管道沉降（精选4篇）
管道沉降 篇1
西气东输管线途径之处多水网区域,尤其是在长江中下游平原地区,水系基本上呈网状分布,水量较大因而导致土质湿软、地基承载力较弱,这也为铺设输油气管道增添了巨大的施工难度。传统的输油气管道施工方法并不能适用于水网地带,因此本文将着重围绕输油气管道水网地带漂管沉降施工进行简要论述。
1 管道就位方式
输油气管道水网地带常常采用漂管沉降施工技术,但由于水网地带的地形地势各不相同,因此需要采用不同的漂管沉降措施。当前的漂管沉降主要有三大类型,分别为直线漂管、旋转漂管和起重漂管沉降。通常情况下,直线漂管沉降多适用于宽阔的河岸预制场地,首先将管道预制在与河流方向垂直的岸上,之后再将直线管道漂浮拖至河对岸并沉入沟内。鉴于河流大多都是直线穿越,因此直线漂管沉降的管道就位方式土方量较小,操作也较为简便因此在水网地带当中输油气管道经常采取该种方式。旋转漂管沉降则多用于河面宽度大于施工场地的环境当中,与直线漂管沉降相同,首先需要预制管道,之后为确保漂管能够漂浮在水面上会将管道吊入水中,采用旋转的方式帮助牵引管道就位于水面之上,通常需要斜穿河道时会选择旋转漂管方式。起重漂管沉降则多适用于窄小的河道或水面与河岸具有较大落差,该种方式需要同时在岸上和水面上使用起重机械,通过起重机械将已经预制完毕的管段从岸上吊至水面相应位置[1]。
2 管道发送方式
采用直线漂管方式时,事先需要在准备预制管道的岸上安装管道发送装置,以此确保具有足够的牵引力用于之后的管道牵引,同时有效防止在来回移动管道的过程当中损伤防腐层。通常情况下,地势平坦的河两岸,或水面不高于堤外自然地面并且与河岸落差较小时,比较适合使用水力发送沟方式。但发送沟需要尽可能保持平直,其最大弧度应低于自然的管道弯曲曲率。水力发送沟方式施工周期比较短、非常节约场地同时成本低廉,不会对管道造成较大损伤,因此也成为输油气管道在水网地带当中经常使用的方式之一。若河流两岸地势平坦,但其高度明显大于水面时可以使用修小平车发送道完成发送工作。若河流两岸地势不仅不平坦且高度明显高于水面时,需要使用滚动架发送方式,设置滚动架的间距需要与最大旋空间距保持一致。管道弯曲曲率则为具体的滚动架的高度,只有按照规范设计滚动架才能保障其具有良好稳定性[2]。
3 水下开挖施工
在开挖水下管沟时需要配合使用挖泥船或水下挖掘机,在此过程当中若碰到岩石地质,则需要在水下使用爆破法形成管沟。根据不同的情况需要采用不同的爆破法,比如说植桩爆破法、埋入爆破法、裸露爆破法等等。在一边开挖管沟时一边还需要在河岸上完成预制管段、对其进行防腐处理并反复打压。之后需要对已经预制完毕管段两端进行密封处理,为保障其能够顺利平稳的漂浮在水面上需要采用牵引的方式将其放置在管沟上方,并不断往管中注水,直到其最终沉落在水下管沟当中。完成平衡管道压重块工作之后需要回填管沟并将周围地貌恢复原样,最后在两岸外侧完成管道连头。由于漂管沉降施工当中稳管和沉管有极高的管位要求,而水流产生的自然冲击力会对管道位置及其运行安全产生一定影响,因而一般只有在静止水域如湖泊、水塘等当中才会进行漂管沉降施工。
4 平衡压重块
输油气管道在水网地带进行漂管沉降施工过程当中,需要着重考虑沉管之后如何固定管道,特别是空管道在水下时,会因水下泥土液化产生巨大的浮力因此直接影响管道的安全运行,为解决这一问题需要在施工当中平衡压重块。平衡压重块重量的公式为M≥24.5(D-d)x d-3D x D,其中M指的是压重块在管道中的重量,单位为kg/m。由于大多数平衡压重块是由钢筋水泥浇筑而成,因此在平衡压重块的过程当中需要使得压重块重心尽可能放低,这是保障其具有良好稳定性的重要前提。其次,为减少水流对压重块的影响,需要将其设计成圆弧形;为避免压重块刮伤管道层,需要在其内层位置喷涂保护材料[3]。
