管道沉降（精选七篇）
管道沉降 篇1
关键词：地基,管道,沉降,对策
因填筑地固结压密而产生地基沉降导致燃气管线受损,这种灾害大部分都集中在管线与建筑物的连接处、地基产生不均匀沉降处及接头部位。石河子营建花园燃气管线因地基沉降而导致多处泄漏。
1 营建花园概况
石河子营建花园为住宅小区,2006年开工,分多期开发建设,其建设用地为开发区的农田,配套的燃气工程为石河子燃气建设公司承建并经营,气源为天然气,两级调压入户,中压庭院管压力为0.08 MPa,低压管压力为0.003 MPa,燃气表和用户调压器分别集中安装于一楼外墙或室外地坪的表箱内。
2 沉降损害
根据现场调查,其沉降损害相当严重,2座7层房屋之间的单层建筑未作地基处理,现已下沉20 cm～30 cm不等,从散水与房屋连接处测量其沉降量为15 cm左右,散水与房屋水平位移2 cm～3 cm,部分出地立管接头松开后下沉10 cm左右,因这种上下和水平方向的位移变化导致燃气表箱部位管线严重变形弯曲,80%的表箱部位管线螺纹接头多处泄漏,其泄漏率的分布大致为:弯头占9.62%,活接头占52.72%,三通占7.2%,其余为丝扣连接阀门、丝堵等。
3 表箱固定在室外地坪上损害特征
表箱固定在地坪上,室外地坪与建筑物相对位移的增加主要影响表箱出口端管道,进口端管道损害相对较轻。因地面量起,表箱不能与地下管发生同步位移,那么表箱进口端管道同样受到拉应力作用而可导致损害。出口端DN镀锌管因截面刚度小,弯曲变形严重。
4 对策
1)在房屋散水施工完毕,出地立管的固定管架应拆除或采用套管式固定支架,既可避免管道在此处应力集中,阻碍管线的下沉,又可保持立管在施工时的垂直度。
2)表箱立于室外地坪,其进出口管线应考虑采用柔性连接,柔性连接的可拉伸量应满足沉降的最大位移。
3)垂直于建筑物的地下管线支管应因地制宜分级抬高埋设深度靠近建筑物,这有利于提高支管的挠性,吸收地基的沉降位移,减小管沟开挖对建筑物基础的影响。
4)出地立管穿过混凝土地面时须设置出地套管,防止混凝土与管道固结,阻碍管线位移。
5)采用塑性较好的材料。这是根据材料的屈服极限来考虑,对于钢管和PE管来说,主要的破坏集中在接点和端部固定端,但钢管和PE管其接头都有较好的延伸性和较好的接头偏转角,基本可以根据其材料的屈服极限来确定。
6)采用浅埋,减轻地基对管的压力。
7)庭院管采用树枝状连接,尽量缩减庭院管的长度,减少接点。
8)利用管线自身弯曲,增大弯曲半径,减少弯头的使用量。
9)采用不锈钢金属软管替代伸缩器。目前伸缩器的使用主要考虑温差对管线的影响,不能解决两端管线上下方向的位移变化,地基的不均匀沉降将导致管线在伸缩器部位产生破坏,当拆除伸缩器后,两端管线无法对中,更换困难。
10)减少与建筑物垂直靠近的上升立管数量,利用建筑物外墙绕行。
GB 50028-93城镇燃气设计规范表5.3.2-1要求:埋地燃气管中压B级离建筑物基础水平净距为1.5 m。外墙到基础外围距离约为0.6 m,那么管线离外墙的距离应不小于2.1 m,对于垂直靠近外墙的地下管出地立管是很难做到的。
另外,对垂直于建筑物外墙的地下各支管也难以保证与其他地下管线的安全距离。在相应的室外地坪部位必然有给水、排水等地下管线和排水井,如果厨房位置在楼梯间旁,那么地下必然还有电力、电信管线和电力、电信井,各种地下管线在弹丸之地都要集中靠近建筑物,实际上是很难满足GB 50028-93城镇燃气设计规范和GB 50180-93城镇居住区规划设计规范的相关条款的安全距离要求。再加之地下管线各专业设计缺乏沟通,开发商协调不力以及施工的不规范,造成地下管线在集中部位相当混乱,很难保障燃气管线的安全距离。所以应减少垂直靠近建筑物的上升立管的数量,减少地下管与建筑物的连接点。
11)应根据地质条件对地下管线进行抗震和抗沉降设计。
a.石河子地质地震环境。
石河子市处于我国西北部,在地质历史上曾发生过多次构造运动,最强烈的是断裂带运动,其构造变动以断裂作用最为显著。对石河子区未来地震影响最大的断裂构造是地质断裂带。
b.相关标准及法规的要求。
根据GB-89建筑抗震设计规范第3.3.1条要求:对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度考虑,当为7度～9度时,乙类建筑(国家重点抗震城市的生命线工程)可按原来烈度考虑。石河子为国家重点抗震城市,属8度抗震区。
c.地震对地下管线的损害特征。
烈度(地震影响强度或地面位移量)和场地土的影响:管道的震害率随烈度影响强度而增加,但烈度影响与场地土的影响比较居第二位。
地形地貌的影响:其对管道震害也是很重要的,主要在地震时岸坡明显位移,回填土与原状土间震陷显著。
d.地基沉降与地震的关系。
这里说的地基沉降是指一个长时间的地基固结压密过程,而由地震引起地基沉降是一个短时间团结压密过程,其作用结果都会导致地基的塌陷,地下及地面设施的损坏。地震波的作用会加剧现有的地基沉降量,从而进一步损害燃气管线,造成难以估计的后果。
e.地震对地下燃气管线的损害。
现代燃气管线主要是钢制管道,国内聚乙烯塑料管也处在发展阶段,地下管线的三大大敌:腐蚀、地基的不均匀沉降与地震,其中最大的天敌是地震,地震不仅直接破坏地下管线的正常功能,而且可产生次生灾害(火灾、爆炸等),给国计民生带来重大损失和人员伤亡。地下管线如果遭到损害,必须逐段查找,只有当整个系统确认正常后才能恢复供气,恢复时间长,抢修困难。营建花园地基的沉降为研究回填土对燃气管线的破坏提供了一个例证,同时也提醒人们应采取措施防止或减轻地基沉降和地震对地下燃气管线的损害,以保证地下管线的安全正常运行。
5 结语
1)对于直埋管线基础的夯实,因为夯实只是表层的,所以场地土意义不大,且当多个专业同时在小区施工时,夯实很难达到其目的,而采用其他的地基处理方式,造价太高,所以,在允许沉降的基础上,采取上述措施。
