Modeling of the Deformed State of Underground Main Pipelines Made of Pe 80

G. N. Gusev; R. V. Tsvetkov

doi:10.17804/2410-9908.2025.6.080-089

G. N. Gusev, R. V. Tsvetkov

MODELING OF THE DEFORMED STATE OF UNDERGROUND MAIN PIPELINES MADE OF PE 80

DOI: 10.17804/2410-9908.2025.6.080-089

The development of underground layers of minerals induces significant deformations in the subsurface soil layer, thus causing surface subsidence troughs. The displacement zones can reach several kilometers and significantly affect the strained state of underground pipelines. In this regard, the assessment of the strained state of such pipelines is a technically difficult task. Long pipelines experience a complex strained state due to large diameters, high pressure, as well as the variability of the properties of the pipe material and soil. Based on the results of finite element simulation, an assessment of the deformations of the soil mass, which lead to a loss of the bearing capacity of various underground main pipelines, is made. Calculations are performed for a number of basic structural materials and operating conditions.

Acknowledgement: The research was performed under the state assignment, theme registration number 124020700047-3.

Keywords: mined soil mass, subsidence trough, deformed state, underground pipeline, ultimate strains, finite element model, monitoring

References:

Borodavkin, P. P. Model` sistemy` truba-grunt dlya opredeleniya prodol`ny`x peremeshhenij truboprovoda // Stroitel`stvo truboprovodov. – 1977. – № 5. – S. 24-25.
Yavarov, A. V. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie podzemny`x truboprovodov // Stroitel`stvo unikal`ny`x zdanij i sooruzhenij. – 2013. – № 1(6). – S. 1-10.
Fajzullina, E`. V. O vozdejstvii processa prosadki na linejnuyu chast` magistral`ny`x truboprovodov // Vestnik molodogo uchenogo UGNTU. – 2022. – № 2(18). – S. 4-11.
Ravet F. Transport Infrastructure Geohazard Risk Monitoring with Optical Fiber Distributed Sensors: Experience with Andean and Arctic Pipelines // FMGM 2018 Conference, July 2018.
Rai A., Ahmad Z., Hasan M.J., Kim J.-M. A Novel Pipeline Leak Detection Technique Based on Acoustic Emission Features and Two-Sample Kolmogorov-Smirnov Test // Sensors, 2021, 21, 8247. – 13 p.
Bazaluk, O., Kuchyn, O., Saik, P. et al. Impact of ground surface subsidence caused by underground coal mining on natural gas pipeline // Sci Rep 13, 19327 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-46814-5
Han, J.; Ma, Z.; Sun, J.; Gong, P.; Yan, P.; Cai, C.; Xu, M.; She, T. Movement of Overlying Strata and Mechanical Responses of Shallow Buried Gas Pipelines in Coal Mining Areas // Appl. Sci. 2025, 15, 622. https://doi.org/10.3390/app15020622
Malinowska, A., Cui, X., Salmi, E.F. et al. A novel fuzzy approach to gas pipeline risk assessment under influence of ground movement // Int J Coal Sci Technol 9, 47 (2022). https://doi.org/10.1007/s40789-022-00511-2
Zhou, Y.; Teng, Z.; Chi, L.; Liu, X. Buried Pipeline Collapse Dynamic Evolution Processes and Their Settlement Prediction Based on PSO-LSTM // Appl. Sci. 2024, 14, 393. https://doi.org/10.3390/app14010393
Grygierek, Marcin & Kalisz, Piotr. (2018). Influence of mining operations on road pavement and sewer system – Selected case studies // Journal of Sustainable Mining. 17. https://doi.org/10.1016/j.jsm.2018.04.001.
Kalisz, Piotr & Zięba, Magdalena. (2014). Impact of mining exploitation on pipelines // Acta Montanistica Slovaca. 19. 111-117.
Zhao, B.; Zhang, H.; Wang, Y.; Zhou, Y.; Zhang, J. Mechanical Behavior of Gas-Transmission Pipeline in a Goaf // Processes 2023, 11, 1022. https://doi.org/10.3390/pr11041022
Shoshiashvili, M. E`. Model` napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya truboprovoda po metodu peremeshhenij dlya mexatronny`x kompleksov pri stroitel`stve magistral`ny`x truboprovodov // Izvestiya vy`sshix uchebny`x zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Texnicheskie nauki. – 2024. – № 2(222). – S. 53-59. – https://doi.org/10.17213/1560-3644-2024-2-53-59.
D.G. Honegger Consulting, Guidelines for Constructing Natural Gas and Liquid Hydrocarbon Pipelines Through Areas Prone to Landslide and Subsidence Hazards, Washington, DC: Department of Transportation East Building, 2009.
Zlobin, V. D. Remote monitoring of leaks on the main pipeline // Вопросы устойчивого развития общества. – 2020. – No. 10. – P. 643-648. – https://doi.org/10.34755/IROK.2020.90.99.201.
Kazarinov, Yu. I. Factors Affecting the Operational Reliability of Main Pipelines during the Transportation of Gas and Oil // Components of Scientific and Technological Progress. – 2021. – No. 12(66). – P. 6-9.
Ukazaniya po dopustimym usloviyam podrabotki ekspluatiruemyh zdanij i sooruzhenij na Verhnekamskom mestorozhdenii kalijnyh solej, S. – Peterburg: Rostekhnadzor, 2008.