5 结语
总而言之,输油气管道的铺设施工能够将西部油气资源及时输送至东部地区,有效解决东部人口密集、经济发达地区资源紧缺的问题,因此输油气管道施工具有极强的现实意义。但由于在施工过程当中,输油气管道经常需要铺设在水系发达的区域,因而结合具体的施工现场情况,需要选择不同的漂管沉降技术,利用其操作简便、土方量比较小并且成本较低的巨大优势尽快落实我国输油管道的施工工程。
摘要：为解决我国“油气荒”的问题,我国提出“西气东输”的伟大战略构想,通过铺设输油气管道将西部地区的石油和天然气资源输送至需求量巨大的东部地区。但在实际铺设施工过程当中,输油气管道经常需要穿越河流、鱼塘等水网地带。本文将结合这一背景,简要探讨输油气管道水网地带漂管沉降施工的措施。
关键词：输油气管道,水网地带,漂管沉降,施工
参考文献
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淤泥质土中的污水厂管道沉降控制 篇2
我国长三角地区普遍分布有较厚的淤泥质土层,承载能力较差,敷设于该土层上的输水管道,在敷设期和使用期都容易产生一定程度的沉降。一般而言,污水厂内的管线若敷设于淤泥质软土层上,都需要进行地基处理。如何经济合理并有效地解决管道沉降问题是设计中需要考虑的重点和难点。
本文以宁波某两个污水厂为例,分别采用不同的方式控制管道沉降,取得良好效果。
1 位于均匀土层的管道沉降控制
如果污水厂内的管线标高变化不大,土层分布没有高低起伏,管道基本处于同一淤泥质土层中,预计管道沉降比较均匀,可以尝试不进行地基处理的情况下敷设管道。
例如,宁波某污水厂管线工程,管道均为ϕ2 000钢管,全段焊接连接,管顶埋深为2 m～3 m,采用开槽埋管。地表为填土层,厚度1.3 m左右,管道落于第二层淤泥土上,该土层极软,含水率高,地基承载力特征值仅为50 kPa。
根据设计图纸要求,如图1所示,按照普通埋管法进行施工,对槽底软弱持力层不进行专门的地基处理,只做一般的300厚级配砂垫层,保证操作面,敷设时将设计管位抬高,预留一定的沉降量,预留沉降量计算详见下文所述。管道敷设完成后,进行回填土施工,待施工全部完成后,再进行管道与构筑物的接口连接。在构筑物与管道连接处,设置橡胶接头(伸缩节),保证一定的变形量,通过橡胶接头来协调二者的沉降差异。实际施工完成后,厂区管道运行情况良好,未发现明显的管道渗漏情况。
值得说明的是,在许多工程中,特别是软土地基上的构筑物,因内部水位较高,对承载力有较高要求,基本都采用桩基承载。考虑到承载和变形因素,桩基一般采用端承桩,使得构筑物的沉降6 结语量较小。而构筑物上一般都有管道相连接,若不经处理,使用阶段很多构筑物与管道的接口都发生断裂或拉脱。若在接口处设置伸缩接头,保证有一定的变形量,则可以较好地协调管道与构筑物的变形。伸缩接头处应待管线施工完成后再行安装。
2 开挖管道的沉降机理分析
要准确计算出上文提到的管道预留沉降量,需对管道沉降的机理有所研究。结合国内外的研究成果,可知开挖管道的沉降主要由三部分组成,基坑的隆起、砂石垫层的压缩及管道回填后持力层在附加应力作用下的沉降。其中附加应力引起的沉降为管道沉降的最主要因素。
以前面所述的污水厂管道为例,管顶覆土荷载是主要的荷载,取为管道中心至地面的土体高度。设计时采用150°的砂弧基础,但实际中起到传力作用的仅仅是管底下两侧较小的三角区域,设计中仍按照150°进行考虑。因此荷载作用宽度为L=2rsin75°=1 932 mm。
