Повышение точности прогнозных расчетов технического состояния нефтепроводов с учетом данных датчиков СОД о температуре перекачиваемой нефти

The experience of operating oil main pipelines laid underground in cryolithozone conditions shows that one of the reasons for the decrease in operational reliability of the pipeline is its thermal effect on permanently frozen ground. The parameter included in the list of initial data for predictive calculations of the technical condition of the oil pipeline is the temperature of the pumped oil, which is traditionally determined by the readings of the sensors measuring the temperature of the pipe wall of monitoring and supervisory control systems. However, the distance between these sensors can reach several tens of kilometers, so the measurements are valid only for selected sections on the pipeline segment, the shape of the temperature distribution function between them remains unknown, which negatively affects the accuracy of predictive calculations. To solve this problem it is proposed to use flow temperature sensors installed on cleaning and diagnostic facilities, with the help of which it is possible to measure the temperature of the pumped oil in each section of the pipeline. The authors set a goal to study the applicability of the results of oil temperature measurements by sensors from cleaning and diagnostics facilities to improve the accuracy of predictive calculations of thawing areolas and soil settlements at the base of main oil pipeline. In the course of the study, a series of tests was carried out using the oil temperature sensor installed on the inline inspection tool VIP 40-OPT.00-01.000 and pipe wall strap-on temperature sensor TSPU 011. According to the results of the study, the expediency of using the results of oil temperature measurements by the sensor of inline inspection tool when calculating the temperature of the pipeline wall to select the shape of the approximating function, as well as to solve related problems of geotechnical monitoring was confirmed. In order to improve the accuracy of predictive calculations of thawing areolas and soil settlements, an algorithm has been developed for checking the compliance of the calculated model of the oil pipeline with the actual pumping conditions. Опыт эксплуатации магистральных нефтепроводов, проложенных подземным способом в условиях криолитозоны, показывает, что одной из причин снижения эксплуатационной надежности трубопровода является его тепловое воздействие на многолетнемерзлый грунт. Параметром, входящим в перечень исходных данных для проведения прогнозных расчетов технического состояния нефтепровода, является температура перекачиваемой нефти, которая традиционно определяется по показаниям датчиков измерения температуры стенки трубы систем диспетчерского контроля и управления. Однако расстояние между этими датчиками может достигать десятков километров, поэтому проводимые измерения справедливы только для выбранных секций на участке трубопровода, форма функции распределения температуры между ними остается неизвестной, что отрицательно сказывается на точности прогнозных расчетов. Для решения данной проблемы предлагается использовать датчики температуры потока, устанавливаемые на средствах очистки и диагностики – с их помощью возможно производить измерения температуры перекачиваемой нефти в каждой секции трубопровода. Авторами поставлена цель по исследованию применимости результатов измерений температуры нефти датчиками со средств очистки и диагностики для повышения точности прогнозных расчетов ореолов оттаивания и осадок грунта в основании магистрального нефтепровода. В ходе исследования проведены испытания с использованием датчика температуры нефти, установленного на внутритрубном инспекционном приборе ВИП 40-ОПТ.00-01.000 и накладного датчика температуры стенки трубы ТСПУ 011. По итогам исследования подтверждена целесообразность использования результатов измерений температуры нефти датчиком внутритрубного инспекционного прибора при расчетах температуры стенки трубопровода для выбора формы аппроксимирующей функции, а также для решения сопутствующих задач геотехнического мониторинга. С целью повышения точности прогнозных расчетов ореола оттаивания и осадки грунта разработан алгоритм проверки соответствия расчетной модели нефтепровода фактическим условиям перекачки.

Correlations of geotechnical monitoring data in open pit slope back-analysis -A mine case study

Geotechnical monitoring plays an important role in the detection of operational safety issues in the slopes of open pits. Currently, monitoring companies offer several solutions involving robust technologies that boast highly reliable data and the ability to control risky conditions. The monitoring data must be processed and analysed so as to allow the results to be used for several purposes, thereby providing information that can be used to manage operational actions and optimize mining plans or engineering projects. In this work we analysed monitoring data (pore pressure and displacement) and its correlation with the tension and displacement of the mass of an established failure slope calculated using the finite element method. To optimize the back-analysis, a Python language routine was developed using input data (point coordinates, parameter matrix, and critical section) to use software with the rock mass parameters (cohesion, friction angle, Young's modulus, and Poisson's ratio). For the back-analysis, the Mohr-Coulomb criterion was applied with the shear strength reduction technique to obtain the strength reduction factor. The results were consistent with both the measured displacements and the maximum deformation contours, revealing the possible failure mechanism, allowing the strength parameters to be calibrated according to the slope failure conditions, and providing information about the contribution of each variable (parameter) to the slope failure in the study area.