2)对于地基沉降和地震设防,GB 50028-93K城镇燃气设计规范没有相关条款的要求,希望该标准增加相关的内容与有关的法规标准相呼应。
3)地基沉降是指室外地坪的沉降,一般建筑物都有作地基处理,认为建筑物的沉降在其施工过程中已基本完成,建筑物竣工后其沉降即使有也是少量的。采用上述方法,同样可以避免因地基与建筑物相对位移的缩小给管线带来损害。
参考文献
某机房室外埋地管道沉降处理 篇2
水、电设施作为建筑物的重要组成部分, 是保障建筑物达到目标使用功能的重要一环。但很多业主在进行水、电设施建设时, 往往只注重设备功能、效率, 却忽略了设施配套的管道网络安全, 导致后期使用过程中发生各种问题, 维护工作繁杂, 而其中最常见的就是室外管道沉降的问题。
由于近些年城市化发展的加速, 很多不利于工程建设的滩涂、池塘、洼地经过回填也变成了工程建设用地进行发开。某些业主没有开发这类地块的经验, 规划时只注意到了建筑物的立面造型、功能分区和园林绿化、水电设备等事项, 对埋在地下的室外管道没有引起足够的重视。以致于数年之后地基沉降引发了各种管道拉裂、停电停水的事故, 维修人员不胜其烦。而且这种情况下小范围的维修是不能解决问题的, 需要进行彻底的整治才能解决根本问题。
2 工程概况
某机房为五层的钢筋混凝土框架结构, 总建筑面积17316.51m2。建筑物首层至三层作为数据中心机房, 四、五层为办公室。2011 年竣工后开始投入使用。该机房在投入使用初期就已经开始出现地面沉降的迹象, 2012年中该建筑西面一基坑开工, 施工过程中大量抽水。该项目施工期间, 机房周边的地面沉降发展迅速, 导致多处供水管道拉裂, 影响了机房的正常使用, 且严重影响了美观。由于机房周边尚有大批项目准备进行施工, 业主方决定对室外管道进行整体治理。机房管道平面布置图见图1。
3 现场情况描述
⑴由于沉降严重, 室外台阶与散水已经与主体结构的连接处出现了大量裂缝。最严重的是机房入口进门处的台阶下陷近200mm, 裂缝宽度约20mm, 严重影响美观。
⑵建筑物主体结构未出现沉降, 但埋在地下的水、电、油管均存在被拉裂的危险。据描述已有部分入户水管被拉裂。
⑶机房入口处的草坪下埋有一个地下油罐和地下消防水池, 尚未发现受到影响, 但是也存在一定危险。
4 事故原因分析
经查阅原始设计资料可知, 工程所处的地块淤泥层和砂层非常厚 (局部达15m) , 且含水率高, 周边的施工抽水必然会引起基础沉降。上述出现问题的散水、管线、水池等均不属于主体结构, 未设置深入岩层的桩, 地基沉降必然会引起管道变形, 进而引发一系列连锁反应。尤其是入户的管道, 由于建筑物主体结构并未出现沉降, 管道发生沉降之后极易在入户的接口处发生断裂。
5 处理方法
⑴机房入口处的台阶使用频率高, 对美观影响大, 可将室外台阶凿除之后重做, 重做时在台阶底部新增数排搅拌桩作为基础。室外散水影响不大, 可不进行处理。
⑵埋地的入户水、电、油管线处理方法如下:
①管线距离主体结构较远的地方 (距离>2m) , 施工空间足够大。可沿着地下管线每隔1.2m打两排 (或者三排, 根据管道多少来确定) 间距1.5m的500 水泥搅拌桩, 桩顶做200 厚的钢筋混凝土平台板, 将管线放置在平台板上。新增搅拌桩平台板施工大样见图2, 现场施工照片见图3。
②管线距离主体结构较近的地方 (距离≤2m) , 从主体结构的基础部分 (承台或者地梁) 新增悬挑构件, 形成与主体连接的梁板结构平台, 将管线放置在平台板上, 从主体结构新增悬挑平台施工图见图4。
③管道紧靠主体结构外墙 (距离≤0.5m) , 且设置明管对建筑效果和管道使用没有影响时, 可考虑将埋地管道改为露出地面的明管。直接沿外墙新增托架, 将管道固定在托架上, 新增托架施工图见图5。
⑶地下油罐和地下消防水池的处理方式如下:
①地下油罐的基础尺寸较小, 经计算可采用在原基础两侧新增承台, 然后增加锚杆静压桩的办法进行加固, 地下油罐基础加固示意图见图6。
②由于地下消防水池不能长时间停水进入室内作业, 且水池的底板跨度较大, 无法按油罐基础的加固方法进行处理, 经研究决定对进出水池的所有管道进行改造, 在进入水池的地方设置柔性接头, 水池管道接口改造现场照片见图7。
6 施工注意事项
⑴地下管道情况复杂, 原始资料的管道图往往会存在偏差。施工前应利用探地雷达或其它检测设备对管道走向进行准确定位, 以免挖错位置造成浪费。
⑵管道开挖不能使用大型挖掘机械, 避免开挖时破坏管道。埋深较深必须使用机械开挖时, 应首先确定管道深度, 机械开挖至离管道还有0.5m深度时改用人工开挖。
⑶搅拌桩机属于较大型的设备, 施工前应仔细勘察作业路线, 避免出现阻碍桩架或桩机行进导轨不稳等情况。此外桩机重量较大, 注意不要压在比较薄弱的盖板上面。
⑷搅拌桩长度以进入持力层为准, 桩的排数按管道铺设范围来确定。由于搅拌桩机的桩架高度与成桩长度直接相关, 而设备型号问题可能会导致局部桩长无法达到要求的情况, 此时可将采取如下措施:①将搅拌桩改为旋喷桩, 但旋喷桩的桩长也不宜超过20m;②停止管道使用进行局部管道改造, 将其分成数段然后用柔性接头连接。
7 总结
软基地块的开发建设有其特殊性, 室外埋地管网的建设虽不会影响人身安全, 也不会影响建筑的外观造型, 却是保障建筑物正常使用的重要一环, 业主开发时需引起足够的重视。地基的沉降往往需要几十年上百年才能稳定下来, 软基地块的埋地管道若没有进行特殊处理会不断出现状况, 此时需对其进行彻底的治理。本文介绍的工程实例采用了多种处理方法, 该工程现已顺利完工并投入使用近4 年, 未出现问题, 效果令人满意。根据该工程总结出的若干施工要点也可以推广到其它类似工程中, 有一定的参考价值。
参考文献
[1]许其昌.给水排水塑料管道设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.
