長輸油氣管道橫坡敷設(shè)設(shè)計

王　進(jìn)

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計研究院有限公司)

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長輸油氣管道橫坡敷設(shè)設(shè)計

王進(jìn)

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計研究院有限公司)

摘要為解決長輸油氣管道橫坡敷設(shè)引起的邊坡穩(wěn)定性問題，對順層邊坡、均質(zhì)穩(wěn)定邊坡及潛在不穩(wěn)定邊坡分別進(jìn)行管道橫坡敷設(shè)工況下的危害分析，并提出了針對性的管道線路設(shè)計方法和危害防治措施，為確保長輸油氣管道的順利敷設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞油氣管道邊坡穩(wěn)定性管道線路設(shè)計防治措施

近年來，長輸油氣管道通過地表復(fù)雜地質(zhì)條件的情況不斷增多，管道敷設(shè)和坡體穩(wěn)定之間的聯(lián)系也越發(fā)緊密[1-2]。長輸油氣管道在橫坡敷設(shè)過程中易改變場地條件進(jìn)而誘發(fā)滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，因此有必要對該類危害進(jìn)行詳細(xì)分析并就管道線路的設(shè)計思路和危害防治措施進(jìn)行研究。

1順層邊坡管道橫坡敷設(shè)

1.1危害分析

管道橫坡敷設(shè)順層條件下(圖1)，管道建設(shè)過程中的作業(yè)帶掃線及管溝開挖對邊坡的擾動較大，其中，作業(yè)帶掃線對邊坡穩(wěn)定性的影響較突出。

圖1　順層邊坡

當(dāng)β1>θ時，在掃線過程中，巖體可能產(chǎn)生順構(gòu)造面滑動，其危害是堵塞作業(yè)帶，使得掃線工作無法進(jìn)行，導(dǎo)致后續(xù)的管溝開挖工作無法實施；當(dāng)β1<θ<β2時(一般情況下θ<β2)，掃線過程中，巖體一般不產(chǎn)生順構(gòu)造面滑動，但在后續(xù)的管溝開挖工作中，巖體會產(chǎn)生順層滑動，堵塞管溝，無法確保管道的正常埋深。

1.2管道線路設(shè)計

管道敷設(shè)通過順層邊坡坡面時，不得布設(shè)于順層邊坡坡面處，應(yīng)置于反傾巖層一側(cè)(圖2)。管道須通過順層邊坡時，應(yīng)最大限度地降低管道施工對邊坡的擾動進(jìn)而誘發(fā)次生災(zāi)害的可能性，管道宜布設(shè)于順層邊坡坡腳處，采取溝壁側(cè)擋墻等[2]淺挖深埋防治措施(圖3)。管道須橫坡通過順層邊坡坡面時，應(yīng)在邊坡穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)上，采取樁板墻等支擋防護(hù)措施，且宜采取對邊坡坡面擾動小的非開挖類措施(圖4)。

圖2　反傾巖層

圖3　順層巖體管溝開挖

圖4　順層巖體樁板墻支護(hù)

2均質(zhì)穩(wěn)定邊坡管道橫坡敷設(shè)

2.1危害分析

對于均質(zhì)巖石邊坡而言，由于巖體內(nèi)不存在不良構(gòu)造面和節(jié)理面，因此，一般情況下管道削方邊坡基本穩(wěn)定，不會對管道施工及管道本體安全構(gòu)成較大的危害，巖質(zhì)越硬，邊坡越穩(wěn)定。由掃線和管溝開挖形成的削方土質(zhì)邊坡均會產(chǎn)生新的潛在滑動面，形成不穩(wěn)定坡體(圖5)。土質(zhì)邊坡的滑動面一般呈弧形，其穩(wěn)定性計算滿足簡化畢肖普法的計算條件。對于掃線形成的開挖邊坡而言，邊坡的滑塌破壞一般從A點剪出(圖5(a))，但在管溝開挖工況下，邊坡的滑塌破壞通常從B點剪出(圖5(b))，雖然基本表現(xiàn)為牽引式的淺表層地質(zhì)災(zāi)害，但滑塌體時常堵塞施工便道和管溝，使得管道施工無法正常進(jìn)行，若進(jìn)一步清理滑塌體或繼續(xù)開挖管溝，往往誘發(fā)更大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害。

