1、试论天然气长输管道特殊地段的设计摘要：本文以工程实例探讨了天然气长输管道特殊地段的设计，包括在地震断裂带和黄土塬冲沟采取的措施等方面的内容，供相关工作人员参考和借鉴。 关键词：天然气，长输管道，特殊地段，设计。 中图分类号：TE64 文献标识码： A 文章编号： 一、工程概况 榆林济南输气管道工程是国家“十一五”重点工程，也是中国石化继川气东送管道工程之后建设的又一条重要输气管道。榆林济南输气管道西起陕西省榆林市，东至山东省济南市，途经陕西、山西、河南、山东四省 8 个地（市） 、22 个县（区） ，穿越毛乌素沙漠、黄土高原、吕梁山脉、太岳山脉、太行山脉，线路全长 1045 公里，设计年输气量
2、 30亿立方米。 榆林济南输气管道工程建成后，将成为国家天然气干线管网重要的组成部分，对于落实中国石化“天然气大发展”战略，确保向管道沿线各地稳定供气，推动地方经济发展，提高人民生活质量，改善沿线生态环境，都具有十分重要的意义。 本工程自西向东经过黄河、海河两大流域，有风沙区、黄土丘陵区、土石山区、平原区四大地貌单元，其中管道沿线经过地震断裂带、黄土塬冲沟、大型河流、山体等特殊地段。本文就地震断裂带、黄土塬冲沟这两个特殊地段在管道运营过程中可能产生的危害及在设计上采用的一些措施进行简介。 二、黄土塬冲沟 1 危害 黄土的矿物成因有别于其他一般土体的电子吸附胶结，黄土颗粒之间是盐粒胶结，这种胶结
3、方式一旦遇水其土颗粒之间会快速散开，使土的力学强度显著减弱，这种特性即是黄土的湿陷性，它极易产生滑坡、塌方等灾害。黄土的另一特点是垂直节理较为发达，如果地面植被不好，或者地面散土防护层被水冲刷，雨水往往会沿着垂直节理面渗透，形成地下潜流，导致新的冲沟形成。这种冲沟坡陡沟深，不仅对埋地管道有极大地破坏力，而且也会对地面建筑物形成很大威胁。黄土的第三个特性是渗透系数极低，远低于一般土颗粒 0.005 的指标，这种极低的渗透系数如果在植被较好地带，或者地面散土薄层未被雨水冲掉的陡立地带，即使是小雨也可形成灾害。从湿陷性黄土的几大特性可以看出其对管道的危害主要有以下几种：（1）在雨水作用下，埋设后的管
4、沟湿陷，形成汇水，导致管沟被掏空，管线裸露，危及管道及周围群众的安全；（2）在雨水作用下，埋设后的管沟湿陷，使管线经过的地段塌陷，严重影响了管道的安全运营和人们的日常生产、生活和交通；（3）湿陷性黄土地表植被一旦破坏，恢复和生长周期较长，使生态造成破坏，沙漠化加重，危及管线的安全；（4）湿陷性黄土地区，自然地貌在雨水作用下，变化较大，容易形成冲沟、崾岘，危及管线安全。 2 设计上采取的措施 设计要坚持因害设防的原则：管沟开挖后, 尤其是在陡坡段和山区段, 对原有地形地貌造成破坏, 同时, 回填土的密实度达不到原状土那样密实, 自然形成沟道; 其次, 对原有的田埂、护坡设施和原有的河岸均可能造成
5、不同程度的破坏, 如不治理, 必然会形成灾害。因此, 必须采取必要的水工保护措施。 针对湿陷性黄土的特性和对管道产生的危害，本次设计采取了以下几点措施：（1）对于管线通过由梁（峁）到谷或由谷到梁（峁）的斜坡（坡度大于 15%）地段、黄土窄梁（宽度小于 15m）地段，以及陡坎、陡崖地段，管沟挖至设计标高下 0.3m，将沟底黄土翻松 0.25m（实土厚度） ，在最优含水下（约 14%）条件下，将翻松的黄土夯实。再在夯实的管沟底部，用灰土比为 2：8（体积比）的石灰土在最优含水量条件下夯实做垫层（厚度为 0.3m） ，管道铺设其上。管道下沟后回填应分层（每层虚土厚度 0.30m）夯实。夯实质量控制：
