管軍王敏

1.中國(guó)石油天然氣管道局國(guó)內(nèi)事業(yè)部設(shè)計(jì)管理部 2.西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司

西氣東輸二線管道在罐罐嶺地震斷裂帶的敷設(shè)

管軍1王敏2

1.中國(guó)石油天然氣管道局國(guó)內(nèi)事業(yè)部設(shè)計(jì)管理部 2.西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司

管軍等.西氣東輸二線管道在罐罐嶺地震斷裂帶的敷設(shè).天然氣工業(yè),2010,30(5):92-94.

西氣東輸二線甘肅段輸氣管道與罐罐嶺地震斷裂帶有1處相交。天然氣長(zhǎng)輸管道在通過(guò)地震斷裂帶時(shí),若遭遇高于該地區(qū)基本烈度的地震將會(huì)造成管道斷裂、屈曲失穩(wěn)及拉斷等損壞。為此,闡述了地震斷裂帶處管道設(shè)計(jì)及施工需要注意的問(wèn)題,介紹了西氣東輸二線管道通過(guò)罐罐嶺地震斷裂帶時(shí)的敷設(shè)技術(shù)。通過(guò)不斷調(diào)整設(shè)計(jì),優(yōu)化了線路與斷裂帶的交角,并對(duì)管道壁厚等參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格的計(jì)算分析,在國(guó)內(nèi)首次采用了X80 HD2大變形鋼管,以便在遇到地震影響時(shí)避免或減少管道破壞并防止發(fā)生次生災(zāi)害。為確保管道安全運(yùn)行,強(qiáng)化了抗震、防震設(shè)計(jì)理念及技術(shù)措施,為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

西氣東輸二線 天然氣管道 地震斷裂帶 應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 大變形鋼 管道壁厚參數(shù) 安全

DO I:10.3787/j.issn.100020976.2010.05.023

1 工程概況

罐罐嶺地震斷裂(又名天橋溝—黃羊川斷裂)帶位于甘肅省白銀市景泰縣,管道在BL 046+409 mm附近與罐罐嶺地震斷裂帶相交。西氣東輸二線本段管道所在區(qū)域設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20 g(g為重力加速度),地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。管道沿線覆蓋層大部分地段以粉質(zhì)黏土、碎石類土為主,不存在飽和砂土,可不考慮地震液化問(wèn)題。該處斷裂帶位錯(cuò)方式為左旋逆斷,水平位錯(cuò)量為3.5 m,垂直位錯(cuò)量為3.9 m。逆走滑斷裂的影響帶寬度為30 m。

2 抗震、防震設(shè)計(jì)方法

2.1 地震對(duì)管道可能引起的破壞

地震對(duì)管道可能引起的破壞有以下幾種:

1)地震引起斷層活動(dòng)將管道錯(cuò)斷或使管道屈曲失穩(wěn)。

2)地震引起土體致密造成管道沉降,場(chǎng)地上傳遞地震剪切波引起管道壓縮或拉伸應(yīng)變,使管道褶皺屈曲或拉斷。

3)地震時(shí)地面出現(xiàn)開(kāi)裂或錯(cuò)動(dòng),使管道斷裂。

4)地震引起非黏性土地區(qū)砂土液化,造成管道上浮或設(shè)備基礎(chǔ)沉降災(zāi)害。

5)地震引起塌方或深層土體滑坡,威脅管道安全[1]。

2.2 抗震、防震設(shè)計(jì)理念

油氣長(zhǎng)輸管道的抗震、防震設(shè)計(jì)重點(diǎn)是管道沿線(包括站場(chǎng)和輔助設(shè)施)經(jīng)過(guò)地震斷裂帶的處理方式,同時(shí)也應(yīng)考慮地震波及地震液化地帶對(duì)管道的影響。

管道必須經(jīng)過(guò)斷層時(shí),考慮到管道的抗拉能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗壓能力,應(yīng)盡可能使管道在斷層位移時(shí)處于受拉狀態(tài)。所以,當(dāng)管道經(jīng)過(guò)逆沖斷層時(shí),設(shè)計(jì)應(yīng)做相應(yīng)的處理[223]。

針對(duì)地震對(duì)管道的幾種破壞形式,設(shè)計(jì)管道通過(guò)地震斷裂帶時(shí)要做到:

1)調(diào)整管道與斷層的交叉角度。調(diào)整角度的原則是盡量使管道整體受拉。管道與斷裂帶穿越交角不大于90°,選定線時(shí)應(yīng)盡量使管道與斷裂帶正交,優(yōu)化管道與斷層交角(對(duì)于交角大于90°的應(yīng)調(diào)整角度到90°)以減少通過(guò)地震斷裂帶及其影響區(qū)的長(zhǎng)度。