圖5　潛在滑動面

2.2管道線路設(shè)計

管道敷設(shè)通過均質(zhì)邊坡坡面時，應(yīng)在邊坡穩(wěn)定性評價和定量計算分析的基礎(chǔ)上，對掃線和管溝開挖2種工況下的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行計算，確定邊坡的開挖斷面及防護(hù)方案。由于掃線、管溝開挖作業(yè)均會使得削方邊坡的穩(wěn)定系數(shù)明顯下降，對邊坡穩(wěn)定系數(shù)影響最大的參數(shù)依次為路塹邊坡角(β)、管溝開挖深度(h2)、原始邊坡坡角(α)以及邊坡高度(H)，因此在α、H值一定的條件下，掃線作業(yè)應(yīng)盡可能降低β值，并且管溝切勿超深開挖。若掃線形成的削方邊坡無法滿足邊坡穩(wěn)定性要求時，應(yīng)及時改線或采取防護(hù)措施。雖然掃線過程中形成的削方邊坡穩(wěn)定，但管溝開挖時邊坡穩(wěn)定性無法滿足要求時，應(yīng)停止開挖，采取淺挖深埋的防護(hù)措施(圖3)。對于坡度大于30°的土質(zhì)邊坡，不宜采用橫切坡的管道敷設(shè)方式。實際掃線過程中出現(xiàn)削方邊坡滑塌跡象時，應(yīng)立即停止掃線和管溝開挖工作，及時采取改線或支擋措施加固邊坡。管道實際掃線作業(yè)時，一般β遠(yuǎn)大于α，盡管有利于節(jié)約削方工程量，但同時也增大了誘發(fā)滑塌等次生災(zāi)害的風(fēng)險。

3潛在不穩(wěn)定邊坡管道橫坡敷設(shè)

3.1危害分析

管道敷設(shè)通過潛在不穩(wěn)定邊坡時，易發(fā)生邊坡體的滑塌破壞。易滑邊坡體對管道本體的危害可分為管道變形破壞、管道暴露和管道掩埋等3類(圖6)。

圖6　潛在不穩(wěn)定邊坡

(1)管道變形破壞。管道于Ⅰ位置通過潛在不穩(wěn)定邊坡體，當(dāng)邊坡體滑塌時，管道會隨之移位至Ⅱ位置，相應(yīng)管道橫斷面靠坡體一側(cè)會出現(xiàn)壓縮應(yīng)變，而臨空一側(cè)則會產(chǎn)生拉伸應(yīng)變。當(dāng)管道的應(yīng)變值超出其允許值時，便會出現(xiàn)塑性變形，嚴(yán)重時甚至斷裂。因此管道敷設(shè)通過不穩(wěn)定邊坡體內(nèi)部所產(chǎn)生的破壞最為嚴(yán)重。

(2)管道暴露。管道通過潛在不穩(wěn)定邊坡體時，雖然未處于邊坡滑動面內(nèi)，但距滑動面較近，邊坡一旦失穩(wěn)滑動，會造成管道覆土減薄甚至完全流失，使得管道暴露。該類情況下，雖然管道本體未直接受到嚴(yán)重傷害，但后續(xù)補(bǔ)救措施的實施難度極大，管道隨時會發(fā)生危險。管道敷設(shè)通過不穩(wěn)定邊坡體滑動邊界附近所產(chǎn)生的破壞較嚴(yán)重。

(3)管道掩埋。管道于潛在滑動面剪出口外部附近通過不穩(wěn)定邊坡體時，邊坡體滑動基本不會造成管道變形，邊坡體滑塌所產(chǎn)生的堆積體雖然會掩埋管道，但對管道的危害較小。該破壞模式對管道建設(shè)期的施工設(shè)備和人員的安全威脅較大。

3.2管道線路設(shè)計

管道橫坡通過潛在不穩(wěn)定邊坡體時，應(yīng)對邊坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行評價，同時應(yīng)對邊坡體變形失穩(wěn)后的影響范圍進(jìn)行計算，并確定管道的通過方式和防護(hù)方案(圖7)。在分析邊坡體失穩(wěn)對管道本體的影響時，應(yīng)將施工過程中人員、設(shè)備的安全性納入評價分析范圍。管道線位應(yīng)避繞不穩(wěn)定邊坡體，可在不穩(wěn)定邊坡體影響周界范圍以外通過，管道敷設(shè)于邊坡體周界以外時，應(yīng)留設(shè)足夠的安全空間。

圖7　潛在不穩(wěn)定邊坡管道敷設(shè)及防護(hù)

4結(jié)語

分別分析了順層邊坡、均質(zhì)穩(wěn)定邊坡及潛在不穩(wěn)定邊坡對長輸油氣管道橫坡敷設(shè)的危害，并給出了對應(yīng)的管道線路設(shè)計方案，有助于解決長輸油氣管道橫坡敷設(shè)過程中引起的邊坡穩(wěn)定性等問題。

參考文獻(xiàn)

[1]穆樹懷，王騰飛，霍錦宏，等.長輸管道施工誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防治——以中緬管道云南段為例[J].油氣儲運，2014(10)：1047-1051.

[2]王小俊，鄧梓玲，侯來夫.油氣輸送管道敷設(shè)的滑坡防治措施與應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006(4)：116-118.

(收稿日期2015-10-12)

王進(jìn)(1984—)，男，工程師，碩士，430071 湖北省武漢市武珞路442號。