1、1巴西工程中无套管穿越的管道强度验算摘 要：随着工程事业的发展，得到了越来越多的海外项目的机会。工程项目的建设，尤其是项目的设计，要符合当地国家的相关标准和规范的要求，才能赢得较好的经济效益。近年来，江汉油田将建设市场扩展到了巴西，深入了解和运用当地的规范，显得更加重要。文章运用巴西规范验算在重车通过路面时无套管的地下管道安全问题。 关键词：无套管穿越；重车荷载；强度验算；巴西规范 中图分类号：TE973.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0044-02 1 工程概况 TRBA 天然气管道工程项目位于巴西 Salvado 市的 So Francisco 地区，工
2、程载货重车需要穿过已有站场借道通过，需要向业主计算证明重车通过该站场不会危及其地下管道的安全，借道情况如图 1 所示。 其中 12”、14”管道埋深都在 0.6 m 以下，无套管。偏于安全的计算，埋深都按 0.6 m 考虑。其中 14”管道直径 D=356 mm、壁厚 e=0.95 mm、强度 Sy=483 Mpa、X70 规格；12”管道直径 D=324 mm、壁厚 e=0.95 mm、强度 Sy=483 MPa、X70 规格。借道通过期间，地下管道正常工作，压力保持常态平稳。 2 压力管道外荷载产生的综合力学效应验算方法 22.1 外荷载产生的管道应力计算公式 根据巴西国家规范 NBR12
3、712：2001（燃气管道系统穿越设计）第 22.6条规定： 式中，Sce 为外荷载引起的综合应力（无套管压力管道） ；Kf 为弯曲系数；壁厚和外径之间的关系 n =（e/D） ；Kd 为挠度系数； P 为压力（常态压力） ；Ec 为弹性模量；管道顶部理想均匀分布的地面压力q=q1+q2，压力包括土重和车辆荷载，其中 q1 为管道顶部理想均匀分布的覆土压力，q2 为管道顶部理想均匀分布的车辆荷载压力。 2.2 所需的土力学参数 确定土壤对埋地管道的压力时用 Marston-Sprangler 方法，需要下列参数： 土体有效重度 ；土壤内部的摩擦系数 ；土壤的摩擦角？渍；土壤针对管沟壁的摩擦系数
4、 ，对应的摩擦角？渍；土推力系数（活载推力）或朗肯系数 k，由土壤内部摩擦角函数算出：k=tg2（45-？渍/2） ，k为地面推力系数与土壤对沟壁摩擦系数综合效应系数；k 为地面推力系数与土壤的摩擦系数综合效应系数。 这些值可以实验测量取得，也可以根据可靠经验取值，并按不同情况计算。出于实用的目的，表 1 中提供的值取 k= k。 2.3 管道外加荷载计算 本节计算土层的竖向荷载，其应力扩散传递方程可参阅技术文献WALDEMAR HACHICH 或建筑地基基础设计规范 GB50007-2011 式 5.2.7-3。 2.3.1 地下区域荷载传递的计算方法 3本工程已有地下管道是属于挖沟敷设，其
5、土体自重传递的荷载计算方法如下：由于施工过程中，在管沟之间有相对运动的趋势，倒梯形管沟侧壁土体完整，这将导致摩擦和挤压力有相对向上的趋势。因此，沟壁的切向摩阻力将承担一部分荷载，削弱后的荷载即为传递到管道上的载荷 q。 管沟壁与回填土间的向上的摩阻力分量为传递到沟壁合力乘以摩擦角的正切值，传递到管道上的荷载用削弱后的垂直压力 F 乘以推力系数k 表达。在这个计算中通常被忽略凝聚力，因为它的效果是偏于安全的。基于这些假设，管道上由竖向荷载作用下的计算结果为： 2.3.2 地上重车荷载计算方法 由于相对较小的覆土厚度上，施加到地面上的重载的效应会更显著；反之，覆土越厚则效应越微弱。规范 NBR-1
6、2712 第 11.4.1.5 款：“埋藏深度超过 3m，地面移动荷载传递到管道的效应可以忽略不计。本工程已有管道埋深小于 3m，计算参数如下： q2 = Ti 式中，q2 为地面荷载传递到管顶的竖向压力；T 为单车轮引起的地面压力（Q）传到管顶的荷载（kPa） ，压力接触面长“a”宽“b” ，按一定角度扩散至管顶面。考虑到几个轮胎向下扩散的压力有重叠区域，其关系用应力重叠指数表相关系数取值： Kf=0.294（NBR 12712：2001，表 17-屈曲系数，Kf-42 页） Kd=0.11（NBR 12712：2001，表 16-挠度系数，Kd-42 页） 相关参数取值： 4P=1 422
7、 psi=9 805 kPa；Ec=200 000 000 kPa。 重车单轴荷载=450 kN=45 tf；重车车轮载荷（Q）=225 kN=23 tf。 a=0.6 m；b=0.2 m；de=1 m；dr=1.8 m；=45（本例土体刚度较好） ；=21 kN/m3；安全系数（Fs=Sy/Sce） ，Sy 为管材强度。 3 验算过程编为 Excel 表，验算结果 14”管验算过程如表 2 所示，当埋深为 0.6 m 时最为不利，但安全系数为 3.7，显然在此情况下，埋地管道是安全的。 12”管验算过程如表 3 所示，当埋深为 0.6 m 时最为不利，但安全系数为 4.0，显然在此情况下，埋地管道是安全的。 4 结 语 本文以实际工程为背景，详细描述了运用巴西规范验算无套管穿越的管道强度，得到业主的认可，保证了工程运输安全。从验算过程中可见，其方法与我国规范的要求是类似的，我们做巴西项目完全可以掌握并运用巴西规范，这有助于更好的完成巴西项目、更好的开发巴西工程市场，扩大中石化在巴西的影响力。 参考文献： 1 NBR12712：2001，燃气管道系统穿越设计S. 2 GB50007-2011，建筑地基基础设计规范S.