持力层上部荷载:1)管道自重;2)管内水重;3)管顶部覆土;4)管道可能的浮力;5)砂石自重,合计σ总=78.36 kPa。
原土体在持力层位置处的自重应力为σ原=48.24 kPa。
二者的差值,即为该处的附加应力σ附加=30.12 kPa。
参考地基规范,地基的最终沉降量通过分层总和法进行计算,最终求得:
其中,Hi为沉降计算深度。
按照地基规范的要求,地基压缩层计算深度应满足:
ΔSn′≤0.025∑
其中,ΔSn′为由计算深度向上取ΔZ厚土层计算沉降值;ΔSi′为在深度范围内第i层土的计算沉降值。
根据式(2)可求出,Hi=4.5 m,继而由式(1)求得s=6.4 cm,即由附加应力增加导致的沉降量为6.4 cm。考虑到基坑隆起和砂垫层压缩的影响,并结合当地工程经验,管道预留沉降量取1.3 s,即8.2 cm。
3 不均匀土层上的管道沉降控制
宁波某新建污水厂,厂区较为开阔,埋地管道设计管位基本位于同一标高,但污水厂内土层起伏较大,淤泥质土层在不同标高均有存在,分布为管道基础下2 m～6 m厚。不同构筑物的连接管道均位于不均匀土层上,如果不进行地基处理,管道差异沉降较大,极容易发生管道拉断等事故。鉴于管道细长的特殊性,可以考虑的地基处理方式有以下几种:换填砂石垫层法、松木桩法、水泥土搅拌桩法、高压旋喷桩法等。
1)换填法一般适用于换填深度在2 m范围内的情况,否则不够经济。
2)木桩法一般采用松木桩,对于较小范围的工程比较适用,大面积适用不仅造价高昂,且不利于环保。
3)水泥土搅拌桩适用于场地面积宽阔,工期较长的工程项目,可用于处理深层淤泥质土层。对周围环境影响较小,但施工较慢,且为复合地基,需在成桩28 d后进行检测,看是否满足设计承载力要求。水泥土搅拌桩对土体进行加固后,土体重度基本不变,对软弱下卧层不产生附加沉降,还能最大限度地利用原土,而且复合地基的工作形状较好。但费用较高,一般使用于较深(18 m以内)的淤泥质土层处理。
4)高压旋喷桩法,加固原理与搅拌桩类似,但施工机械较小,适合在狭窄厂区使用。但造价较高,一般用于无法适用搅拌桩的场合。
通过对照分析,结合场地施工条件,经济因素等多方面比较,厂区最终采用水泥土深层搅拌桩法进行地基处理。至于管道沉降机理的分析,与前面所述原理相同,此处不再赘述。
4 结语
本文针对淤泥质土层上的污水厂管道沉降进行了分析,结合相应的理论计算和实际工程,采用相应的地基处理方式,提出相应方法来解决污水厂的管道沉降问题,得到如下结论:
1)淤泥质土层上的污水厂管道,在埋设期和使用期基本都会产生沉降。管道沉降控制应控制差异沉降,对于均匀沉降对管道可不做地基处理,仅在管道与构筑物连接处考虑变形协调,预留沉降量。对于差异沉降,须进行地基处理,应结合工程具体情况选用相应的地基处理方式。2)开挖基槽后,应尽快埋管,减少基坑暴露时间,从而减少管道沉降。3)管道的砂石垫层应尽量密实,减少管道沉降。
摘要：指出敷设于淤泥质土中的管道容易产生一定程度的沉降,导致管道损坏,通过对不同情况的管道沉降进行分析,结合相应的理论计算和实际工程,提出相应方法来解决污水厂的管道沉降问题,在实际工程中取得良好效果。
关键词：管道沉降,淤泥质土,沉降控制
参考文献
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管道沉降 篇3
近年来, 随着管道燃气在温州地区的普及, 管道燃气用户越来越多, 城市主管网也越来越长。但由于在施工建设时没有充分考虑软土地基对燃气管道的影响, 造成了几起燃气泄露、爆炸事故。因此, 有必要根据当地地质情况, 就软土地基沉降对燃气管道影响进行实例分析, 总结软土地基桩基处理及燃气管道埋设处理的方法, 做好同步设计的衔接, 确保施工与使用安全。
