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河谷階地天然氣管道敷設(shè)方式
來源:煤氣與熱力雜志 | 作者:青海中油燃?xì)夤こ逃邢薰?/span> | 發(fā)布時間: 2023-08-04 | 352 次瀏覽 | 分享到:

作者：李瀾，左川，陳功哲，王建林

第一作者單位：中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司第四設(shè)計研究院
摘自《煤氣與熱力》2021年12月刊


參考文獻(xiàn)示例



李瀾，左川，陳功哲，等. 河谷階地天然氣管道敷設(shè)方式［J］.  煤氣與熱力，2021，41（12）：B08-B10.


相關(guān)推廣




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2



防腐

1   問題的提出

富縣至宜川縣輸氣管道工程起于靖西一、二線的富縣壓氣站，由西向東敷設(shè)，止于宜川末站。管道水平全長109.74 km，設(shè)計天然氣年輸氣量為90×108 m3/a，設(shè)計壓力為8.0 MPa，選用規(guī)格為D 914×16的鋼管，管道全部在陜西省延安市境內(nèi)敷設(shè)。經(jīng)過多方案反復(fù)論證比選，最終確定的管道路由基本敷設(shè)于河谷階地、黃土梁峁及黃土殘塬3種地貌類型。其中，有約52.38 km的管道敷設(shè)于河谷階地。
河谷階地地勢平坦，原則上有利于管道敷設(shè)。根據(jù)GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（下簡稱GB 50251—2015）第4.3.2條，埋地管道覆土層最小厚度為0.8 m，且宜埋設(shè)在最大冰凍線以下。建設(shè)地最大冰凍線深度為0.81 m，在考慮一定的安全裕量后，本項目管道設(shè)計管頂覆土厚度為1.2 m，即設(shè)計管溝深度為2.1 m。
根據(jù)防洪評價單位對本項目所做的防洪評價報告，項目建設(shè)地短時間內(nèi)高強度的降水來勢猛、雨量大，雨水來不及下滲和排泄，在溝道大量匯集，極易形成洪水并爆發(fā)泥流。管道所經(jīng)河流的河床寬度約3～20 m。河床兩側(cè)為河谷，河谷寬窄不一，一般寬度約10～50 m，最寬可達(dá)100 m，灘面平坦，微傾向河床，前緣高出河水位0.3～2.0 m。河谷階地呈條帶狀不連續(xù)分布于河谷兩側(cè)，寬度為50～100 m，略傾向河谷。在洪水形成時，整個河谷階地將成為寬度為50～100 m的河面。防洪評價報告50 a一遇的沖刷計算成果顯示，河谷階地的沖刷深度為1.5 m，洪水流速為3.0 m/s左右。在這種情況下，不僅管道的表層覆土?xí)粵_走，管道也將浸泡在洪水之中。洪水的浸泡會破壞管道防腐層，從而腐蝕管道，產(chǎn)生壓力薄弱點，最終導(dǎo)致高壓天然氣的泄漏。在表層覆土被沖走之后，洪水會直接不斷沖擊管道，產(chǎn)生動水上舉力和動水推力，管道面臨失穩(wěn)甚至拉斷的風(fēng)險。
2   規(guī)范依據(jù)
若按照管頂覆土厚度1.2 m的埋深設(shè)計，顯然無法滿足防洪的要求。根據(jù)GB 50423—2013《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》（下簡稱GB 50423—2013）第3.3.3條對水域穿越工程等級的劃分，水面寬度為40～100 m、不計水深的穿越工程屬于中型等級，設(shè)計洪水頻率為50 a一遇。河谷階地的寬度為50～100 m，在洪水形成時，整個河谷階地將成為寬度為50～100 m的河面。在現(xiàn)有的規(guī)范體系中，以GB 50423—2013第3.3.3條為依據(jù)，將河谷階地的管道敷設(shè)按照中型等級水域穿越來設(shè)計，是解決問題的關(guān)鍵。
3   地層巖性組合分類
根據(jù)地質(zhì)勘察單位對本項目所做的地質(zhì)勘察，河谷階地管道沿線地層巖性從上到下分為4層，依次是：
黃土狀土層，層厚為0.3～3.4 m；
粉質(zhì)粘土層，層厚為0.7～4.1 m；
卵石層，層厚為0.5～4.1 m；
泥質(zhì)砂巖層，鉆孔未揭穿，故未知厚度。
