地裂缝活动对燃气管道的破坏及采取的措施

地裂缝活动对燃气管道的破坏及采地裂缝活动对燃气管道的破坏及采 取的措施取的措施 1 前言 地裂缝是指与地震无直接关系的地面或房屋建筑物的开裂 现象 地裂缝主要分布在平原和盆地中 西安市地裂缝是一种 独特的城市地质灾害 自 50 年代后期开始 西安市及近郊出现 7 个地面沉降中心 最大累积降深达 1 035m 1976 年唐山大地 震以后西安市地裂缝活动明显加强 特别是进入 80 年代以来 由于过量抽汲承压水导致的地裂缝两侧不均匀地面沉降进一步 加剧了地裂缝的活动 地裂缝所经之处 破坏地面及各类建筑 物 危及一些著名文物古迹的安全 剧烈的地裂缝活动不仅破坏地面建筑 而且错断地下供水 和输气管道 一方面造成了较大经济损失 另一方面给西安市 的居民生活带来了严重的安全隐患 2 西安市天然气工程情况 西安市天然气工程是近年国内规模较大的城市天然气工程 该工程气源来自陕西省靖边地区的大型天然气田 工程供气规 模为 120 万 m3 d 总投资为 6 3 亿元人民币 工程主要内容有 门站一座 储配站一座 设 10000m3 pn1 06mpa 球罐 4 座 高 中压调压站 7 座 高压管道 37kin 1 6mpa dn600 中压管道 160km 0 4mpa dn100 dn400 该工程于 1997 年建成投产 从根本上解决了西安市的大气污染问题 大大树立起国际旅游 城市的形象 3 地裂缝活动对地面建筑及地下管线造成的破坏 西安地裂缝活动频繁 不仅造成了对地面建筑的破坏 不少 建筑物的墙体被拉裂 而且危及名胜古迹 地面沉降导致象征 西安古代文明的钟楼下沉 395mm 而唐代的大雁塔竟向西北倾 斜了 1100 多 mm 而且地下供水 供气管道被错断 给城市居 民的生活带来严重影响 西安市对西安地裂缝的研究和防治极为重视 己花费了 1000 多万元用于研究方面 建立了包括分层沉降标的地裂缝长 期监测台网 1988 年经陕西省城乡建设环境保护厅批准 颁布 了 西安地裂缝场地勘察与 工程设计规程 代号为 dbj240 6 88 要求在西安市建设必须给出地裂缝评价意见和防治措施 但该设计规程主要针对地裂缝活动对地面建筑造成的破坏 规程以建筑物的重要程度为根据 将地裂缝场地划分出 不安 全带 次不安全带 次安全带和安全带 避让区宽 10m 设防 区宽 10 24m 40m 以外为安全区 但规程对于地裂缝对地下管线设施造成的破坏则未提出明 确的处理措施 本文将结合西安市天然气工程的实际情况 就 天然气管道穿越地裂缝的问题提出合理的处理措施和建议 4 波纹膨胀节在处理地裂缝问题中的应用 西安市天然气工程于 1992 年开始设计 一期工程于 1997 年完成并投入运行 限于当时的实际情况 工程中的高 中压 管道几乎全部采用钢管 材质为 q235a 高压管道设计压力为 1 6mpa 中压管道设计压力为 0 4mpa 管壁厚度小于 10mm 管道埋深一般在 1 4 2 4m 根据 管道工程安装维修手册 材质为 q235a 的碳素钢管 当壁厚小于 10mm 时 其额定许用 应力为 133mpa 西安市 i 级地裂缝的垂直活动速率每年大于 30mm 最大速率可达到 55 06mm a 自 1995 年以后 西安市 地裂缝活动进入超常活动阶段 而地裂活动具有年变周期 大 部分时间地裂缝处于相对稳定或蠕动状态 此时不会对地下管 线造成破坏 图 1 但是在短时间内会突然错动产生较大的变形 日积月累 这种变形会对地下末采取任何保护措施的钢性管道 造成严重破坏 图 2 据 1996 年统计 