一、燃气事故事例
1、2010年12月21日温州市西山南路发生一起燃气爆炸事故, 相关部门对事故现场进行了调查, 原因是由于小区人行道沉降严重导致燃气PE管道接头焊接口出现应力集中突然断裂, 造成燃气大量泄露继而发生了爆炸事故。
2、2011年的4月温州瑞安安阳管道燃气公司巡线人员发现位于罗阳大道笎筜桥过桥管一侧的膨胀节发生严重变形, 所幸没有发生燃气泄露。经检查发现事故原因为桥两端的地质沉降引发管道沉降拉伸膨胀节引起严重变形, 后经抢修及时没有发生事故。
这两起事故的直接原因都是由于地质不均匀沉降引起的, 因此我们在燃气的设计、施工及后期的安全管理方面对地质沉降一定要引起足够的重视。
二、温州地区地理概况以及地质沉降对燃气管道的影响
温州市地处浙江省东南沿海, 属亚热带海洋性气气候, 温暖湿润, 湿润雨量充沛, 四季分明。多年平均降雨量1600毫米。温州所处地貌单元为冲积海积平原, 地势平坦。但从区域地质来看, 地表下30米以内为河海相沉积的淤泥类土, 30米以下为河流相、湖泊相沉积物, 为粘性土和碎砾石层, 底部为火山喷出相岩浆岩。 (如表所示)
软可塑, 中压缩性, 力学强度一般, 全场均有揭露。
从上表可以看出软土地基一般是淤泥和淤泥质粘土和粘土组成。软土的特性主要表现为天然含水率高, 其孔隙比大, 低抗剪性。因此一旦燃气管道的管沟地基处理不好, 就会产生不均匀不沉降, 对管道产生危害。根据温州地区已铺设的燃气管网实际运行情况来看, 地质沉降造成燃气管道及设施损害方面的情形一般有三种情况:
一是市政道路沉降危害。因周边建筑施工地下抽水、横向拉力改变, 或是道路两旁建筑桩基施工, 地下室基坑开挖施工, 或是软土地基前期固结差、承载力低, 加上车辆长期重压形成整体沉降。从目前现有的市政道路观测, 部分路面相对沉降大于2cm～5cm, 不管是水泥混凝土路面还是沥青路面, 新建或改造后3年内都会有不同程度的沉降, 导致路面出现接缝拉裂、板块错台、断板、板底脱空、板面凹陷等情况, 严重影响路面的使用, 特别是地下管网路面受力、横穿道路时由于道路的不均匀沉降造成管道的沉降变形使埋地燃气管道受压力增大, 加上重型、重载车辆重压和行驶振波的间接影响, 地下管道无法吸收地基的沉降位移作用, 作用力导致管线接头松动或焊口被拉开、扭曲变形, 而产生燃气泄漏。
二是桥梁两端延伸处地质沉降危害。
温州地区所有桥梁建设时为保证河道的通航和河水的泄洪, 桥梁建设要高于两端路面, 同时为防止沉降采用桩基建设, 但桥梁两端延伸处没有桩基仅做普通防沉降处理, 加上每日车辆来回长期重压造成了不均匀沉降, 形成桥体与道路形成高差, 即平时所说的汽车通过时的跳车现象。随桥梁敷设的燃气管道也会被两端的地质沉降引起的下拉力作用在埋地部分上, 从而受力导致管线焊口被拉开或管道设施变形破坏产生燃气泄漏。
三是高层建筑地质沉降。
高层建筑主体由于通过桩基处理沉降量较小, 而房屋周边的回填土由于没有进行地基处理或者地基处理不好, 回填没有夯实, 造成了周边填土的地基沉降量比建筑主体沉降量大, 燃气管道埋地部分随周边地基下沉, 但出地立管部分却固定在墙上, 连接埋地管和出地立管处受力, 导致接口处接头松动或焊口被拉开燃气泄漏。
三、关于软土地基不均匀沉降对燃气管道危害的对策
