日照-東明原油管道穿越沭河防滲工程擠應壓力對原油管道的壓力分析

黃桂新 尤元飛 鄭玉坤

（山東沂沭河水利工程有限公司 臨沂 276004）

日照-東明原油管道穿越沭河防滲工程擠應壓力對原油管道的壓力分析

黃桂新 尤元飛 鄭玉坤

（山東沂沭河水利工程有限公司 臨沂 276004）

中石油日照—東明原油管道穿越沭河防滲項目，運用土力學單元應力分析、圓孔擴張理論和固結理論方法，對截滲樁施工產生的擠應壓力進行分析，驗證截滲樁是否會對原油管道造成破壞。

圓孔擴張理論 截滲 壓力分析 固結

1 工程概述

日照至東明原油管道線路首站始于山東省日照，末站止于山東省菏澤市東明縣，管道沿途經莒南縣、平邑縣、泗水縣、曲阜市北、兗州市、菏澤，到東明石化北側，線路總長度462km。

原油管道于山東省臨沂市境內采用定向鉆穿越沭河。定向鉆穿越沭河主管線（輸油管道）出入土點之間水平長度1273.01m。管道設計壓力為8.0MPa，管徑為Φ711mm，壁厚11.1mm。定向鉆穿越方式在施工及運行過程中，對堤防及河道可能造成的安全隱患，為恢復或降低管道穿越線影響的河道土體滲透系數，對日照—東明原油管道穿越穿越沭河段進行防滲處理。

2 擠壓應力對原油管道的壓力分析

根據工程設計，采用充填式灌漿進行處理，確定出入土側灌漿平行管道軸線布置灌漿孔共6排，管道軸線兩邊各3排，排距1.5m，孔距2.0m，交錯布置。

表1 巖土層物理力學指標建議采用值

樁身在凝固過程中，由于處于流塑狀態，由樁身自重派生的側向壓力對樁周土體產生側向擠壓作用，類似于土樁和灰土樁法對地基土體的擠密作用，具有原位處理、深層擠密的特點，在該壓力作用下，樁周土體產生橫向壓縮變形，土體干密度增大，孔隙比減小，密實度得到提高，因此樁身凝固過程將從兩個方面對樁基承載力產生影響：一是樁徑增大，無論是樁周摩阻力還是樁尖支承力均會得到提高；二是樁周一定范圍內的土體受到擠密壓力的作用，產生壓縮變形，土體力學參數得到提高，進而影響管道的承載力，為此分析清楚樁擠應壓力對原油管道的影響具有非常重要的意義。

2.1穿越場地土的物理力學性質指標

穿越場地土的物理力學性質指標見表1。穿越場區地形平坦，地層分布均勻穩定，在勘察和現場調查中未發現暗埋的塘浜溝谷等，無液化土。

2.2沭河樁擠壓對管道的壓力

從灌漿沉樁過程中產生的擠土效應出發，運用圓孔擴張理論和固結理論分析灌漿沉樁的擠土性狀。根據灌漿孔位布置，距離管道軸線最近的為1.5m，此處灌漿施工對管道造成的壓力是最大的，以此為例進行分析。土單元計算模型見圖1。

圖1 土單元計算模型

解（1）、（2）式，得塑性區（R0≤r≤Rp）內沉樁引起的地基土總應力為：

式中：σr、σθ、σz——分別為徑向、切向和豎向的總擠土應力；

R——塑性區內某點到樁中心的距離；

cu——土的不排水剪切強度；

R0——沉樁半徑；

E——地基土的彈性模量；

μ——泊松比。

當沉樁過程中地基土的體積不改變時，則沉樁所形成的塑性區半徑為：

樁周地基土的擠壓應力為：

根據巖土層物理力學指標建議采用值及力學經驗值，E=3Es，μ=0.25，R0=0.084m，c、Φ采用最大值。

3 結論

沭河灌漿處，樁周塑性區半徑Rp為1.07m＜1.14m，且樁周地基土的擠壓應力Pu為0.3MPa＜0.5MPa，不會對管道造成破壞■