劉瑞凱，卜明哲，劉文亮，張衛(wèi)兵，劉志田，徐超文

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華北分公司，河北任丘 062550

隨著我國(guó)天然氣需求量的逐年增加，各地輸氣管道事業(yè)蓬勃發(fā)展，各類主干管道、互聯(lián)互通的天然氣管道及各類支干線管道逐漸增多。另外，各地規(guī)劃區(qū)域也逐漸向城市外圍擴(kuò)展，在管道建設(shè)過(guò)程中，需避讓各類規(guī)劃區(qū)域、環(huán)境敏感區(qū)、人口密集區(qū)域等，輸氣管道敷設(shè)的地理、地質(zhì)環(huán)境也日趨復(fù)雜，時(shí)常遇到輸氣管道經(jīng)過(guò)或靠近各種類型的水土流失或地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域。如我國(guó)廣西境內(nèi)，水土流失、滑坡、泥石流等災(zāi)害經(jīng)常使管道在雨季被沖刷懸空、脆性斷裂，從而導(dǎo)致長(zhǎng)輸管道的失效，給管道安全運(yùn)行帶來(lái)重大隱患或事故。以廣西境內(nèi)西氣東輸某支線輸氣管道遭遇水土流失為例，對(duì)滑坡作用下輸氣管道的失效情況進(jìn)行分析，并給出建議措施，可供同類項(xiàng)目借鑒。

1 工程概況

廣西某支線管道（BB085-BB086 段）穿越潛在的牽引式淺層土質(zhì)滑坡區(qū)域，該段管道管徑為D 457 mm，材質(zhì)為L(zhǎng)415 M螺旋縫埋弧焊鋼管，壁厚6.3 mm。管道在該區(qū)域的敷設(shè)方式為：沿平行于山體緩坡等高線敷設(shè)，管道中線左下方為在建的云桂高鐵，兩者的并行間距為50 ～70 m。滑坡發(fā)生前該區(qū)域連續(xù)降雨，加之下方高鐵路基在強(qiáng)夯施工，導(dǎo)致山體土層不穩(wěn)，最終引發(fā)滑坡。事故發(fā)生后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，受影響的管道長(zhǎng)度約250 m，約有2 m 管道露出地表。為分析管道變形情況，首先，采用雷迪管道探測(cè)方式確定了滑坡后管道中線位置；然后，采用開(kāi)挖探坑的方式對(duì)滑坡段管道進(jìn)行了坐標(biāo)確認(rèn)。

2 滑坡作用下管道失效形式

輸氣管道在滑坡作用下失效的主要形式可簡(jiǎn)單分為：淺層橫向滑坡、淺層軸向滑坡及深層圓弧滑坡[1-6]。

本工程滑坡形式為淺層橫向滑坡，即管道敷設(shè)方向與滑坡滑動(dòng)方向相垂直，該類滑坡導(dǎo)致管道失效的特征為：其一，管道軸向與滑坡滑移方向正交，因此管道在發(fā)生較小的側(cè)向位移情況下即可發(fā)生塑性變形；其二，滑坡段區(qū)域兩側(cè)的管道先發(fā)生失效，即應(yīng)力集中區(qū)為滑坡區(qū)域與未滑坡區(qū)域交界處的管道。

3 滑坡段管道應(yīng)力分析

3.1 管道模型

根據(jù)原始竣工的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，利用CAESARⅡ軟件[7]對(duì)滑坡段管道建立模型，如圖1 所示。

圖1 滑坡段管道模型圖

3.2 模型基礎(chǔ)參數(shù)

3.2.1 管道基礎(chǔ)參數(shù)

廣西某支線管道位于田東縣，管道滑坡段所在地為二級(jí)地區(qū)，管道規(guī)格為D 457 mm× 6.3 mm的L415M 螺旋縫埋弧焊鋼管，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，輸送介質(zhì)為天然氣，最高運(yùn)行溫度25 ℃。根據(jù)竣工資料中管道的里程、高程數(shù)據(jù)對(duì)滑坡前管道進(jìn)行建模。管道基礎(chǔ)參數(shù)如表1 所示。

表1 管道基礎(chǔ)參數(shù)

3.2.2 管道沿線土壤參數(shù)

本工程管道均為埋地敷設(shè)，根據(jù)巖土工程勘察成果可知，沿線土壤主要參數(shù)取值如表2 所示。

表2 管道沿線地質(zhì)參數(shù)

3.3 滑坡位移載荷計(jì)算

通過(guò)對(duì)管道失效形式的分析可知，滑坡段管道側(cè)向位移的確定是應(yīng)力分析的關(guān)鍵性因素。將原始竣工資料中管道線位的坐標(biāo)與發(fā)生滑坡后管道的實(shí)際線位坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)兩者的差值求出位移載荷。通過(guò)整理比對(duì)竣工數(shù)據(jù)與滑坡后管道的測(cè)量數(shù)據(jù)，得出BB085-BB086 樁段（以竣工焊口編號(hào)1-BB085G-012LWB-HB-3-2B 為起始點(diǎn)）滑坡段管道不同位置的側(cè)向位移值見(jiàn)表3。