管道沉降 篇3
跨越结构是各种管路系统中的重要组成部分, 由于其形状和结构形式的特殊性,因此被广泛的应用于管路系统当中。随着我国长输油气管道工程的不断发展,管道会穿越多种复杂多变的地形地貌,因此不可避免的要通过一些地质灾害多发区[1],而土体沉降便是诸多灾害中的一种,它是指地表岩、土体在自然或人为等因素下,向下陷落,并在地面形成塌陷坑[2]。对于穿越河流及湖泊的埋地管道,由于水位的周期性变化,将导致沿河地下水位发生改变,特别是在地面沉降多发的雨季,当河流水位大幅度涨降时,导致河流附近地下水位急剧变化,这将会引起沿河土体发生沉降。土体的沉降对河流附近的管道影响极大,特别是在跨越结构中的部分,往往会引起应力集中和塑性变形,造成管道的失稳甚至破裂,给管道的安全运行带来隐患[3]。
近年来,国内学者对于埋地管道受到土体塌陷与沉降影响的问题进行了相关的研究,并提出了一些有价值的研究成果。但在受到沉降影响的管道应力研究中,很少涉及到管道中存在特殊结构,并且研究仅仅考虑发生沉降区部分管道的应力变化情况, 对于沉降区外部,由于土体沉降造成跨越结构应力变化的研究甚少。为了避免事故的发生,有必要利用有限元分析法对埋地管道进行数值计算,并充分的讨论土体沉降对埋地管道跨越结构的应力影响, 从而为采用合理的跨越结构角度与确定安全的土体沉降范围提供理论依据,对制定科学有效的防害方法也具有实际意义[4]。
1模型建立
1.1计算物理模型
如图1所示,为托架式管道跨越结构的示意图, 图中所示线框内部分作为本文的研究区域,假设L长区域的土体发生沉降现象。由于在托架式跨越结构中输油管道不设置支墩,管道的两端可视为自由端,因此对于埋地管道的应力计算,本文采用弹性地基梁模型,将管道假设成弹性地基上的梁,管道周围的土壤看成是具有一定抗压刚度系数的弹性土壤。 如图2所示,为土体沿河岸发生沉降。
1.2数学模型
1.2.1管道应力场模型
由于本文的研究重点为土体沉降对跨越结构应力的影响,因此,为方便计算,将土体的沉降视为均匀沉降,管道上方的土壤提供载荷,管道下方的土壤作为弹性地基,主要考虑土体最终沉降对管道的力学影响。在管道上任取一个微元体dx,作用在管道上的均布载荷为q,则微元体的受力情况如图3所示。
由于微元体处于平衡状态,在径向方向上的受力为零,即:
对其进行化简可得:
将代入式( 2) 可得:
式中: E为管道的弹性模量,MPa; I为管道的界面惯性矩,mm4; q为管道上方载荷,N; Δ 为地基的沉降,m; K为地基抗压刚度系数。
令特征系数,可得:
式( 4) 即为所求弹性地基梁的挠曲线微分方程,其通解为:
由于管道通常敷设深度较浅,因此可忽略q/ K,即式( 5) 化简为:
对式( 6) 进行微分就可求解出管道的转角、剪力、弯矩一般解的方程:
式( 6) ~ ( 9) 为弹性地基梁的一般形式,在求解具体的结构时,根据边界条件确定待定参数,进而求解管道上任意点的应力和变形。
1.2.2土体载荷模型
通过建立管道上方任意位置的微元力平衡方程,便可求得该位置的径向土压力,进而求得埋地管道单位长度上承受的最大径向土载荷。
式中: W为单位管长上的垂直土载荷,k N/m; γso为回填土的容重,与回填土的种类及密度等有关,取15 ~ 22 k N/m3; B为管顶处的管沟宽度,m; Cd为载荷系数; c为回填土的黏聚力,k Pa; H为管顶到土面的距离。
在进行应力校核时,取Von Mises应力 σvms进行分析,通过该应力判断管道是否发生屈服应力变形和破坏,当Von Mises应力等于或大于管道材料的屈服应力 σs时,管道发生屈服变形破坏,如式( 13) :
式中,σvms为Von Mises应力,MPa; σ1,σ2,… ,σn为模拟管道内任意点的3个主应力,MPa。
2数值模拟及结果分析
根据工程设计参数[5],管道材料为X - 80钢, 模拟管径800mm,壁厚15mm,管道弹性模量2. 3 × 105MPa,泊松比0. 3; 管道自重为4223N / m,地面距管道中心埋深为2. 5m,内压为10MPa; 假设土体为弹性体,弹性模量为30MPa,土壤重量为25145N/m, 泊松比为0. 25。
由图4可观察出,当埋地水平管段的上方土体发生沉降时,对于跨越结构当中的斜管段应力影响较为明显,从图中可知斜管段的两端出现应力集中现象,下面对斜管段的应力变化情况进行具体的分析。
分析如图2土体沉降情况,研究沿岸土体沉降范围与跨越结构角度的关系,斜管段的角度分别选取30°、40°、50°和60°,发生沉降的范围L分别为5m、10 m、15m和20m。通过模拟计算最大Von Mises应力数值如表1所示。
由表1可看出,在斜管段角度相同的条件下,管道的最大Von Mises应力随着沉降范围的增加而增大; 在土体沉降范围一定的情况下,管道内的最大Von Mises应力随着斜管段角度的增加而增大。
以沉降长度为10m的情况为例进行详细分析, 图5是斜管段管道的Von Mises应力随着沉降长度变化的曲线关系。图中管道长度为零的坐标处为斜管段低端弯管处,管道长度为10m的坐标处为斜管段顶端弯管处,θ 为斜管段与水平方向的夹角。
