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        淺談石亭江穿越管道在河道內(nèi)埋深的研究方法

        2017-01-12 03:08:26中國石化股份有限公司西南油氣分公司油氣銷售中心四川德陽618000
        低碳世界 2016年35期
        關(guān)鍵詞:河槽河床河段

        劉 力(中國石化股份有限公司西南油氣分公司油氣銷售中心,四川德陽618000)

        淺談石亭江穿越管道在河道內(nèi)埋深的研究方法

        劉 力(中國石化股份有限公司西南油氣分公司油氣銷售中心,四川德陽618000)

        本次石亭江φ711天然氣管道穿越長度511.06m,屬大型穿越工程,其防洪標準為P=1%(100年一遇)。為保證深埋河道天然氣管道能達到其設(shè)計壽命,防止惡劣氣候形成的特大洪水沖刷河床,甚至沖斷天然氣管道,需對深埋河道的天然氣管道進行埋深計算和校核。針對管道布置對穿越河段進行論證與評價,預(yù)測河道、河勢演變趨勢;利用高景關(guān)水文站實測水文資料及工程河段實測1/1000帶狀地形圖及1/200實測水文大斷面圖,評價了穿越河段上下游地區(qū)的防洪安全帶給天然氣管道的影響,通過計算確定了管道的埋深。

        防洪標準;氣象氣候;地質(zhì)條件;河勢演變;沖刷深度

        1 石亭江穿越概況

        本次石亭江穿越管段屬于新場-天府新區(qū)輸氣管道一期工程,管徑為φ711×11。石亭江穿越位于廣漢市金輪鎮(zhèn)與德陽市旌陽區(qū)天元鎮(zhèn)交界位置,河流穿越等級為大型,采用大開挖方式穿越石亭江,管道接點之間水平長度501.77m,管道實長511.06m。

        圖1 石亭江大開挖穿越平面圖

        1.1 穿越段河床結(jié)構(gòu)

        石亭江江水主要在主河道的中間位置通過,河面河道的寬度約150m,河流主槽水最深約3.35m。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,最高洪水位約499.12m。場地地貌單元為河流堆積河谷。穿越區(qū)河床表層可見第四系沖洪積層。其微地貌主要為石亭江河床、低漫灘、高漫灘、一級階地。

        1.2 地質(zhì)條件

        根據(jù)巖土工程勘察報告顯示,穿越場地在勘察深度范圍內(nèi)地層巖性為第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)和上更新統(tǒng)沖積、冰水沉積(Q3fal),巖性主要為砂礫卵石層,地質(zhì)勘察未揭露基巖。

        2 天然氣管道穿越石亭江河道的埋深確定方法研究

        2.1 對天然氣管道穿越石亭江河道水面線的影響分析

        以石亭江穿越下游900m的CS-1斷面作為河段水面線推求的起始斷面,穿越工程洪水水面線計算河道長約1800m,共布置7個水文大斷面,采用天然河道水流能量方程推算河道水面線(見表1)。

        由表1可以看出,現(xiàn)狀情況下,石亭江穿越工程遭遇P= 1%洪水時,穿河軸線位置水位為499.11m;遭遇P=5%洪水時,軸線位置洪水水位為497.92m。由于穿越工程采用暗埋方式穿越石亭江,不侵占河道行洪斷面,不會產(chǎn)生壅水。

        2.2 石亭江流域沖刷與淤積分析計算

        2.2.1 河道沖刷計算

        河道沖刷計算參照公路和鐵路部門相關(guān)研究成果,運用《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》(JTJ062-2002)推薦的64-1修正式進行計算。

        表1 石亭江穿越工程河段現(xiàn)狀水面線成果

        式中:Hp——橋下一般沖刷后的最大水深(m);

        Ad——單寬流量集中系數(shù),當Ad>1.8時,Ad取1.8;

        Bz——造床流量下河槽寬度(m);

        Hz——造床流量下的河槽平均水深(m);

        Qp——頻率為p%的設(shè)計流量(m3/s);

        Q2——橋下河槽部分通過的設(shè)計流量(m3/s);

        Qc——天然狀態(tài)下河槽部分設(shè)計流量(m3/s);

