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天然气管道工程地质灾害分析与管控

2019/09/09 阅读:

摘要:文章着重以陕西省陕北地区榆林至延安一带天然气管道工程为例。通过对湿陷性黄土地区长输管道运行期间所遇到的地质灾害分析,提出了相应的防治措施,并总结出管控长输管道工程的方法。

关键词:湿陷性黄土;长输管道;地质灾害;管控

1概述

陕北地区属自重湿陷性黄土,土质较均匀、土体粘粒含量较少,结构疏松、孔隙发育。受水浸湿后,土结构迅速破坏发生显著地附加下沉,强度迅速降低,加之大量裂隙的存在,黄土的抗剪强度表现出明显的各向异性,会对天然气管道的正常运行带来极大的困难。因陕北地区地形有山,有沟,有河流,沟壑纵横,管道经过山区和冲沟段时由于地形条件复杂,地势陡峭,人为或者自然因素引发的危害管道安全的滑坡、地面沉降、水工保护失效、河流穿跨越处水动失稳等与地质作用有关的灾害,使管道面临各种地质灾害的威胁。

2天然气管道地质灾害的分析及防治

2.1黄土滑坡地质灾害

滑坡,是一种重要的地质灾害,当管道穿越的滑坡体发生变形时,滑坡的下滑推力直接作用于管道,起初管道会发生弯曲、拉伸、剪切,处于弹性变形,当作用力增大,接近或达到其屈服强度,则出现折断、剪切断裂等破坏,造成泄露失效,甚至发生爆炸。多数滑坡产生于斜坡地带岩土体,在自身重力的作用下,沿着一个特定的界面,整体向下滑坡的现象,土质滑坡滑面一般呈圆弧形,岩质滑坡滑面受结构面控制,主滑剖面上一般表现为折线。针对管道的滑坡,我们在管道设计时期,可按照地形选择管道平行于作用力通过,因为作用力与管道垂直时,对管道的危害最大。在建设时期管道穿越滑坡地段,要求原貌恢复施工作业带及植被,并选择合适的水工保护措施进行加固,防止水土流失。例如:根据坡面坡度选择沟内截水墙加固或者灰土基础加固,沟外浆砌石挡墙、草袋子柳木桩护坡等水工保护措施对管道周围土质进行加固,在坡面顶端修建排水渠等集水引水措施对排水进行引流。

2.2河道穿跨越失稳地质灾害

管道穿跨越工程是指管道穿跨越河流、峡谷或者道路等自然或者人工障碍物,穿跨越河道工程是管道建设的关键部位,它关系到管道的安全运行,不论是穿越还是跨越一旦发生地质灾害影响尤为严重。管道穿越河道最常用的方法是开挖埋设管道,管沟开挖过程中黄土土质变化较大,建立黄土管沟围岩力学模型有较大困难。一方面,河床多为砂砾松软土层的河流主河道中,因季节河水水流湍急,致使河床不断受到冲刷下切,管道裸露;另外,管道穿越河道设计时,缺乏对河道特点的了解,管道埋深不够,稳管加固措施不够,长期的运行致使管道裸露,易造成管道漂移、断裂。管道跨越施工中难以判断黄土受水侵蚀速度,跨越的位置与边沟的安全距离较难确定。一方面,跨越支墩在弯道水流凹岸集中冲刷位置,河岸受河水交替冲刷而塌陷造成跨越支墩失稳;另一方面,季节性河流河水涨落使原来较规则的河道不断受到冲刷而逐年变宽且不规则,使河道主流位移,紧靠河边,久而久之,使原设计在河边的跨越支墩失稳,管道瞬间失去支撑,受重力易造成断裂。针对穿跨越河道管道失稳,在对穿跨越位置以及方案的选择和工程措施的制定需特别重视,尽量避免穿跨越在灾害性地质地段通过。方案设计时能穿越尽量不跨越,并根据河流变化、水流趋势、水冲点等因素综合考虑。例如:穿越点已避开水冲点时,保护位置就不应该选择在穿越点处,而应该选择在穿越点的上游水冲点位置更合适。因此,在做管道穿越河道这类保护设计时,不仅要了解河道近年来的演变趋势,而且要尽可能掌握该河段上下游河床、河岸演变规律,若该河岸属弯道水流顶冲点,则设计护坡时应保证足够的长度。