2)增加管道延性。通過(guò)采用大變形鋼管來(lái)增加管道的延性,這是國(guó)內(nèi)首次通過(guò)這種方式來(lái)提高管道延性。

3)避免在斷裂帶兩側(cè)各200 m范圍內(nèi)出現(xiàn)冷彎彎管和熱煨彎管及彈性敷設(shè)。

4)在地震斷裂帶及其影響區(qū)兩側(cè)各200 m范圍內(nèi)增加管溝寬度并減少管道埋深,回填些非黏性材料以提高管道的自由度,并保證回填物在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不因雨水浸泡而過(guò)于密實(shí)。

5)在地震斷裂帶及其影響區(qū)兩側(cè)各200 m范圍內(nèi)增加管道壁厚,提高抗震能力。

6)還應(yīng)將該段管道所有環(huán)向焊縫進(jìn)行100%的射線檢查和超聲檢驗(yàn),在斷裂帶兩側(cè)適當(dāng)位置增設(shè)線路截?cái)嚅y室等。

在設(shè)計(jì)過(guò)程要充分考慮以上幾點(diǎn),制訂出優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案,力求將地震帶來(lái)的不利影響減少到最低程度[4-6]。

2.3 管材選取

西氣東輸二線甘肅段輸氣管道與罐罐嶺地震斷裂帶1處相交。本段管道設(shè)計(jì)壓力為12 M Pa,地區(qū)等級(jí)為一級(jí),通過(guò)對(duì)斷層位移作用下管道進(jìn)行應(yīng)變校核得出:壁厚為26.4 mm時(shí),采用 X80 HD1和 X80 HD2兩種鋼管,但考慮到管道與斷層交叉處地形復(fù)雜,埋深不好控制,為便于統(tǒng)一采辦。因此管道通過(guò)罐罐嶺地震斷裂帶兩側(cè)各200 m范圍(BL046+203～BL046+603 mm)全部采用1 219 mm×26.4 mm X80 HD2大變形鋼管。

2.4 管溝設(shè)計(jì)

本段地層上部為粉土,黃色,稍密,稍濕,土質(zhì)不均勻,厚度為1.5～2.4 m,土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí);下部為細(xì)砂,黃色,中密,局部夾有薄層礫砂,主要礦物成分為石英,勘察深度范圍內(nèi)未揭穿該層,土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)。

西氣東輸二線輸氣管道罐罐嶺地震斷裂帶施工段采用寬管溝敷設(shè)方式,對(duì)于地震斷裂帶兩側(cè)各30 m范圍內(nèi),以斷裂帶為中心,逆氣流方向一側(cè)溝底寬4.819 m,管溝挖深4.609 m,管溝放坡為 1∶0.75,管溝底部2.0 m深度部分用中砂墊層。順氣流方向一側(cè)溝底寬4.819 m,管溝挖深2.809 m,管溝放坡為1∶0.75,管溝底部0.2 m深度部分用中砂墊層,如圖1、2 所示。

圖1、2中各參數(shù)詳見(jiàn)表1。

3 施工技術(shù)措施

由于26.4 mm壁厚管材重量約9 t/根,且設(shè)計(jì)的管溝斷面型式坡比較大(1∶0.75),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,采取溝下焊接的施工方法。

圖1 管溝橫斷面圖(單管)

圖2 管道平面示意圖

表1 管溝參數(shù)表 m

3.1 管溝開(kāi)挖

3.1.1 地震斷裂帶兩側(cè)各30 m范圍內(nèi)的管溝開(kāi)挖

對(duì)于地震斷裂帶兩側(cè)各30 m范圍內(nèi),以斷裂帶為中心,逆氣流方向?yàn)棰?Ⅰ斷面,順氣流方向?yàn)棰?Ⅱ斷面,如圖3所示。

圖3 管溝平面示意圖

對(duì)于圖3中Ⅰ-Ⅰ斷面的管溝,管溝挖深為4.609 m,溝底寬度為 4.819 m,邊坡比為 1∶0.75,如圖 4所示。

圖4 管溝橫斷面圖

對(duì)于圖3中Ⅱ-Ⅱ斷面的管溝,管溝挖深為2.809 m,溝底寬度為4.819 m,邊坡比為1∶0.75,如圖5所示。

圖5 管溝斷面圖

在開(kāi)挖過(guò)程中,從斷裂帶中心往兩側(cè)各30 m范圍內(nèi),按1∶0.75的邊坡比,管溝寬度平緩恢復(fù)至正常管溝寬度[7]。

3.1.2 地震斷裂帶兩側(cè)各30 m范圍外的管溝開(kāi)挖

地震斷裂帶兩側(cè)各30 m范圍外的管溝開(kāi)挖,按正常管溝開(kāi)挖的要求進(jìn)行施工,即在一般地段管溝挖深不小于2.4 m(卵礫石段管溝超挖0.2 m),管溝底寬2.0 m(石方段管溝底寬為2.4 m)。

