong các lỗ khoan, hay một cách tiếp cận thực tế nên được áp dụng để ước lượng thời gian tác dụng bế tắc phụ thuộc.


1. Giới thiệu
Cái gọi là kỹ thuật trenchless như khoan định hướng ngang, microtunnelling và phương pháp ống cướp khác được áp dụng trên quy mô lớn kể từ thập niên tám mươi. Một mặt họ cung cấp một lựa chọn hợp lý khi đường ống cần phải qua đường, đường sắt, đê điều, đất ngập nước, sông và các cấu trúc khác mà phải vẫn còn nguyên vẹn. Mặt khác những kỹ thuật giảm thiểu tác động của các hoạt động lắp đặt tại các khu vực nhạy cảm đông dân cư và kinh tế.

Từ một vài năm một kỹ thuật mới được phát triển bởi trenchless Herrenknecht tồn tại (hình 1). Vào tháng Mười năm 2007, ra mắt thế giới cho công nghệ ống trực tiếp mới diễn ra. Kỹ thuật này đã được sử dụng cho việc lắp đặt một 464 m (1.522 ft) cống dài dưới sông Rhine gần Worms tại Đức. Các kỹ thuật ống trực tiếp sử dụng một ống Thruster, mà đẩy ống thông qua các lỗ khoan [1].

Do sự thành công của phương pháp mới một số dự án khác đã được thực hiện. Tuy nhiên kết quả của tất cả các dự án ống trực tiếp dương tính, quy tắc thiết kế là chưa có. Độ lớn của lực đẩy tạo ra bởi các ống Thruster là một chủ đề quan trọng của việc thiết kế một dự án ống trực tiếp [2]. Lực lượng dự đoán lực đẩy (theo tính toán) và so sánh lực lượng với năng lực của ống Thruster, nên là một trong những công trình kỹ thuật được thực hiện trước khi cài đặt các đường ống dẫn.













Hình 1. Phương pháp ống trực tiếp để lắp đặt đường ống


2. Bối cảnh
Các phương pháp ống Direct cho phép để đặt một đường ống đúc sẵn trong một duy nhất, hoạt động làm việc liên tục vào mặt đất với sự trợ giúp của các thiết bị ép "ống Thruster". Như với Pipe Jacking, khai quật trái đất được thực hiện bằng phương tiện của một máy microtunnelling điều hướng, được kết nối trực tiếp với đường ống dẫn (hình 2). Các mặt hầm là bùn hỗ trợ và thường sử dụng một hệ thống treo bentonit để khai quật kiểm soát của đất.

Các ống Thruster là cố định theo chiều ngang và theo chiều dọc trong hố mắt và kẹp đường ống bằng thiết bị kẹp của nó và đẩy nó (ở phía trước của ống vi máy đào hầm được hàn) về phía trước thông qua các lỗ khoan. Kể từ khi đường kính của máy microtunnelling lớn hơn đường kính của ống một lỗ khoan được tạo ra đáng kể. Các lỗ khoan được làm đầy với dầu bôi trơn bentonite. Các loại dầu bôi trơn bentonit được xác định bởi điều kiện đất đai thông qua đó các lỗ khoan được thực hiện.


Hình 2. Phỏng máy đào hầm vi cho các phương pháp ống trực tiếp.

3. Việc tính toán lực đẩy

3.1 chung
Các lực đẩy lực lượng cần thiết để cài đặt các đường ống dẫn nên được dự đoán / tính toán trong giai đoạn thiết kế của dự án. Vì năng lực của các ống Thruster được giới hạn, sự thành công của việc lắp đặt đường ống dài liên quan chặt chẽ đến độ chính xác của lực đẩy dự đoán. Các dự đoán của lực đẩy và so sánh lực lượng với ống Thruster, nên được thực hiện trước khi bắt đầu quá trình cài đặt của pipelin