淺析天然氣站場管道的沉降與防護

劉同燕

摘 要：埋地管道由于鋪設在土體中，受力狀態較地上管道復雜，尤其是敷設在軟土地基上的管道及設備，地基對管道承載能力差，設備和管道在建設過程中或將隨著時間的推移發生沉降現象，影響天然氣站場的安全運行，所以應采取適當的預防措施，保證設備和管道的安全運行。

關鍵詞：管道；預防；沉降

1. 前言

天然氣作為一種環保性氣體能源，在國內外得到了廣泛的應用，天然氣的輸送、儲存和輸配是天然氣工業的重要組成部分，其主要的輸送方式為管道輸送，天然氣站場作為長輸管道的重要組成部分，管道內天然氣經過分輸站的過濾分離、計量、調壓輸送給用戶，所以天然氣輸氣站場的安全、穩定運行至關重要。

天然氣輸氣站場在站場選址時，由于規劃、征地、安全等原因，輸氣站可能坐落于不良地質條件上，如淤泥質粉質黏土等軟土地基，此時如果地基處理不當，地面新建設備、管線等載荷大于淤泥質黏土的承載能力，在施工過程中或施工完成后的一段時間內會發生沉降，使埋地管線、設備傾斜或變形，影響站場的安全運行，甚至引發泄露或爆炸等事故。因此對工藝管道的沉降問題的防護在天然氣管道站場建設中是很重要的。

2. 天然氣站場的構成及特點

2.1天然氣站場分類

天然氣站場可以分為清管站、分輸站、壓氣站和聯絡站，具有流量計量、過濾分離、對下游用戶的分輸控制，以及對介質進行增壓輸送的功能。站內主要的工藝設備有收發球裝置、旋風過濾裝置、計量調壓裝置、壓縮機、排污罐、放空設施以及各類閥門等配套設施。

2.2天然氣站場管道的特點

天然氣長輸管道工程具有以下特點：1）相對流動性，管道與介質之間是相對流動的，因此，要求管道內部盡可能光滑，以減少摩阻力。2）固定性，天然氣管道經焊接或法蘭連接固定后，除改造等特殊原因外，管道一般不會發生位移。3）輸送的連續性。天然氣管道建成、投產后，一般情況下均需連續運行。4）危險性，管道系統中或泄漏的天然氣和空氣混合后達到一定的程度，一遇到明火就會發生火災、爆炸的危險。天然氣能與空氣形成爆炸性混合物，且爆炸下限較低（3.6～6.5%V），輸氣管道一旦發生泄漏，短時間內會有大量天然氣泄漏到空氣中，在特定條件下，在泄漏源周圍有可能形成爆炸性天然氣團，遇到火源時將發生爆炸。

2.3天然氣站場沉降的影響

在役天然氣管道站場發生沉降時，埋地管線、設備傾斜或變形，嚴重時可能撕裂管道，造成天然氣泄漏、擴散。天然氣的泄漏不僅會影響管道的正常輸送，還會污染周圍的環境，空氣中氧含量明顯降低，使人窒息，同時增加了火災爆炸的危險。當管道系統密封不嚴時，天然氣極易發生泄漏，并可隨風四處擴散，遇到明火極易引起火災或爆炸。

3.對沉降的分析

3.1埋地管道的受力分析

1）管道自身所受重力：包括埋地管道自身重力、埋地管道連接的管道及閥門等重力傳遞至埋地管道上的載荷和管道輸送介質所受重力（將管道與輸送介質作為整體）；

2）管溝對管道本體向上的支撐力；

3）管道輸送介質時介質波動對管道產生的動載荷；

4）管頂覆土對管道的壓力載荷，載荷數值隨埋深的增加而增加；

3.2管道沉降因素分析

1）回填土

埋地管道管溝進行回填，回填土會對管道會產生較大載荷。管溝回填土發生不均勻沉降，則導致管道受力發生變化，破壞受力平衡狀態，過度沉降變形，也會拉迫地上管線傾斜變形，變形超過極限值時，工藝管線將受到破壞。回填土沉降變形與回填土夯實程度、回填土材料等因素有關系。回填夯實程度越密，承載力就越大，沉降變形就越小；易達到高密實度的回填材料，承載力大，不易發生沉降變形。