3.2 中砂墊層

在管溝開(kāi)挖完成后,按設(shè)計(jì)要求,用經(jīng)過(guò)報(bào)驗(yàn)的中砂鋪設(shè)在溝底。對(duì)于Ⅰ-Ⅰ斷面的管溝,管底中砂墊層為2 m,如圖4所示;對(duì)于Ⅱ-Ⅱ斷面的管溝,管底中砂墊層為0.2 m,如圖5所示。

3.3 管道焊接

穿越活動(dòng)性斷裂帶段所用大變形鋼管道的焊接,要保證環(huán)焊縫的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度都要高于管體本身,而不僅僅高于管體規(guī)定最低抗拉強(qiáng)度,以保證地表發(fā)生變形時(shí)管體本身優(yōu)越的變形能力能得以充分發(fā)揮[8]。

西氣東輸二線罐罐嶺地震斷裂帶大變形鋼主線路焊接采用 W PS2XQ22HD207焊接工藝規(guī)程,即 STT根焊+半自動(dòng)焊填充/蓋面的方法。另外,根焊焊材選用BOEHL ER SG32P(1.2 mm),填充、蓋面焊材選用HOBART FABSH IELD X80(2.0 mm)。

在無(wú)損檢測(cè)時(shí),按照線路施工技術(shù)要求,斷裂帶穿越段除100%射線照相探傷外,還需進(jìn)行100%超聲波探傷。射線探傷檢驗(yàn)和超聲波探傷檢驗(yàn),應(yīng)符合Q/SY GJX 0112《西氣東輸二線管道無(wú)損檢測(cè)規(guī)范》[9]的規(guī)定,Ⅱ級(jí)以上焊縫為合格。

4 結(jié)論

西氣東輸二線管道通過(guò)罐罐嶺斷裂帶時(shí),不斷調(diào)整設(shè)計(jì),優(yōu)化了線路與斷裂帶交角,并對(duì)管道壁厚等參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格的計(jì)算分析,在國(guó)內(nèi)首次采用了 X80 HD2大變形鋼管,以保證管道安全運(yùn)行,在遇到地震影響時(shí)避免或減少管道的破壞和防止發(fā)生次生災(zāi)害,從設(shè)計(jì)理念上增強(qiáng)了抗震、防震措施,拓寬了油氣長(zhǎng)輸管道抗震、防震設(shè)計(jì)上的視野和思路,為類似工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]秦光,鮑宇.陜京輸氣管道復(fù)雜地段的設(shè)計(jì)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),1998,17(3):18-20.

[2]劉冰,劉學(xué)杰,張宏.基于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[J].天然氣工業(yè),2008,28(2):129-131.

[3]中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部.Q/SY GJX0136—2008西氣東輸工程二線管道工程強(qiáng)震區(qū)和活動(dòng)斷層區(qū)段埋地管道基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].北京:[出版者不詳],2008.

[4]中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部.Q/SY GJX0109—2008西氣東輸二線管道工程線路施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:[出版者不詳],2008.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50251—2003輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2003.

[6]王敏,龍飛,鄭強(qiáng),等.西氣東輸二線輸氣管道在濕地中的敷設(shè)[J].天然氣工業(yè),2009,29(3):85-87.

[7]顧曉婷,張宏,王國(guó)麗,等.大口徑天然氣管線穿越斷層的管溝設(shè)計(jì)研究[J].天然氣工業(yè),2009,29(8):106-108.

[8]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).SY2T0450—2004輸油(氣)埋地鋼制管道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[9]中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部.Q/SY GJX 0112—2007西氣東輸二線管道工程無(wú)損檢測(cè)規(guī)范[S].北京:[出版者不詳],2007.

(修改回稿日期 2010203226 編輯 何 明)

管軍,1970年生,工程師;主要從事管道工程設(shè)計(jì)管理工作。地址:(065000)河北省廊坊市廣陽(yáng)道87號(hào)管道大廈B座604室。電話:(0316)2171361,18603162290。E-mail:guanjun1970@163.com