地裂缝活动错断供水 煤气管道达 45 次之多 经计算地裂缝不同活动速率对管道产生的应力 在实际工 程中 设计人员针对各级地裂缝采取了不同的处理措施 针对钢 管 4 1 级 级地裂缝 高 中压管道在穿越 m 级 级地裂缝时 以地裂缝为中 心 前后各 100m 的管道管底埋深控制在 1 2 2 1m 之间 并以 中粗砂作回填土 填至管顶以上 300mm 距地裂缝前后 50m 范 围内不能设支管 4 2 级地裂缝 高压管道 pn1 6mpa dn600 西安市天然气高压管道经过的 ii 级地裂缝达 6 处 在穿越 级地裂缝时 以地裂缝为中心 设置一段总长 60m 的管沟 在距地裂缝前后各 20m 的管道上设置一个轴向型内压式波纹膨 胀节 工作压力为 1 6mpa 管沟内充填松散粗砂 见图 3 管道穿越 ii 级地裂缝 采取如图 3 的措施 在地裂缝活动 的影响下 产生的变形情况见下图 4 ii 级地裂缝的垂直活动速率最大为 30mm a 水平引张速率 为垂直活动速率的 1 3 最大为 14mm a 以最不利情况来讨论 则每年地裂缝一侧的管道随地面沉降 y 30mm 水平拉伸量 x 14mm 由于每年管道沉降所产生的倾角 a 很小 几乎可忽略不计 因此只要能消除管道拉伸变形所产生的应力 就可解决问题 两只波纹膨胀节之间的管道长 l 40 om 发生变形后的管 道长为 ll 的关系式如下 l12 l x 2 y2 1 公式中 l 一两只波纹膨胀节之间的管道长 m x 一水平拉伸量 mm y 一管道随地面沉降量 film 当 l 40 4m 管道拉伸量 l 按如下公式计算 l x z2 2l x 14mm 选择的波纹膨胀节的允许轴向位移能大于 xx 2 7mm 工 作压力为 1 6mpa 即可满足一个活动年的要求 中压管道 pno 4mpa dn200 400 中压管道穿越 级地裂缝达 14 处 在穿越 级地裂缝时 以地裂缝为中心 设置一段总长 40m 的管沟 在距地裂缝前后 各 18m 的管道上设置一个轴向型内压式波纹膨胀节 工作压力 为 0 6mpa 管沟内充填松散粗砂 选择的波纹膨胀节的允许轴向位移能大于 x 2 7mm 工 作压力为 0 6mpa 即可满足一个活动年的要求 4 3 级地裂缝级地裂缝 高压管道 pn1 6mpa dn600 西安市天然气高压管道穿 越 i 级地裂缝有 2 处 在穿越 i 级地裂缝时 以地裂缝为中心 设置一段总长 64m 的管沟 如图 6 在距地裂缝前后的管道上各 设置两个轴向型内压式波纹膨胀节 工作压力为 1 6mpa 管沟 内充填松散粗砂 选择的波纹膨胀节的允许轴向位移能大于 x 4 工作压力 为 1 6mpa 即可满足一个活动年的要求 中压管道 pno 4mpa dn200 400 中压管道穿越 i 级地裂缝有 6 处 在穿越 i 级地裂缝时 以 地裂缝为中心 设置一段总长 40m 的管沟 如图 7 在距地裂缝 前后的管道上各设置两个轴向型内压式波纹膨胀节 工作压力 为 0 6mpa 管沟内充填松散粗砂 选择的波纹膨胀节的允许轴向位移能大于 x 4 工作压力 为 0 6mpa 即可满足一个活动年的要求 考虑突发事故发生时可进行切断 在距地裂缝两端各 300m 左右处各设阀门井一座 也可与管线上相邻阀门井结合设置 为防止地裂缝活动引起的管道破坏 每年应对管沟内的管道以 及附近的管道进行检查 重点检查波纹管是否被破坏 西安市天然气工程自 1997 年投产以来 一直运行正常 管 道穿越地裂缝处未受到破坏 5 结论 经过几年的观察 西安市天然气管网运行状况良好 管