软土地基的治理, 要根据我国现行的有关沉降标准规定, 结合当地地形、地质、水文、气候、径流条件等自然环境条件, 进行细致的工程地质勘探, 明确松软土层的成因、类型、分布范围及其在路线通过地带分布的具体情况, 以确定软土层在纵向、横向的分布厚度、层次、各层土的土质及物理力学性质, 选用适当的处理措施。《城镇燃气设计规范》GB50028-2006第6.3.6地下燃气管道的基础宜为原土层, 凡可能引起管道不均匀沉降的地段, 其基础应进行处理, 但规范上没有标明具体处理方法, 因此燃气管道的软土地基防沉降治理要结合现场实际, 采取适合当地的确实可行的方法。
软土地基不均匀沉降对燃气管道的危害大, 其防治是一项比较复杂的工作, 要从工程设计、施工、后期管理等方面全面考虑, 不仅要考虑燃气输配系统上问题, 更重要是要事先对建筑软土地基沉降对工程影响的预估, 同时对将可能性出现影响要有预防和治理的方案。从建筑软土地基沉降方面考虑, 其设计及施工、及后期管理方面主要应考虑的是:
1、燃气管道的设计要求和方法。
在进行城镇燃气设计前应先了解当地的气候、水文和地质条件, 根据GB50028—2006《城镇燃气设计规范》和GB—500032-2003《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》的要求对地下管线、气化站等燃气工程进行抗震和防沉降设计。
2、管线材料的选用。
管线材料要采用塑性较好的材料。这是根据材料的屈服极限来考虑, 对于钢管和PE管来说主要的破坏最集中在接点和端部固定端, 但是钢管和PE管其接头都有较好的延伸性和较好的接头偏转角, 基本可以根据其材料的屈服极限来确定。从塑性上来说埋地管道最好采用PE管。
3、埋设燃气管前管沟一定要进行地基处理, 尤其是埋设在
道路下燃气管道和穿越道路的燃气管必须加套管或者埋设在管沟中。管沟中回填应用黄沙回填, 且管道下方有不少于10CM的黄沙。
4、燃气管道过河流沿桥铺设时, 严禁铺设在桥梁人行部分预留的孔洞中。
沿桥敷设的燃气管道虽然都设置了膨胀节, 但只是防止管道水平方向的位移, 不能作为防沉降的处理方法。防沉降方法有:一是在桥两端燃气管道出地面部分竖向加装膨胀节。二是沿桥管道在桥梁有桩基处理的地方下行与埋地部分燃气管道相接, 然后埋地部分再垂直于桥梁铺设1.5～2米后再平行于道路铺设。 (见下示意图)
5、小区内燃气管道根据建筑物特点, 可改为架空管道, 利用建筑物外墙绕行。
埋地管道采用浅埋, 可减轻地基对管的压力, 但不应小于城镇燃气设计规范要求的PE管的最小埋地深度。庭院埋地管采用树技状连接, 尽量缩减庭院埋地管的长度, 减少接点。利用管线自身弯曲, 增大弯曲半径, 减少弯头的使用量。
出地立管应加装不锈钢金属软管。目前膨胀节类的伸缩器主要考虑温差对管线的影响, 不能解不均匀沉降带来的管道位移变化, 地基的不均匀沉降将导致管线在伸缩器部位产生破坏, 当拆除伸缩器后, 两端管线无法对中, 更换困难, 而采用不锈钢金属软管替代伸缩器能减少破坏, 有抗拉伸缩。不锈钢金属软管前的燃气管不能安装固定管架, 出地立管穿出地面时须设置出地套管, 防止混凝土与管道固结, 阻碍管线位移。
埋地燃气管线在上地下室顶板时应因地制宜分级抬高埋设深度, 这有利于提高管道的挠性, 吸收地下室旁边地基的沉降位移, 也可以在地下室边加装防沉降的金属软管, 但必须做井以方便检查、维修、更换。
6、加强对燃气管网和燃气设施的安全巡查等后期管理工作。
在日常的安全巡线过程中, 巡检人员应重点查看道路板块有无断裂、有无沉降, 桥梁两端人行道的沉降量, 小区楼幢边地面的沉降量等。如沉降量大或突然沉降增大, 燃气管道和配套设施一定受不同程度损害和影响, 这时我们必须对该地段进行开挖查看, 加强对燃气管网的维护。事实充分表明, 定期定时、周密细致对建筑物周边、桥梁两端和道路现场及燃气设施的安全巡查工作非常重要。
四、结束语