从图5和表1可知,当土体沉降长度为10m,斜管段角度为30°、40°和50°时,跨越管段的最大应力值分别为223 MPa 、295 MPa和421 MPa,并未达到管道的屈服应力480 MPa; 当斜管段角度达到60° 时,斜管段的底部弯管与顶部弯管的Von Mises应力值分别为523 MPa和520 MPa,均超过了X - 80钢的屈服应力480MPa,说明此时局部管段已发生塑性变形[8]。
由表1可知,当土体沉降长度为15m时,斜管段角度大于50°时,斜管道内产生的应力均大于其屈服应力值,即均发生塑性变形。如果逐渐缩短沉降长度,则管道内应力值将减小,当沉降长度减小到10m时,应力值小于管道的屈服应力值,继续增加斜管段角度,当角度大于50°时,管道再次发生塑性变形。因此,可得出结论,对于任意角度斜管段,总能计算出去定的沉降长度,可以满足跨越管段不发生塑性变形。
以斜管段角度为50°为例,建立有限元力学模型,通过计算,可得出斜管段内部最大Von Mises应力值随沉降长度的变化关系曲线如图6所示。
由图6可知,由于管道受到土体自重、管道自重、管道与土壤间的摩擦力以及管道的内压力等综合的作用,使得管道的受力与土体沉降长度呈非线性关系。图中A点为管道的屈服应力点,当沉降长度为13. 6m时,管道开始出现塑性变形。取安全系数为1. 25,则则设计的安全沉降长度为10. 9m,此时的Von Mises应力值为455MPa,即图中的B点。
图6 管道内 Von Mises 应力值随沉降( 斜管段角度为 50°) Fig.6 Von Mises stresses curves of pipeline varied with the length of settlement ( the angle of oblique pipeline is 50°)
3结论
1) 沿河土体发生沉降时,对跨越结构中的斜管段应力影响较大,且斜管段两端为应力集中区; 跨越结构中最大Von Mises应力值随着土体沉降范围和斜管段角度的增加而增大。
2) 当跨越结构中斜管段的角度确定后,便可通过计算求解出相应的安全沉降长度; 当斜管段角度为50°时,其沉降长度应控制在13. 6m以内,可以保证跨越结构中不发生塑性变形。
3) 在跨越结构中斜管段角度确定的条件下,发生沉降土体的位置与河岸之间存在某一安全距离, 使得沉降的发生不会对跨越结构造成应力影响; 当斜管段角度为50°时,12m为该工况下的安全距离。
4) 沿河土体沉降的发生对管道跨越结构的应力影响较大,因此在铺设管道时,应注意易发生沉降区域回填土地基的回填质量,并对该区域加强质量监控,对出现的问题及时采取措施。
摘要：为了更好地保障长输管道的安全稳定运行,针对长输管道当中的跨越结构进行了应力分析与计算。基于管道跨越结构其结构的特殊性,极容易受到断层、土体塌陷等地质灾害的影响。因此建立了跨越段埋地管道与土壤相互作用的有限元力学模型,分析了30°、40°、50°、60°跨越结构和不同范围土体发生沉降时,管道的应力变化情况。结果显示,当跨越结构中斜管段的角度确定后,便可计算出相应的安全沉降长度;当斜管段角度为50°时,沉降长度控制在13.6m以内,可保证跨越结构不发生塑性变形。通过研究为管道跨越段的安全设计提供了理论依据,该方法可应用在类似的管道跨越结构的应力设计当中。
管道沉降 篇4
因建筑大开挖后回填大量建筑垃圾, 导致回填土密实度不够, 分层夯实不过关而出现地基沉降使燃气管道受到损害, 这类事故大多出现在楼前燃气管道的引入管部位, 地基出现不均匀沉降处及接口部位。秦皇岛某住宅小区低压燃气管道因地基沉降而产生多处泄漏。
1 工程概况
秦皇岛某住宅小区, 规划住宅楼67栋, 12000余户, 2006年开工, 由几个房地产公司分多期开发建设, 有6F+1、十几层的小高层和三十几层的高层住宅楼, 2010大部分楼房建成并投入使用, 其配套的燃气工程为秦皇岛市燃气总公司承建并经营, 气源为石油天然气, 中压管道引进小区, 经调压站降压后低压管道入户, 室内安装立管和燃气表。中压管道设计压力为0.4MPa, 低压管道设计压力为0.003M Pa。
2 沉降损害情况
根据现场调查, 部分多层和高层建筑桩基处理不过关, 地基沉降损害相当严重, 目前已下降4-14cm, 从散水与建筑物连接部位测量它的沉降量约为4-10cm, 散水与建筑物水平位移约2-3cm, 部分出地引入管接口处脱落后下降4-10cm左右, 由于这种上下左右各个方向的位移变化而造成引入管地上部分发生严重变形弯曲, 螺纹接头多处泄漏, 大致分布在丝扣法兰、三通、丝堵、油任、球阀等管件的丝扣连结部位, 金属软管和丝扣法兰的连接处。
由地基沉降引发的位移主要破坏引入管地上部分、管架、阀门、金属软管等部位。因沉降幅度较大, 管道的塑性变形和金属软管的有效补偿量无法保证沉降发生的位移不会破坏管道。沉降产生的拉力先将引入管地上部分的固定管架拉脱离墙使得立管在此处受力变形, 接着将引入管向下方拉, 因低压管道穿墙入户处的限制导致引入管不能与地下管发生同步位移, 在金属软管的有效补偿量用完后, 拉伸应力就作用在引入管上所有丝扣连接处, 当地基沉降达到一定程度时, 量变引起质变, 丝扣被破坏, 接口出现破损。
3 工程治理及对策