2.3地面沉降地质灾害

黄土地区最常见的管道地质灾害是地面沉降,湿陷性黄土一般状态下具有较高的强度,而遇水后土的结构破坏而发生显著附加变形,土的强度突然下降便产生湿陷。管道地基强度不足以支撑上部结构的自重及荷载作用而产生过大的压缩变形时,特别是超过管道所能允许的不均匀沉降时,则会引起管道过度下沉,接口开裂,影响管道安全使用。针对管道地面沉降,应加大管道建设中管沟的强度、稳定性及不均匀沉降的要求,湿陷性黄土管沟的处理方法很多,常用的有素土或者灰土垫层、强夯法等,在使用过程中要根据工程地质条件分析,以确定合适的管沟回填方法。例如:管沟处理中先对沟内松散土及杂物全部清理,一般1-4m厚的软弱土层采用灰土进行重新回填,以提高管沟承载力,减少沉降量。灰土的配合过程中,石灰的用量需控制在一定范围内,超过一定范围后其强度反会逐渐下降,如1:9灰土只能改善土的压实性能,2:8和3:7灰土一般作为最优含灰率使用。另外,管沟回填过程中,按设计要求分层夯实回填至设计标高,并按地形恢复现场地貌,有必要时进行植被的恢复,防止水土流失。

2.4水工保护失效灾害

由地貌特征所决定,管道经过上下坡段、穿越河道沟道段、顺河岸边敷设段和管道穿过黄土沟头等特殊地段,一般会采取水工保护措施进行加固,而在管道运行中由于突发暴雨、季节性洪水等导致管道周围水土流失,使管道水工保护措施失效而出现各种各样的安全隐患。例如:斜坡陡坎,此种地形回填土附着性非常差,石料与周围土壤的结合性差,水流往往从石砌护坡与土壤相接的部位侵入,冲刷石砌护坡底部致使护坡垮塌,失去作用。针对管道水工保护措施失效灾害,需根据水工保护的作用及特点分析导致其失效的原因,并分析水工保护措施失效后对管道将产生怎样的影响,以确定最终采取的维修加固方案。例如:斜坡护坡失效后,将使该斜坡段管道的稳定性受到影响,因此,在修复该水工保护时,先将管沟内软土等全部清理干净,可将单一护坡更换为综合性护坡,在坡底修筑浆砌石挡墙进行加固,3:7灰土分层夯实回填护坡背部,增加土的附着性,坡面采用草袋子护坡,中部略高逐渐坡向管沟两侧,并在坡顶和两侧修筑截、排水沟,将水引致安全部位,护坡两侧嵌入原土壤中,并将接茬部位压实。

3天然气管道地质灾害的管控措施

湿陷性黄土自身性质对管道的危害性较大,要做好由此引起的管道各类隐患及灾害的防护,不仅要在管道建设时期加强防范,还要在管道的运行过程中做好管控。

3.1建设时期地质灾害的预防措施

(1)建设前期选择正确的管道线路。前期应选择地形相对稳定,植被茂盛的山脊,绕行坡度较陡,地质条件不稳地段为原则施工建设。选择便于水土保持的建设线路,减少周围地表植被的破坏。(2)建设期间做好水工保护工程。由于施工地区多为湿陷性黄土,加之地表生态系统本来就很脆弱,管道工程的施工过后,原有的水土保持系统被打破,为了保证管线运行后的安全,就必须采取相应的水工保护工程。(3)建设末期黄土地貌恢复。为了更好的保护管道、减少水土流失的可能,必须根据原地貌高程等进行恢复,距离较长陡坡地段可根据实际情况设置成阶梯型,并配合地表水工保护措施,原貌恢复。

3.2运行中地质灾害的管控措施

(1)管道投入运行后,做好日常的巡护,并对管道周边有滑塌、沉降等隐患及水工保护设施损害情况及时发现并采取措施进行维修,避免扩大形成较大隐患。(2)湿陷性黄土地区管道地质灾害的管控制本着“预防为主,防治结合”的宗旨,做好水的疏导、引流,治好了水就管好了管道地质灾害。(3)长输管道线路较长,全段管道整体管理难度较大,在管理过程中对管道的地质灾害风险进行分类,对地质灾害风险较高的地段列入重点管控部位,加大管理力度,对风险较低地段正常维护即可。

4结语

针对黄土地区滑坡、管道穿跨越失稳、地面沉降、水工保护失效等特殊危险地质灾害,提出了天然气管道地质灾害预防治理措施;鉴于黄土地区脆弱的生态环境,长输管道工程的建设、投产和长时间运行必须高度重视多发现象,建立一套经济有效的管理地质灾害防治体系,并通过长期的努力来保护管道的安全。

参考文献:

[1]王卫民,张文伟.黄土地区长输管道地质灾害分析及治理[J].油气储运,2001,20(04):28-31.

[2]范原博,夏琳,林昰.湿陷性黄土地区输油管道的防护措施[J].油气田环境保护,2012,05(022):73-77.

[3]杨晓秋,宋德琦.湿陷性黄土地区长输管道工程地质灾害治理研究[J].天然气与石油,2004,22(01):14-17.

作者:冯文娟 张文龙 单位:陕西省天然气股份有限公司

天然气管道工程地质灾害分析与管控

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