6、夯实系数0.90；回填夯实后应高于原始地面，即由管道中线起以 5%3%坡度向两侧延坡，延坡宽度应超越管沟边缘大于 0.5m，以利排水防渗。如地表为耕地时，则需在地表预留30c m 厚的耕作层；（2）对于管线穿越坡度大于 50%（26.56）的陡坎、陡崖、斜坡时，应根据不同情况分别采用削坡 （将坡度削至小于或等于50%，再用上述处理方法进行处理） 、黄土陡坡斜井（削坡土方量较大或者是不能削坡时采用此方法） 、单边定向钻（对于大型斜坡或陡崖采用此方法）进行处理。 三、地震断裂带 1 危害： 地震断裂带，亦称“断层带” 。有主断层面及其两侧破碎岩块以及若干次级断层或破裂面组成的地带。在靠近主断层面附
7、近发育有构造岩，以主断层面附近为轴线向两侧扩散，一般依次出现断层泥或糜棱岩、断层角砾岩、碎裂岩等，再向外即过渡为断层带以外的完整岩石。地震对管道可能引起的破坏有以下几种：（1）地震引起断层活动将管道错断或使管道屈曲失稳；（2）地震引起土体致密造成管道沉降，场地上传递地震剪切波引起管道压缩或拉伸应变，使管道褶邹屈曲或拉断；（3）地震时地面出现开裂或错动，使管道断裂；（4）地震引起非黏性土地区砂土液化，造成管道上浮或设备基础沉降灾害；（5）地震引起塌方或深层土体滑坡，威胁管道安全。 2 设计上采用的措施 （1）管道穿越断层时，对通过断层两侧各 200m 范围内的管道，在设计中应适当加宽管沟（管沟底
8、宽应加大到 3m） ，并采用细纱回填管沟，以增加管道适应变形的能力，允许管道局部段位移，防止地层错位时管道破坏；（2）在施工图设计中使管道与活动断层的夹角控制在 3070 度之间，这样管道便可适应位移量的变化，满足安全要求；（3）管道穿越断层前后各 200m 的管道全部采用直缝埋弧焊、增加一个厚壁等级，降低管道的正常使用应力水平，增强管道抵抗断裂活动的能力；（4）对通过断层两侧各 200m 范围内的管道采取弹性敷设来处理管道的变向，严禁使用热煨弯头，增加管道柔性；（5）结合全线阀室设置需要，在活动断裂带两侧的管道适当位置设置线路截断阀室，降低管道可能发生破坏后的天然气损失和造成的次生灾害。 四
9、、结束语 随着我国国民经济的发展天然气资源的需求大幅度增加及消费市场的扩大，管道输送天然气又是最经济的输送方法，所以长输管道必然得到较快发展。本文以榆林济南输气管道工程为实例叙述了管道经过地震断裂带、黄土塬冲沟可能产生的危害及在设计上采用的一些措施，为以后新建长输管道遇到类似的情况提供参考。 参考文献 1程亚非我国石油天然气输送管道现状有输送钢管的发展闭焊管，1998，21(6):511. 2潘家华西气东输工程油气储运，2000. 3郭茂树，周根树，赵新伟等现役油气管道安全性评价研究现状石油工程建设，2004. 4潘家华油气储运论文集北京，石油工业出版社，1993. 5张淑英(译)长输管道事故及其概率国外油气储运，1993.12(5). 6常大海等输油管道事故统计分析油气储运，1995.14(6). 7李旭东，雍岐卫长输油气管道的风险评估与作用天然气与石油，1997. 8陈利琼油气长输管线的模糊风险技术方法研究硕士论文，西南石油学院图书馆. 9姚安林论我国管道风险评价技术的发展战略天然气工业，1999. 10吴宏西气东输管道的风险性评估油气储运，2002. 11张鹏，段永红长输管线风险技术的研究天然气工业，1998. 12陈利琼，张鹏，李巧油气管道完整性维护决策优化方法管道技术与设备，2003.
