王　進

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司)

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長輸油氣管道橫坡敷設設計

王進

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司)

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

關鍵詞油氣管道邊坡穩(wěn)定性管道線路設計防治措施

近年來，長輸油氣管道通過地表復雜地質(zhì)條件的情況不斷增多，管道敷設和坡體穩(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過程中易改變場地條件進而誘發(fā)滑坡、坍塌等地質(zhì)災害，因此有必要對該類危害進行詳細分析并就管道線路的設計思路和危害防治措施進行研究。

1順層邊坡管道橫坡敷設

1.1危害分析

管道橫坡敷設順層條件下(圖1)，管道建設過程中的作業(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行，導致后續(xù)的管溝開挖工作無法實施；當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管道線路設計

管道敷設通過順層邊坡坡面時，不得布設于順層邊坡坡面處，應置于反傾巖層一側(cè)(圖2)。管道須通過順層邊坡時，應最大限度地降低管道施工對邊坡的擾動進而誘發(fā)次生災害的可能性，管道宜布設于順層邊坡坡腳處，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，應在邊坡穩(wěn)定性評價的基礎上，采取樁板墻等支擋防護措施，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

2均質(zhì)穩(wěn)定邊坡管道橫坡敷設

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行，若進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)災害。

圖5　潛在滑動面

2.2管道線路設計

管道敷設通過均質(zhì)邊坡坡面時，應在邊坡穩(wěn)定性評價和定量計算分析的基礎上，對掃線和管溝開挖2種工況下的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)進行計算，確定邊坡的開挖斷面及防護方案。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，應及時改線或采取防護措施。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，應停止開挖，采取淺挖深埋的防護措施(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方式。實際掃線過程中出現(xiàn)削方邊坡滑塌跡象時，應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)滑塌等次生災害的風險。

3潛在不穩(wěn)定邊坡管道橫坡敷設

3.1危害分析

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

(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重傷害，但后續(xù)補救措施的實施難度極大，管道隨時會發(fā)生危險。管道敷設通過不穩(wěn)定邊坡體滑動邊界附近所產(chǎn)生的破壞較嚴重。

(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期的施工設備和人員的安全威脅較大。

3.2管道線路設計

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

圖7　潛在不穩(wěn)定邊坡管道敷設及防護

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的危害，并給出了對應的管道線路設計方案，有助于解決長輸油氣管道橫坡敷設過程中引起的邊坡穩(wěn)定性等問題。

參考文獻

[1]穆樹懷，王騰飛，霍錦宏，等.長輸管道施工誘發(fā)地質(zhì)災害防治——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.油氣輸送管道敷設的滑坡防治措施與應用[J].長江大學學報：自然科學版，2006(4)：116-118.

(收稿日期2015-10-12)

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