3.1 引入管穿过散水地面时采用套管式固定管架, 防止混凝土与管道固结, 阻碍管道位移。
3.2 引入管地上部分的固定管架应拆除或采用套管式固定管
架, 即可避免管道在此处产生应力集中, 阻止管道的下降, 又可保持管道在施工时的垂直度。
3.3 多层或高层的引入管与穿墙入户管之间, 应在水平方向采用金属软管连接。
金属软管的可拉伸量应尽量满足沉降的最大位移。在不可预测楼栋的地基沉降量时, 可在安装引入管时, 有意识的让引入管接口处水平方向高于穿墙入户管接口处一部分, 为即将到来的地基沉降做准备。
3.4 在满足规范的前提下楼前管道采用浅埋, 减小地基对管道的压力。
3.5 选用塑性较好的材料 (考虑材料的屈服极限) 。
对于钢管和PE管来说主要的破坏点都集中在接口点和端部固定点, 但是钢管和PE管其接头都有较好的延伸性和接头偏转角, 基本上可以根据其材料的屈服极限来确定。
3.6 利用管道自身弯曲, 增加弯曲半径, 减少弯头的使用量。
3.7 庭院管道尽量采用树技状连接, 相对缩减庭院管道的长度,
减少接口。
3.8 尽量减少与建筑物垂直靠近的楼前引入管道数量, 利用建筑物外墙架空铺设。
对垂直于建筑物外墙的地下引入管也难保证与其它地下管线的安全距离。根据《城市居住区规划设计规范》相关条例的要求:在非采暖区域六种基本管线在保证最小安全水平间距的前提下, 它们在建筑物楼前的最小极限宽度约为10米。在目前的建筑设计中住宅的厨房与厕所都是一墙之隔, 在相对应的室外地坪处必定会有给水、排水等地下管道和给水阀门井、排水井等设施, 如果厨房位于楼梯间旁, 那么地下必定还有强弱电管线和电力、网通、电信等管线井, 各种地下管线都要聚集在这一隅之地, 然后进入建筑物, 实际上是很难满足《城镇燃气设计规范》和《城镇居住区规划设计规范》中相关要求的安全净距。再加上建筑物配套的各专业管线设计人员相互之间缺乏联系, 开发商统筹规划和实际协调执行能力差以及各专业施工队施工随意、不规范, 造成地下管线在楼前入户处相当混乱, 无法保障燃气管道与其它专业管道的安全净离。所以应尽量减少楼前引入管的数量, 避免有可能出现的因各种情况导致的管道损坏。
3.9 应根据当地的地容地貌环境对地下燃气管道进行抗震和抗沉降设计。
(1) 秦皇岛市地质地震环境
秦皇岛市位于华北平原地震带的宁河—滦县地震构造小区的东部边缘, 濒邻唐山老震区。历史上就是个地震多发区。秦皇岛抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度值为0.1g。
(2) 地震对地下管道的损害特征
地下管道的破坏率基本上随着地震烈度 (地震加速度幅度) 的增高而增大。一般情况下, 地下管道平均破坏率在坚硬场地较小, 在柔软场地最重。不均匀场地中的管道, 其灾损率明显高于均匀场地。
(3) 地基沉降和地震的关系
本文所说的地基沉降是指长时间的地基固结压密过程, 而由地震引发的地基沉降是一个短时间的团结压密过程, 其作用结果都会导致地基坍塌下沉, 地面和地下的设施损坏。地震波的出现也会导致现有地基进一步沉降, 再次破坏燃气管道, 造成难以计算的后果。
(4) 地震对地下燃气管道的损害
地震对燃气设施的破坏形式主要体现在地震波的行进和地表变形, 前者包括对燃气管道的压缩、拉伸等变形, 对土壤的应变, 引起的土壤液化、管道内部流体冲击压力破坏等;后者包括断层错动、地表塌陷和变形, 以及由其引起的建筑物和构筑物的破坏或倒塌, 地面破坏 (如地裂缝) , 山体等自然物的破坏 (如山崩) , 水体的振荡 (如海啸、湖震) 等, 从而严重损坏燃气设施。燃气设施一旦遭破坏导致燃气泄漏, 极易引起火灾、中毒等次生灾害。
4 结束语
本文所说的地基沉降是指建筑物室外地面的沉降。一般来说建筑物都要做地基处理, 认为在建筑物的施工过程中沉降已基本完成, 建筑物主体竣工后的沉降即使有也是微量的, 可以忽略不计的。地基沉降对燃气管道和配套设施的损害时有发生, 该小区部分高层住宅楼体地基的沉降为研究建筑大开挖后不正当回填和夯实沙土对燃气管道的损坏提供了一个典型的案例, 同时也提醒我们应采取各种有效措施预防或减少地基沉降和地震对燃气设施的损害, 以确保其安全正常运行。
参考文献
输油管道的漂管沉降施工技术 篇5
1 漂管沉降的施工方法
1.1 管道就位方式的选择。
根据浮管就位方式的不同, 漂管沉降可分为直线漂管沉降、旋转漂管沉降和起重漂管沉降三类。一般来说, 如果河岸预制场地宽阔, 宜采用直线漂管沉降。如果垂直于河岸的施工场地小于河面宽度, 一般采用旋转漂管沉降。起重漂管沉降则是采用岸上水面共同使用起重机械, 将预制好的管段直接由岸上吊至水面相应位置。
1.2 管道发送方式的选择。
在直线漂管过程中, 在管线预制侧的岸上必须设有管线的发送装置, 这样既减少牵引管线所需的牵引力, 又减少管线移动时防腐层的损伤。一般来讲, 对于河两岸地势比较平坦, 与河面相对高差小且水面低于堤外自然地面的情况, 宜采用水力发送沟发送。发送沟施工工序简单, 工期短, 土方量小, 造价低, 对管线损伤小, 是最简单可靠的发送方法。
1.3 水下开挖施工工序。