DEVELOPMENT OF A METHODOLOGY FOR STABILITY MONITORING OF A DEFENSE EMBANKMENT LOADED WITH FREQUENT TRAFFIC: THE EXAMPLE OF THE KOVIN MINE

In the present paper, the authors develop a methodology for stability monitoring of the hydrotechnicaldefensive embankment that is exposed to heavy frequent traffic. The proposed methodology envisages several phases of observation, work and monitoring: (1) macroscopic observations, (2) geophysicalgeoelectric tests, (3) group of exploration works, (4) model formation, (5) establishment of a monitoring system, (6) acquisition data processing and modeling. Four of the six proposed phases are illustrated by the example of the left-bank Danube embankment used by the Kovin coal mine for the needs of coal truck haulage. The results of the performed research indicate that there are no deformations that endanger the defensive function of the embankment. In order to ensure safe coal truck haulage and preserve the function of the embankment, it is proposed to establish a system for geophysical, hydrogeological and geotechnical monitoring, to form a model for simulating the behavior of the embankment for different hydrometeorological conditions (consequently, for different consistency states and material compaction), and for different load conditions.

The Role of Geotechnical Monitoring at Design of Foundation Structures and their Verification – Part 2

The main aim of the article is demonstrating successful design of spread foundations of a commercial centre building, where geotechnical monitoring allows us to check design efficiency and calculate reliability in comparison with real vertical deformation of building. Introduction to the case study area and building structure and foundations was done in previously published first part of the article in which engineering geological conditions were described. There was also presented a comparison of calculated vertical settlement of selected footings with the real geodetic measurement provided during construction time till the period of two years’ operation time after completion of civil works. Geotechnical engineers do not have many opportunities to evaluate their designs, especially when everything passes successfully. Our presented case study is one of the examples, which could be evaluated from the point of view of reliability index of design adjusted with real geodetic measurement. Index of reliability of selected foundations was calculated by deterministic probability methods. In order to evaluate thousands of statistical data combinations, programing tool in Python language was developed for batch processing calculation of vertical displacement of foundation in Plaxis software. Discussion part of the article contains the actual state of reliability theory in structural standards in Europe.

ALGORITHM FOR DETECTING DEFECTS AT CONSTRUCTION OBJECTS

Статья посвящена разработке алгоритма раннего обнаружения дефектов на объектах строительства, применяемого в системах геотехнического мониторинга для повышения точности прогнозных оценок устойчивости сооружений. Не смотря на имеющиеся наработки в сфере геотехнического мониторинга и оценки устойчивости геотехнических систем, возникающие за проектные ситуации, которые приводят к возникновению аварий и катастроф техногенного и природного характера, показывают необходимость дальнейшего развития алгоритмического обеспечения систем геотехнического мониторинга. Приведена блок-схема алгоритма раннего обнаружения дефектов на объектах строительства, построенного на основе авторского подхода выделения ключевых точек геотехнического мониторинга, методов теории бифуркаций, а также нейросетевого анализа. Отличительной особенностью разработанного алгоритма кроме применения нейронной сети для подстройки под геотехнические особенности, является возможность динамической корректировки диапазонов варьирования пределов устойчивости геотехнической системы, заложенных в проектной документации на исследуемый объект строительства. В описаны результаты практического применения разработанного алгоритма в системе геотехнического мониторинга (наблюдения осуществлялись с 2016 по 2021 год) параметров грунтового основания, а также физико-механических параметров элементов конструкций фундамента и сооружения. В качестве сооружения выступало трехэтажное здание, возведенное на кирпичном ленточном фундаменте. Объект исследования находится в г. Муроме Владимирской области. В ходе применения разработанного алгоритма были получены оценки мест образования дефектов в контрольных точках и их локализация, которые были подтверждены в ходе дальнейших наблюдений. Разработанный алгоритм может применяться в системах геотехнического мониторинга на протяжении всего жизненного цикла геотехнической системы. The article is devoted to the development of an algorithm for early detection of defects at construction sites, which is used in geotechnical monitoring systems to improve the accuracy of predictive estimates of the stability of structures. The emerging design situations that lead to accidents and catastrophes of a man-made and natural nature show the need for further development of algorithmic support for geotechnical monitoring systems, despite the existing developments in the field of geotechnical monitoring and assessment of the stability of geotechnical systems. A flowchart of an algorithm for early detection of defects at construction sites is presented, based on the author's approach to identifying key points of geotechnical monitoring, methods of bifurcation theory, as well as neural network analysis. A distinctive feature of the developed algorithm, in addition to using a neural network to adjust to geotechnical features, is the possibility of dynamically adjusting the ranges of variation of the stability limits of the geotechnical system laid down in the design documentation for the construction object under study. The results of the practical application of the developed algorithm in the geotechnical monitoring system (observations were carried out from 2016 to 2021) of the parameters of the soil base, as well as the physical and mechanical parameters of the structural elements of the foundation and structure are described. The structure was a three-storey building erected on a brick ribbon foundation. The object of research is located in the city of Murom, Vladimir region. During the application of the developed algorithm, estimates of the places of defect formation at control points and their localization were obtained, which were confirmed during further observations. The developed algorithm can be used in geotechnical monitoring systems throughout the entire life cycle of a geotechnical system.