        Qt1——天然狀態(tài)下橋下河灘部分設(shè)計流量(m3/s);

        μ——橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù);

        Bcj——河槽部分橋孔過水凈寬(m);

        Hcm——河槽最大水深(m);

        Hcq——橋下河槽平均水深(m);

        E——與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù);

        d——河槽泥沙平均粒徑(mm)。

        石亭江穿越工程軸線100年一遇洪水一般沖刷深1.97m,20年一遇洪水一般沖刷深1.58m。

        石亭江穿越工程軸線100年一遇洪水一般沖刷深1.97m,20年一遇洪水一般沖刷深1.58m。

        2.2.2 對堤防工程的沖刷計算

        穿越工程將穿越石亭江左、右岸已成堤防,考慮到穿越堤防時埋置深度需求,對堤防平行水流的局部沖刷進行了復(fù)核計算。其沖刷深度按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-2013)中D.2.2-1公式進行計算:

        式中:Hs——局部沖刷深度,m;

        H0——沖刷處的水深,m;

        UCP——近岸垂線平均流速,m/s;

        UC——泥沙起動流速(m/s),對于粘性和砂質(zhì)河床采用張瑞瑾公式計算:

        對于卵石的起動流速采用長江科學(xué)院的起動公式計算:

        式中:d50——泥沙中值粒徑(mm);

        γS、γ——分別為泥沙及水的重度(kN/m3)。

        對于順壩及平順護岸沖刷深度按下列公式計算:

        式中:U——行近流速;

        η——水流流速不均勻系數(shù),根據(jù)水流流向與岸坡夾角查表采用。

        結(jié)合工程河段河床質(zhì)基本情況,工程河段順河堤防段100年一遇局部沖刷深度為 2.53m、20年一遇局部沖刷深為1.56m。

        根據(jù)堤防工程設(shè)計規(guī)范,100年一遇洪水總沖刷深度為100年一遇洪水一般沖刷深度+100年一遇局部沖刷深度。

        工程河段100年一遇總沖刷深度4.6m (一般沖刷深度1.97m+局部沖刷深度2.53m),石亭江穿越工程穿越石亭江右岸堤基礎(chǔ)時,管道軸線設(shè)計高程為481.5m,管頂設(shè)計高程為482.3m,堤防軸線處現(xiàn)狀河底高程為496.2m,埋深在14.0m以上,且上部有穩(wěn)管措施,設(shè)計管線埋深滿足要求;石亭江穿越工程穿越石亭江左岸擬恢復(fù)堤基礎(chǔ)時,管軸線設(shè)計高程為481.5m,管頂設(shè)計高程為482.3m,深泓線高程為490.4m,埋深在8.1m以上,扣除100年一遇洪水最大沖刷深后還有3.5m,且上部有穩(wěn)管措施,管線設(shè)計埋深滿足要求。

        2.3 穿越工程建成后河勢的影響分析

        2.3.1 縱向穩(wěn)定指標的計算

        河床的縱向穩(wěn)定程度取決于水流對泥沙的作用力與河床泥沙抵抗力之間的對比關(guān)系,縱向穩(wěn)定指標的一般計算公式為:

        式中:φ——表示河床縱向穩(wěn)定的系數(shù);

        J——表示河段平均比降(‰)。

        縱向穩(wěn)定系數(shù)φ值愈大,則泥沙運動愈弱,河床愈不易變形,河床縱向愈穩(wěn)定;反之,φ值愈小,則泥沙運動愚強,河床愈易變形,河床縱向愈不穩(wěn)定。經(jīng)計算,該河段縱向穩(wěn)定系數(shù)為14.3,計算結(jié)果表明,工程所在河道,河床沖淤變幅較小,河道穩(wěn)定性較好。

        2.3.2 橫向穩(wěn)定指標計算

        河床的橫向穩(wěn)定程度與河岸土的抗沖能力密切相關(guān),其次與灘槽高差也有關(guān)。根據(jù)實測資料的分析表明,河床的寬深關(guān)系對河岸相對抗沖能力關(guān)系很大,可用下列河相關(guān)系表示河床橫向穩(wěn)定程度。

        式中:ζ——橫向穩(wěn)定系數(shù);