表3 滑坡段管道的側(cè)向位移

滑坡段管道側(cè)向位移結(jié)果表明：管道在較短水平長(zhǎng)度內(nèi)產(chǎn)生的側(cè)向位移較大，如管道位置里程380 ～397 m 處的17 m 管段內(nèi)，產(chǎn)生了約2.76 m的側(cè)向位移差，而中間段管道側(cè)向位移差較小。

3.4 應(yīng)力分析

根據(jù)表3 數(shù)據(jù)，將側(cè)向位移載荷施加在管道模型上，進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 滑坡段管道現(xiàn)狀應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

按照ASME B31.8《氣體輸送和配氣管道輸送系統(tǒng)》第833.4 條文規(guī)定：當(dāng)量應(yīng)力小于許用應(yīng)力（373 MPa），即為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。表4 的計(jì)算結(jié)果顯示：滑坡段管道多處當(dāng)量應(yīng)力大于373 MPa；其中，滑坡段兩側(cè)管道應(yīng)力值較高，中間段部分管道應(yīng)力水平較低，符合橫向滑坡的變形機(jī)理。

3.5 投產(chǎn)工況下的管道應(yīng)力分析

在考慮滑坡段管道現(xiàn)狀側(cè)向位移載荷的基礎(chǔ)上，對(duì)投產(chǎn)后管道的溫差載荷、內(nèi)壓載荷工況加以考慮，滑坡段管道在投產(chǎn)工況條件下的管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 投產(chǎn)工況條件下的管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

表5 的計(jì)算結(jié)果表明：在考慮內(nèi)壓、溫差載荷后，滑坡段管道273 m 處至397 m 處，當(dāng)量應(yīng)力均超過(guò)許用應(yīng)力值。

3.6 分析結(jié)果驗(yàn)證

廣西某支線田東滑坡段的管道應(yīng)力及管材可利用性經(jīng)專家審查會(huì)討論，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖2），對(duì)應(yīng)力超標(biāo)嚴(yán)重的三處管道進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖與驗(yàn)證（見(jiàn)圖3 ～4）。

圖2 滑坡段管道側(cè)向位移變化曲線

圖3 1-B085G+003-HB-3-2B 附近開(kāi)挖驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)

圖4 1-B085G+020-HB-3-2B 附近開(kāi)挖驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況表明，滑坡段管道相比其他段管道均存在明顯的側(cè)向變形，推斷滑坡處管道應(yīng)力值較高，該情況也符合應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的變化趨勢(shì)。

4 管道處理措施及滑坡段管道治理

4.1 事故管道處理措施

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的實(shí)地勘察測(cè)量及專家論證，西氣東輸某支線田東滑坡段的管道采取了如下處理措施：

（1）對(duì)變形較大處的3 根管道進(jìn)行更換處理。

（2）對(duì)滑坡段管道彎管兩側(cè)的焊縫實(shí)施補(bǔ)口帶剝離，進(jìn)行射線和超聲波100%復(fù)測(cè)，同時(shí)做好與原焊縫檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)分析。

（3）對(duì)滑坡段管道應(yīng)力較大處進(jìn)行管道壁厚檢測(cè)和防腐層檢查。

（4）滑坡段管道投產(chǎn)前按規(guī)范要求進(jìn)行水壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不應(yīng)小于1.25 倍的設(shè)計(jì)壓力。為保證試壓安全平穩(wěn)，在升壓至0.9 倍的設(shè)計(jì)壓力后緩慢升壓，并在升壓過(guò)程中檢查滑坡段全線管道情況。

4.2 滑坡段常用防治措施

滑坡段常見(jiàn)的治理措施大體可分為兩類：一類是滑坡減載及支擋工程，如削方減載、抗滑樁及擋土墻等；另一類為滑坡防護(hù)性工程，如截排水溝或坡面防護(hù)工程等。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)沿山體或陡坡橫坡敷設(shè)的長(zhǎng)距離輸氣管道路由的調(diào)研，線路人員應(yīng)加強(qiáng)與當(dāng)?shù)貒?guó)土等相關(guān)部門(mén)的溝通，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研時(shí)應(yīng)尤其注意與管道并行敷設(shè)的線性工程對(duì)管道的影響。對(duì)于確系潛在滑坡地段，管道應(yīng)優(yōu)先采用繞避措施，無(wú)法繞避時(shí)，應(yīng)避免采用橫坡敷設(shè)方式，盡量保證管道敷設(shè)在穩(wěn)定層以下，并做好截水、排水工程，抗滑等防護(hù)工程。管溝回填土采用非膨脹土進(jìn)行換填。