假定50 a一遇的洪水爆發(fā)時，河谷階地表層1.5 m沖刷深度范圍內(nèi)的黃土狀土層、粉質(zhì)粘土層及卵石層將被沖刷掉，根據(jù)剩下的地層巖性組合是否能夠滿足管道敷設(shè)時具有1.2 m的設(shè)計管頂覆土厚度要求，將河谷階地地層巖性組合分為大量石方段、少量石方段和純土方段3類。
①大量石方段
這種地層巖性組合黃土狀土層、粉質(zhì)粘土層和卵石層的厚度加起來在0~2.4 m范圍，以下為泥質(zhì)砂巖層。這種地層巖性組合在50 a一遇洪水來臨時，表層的黃土狀土層和粉質(zhì)粘土層幾乎被全部沖刷掉，最終只剩下少量的粉質(zhì)粘土層、卵石層或者直接裸露出泥質(zhì)砂巖層。
②少量石方段
這種地層巖性組合黃土狀土層、粉質(zhì)粘土層和卵石層的厚度加起來在2.4～3.6 m范圍，以下為泥質(zhì)砂巖層。這種地層巖性組合在50 a一遇洪水來臨時，表層黃土狀土層和粉質(zhì)粘土層會被沖刷掉一部分，剩下的黃土狀土層和粉質(zhì)粘土層及卵石層的總厚度已經(jīng)無法滿足設(shè)計管頂覆土要求。
③純土方段
這種地層巖性組合由0.3～3.4 m厚的黃土狀土層和0.7~4.1 m厚的粉質(zhì)粘土層組合而成，且黃土狀土層和粉質(zhì)粘土層的厚度加起來大于3.6 m。這種地層巖性組合在50 a一遇洪水來臨時，表層黃土狀土層和粉質(zhì)粘土層會被沖刷掉一部分，但剩下的黃土狀土層和粉質(zhì)粘土層的總厚度依然可以滿足設(shè)計管頂覆土要求。
4   不同地層巖性組合管道敷設(shè)設(shè)計 
4.1  大量石方段管道敷設(shè)設(shè)計
針對這種地層巖性組合的區(qū)段，可以按照開挖法穿越河床為基巖（陸殼表層風(fēng)化層下面的完整新礦物巖石，本文中的泥質(zhì)砂巖屬于基巖）的中型河流穿越來設(shè)計。根據(jù)GB 50423—2013表4.1.2，開挖法穿越河流，當(dāng)河床為基巖時，對于中型穿越，管道應(yīng)嵌入基巖深度為0.6 m，且基巖段所挖溝槽應(yīng)用混凝土滿槽澆筑封頂至基巖高度，見圖1，圖1中尺寸單位為mm。基巖開槽深度約1.7 m，槽底0.2 m墊以細(xì)土，以防止碎石刮傷管道防腐層?？紤]溝下組焊，基巖開槽寬度為1.6 m。用8 mm絕緣橡膠板包裹管道后，滿槽澆筑C25混凝土至基巖頂。
圖1   開挖穿越河床為基巖的河流時混凝土澆筑做法 
4.2  少量石方段管道敷設(shè)設(shè)計
在這種地層巖性組合的區(qū)段管道敷設(shè)時，若按照純土方段管道敷設(shè)的做法，則需要繼續(xù)開鑿泥質(zhì)砂巖層0~1.2 m；若按照大量石方段管道敷設(shè)的做法，不僅有大量的土方開挖工作量，還需要開鑿泥質(zhì)砂巖層約1.7 m。而采用相應(yīng)的措施避免開鑿基巖，則可降低施工難度。GB 50423—2013第4.2.2條規(guī)定，當(dāng)水下穿越管段埋深不符合第4.1.2條規(guī)定時，可以采用相應(yīng)的抗浮穩(wěn)管措施。本文采用設(shè)置混凝土配重塊的措施 
在少量石方段管道敷設(shè)時，管溝開挖遇到基巖時無須繼續(xù)開挖，采用合適質(zhì)量的混凝土配重塊作為抗浮穩(wěn)管措施，混凝土配重塊的設(shè)置間距為1.5 m。
4.3  純土方段管道敷設(shè)設(shè)計
在這種地層巖性組合的區(qū)段管道敷設(shè)時，雖然開挖深度較大，但開挖難度較小。根據(jù)GB 50423—2013表4.1.2，對于中型水域穿越工程，應(yīng)將管道埋設(shè)于設(shè)計洪水沖刷線或設(shè)計疏浚線下1.2 m，取其深者。顯然在河谷階地是沒有疏浚作業(yè)的，所以管道應(yīng)埋設(shè)于最大洪水沖刷線1.2 m以下，前已述及沖刷深度為1.5 m，故管道覆土厚度應(yīng)大于2.7 m，對于外直徑為914 mm的管道，管溝深度約3.6 m。根據(jù)GB 50251—2015第4.3.3條和第4.3.4條，設(shè)計最陡管溝邊坡比（高寬比）取1∶0.75，設(shè)計溝底寬度取1.6 m。
5   結(jié)論
①在大量石方段建議采用基巖開槽加混凝土滿槽澆筑的方式敷設(shè)管道；
②在少量石方段管道敷設(shè)時，管溝開挖遇到基巖時無須繼續(xù)開挖，建議采用混凝土配重塊作為抗浮穩(wěn)管措施；
③在純土方段建議采用直接開挖的敷設(shè)方式。