首先, 使用挖泥船或水下挖掘机进行水下管沟开挖, 当遇到岩石地质时, 应进行水下爆破成沟。在管沟开挖的同时, 在岸上进行管段的预制、探伤、防腐、打压。当水下管沟符合设计要求后, 将预制好的管段两端密封, 牵引到水中管沟的上方, 使其漂浮在水面上, 稳管, 然后向管内注水, 使其缓慢沉入水中, 落在管沟内。在压平衡重块后, 进行管沟的回填及地貌的恢复。最后在两岸外侧进行管道的连头。
在漂管沉降施工中, 由于稳管、沉管对于管位的要求较高, 考虑到水流的冲击对管位、管道的安全都有较大的影响, 所以漂管沉降施工通常适用于湖泊、水塘、水库等静止水域, 或者水流速度低于0.2m/s的河流。要让封闭的管道漂浮在水面上其外径和壁厚的关系应满足以下公式:
D-钢管外径 (mm) ;d-钢管壁厚 (mm) 。
对于不能满足公式 (1) 要求的钢管, 如果要进行漂管沉降施工, 应考虑采用浮筒。经验上, 一般外径小于壁厚40倍以上的钢管, 都应当考虑浮拖的方法。
1.4 平衡压重块的设计。
对于输油气管道, 在漂管施工时都应考虑沉管后管道的固定, 尤其穿越长度过大时, 由于在水下, 当在空管状态时, 特别是水下泥土液化时管道的浮力对管道的安全运行产生极大影响, 为消除这一隐患, 对于漂管沉降施工来讲, 平衡压重块的作用显得特别重要。经验上讲平衡压重块的重量应满足下列公式
M-平均每米管线上的压重块重量 (kg) ;D-管线的外径 (m) ;d-管线的壁厚 (m) ;
平衡压重块通常为钢筋水泥现浇而成, 从甬沪宁管道和临济管道施工的实际经验来看, 压重块的设计应注意以下几个问题。 (1) 压重块的重心尽可能降低, 增强其稳定性; (2) 压重块应设计成圆弧形, 减小水流对其影响; (3) 压重块内层应有保护材料, 防止刮伤防腐层。
2 漂管沉降施工的优越性
漂管沉降施工具有工期短和施工成本相对较低两大优势。
以甬沪宁Ⅲ标段的皇姑塘穿越和Ⅴ标段的西塘漾穿越及临济管道的徒玛河穿越为例, Ⅲ标段的皇姑塘水面宽45m, 水平均深度为2m, 穿越长度75m, 管道为Φ762×11.1和Φ711×10.3两条管线, 原设计为顶管施工, 但因顶管工期太长 (预计约2~3个月) , 影响预定的分段投产日期。后改为漂管沉降施工, 从进场到施工结束仅仅1个月的时间, 这一成功范例在后续标段的施工被项目部广泛推广。
Ⅴ标段的西塘漾水面宽度500m, 平均水深2.3m, 设计为围堰开挖穿越, 如果两侧各打500m围堰, 预计需要土石方约20000立方米, 围堰工期约1~1.5个月, 而且会造成水源污染。
临济管道的徒玛河穿越地点地形复杂, 为横“V”字形, 需要穿越两条河道, 宽度约250m, 水深2.0m, 原设计为围堰开挖穿越, 但是如果两侧各打250m围堰, 预计需要土石方约一万余立方米, 而且地质条件较差, 施工周期长, 围堰工期约1~1.5个月。
表1是穿越西塘漾四个施工方案的对比。
从表1可以看出:漂管沉降穿越方案具有明显优势。最后实践证明采用漂管沉降方案, 仅用了20天的时间就成功地穿越了西塘漾。
3 相关规范的探讨
相对其它穿越施工方法而言, 漂管沉降施工方法较新, 相关规范中涉及不多, 只有SY/T4079-95《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》中4.3“漂管过江”中有简单的描述, 现引用如下: (1) 管线穿越湖泊水库和水流速度在0.2米/秒以下的河流时, 可采用漂管过江, 即将管线组装焊接好以后, 沿水面漂浮拖至对岸, 然后在沉入河底中心线或管沟内。 (2) 漂管过江, 可根据施工现场的具体条件选择直线漂管过江或旋转漂管过江方式。 (3) 在漂管过江时, 为确保管线安全应注意以下事项:a.在管线漂管过江时, 应采取有效措施防止管线被水流冲击发生过大的弯曲变形;b.管线是通过向管内充水是管重增加而下沉的, 为避免管线下沉时应力过大, 充水应缓慢进行。
从上述规范中不难看出:规范对漂管沉降涉及内容相对简单, 笔者认为以上规范中存在下列不足之处: (1) 施工范围不够广阔, 局限于湖泊、水库及低水流河道, 实际上在一些中水流河道的穿越中也可采用此方法。 (2) 漂管沉降施工中管道发送方式仅局限于直线和旋转, 而在实际的施工中方法很多, 比如:皇姑塘的起重漂管沉降;嘉善塘的斜进水, 正就位;劳丰村河的一头沉漂弯管;西塘漾的弧形发送等都是根据现场不同的环境条件, 创造性的采用了多种方法, 实现了漂管穿越。 (3) 规范中没有涉及管道发送及压重块的问题, 本文已有阐述。
结束语
漂管沉降的施工方法现已经是一种较成熟的方法, 并且在工程建设中逐渐得到广泛的应用, 它具有动用机械少、安全程度高、成本低、施工周期短等优点, 是一种在长输管道建设中很值得推广的施工技术。随着这一方法的推广应用, 相信相应的规范会逐渐得到完善。
摘要：结合甬沪宁、临济管道工程建设实际, 介绍了输油管道漂管沉降的施工方法, 分析了该方法的适用范围, 并探讨了漂管沉降施工的一些相关规范。对比其它输油管道施工中的穿越方案, 分别从工程进度和工程成本两个方面阐述了漂管沉降施工的优越性。
关键词：漂管沉降,施工方法,规范
参考文献
[1]SY0470-2000石油天然气管道跨越工程施工及验收规范[S].
[2]SY/T4079-95石油天然气管道跨越工程施工及验收规范[S].