在温州地区软土地基不均匀沉降对燃气管道和配套设施的损害影响时有出现, 因此, 我们在做燃气工程时, 应从设计、施工和后期管理上全面考虑, 避免不均匀沉降对燃气管道的影响。对已建成的燃气管道如已发现有影响, 应立即探索可行的治理方案, 消除安全隐患, 确保人民的生命财产安全。
参考文献
[1]、GB50028—2006《城镇燃气设计规范》
[2]、GB500032-2003《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》
[3]、gb50494-2009《城镇燃气技术规范》
管道沉降 篇4
关键词：回填土,不均匀沉降,管道力学
在土基中埋藏的管道有很多形式, 例如供水管道和输气管道等, 管道力学的性质容易受到包括回填土不均匀沉降在内的多重因素的干扰, 进而引发管道泄漏事故, 有文献研究报道我国煤气管道泄漏事件发生率是发达国家的三倍多, 不但会造成经济损失, 严重的还可能危及人民生命安全, 因此, 探讨关于回填土不均匀沉降引起管道力学性状变化具有重要的现实意义, 能够为避免因管道力学的变化引起渗漏和破裂等提供理论依据。
1 地埋管道的破坏形式
目前地埋管道主要的破坏形式可以分为以下几种:一是环向弯矩引起纵向劈裂;二是纵向弯矩引起的横向断裂;三是管道接头处发生泄漏;四是熔断、长期腐蚀引起孔洞或穿孔;五是直接冲击引起损伤;六是引入连接点处发生泄漏。地埋管道受到破坏的方式主要与接头形式、管道材料、管道埋设情况和地埋管道的几何尺寸有关。
2 管道力学性状变化分析模型
2.1 弹性地基梁模型
弹性地基梁模型是一种静力分析模型之一, 首先假设地埋输气管道是带有弹性地基的梁, 在这种前提下建立模型后再研究回填土沉降程度对管道力学的参数的作用。弹性地基梁模型在实践过程中主要应用与支墩间管段长度较长并且管基相对良好的管道。
2.2 土弹簧模型
土弹簧模型管道力学性状变化分析模型来自于地下结构土结相互作用分析简化模型, 该模型在实际应用过程中将土埋管道周围假定为具有弹簧的功能, 其刚度主要来自于周围土体环境的性质, 简历该模型的目的是能够充分模拟出周围的土壤环境和地埋管道的三维效果。
2.3 非线性接触模型
非线性接触模型是考虑到了地埋管道与其周围的土体相互接触的问题, 因为地埋管道的刚性特点和其周围土体的性质能够相互影响, 使管道和土体之间的作用力演变为非线性的作用力, 这样会使计算的数量级和复杂程度大大增加, 就目前情况来说, 非线性接触模型通常运用于数值计算当中。
3 管道力学性状变化分析模型公式
以地埋管道为弹性地基梁为例, 采用弹性地基梁模型进行运算, 地埋管道上的回填土默认为均匀负载, 取官道上的任一微元体dx, 假设均匀负载为q, 则地埋管道的受力情况如下图1:
由此即可求解出管道的转角、剪力、弯矩的方程, 具体方法如下:
4 总结
在回填土不均匀沉降的作用条件下, 地埋管道会产生弯矩和转角, 当地埋管道的转角度数偏大, 超过标准规定值后就会在交界位置出现破裂或者管道的渗漏故障, 而在远离土体交界处的弯矩接近于零, 这种情况和假设管道两端为自由端的假定相符合, 由此可以推断出回填土不均匀沉降对管道的影响范围是有限的, 对管道交界处产生的不利影响仅在差异沉降交界处。
回填土质量不达标, 发生不均匀沉降后悔导致地埋管道出现相应的管道应力, 因此, 为了防止管道故障, 需要在铺设工程初始时就重视评估回填土地基的质量, 对于可能存在回填土不均匀沉降的位置加强控制, 出现问题及时处理。
参考文献
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