Г. Н. Гусев, Р. В. Цветков

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА ПЭ 80

Разработка подземных пластов полезных ископаемых вызывает значительные деформации в приповерхностном слое грунта, что приводит к образованию мульд сдвижения земной поверхности. Зоны сдвижения могут достигать нескольких километров и существенно влиять на деформированное состояние подземных трубопроводов. В этой связи оценка деформированного состояния таких трубопроводов является технически сложной задачей. Протяженные трубопроводы испытывают сложное деформированное состояние из-за больших диаметров, высокого давления, а также вариативности свойств материала труб и грунта. На основе результатов конечно-элементного моделирования осуществлена оценка деформаций грунтового массива, которые приводят к потере несущей способности различных подземных магистральных трубопроводов. Произведены вычисления для ряда основных конструктивных материалов и режимов эксплуатации.

Благодарность: Исследование выполнено в рамках государственного задания, регистрационный номер темы 124020700047-3.

Ключевые слова: подрабатываемый грунтовый массив, мульда сдвижения, деформированное состояние, подземный трубопровод, предельные деформации, конечно-элементная модель, мониторинг

Библиография:

Бородавкин П. П. Модель системы труба-грунт для определения продольных перемещений трубопровода // Строительство трубопроводов. – 1977. – № 5. – С. 24–25.
Яваров А. В. Напряженно-деформированное состояние подземных трубопроводов // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2013. – № 1 (6). – С. 1–10. – DOI: 10.18720/CUBS.6.1.
Файзуллина Э. В., Битаева М. В. О воздействии процесса просадки на линейную часть магистральных трубопроводов // Вестник молодого ученого УГНТУ. – 2022. – № 2 (18). – С. 4–11.
Ravet F. Transport infrastructure geohazard risk monitoring with optical fiber distributed sensors: experience with Andean and Arctic pipelines // FMGM 2018 Conference, Rio de Janeiro, Brazil, July 16–19, 2018 : 10th International Symposium on Field Measurements in Geomechanics.
A novel pipeline leak detection technique based on acoustic emission features and two-sample Kolmogorov–Smirnov test / A. Rai, Z. Ahmad, M. J. Hasan, J.-M. Kim // Sensors. – 2021. – Vol. 21. – 8247. – DOI: 10.3390/s21248247.
Impact of ground surface subsidence caused by underground coal mining on natural gas pipeline / O. Bazaluk, O. Kuchyn, P. Saik, S. Soltabayeva, H. Brui, V. Lozynskyi, O. Cherniaiev // Scientific Reports. – 2023. – Vol. 13. – 19327. – DOI: 10.1038/s41598-023-46814-5.
Movement of overlying strata and mechanical responses of shallow buried gas pipelines in coal mining areas / J. Han, Z. Ma, J. Sun, P. Gong, P. Yan, C. Cai, M. Xu, T. She // Applied Sciences. – 2025. – Vol. 15. – 622. – DOI: 10.3390/app15020622.
A novel fuzzy approach to gas pipeline risk assessment under influence of ground movement / A. Malinowska, X. Cui, E. F. Salmi, R. Hejmanowski // International Journal of Coal Science & Technology. – 2022. – Vol. 9. – P. 47. – DOI: 10.1007/s40789-022-00511-2.
Buried pipeline collapse dynamic evolution processes and their settlement prediction based on PSO–LSTM / Y. Zhou, Z. Teng, L. Chi, X. Liu // Applied Sciences. – 2024. – 14 (1). – P. 393. – DOI: 10.3390/app14010393.
Grygierek M., Kalisz P. Influence of mining operations on road pavement and sewer system – selected case studies // Journal of Sustainable Mining. – 2018. – Vol. 17 (2). – P. 56–67. – DOI: 10.1016/j.jsm.2018.04.001.
Kalisz P., Zięba M. Impact of mining exploitation on pipelines // Acta Montanistica Slovaca. – 2014. – Vol. 19 (3). – P. 111–117.
Mechanical behavior of gas-transmission pipeline in a goaf / B. Zhao, H. Zhang, Y. Wang, Y. Zhou, J. Zhang // Processes. – 2023. – Vol. 11 (4). – 1022. – DOI: 10.3390/pr11041022.
Шошиашвили М. Э, Шошиашвили И. С., Маров С. Ю. Модель напряженно-деформированного состояния трубопровода по методу перемещений для мехатронных комплексов при строительстве магистральных трубопроводов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2024. – № 2 (222). – С. 53–59. – DOI: 60-3644-2024-2-53-59.
URL: https://primis.phmsa.dot.gov/matrix/FilGet.rdm?fil=4507
Zlobin V. D., Glushko N. A. Remote monitoring of leaks on the main pipeline // Voprosy Ustoychivogo Razvitiya Obshchestva. – 2020. – Vol. 10. – P. 643–648.
Kazarinov Yu. I. Factors affecting the operational reliability of main pipelines during the transportation of gas and oil // Components of Scientific and Technological Progress. – 2021. – Vol. 12 (66). – P. 6–9.
Указания по допустимым условиям подработки эксплуатируемых зданий и сооружений на Верхнекамском месторождении калийных солей. – С.-Петербург : ВНИГ, 2004. – 46 с.

Библиографическая ссылка на статью

Gusev G. N., Tsvetkov R. V. Modeling of the Deformed State of Underground Main Pipelines Made of Pe 80 // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2025. - Iss. 6. - P. 80-89. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2025.6.080-089. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_529.html
(accessed: 18.04.2026).