        B——表示造床流量下的水面寬,m;

        ζ——也稱斷面河相系數(shù),其值愈大,河槽愈寬淺,河床穩(wěn)定程度愈差。

        經(jīng)計算,工程河段縱向穩(wěn)定系數(shù)為14.3,橫向穩(wěn)定系數(shù)為7.6,參照國內(nèi)其它河道計算成果,工程河道縱向較穩(wěn)定,河道縱向變化不大;河段橫向穩(wěn)定性較好,主要表現(xiàn)為河道深泓線小幅度擺動。

        石亭江穿越工程不侵占河道行洪斷面,工程建成后不會改變河道的演變趨勢,河道演變?nèi)员憩F(xiàn)為河道縱向上的緩慢下切及橫斷面上的深泓線小幅度擺動。

        3 綜合分析

        3.1 穿越工程建成后對河段泄洪影響分析

        本工程不侵占河道行洪斷面,不會在河段形成壅水,因此僅對工程河段現(xiàn)狀安全行洪能力進行分析。

        根據(jù)河道水面線計算成果,結(jié)合本工程河段一級階地分布高程,評價河段左、右岸現(xiàn)已建成堤防堤頂高程500.1~502.2m,河段100年一遇洪水位在498.20~500.04m之間,河段20年一遇洪水位在497.28~498.57m之間,經(jīng)分析,考慮1m堤頂安全超高后,工程河段現(xiàn)狀安全行洪能力遠大于3260m3/s,大于20年一遇標準,基本達到100年一遇標準。

        3.2 穿越工程建成后對堤防基礎(chǔ)的影響

        工程所處河段堤防建成于20世紀90年代,下部為混凝土面板堤,堤高6.1~8.5m,粉質(zhì)粘土、卵石等堆積、壓實填充而成并用水泥進行漿砌,迎水面邊坡坡度近1:0.5~1:1.0,現(xiàn)狀堤基埋深僅為1.3m。管線埋深滿足要求穿越工程與已經(jīng)堤防基礎(chǔ)立交,從現(xiàn)狀堤防基礎(chǔ)以下約10m處穿越石亭江,兩岸岸坡處采用熱煨彎頭(曲率半徑R=6D)組裝上岸,埋置于堤身內(nèi)部,工程建成后不會對堤防基礎(chǔ)產(chǎn)生影響,但會因為管道建設(shè)破壞部分堤段,需要進行恢復(fù)。

        石亭江穿越工程管道上岸堤后回填原料,并進行夯實,夯實系數(shù)不小于0.85,對于破壞的岸堤按照原位置原坡度進行理坡,坡面結(jié)構(gòu)形式自下而上依次為原料回填夯實、M7.5水泥砂漿固坡,厚50mm、C20混凝土厚200mm;坡底設(shè)C20混凝土馬道,寬2m。東側(cè)階地上田坎采用采用M7.5水泥砂漿砌石擋土墻及護坡進行防護。

        4 結(jié)論

        石亭江穿越工程位于位于廣漢市金輪鎮(zhèn)與德陽市旌陽區(qū)天元鎮(zhèn)交界位置,該河段河槽寬度在300~500m之間,大于規(guī)范規(guī)定的200m,其防洪標準為P=1%(100年一遇)。

        經(jīng)過分析計算,穿越處河段100年一遇局部沖刷深度為2.53m;工程河段100年一遇總沖刷深度4.6m。本穿越工程河槽部分管道設(shè)計底部高程為 481.5m,設(shè)計管頂高程為482.3m,河流各橫斷面最大水深點的連線-深泓線高程為490.4m,設(shè)計埋深在8.1m以上,扣除最大沖刷深后還有3.5m,超過規(guī)范要求的1.0m,工程自身是安全的。

        [1]《油氣輸送管道跨越工程設(shè)計規(guī)范》(GB50459-2009).

        [2]《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》(SL 44-2006).

        [3]《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》(GB50403-2007).

        TV672.2

        A

        2095-2066(2016)35-0117-02

        2016-12-3

        劉 力(1982-),男,工程師,本科,主要從事油氣田地面工程建設(shè)管理和長輸管道生產(chǎn)運營維護的相關(guān)工作。

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