管道沉降 篇6
1 建筑软土地基的沉降对燃气管道的影响
1.1 软土地基概述
软土实际上就是指强度低、压缩性较高的软弱土层, 大多分布在沼泽化湿地地带[2]。由于软土地基强度低、压缩性高的特点, 在施工的过程中, 往往会给工程带来种种麻烦, 不同地方软土的厚度不同, 对工程的影响程度也会不同。软土地基的沉降包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。如果在施工的过程中没有对软土地基进行适当的处理, 会给工程的投入以及使用带来极大的隐患[3]。
1.2 软土地基不均匀沉降的几种情况
1) 高层建筑的地址沉降。高层建筑的主体由于在前期对软土地基进行了严格的基本处理, 因此, 高层建筑地基的沉降量相对较少, 但对于房屋周围的地方来说, 没有对回填土进行地基处理亦或是处理的不好, 就会出现房屋周围软土地基的沉降量大过高层建筑主体的沉降量的现象。随着房屋周边软土地基的沉降, 位于地下的燃气管道也会随之一起下沉, 而位于地面之上的燃气管道仍然被固定在墙体上, 连接埋地管以及地立管处受力增加, 就会导致连接处松动或者是焊接的部分被拉开[4]。
2) 市政道路整体沉降。首先, 由于周边的建筑工程进行地下抽水, 其横向拉力发生变化;其次, 在施工前期对软土地基的处理不到位, 地基的承载能力低下;再加上马路作为车流量最高的地方, 各种重型车进行长期的碾压, 整个道路就会出现整体的沉降。在目前现有的市政道路的检测情况来看, 不管是水泥混凝土路面还是沥青路面, 其在软土地上的路基都会出现多多少少的沉降变形, 沉降普遍处在5~20 cm, 在这种情况下, 就会导致路面出现板块错位、板面凹陷、接缝处开裂等情况。这种情况的发生就会严重影响路面的使用情况, 特别是会严重影响到低下燃气管网所承受的力, 从而对燃气管道造成损害。
3) 地震等自然灾害也会影响地基的沉降情况。地震是无可避免的自然灾害, 在地震的过程中, 地基发生短时间的压密作用, 地震时所产生的震动在很大程度上都会引起地基发生塌陷, 特别是在软土地基上的作用力更为明显, 经常会引起地下的设备仪器等发生损坏, 如果是在已经出现地基下沉的建筑物中, 这种作用力更加明显。通俗一点说, 地震之所以会引起房屋晃动, 本质原因是地基本身在动, 从而带动地面上部的物体发生晃动。根据《建筑抗震设计规范》中地震影响曲线, 软土地基受震动的影响更大, 也就是说, 对于同一物体来说, 位于软土地基的破坏更为严重。
2 软土地基不均匀沉降对燃气管道影响的对策
根据我国现行的关于沉降的标准, 结合河北承德当地各方面的自然因素, 并进行仔细的前期勘测, 明确当地软土地基的形成原因以及分布情况, 确定当地软土地基厚度、层次等各方面的物理性质, 再根据实际情况, 确定出一套科学有效的处理方案。
2.1 对软土地基的治理
在实际处理软土地基的过程中, 最主要的是根据建设工程项目的不同而选择不同的性质的治理方法, 而对于软土地基上已投入使用并且出现沉降的情况下, 治理方法要根据现场的实际情况, 采取科学可行的治理方法, 以防治理失败。具体的治理方法包括换填法、预压砂井法、强夯法、排水固结法、垫层法等, 根据不同情况, 选择相应的方法。同时, 软土地基的治理, 不论是民用、公用建筑, 还是公路, 其处理方法都要符合我国现行的有关沉降标准规定, 结合当地地形、地质、水文、气候、径流条件等自然环境条件, 进行细致的工程地质勘探。
2.2 燃气管道的治理
1) 燃气管道的设计。首先, 制造商在进行制造的时候, 要对选材进行严格把关, 对于埋地管来说, PE管就是一个很好的选择。在对燃气管道进行设计的时候, 就要对当地的自然环境进行仔细考察, 对燃气工程进行抗震抗沉降的设计。同时在管道燃气供气规划区内, 新建、改建、扩建的住宅小区一般应同时配套建设管道燃气设施, 并与建筑主体工程同时设计、同时施工、同时竣工验收。
2) 小区内改为架空管道。根据小区内建筑物的实际形态, 将燃气地立管道在墙体外绕行, 对于埋线管来说, 采用适当潜埋, 减小地基对管道的作用力。调压箱出口水平管加一金属软管, 以便最大限度接受地基沉降拉力, 尽可能减少弯头管道的使用。
3) 加强燃气管道的后期管理工作。在日常的巡查过程中, 检察员应该重点查看道路、桥梁及房屋周围有无出现裂缝或者出现不同程度的沉降, 若沉降量忽然增大, 要尽快找相关部门进行检查, 及时发现及时解决, 减少燃气事故的发生。
3 结束语
软土地基一般是淤泥和淤泥质土、泥炭土和沼泽土形成, 以及其他高压缩性饱和赫性土、粉土等组成, 其中淤泥和淤泥质土是软土的主要类型。软土的特性主要表现为天然含水率高, 在河北承德地区由于软土地基的不均匀沉降而引发燃气事故的事情时有发生。因此, 在进行燃气工程的同时, 应全方位考量, 尽可能减少软土地基的沉降对燃气管道的影响。在治理过程中, 最好的办法就是结合软土地基的治理, 同时制定出燃气管道的治理方法, 消除隐患, 确保群众的人身安全。
参考文献
[1]肖明.地基沉降对燃气管道的损害及对策[J].中国新技术新产品, 2009 (10) :45-46.
[2]高丽娥.城市基础建设中的燃气管道规划建设[J].中国高新技术企业, 2012 (16) :87-88.
[3]田洁, 王克成.框架结构和半无限地基系统的动力相互作用问题研究[J].西北建筑工程学院学报, 1999 (1) :52-53.