CONTROL OF THE FORMATION OF DESTRUCTIVE PRECESSES IN THE GEOTECHNICAL MONITORING SYSTEM

В данной статье предлагается алгоритм контроля образования деструктивных процессов в геотехнических системах. Предлагаемый алгоритм на практике корректирует диапазон допустимых параметров геотехнической системы на основе комплексной обработки данных о внешних факторов и комбинаций реакций системы, построенного на основе теории бифуркаций. По результатам работы алгоритма происходит формирование оценки изменения состояния геотехнической системы. В статье так же описаны результаты практического применения разработанного алгоритма на основе данных геотехнического мониторинга (наблюдения осуществлялись с 2016 по 2021 год)параметров грунтового основания, а также физико-механических параметров элементов конструкций фундамента и сооружения. В качестве сооружения выступало трехэтажное здание, возведенное на кирпичном ленточном фундаменте. Объект исследования находится в г. Муроме Владимирской области. В ходе применения разработанного алгоритма были выделены наиболее уязвимые ключевые точки геотехнической системы в которых развиваются скрытые деструктивные процессы. Полученные результаты также подтверждаются результатами моделирования в ЛИРА-САПР напряжений в конструкции фундамента здания при изменении долей природной влажности верхних слоев грунта. Таким образом, хотя в решении задач геотехнического мониторинга и оценки устойчивости геотехнических систем существуем множество подходов, тем не менее постоянно возникающие за проектные ситуации, приводящие к возникновению аварий и катастроф техногенного и природного характера, показывают их не высокую эффективность. Поэтому, применение разработанного алгоритма актуально при прогнозировании устойчивости геотехнической системы за счет коррекции в динамическом режиме допустимых пределов варьирования физико-механических параметров устойчивости геотехнической системы, полученных в проектных расчетах. This article proposes an algorithm for controlling the formation of destructive processes in geotechnical systems. In practice the proposed algorithm corrects the range of acceptable parameters of the geotechnical system based on complex data processing on external factors and combinations of reactions of the system. It built on the basis of the theory of bifurcations. Based on the results of the algorithm, an assessment of changes is formed in the state of the geotechnical system. The article also describes the results of the practical application of the developed algorithm based on geotechnical monitoring data (observations were carried out from 2016 to 2021) of the parameters of the soil base, as well as the physical and mechanical parameters of the structural elements of the foundation and structure. The structure was a three-story building erected on a brick ribbon foundation. The object of the research is located in the city of Murom, Vladimir region. During the application of the developed algorithm, the most vulnerable key points of the geotechnical system were identified in which hidden destructive processes develop. The obtained results are also confirmed by the results of modeling in LIRA-CAD of stresses in the structure of the foundation of a building with a change in the proportion of natural humidity of the upper layers of the soil. Thus, although there are many approaches to solving the problems of geotechnical monitoring and assessing the stability of geotechnical systems, nevertheless, constantly emerging project situations that lead to accidents and catastrophes of a man-made and natural nature show their low efficiency. Therefore, the application of the developed algorithm is relevant when predicting the stability of the geotechnical system due to the correction in the dynamic mode of the permissible limits of variation of the physical and mechanical parameters of the stability of the geotechnical system obtained in the design calculations.

Application of Photogrammetric Methods for Geotechnical Monitoring of Emergency Buildings and Structures

Постановка задачи. Одной из актуальных научно-технических задач в строительстве является совершенствование методов мониторинга состояния строительных конструкций (в том числе в стесненных условиях работы) при строительстве уникальных сооружений и объектов незавершенного строительства, обеспечивающих надежный контроль их качества, устойчивости и безопасности. Довольно часто возникают условиях, при которых нет возможности выполнить полноценный мониторинг отдельных видов деформаций строительных конструкций традиционными методами. Требуется разработка универсальных, надежных и удобных методов контроля различных геометрических параметров сооружения с целью своевременного принятия мер по обеспечению стабильности и устойчивости сооружения, чтобы исключить переход сооружения в ограниченно работоспособное или в аварийное состояние. Результаты и выводы. Предложенные в работе методы определения деформаций и качества изготовления строительных конструкций с использованием метрической фотосъемки позволяют провести полноценный мониторинг их технического состояния с необходимой точностью. Все перечисленные в статье способы контроля отрабатывались и проверялись на зданиях и сооружениях законсервированной Воронежской атомной станции теплоснабжения. Statement of the problem. One of the urgent scientific and technical problems facing construction is the improvement of methods for monitoring the state of building structures (including under confined working conditions) during the construction of unique structures and objects of unfinished construction, ensuring reliable control of their quality, stability and safety. Oftentimes, conditions arise where it is impossible to perform a full types of deformations of building structures using traditional methods. It is required to develop universal, reliable and convenient methods for controlling various geometric parameters of the structure in order to take timely measures to ensure the stability and stability of the structure in order to exclude the transition of the structure to a partially operable or emergency state. Results and conclusions. The suggested methods for determining deformations and the quality of manufacturing of building structures using metric photography make it possible to conduct a full-fledged monitoring of their technical condition with the required accuracy. All the control methods listed in the article were developed and tested on the buildings and structures of the mothballed Voronezh nuclear heat supply station.