[发明专利]一种管道穿越走滑断层的设计方法

说明书

本发明公开了一种管道穿越走滑断层的设计方法，属于油气管道穿跨越技术领域。所述方法包括：计算走滑断层所在地表最大位错量，并确定回填土土壤类型、管道埋深、管道与土壤接触面的类型、走滑断层与管道的夹角；获取穿越走滑断层的管道参数，并计算平行于管道轴向的断层位移和管道法线方向上的断层位移；建立有限元模型，利用有限元模型模拟走滑断层滑移时的管道最大应变，并建立管道穿越所述走滑断层的最大应变经验公式，对待定参数拟合，得到最大应变与各个参数的具体数值关系。本发明通过有限元模型模拟走滑断层发生滑移后管道的实际变化情况，拟合出适用于走滑断层中的管道设计公式，从而准确地设计出与特定条件的断层相对应的管道。

技术领域

本发明涉及油气管道穿跨越技术领域，特别涉及一种管道穿越走滑断层的设计方法。

背景技术

石油与天然气作为国家战略能源，在过去几十年间需求量不断增加。作为生命线工程之一的埋地管道担负着油气资源的主要输送任务，为我国生产建设、经济发展和社会稳定提供重要的能源保障。长输油气管道在建设和运行过程中，因自然环境变化可能遭受各种不良地质条件侵害，给管道安全运行带来了严重威胁。地震是对社会和人类危害最大的突发性自然灾害，我国作为世界上地震活动较强烈的国家地震灾害是我国最严重的自然灾害之一。根据大量震害统计资料，管道的破坏主要来自两个方面：一个方面是由于波动影响而产生的管道破坏，另一个方面是由于大变形产生的管道破坏，而管道通过断裂带的破坏是典型的大变形破坏实例。当长输埋地管道跨越断层时，由于断层区地面发生较大错动，埋地管道会随着土体的变形而变形，并且受到来自管道横向和轴向的土反力作用。当管道受拉时，若拉伸应变超过极限值，管道就会破坏；当管道受压时，会由于薄壳失稳而造成屈曲破坏。理论上，减小埋深、提高管材的延性、改变断层平面与管轴之间的夹角、选择管道穿越断层的位置、增加管道的壁厚、调整锚固点及固定墩的位置等措施可以减小地震对管道的威胁。

地下管道由于受到环境荷载作用、腐蚀效应、疲劳效应和材料老化等不利因素的影响，严重的削弱了管道的抗震能力。如何避免管道发生破坏，一直是工程设计人员研究的课题。对于跨断层埋地管道，主要包括如下抗震措施：

1)埋置管线时，尽量避开活断层地带。如必须通过，充分利用现有的活断层资料或地震安全性评价结果，进行抗震设防，同时正确选择管道与断层交角，使管线在断层运动时受拉，避免受压。由于断层走向的预测结果与实际情况相比有一定的误差，因此不能仅靠选择合适的管道与断层交角来达到抗震目的。

2)管线应尽量浅埋，且宜埋设在松散或中等密度的非粘性土中，以利于降低发生断层运动时土壤对管线的约束力。减小管道与土壤之间接触面的摩擦角可以增大管道承受断层位移的能力，例如在与断层交会处附近管道采用环氧树脂套层。松散的砂在水平载荷时压实，在密实过程中，摩擦角增加，产生的最大管力与初始密度较高的砂的情况一致。减小管道与土壤之间的摩擦角是有利的，但其主要体现在轴向，而土壤对管道的横向抗力改变不大。

3)使用抗震性能好(强度高、延性好)的管材。较大的壁厚是管道受拉时影响管道反应的最主要有利因素。在管道受压缩的情况下，直径与壁厚之比越小越有利，故实际工程中宜采用延性好的厚壁管道。厚壁管道可以大大提高管道抗震能力，但是厚度增加是有限度的，对于大的错动，可能不满足要求。

4)管道适应断层的能力和管道与土体间的摩擦系数、回填土的容重成反比，应尽量选择摩擦系数和回填土的容重低的土料作为回填土。一般来说，管道经过活动断层处的回填土宜采用疏松至中等密度、无粘性的土料。