管道沉降 篇7
气溶胶颗粒是由固体颗粒、液体颗粒或液体及固体颗粒悬浮于气体介质中形成的均匀分散体系, 其自然沉降速度极小, 可长时间悬浮于空气中。空调系统风管内沉积灰尘不但会严重污染室内的空气, 而且会增加风管系统阻力, 使空调系统的风量下降。此外风管内空气的温度和湿度非常适宜细菌的生长和繁殖, 因此空调风管系统本身就可能是一个污染源[1]。研究表明, 由于设计不科学或运行维护管理不良, 通风空调系统不仅可能成为污染物传输的途径和动力来源, 本身还可能成为污染物发生源, 对室内空气品质造成极为不利影响。
1 选取模型
本文中数学模型的建立是以气体中粒子向竖直壁面的扩散沉降理论为基础。参照文献[2]建立数学模型。在空气流动的紊流充分发展段内, 从粒子的大小、风速和沉降表面的粗糙性对粒子沉降速度的影响着手, 为了较系统了解尘粒向底面的沉降速度Vf与风速 (雷诺数Re) 、粒径dv、表面粗糙度K之间的关系, 应用文献[2]中的数学模型选取断面为180mm×180mm方形镀锌钢制风管对不同风速 (u=1.8m/s、u=3.7m/s、u=5.5m/s、u=8.1m/s) 、不同粒径 (0.01、0.1、1、5、10、100μm) 、不同粗糙度 (K=0、0.18、0.32、0.65mm) 下的底面沉降速度进行计算。
2 计算结果分析
2.1 沉降速度与粒子粒径关系
从计算结果图2.1～图2.3可看出在风速不变情况下, 随着尘粒粒径增加, 尘粒的沉降速率在大体趋势上是相应增加的。赵菊恒[3]通过对二维通风管道进行模拟计算得出了相近的结论, 即随着粒径的增大, 尘粒受重力的影响越大, 沉降趋势越明显。但从图2.1～图2.3中也可看出尘粒粒径在0.01μm～1μm之间, 当管壁粗糙度不是很大的时候, 沉降速度有一个先减小后增大的趋势, 并且粒径在0.3附近, 沉降速度出现一个极小值点。这是因为当粒径较小时, 颗粒的布朗扩散作用和湍流扩散作用大于重力沉降作用和湍流泳作用;随着粒径的增大, 颗粒的重力沉降作用力和湍流泳作用力都增大, 因此当粒径足够大时, 重力沉降作用和湍流泳作用远远大于布朗扩散作用和湍流扩散作用, 对颗粒的沉降起主导作用。Qian Chen等[4]模拟计算了粒径范围0.01～100的轴对称湍流管道内的尘粒沉降, 结果表明随颗粒粒径的增加, 湍流扩散力和惯性力起支配作用, 沉降速率增大;随亚微米级颗粒粒径的减小, 在近壁处主要受布朗扩散力作用而沉降, 沉降速率增加。
2.2 沉降速度与风速关系
从图2.3～图2.4中可了解到, 当一定时, 随着风速的增大, 同一粒径的尘粒在管壁上的沉降速度都将平稳加快, 在相同送风速度下, 尘粒粒径越大, 其沉降速度越快。对于粒径大于l的粒子, 尘粒的沉降速度在对数坐标系中与风速几乎成线性递增关系;但对于粒径较小的尘粒沉降而言, 在风速达到5以前, 其沉降速度增大比较快, 当风速达到5后, 沉降速度又趋于平缓, 和粒径较大的颗粒基本上变化一致, 不同粒径的尘粒沉降速度几乎相同。对于尘粒的粒径大于l时, 随着风速的增加, 沉降速率增加非常平缓。李念平等[5]通过对通风管道中体积平均粒径为11.16的气溶胶粒子的研究得出结论:气溶胶颗粒的沉降速度随着风速的减小而减小, 与本文通过模拟计算得出的结论是一致的。
2.3 壁面粗糙度与沉降速度之间关系
由图2.1～2.2对比分析得出:壁面粗糙度对粒径小于10的粒子沉降速度影响明显;对粒径大于10影响变得不太明显, 但有一个共同的趋势就是粗糙度越大, 沉降速度越大;反之越小。粗糙表面上沉降比在光滑表面的沉降要高出两个数量级, Wells&Chamberlain (1967) [6]比较了扩散区及扩散碰撞区的粒子在水力光滑的黄铜表面和无量纲粗糙度的纤维表面的沉积, 结果显示在纤维表面的沉积速度高出黄铜表面3个数量级。
3 结论与展望
3.1 空调管道内随颗粒粒径的增加, 湍流扩散力和惯性力起支配作用, 沉降速率增大;随亚微米级颗粒粒径的减小, 在近壁处主要受布朗扩散力作用而沉降, 颗粒所受重力与流动方向一致时, 沉降速率增加。对于粒径大于l的粒子, 尘粒的沉降速度在对数坐标系中与风速几乎成线性递增关系;但对于粒径较小的尘粒沉降而言, 在风速达到5以前, 其沉降速度增大比较快, 当风速达到5后, 沉降速度又趋于平缓。壁面粗糙度对粒径小于10的粒子沉降速度影响明显;对粒径大于10影响变得不太明显, 但有一个共同的趋势就是粗糙度越大, 沉降速度越大;反之越小。
3.2 由于多相湍流的复杂性, 至今仍未能将解决多相流问题的方法、技术或理论完全统一起来, 没有形成以严格的数学理论为基础, 推导和构造出具有严密内在联系与不同适用范围的粒子运动行为体系。研究的新动向应是:建立统一的理论和应用技术体系方法, 深入研究不同环境中尘埃粒子的迁移和沉积规律, 是学科向纵深发展和相关环境技术进步的迫切要求。
摘要：研究气溶胶粒子在管道中的沉积规律, 对改善室内空气质量和病态建筑综合症有理论指导作用。本文主要对通风管道影响尘粒沉积的因素, 如尘粒粒径、送风风速和管壁粗糙度等进行了探讨。
关键词：气溶胶颗粒,空调管道,沉降速度
参考文献
[1]刘瑜.办公大楼内空气污染的对策以化学物质和微生物为中心.新日本空调 (株) 技术研究所, 2001.
[2]吴俊, 赵彬.通风管道内颗粒的沉降规律研究及应用.暖通空调[J].2008, 38 (4) :18-20.
[3]赵菊恒.尘粒在二维通道中输运特性的数值模拟[硕士学位论文][D].西安:西安建筑科技大学, 2005.
[4]Chen Qian, Ahmadi G.Deposition of particles in a turbulent pipe flow[J].J Aerosol Sci, 1997, 28 (8) :789-796.
[5]李念平, 张丽薇, 付峥嵘, 朱青松 (2006) .气溶胶颗粒在风管系统中沉降的实验研究.建筑热能通风空调, 第25卷第6期.