2）地面上的其他設施也會形成地面載荷，并通過回填土體傳遞給工藝管道，破壞埋地管道的受力平衡，使管道發生變形。

3）地基處理不當

天然氣站場場地平整時，通常會形成較深填方區，然而埋地管道管溝一般未開挖到持力，并且管道施工周期較長，期間會由于天氣導致管溝溝底積水等因素致使管溝溝底土質受到擾動，管溝基層變軟而承載力下降。同時埋地管道管溝回填過程中，回填土可能夯實程度不夠等多種因素，地表水下滲到管溝溝底，引起滲流破壞作用使管溝地基穩定性下降、強度變小，承載力下降引起管道下沉。

在淤泥質黏土等不良地質條件中的站場，地面新建管線、設備等載荷大于土層的承載能力，如果沒有對管線進行支撐或基礎處理措施不當，在應力集中的地方，廠區回填土壓迫工藝管線一起沉降，造成工藝裝置區起伏不平，管線受壓變形。

4.設計過程中沉降的預防措施

4.1對管道的防護

1）對管線進行有效的支撐

管道安裝時盡量地上安裝，同時設置管墩或支吊架，對管道進行支撐；對埋地管道入土點設置管墩，減小埋地管道對地上管道的拉力。

2）對與管道連接的閥門進行支撐

與管道連接的閥門，應設置閥門基礎，減小管道的承受力。

4.2地基的有效處理

1）基礎強夯

如果管道落于原狀土地基上，地基承載力一般能夠滿足要求。在填方區的站場，應對回填土進行分層壓實，必要時對基礎進行強夯，使回填土的壓實度和性能滿足管道安裝的需要。

在管道下溝前，將基底的積水、雜物等清理干凈后，再對管溝基礎進行分層強夯，每層鋪土的厚度應根據土質、密實度要求和機具性能確定。夯壓時，夯跡應互相搭接，防止漏壓、漏夯。進行分層強夯可增加土體密實度，減小地表水下滲量，降低滲流破壞的可能。強夯法對軟土基礎的加固有較好的效果，并且簡單易行、適用性廣，在施工中，遇到軟土層厚、濕陷性變形大，且管道自重大，對管道安全性要求高的情況下，可采用強夯法來處理地基。

2）裝置區設置鋼混凝土底板

在工藝裝置區設置一定厚度的混凝土底板，設備及管道支墩基礎均植根于大底板，整個裝置區的基礎形成一個整體的結構，使新建設備、管道的載荷均勻分布在底板上，能有效防止裝置區的不均勻沉降。

3）打樁加固

對于淤泥質黏土等軟地基的廠區，應根據地質情況對設備和管道的基礎進行打樁加固，樁基應坐落于原狀土層上。按施工方法可分為預制樁和灌注樁。預制樁是在工廠或施工現場制成的各種形式的樁，然后用錘擊、靜壓、振動或水沖沉入等方法打樁入土。一般有混凝土預制樁與鋼樁。灌注樁則就地成孔，然后在鉆孔中放置鋼筋籠、灌注混凝土成樁。

必要時也可采用樁基加混凝土底板的方式，使裝置區更加穩定，既可以避免不均勻沉降，也可以避免裝置區整體沉降。

4）合理選擇回填土材料

回填土應選擇土質均勻，粗顆粒占一定比例，級配連續的優質土，不得含有雜草、爛泥等垃圾物。同時在平整前，應先清除表層浮土、淤泥、植物根系等雜物。

根據當地氣侯條件，以及含水量、載荷等環境條件，選擇土質均勻，粗顆粒占一定比例，級配連續的優質土。淤泥和淤泥質土不能用作填料，但是軟土地區，該類土經過處理后，其含水量符合壓實要求后，可用于回填中的次要部位。填土前，應將基底表面上的垃圾或樹根等雜物、洞穴都處理完，清理干凈；并檢驗各種土料的含水率是否在控制范圍內，如含水率偏高可采用翻松、涼曬等措施；如含水率偏低，可采用預先澆水潤濕等措施。

4.3嚴格控制施工質量

在地基處理，管溝回填等施工過程中，應嚴格按照設計要求及施工工序進行，并加強驗收與監督，避免因施工質量問題對管道和設備的影響。

5.結束語

管道輸送的介質為可燃天然氣，由于存在很多不確定性因素導致埋地管道沉降發生，一旦管道失效，導致輸送介質泄漏，不僅影響正常運行，導致嚴重經濟損失，而且可能會引發安全事故，對人身安全、社會和環境超成惡劣影響。因此在天然氣站場的建設過程中，應根據具體情況，采取適當的預防措施，選擇合理的施工方法，提高施工質量，確保工藝管道和設備的安全運行。

參考文獻：

[1] 石繼. 回填土對管道穩定性影響的分析[J].給水排水，2007.33（11）：197-199.