CN108266572A - 埋地管道的抗震装置和抗震系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种埋地管道的抗震装置和抗震系统，装置包括：涵洞和滑动支撑结构。将涵洞扣置在管沟内形成空间结构，在形成的空间中设置滑动支撑结构，滑动支撑结构可沿垂直于埋地管道轴线方向一定范围内发生侧向滑动。当地震发生时，断层错动会使得周围土体产生较大的相对位移，在一定范围内，安置在滑动支撑结构上的埋地管道能够随着土体移动而产生侧向滑动。滑动支撑结构中还设置了具有较强弹性的弹簧结构，在地震波动效应下，埋地管道的变形能会被弹簧结构部分吸收。所以，本申请提供的方案，在一定范围内，可有效避免断层错动对埋地管道产生的侧向形变以及可减小地震波动效应对埋地管道的影响。
Description
技术领域
本申请涉及断层区埋地管道抗震领域，尤其涉及一种埋地管道的抗震装置和抗震系统。
背景技术
石油与天然气作为国家战略能源，在过去的几十年内需求量不断增加，促进了我国西气东输、川气东送、新粤浙等大型输气管道项目的不断建设，由于长距离管道不可避免地穿越地质灾害区，特别是地震断层区，而管道在地震作用下往往会产生大变形而失效，使得管道的抗震技术研究成为管道工程设计的重点问题之一。
地震作用下埋地管道被破坏的外部原因有两种：一种是场地破坏，即地面永久位移，一般由断层错动引起；另一种是地震波动效应，即由震源释放出来的地震波引起的地面运动。场地破坏的影响范围虽然有限，但是能在很小的范围内使地面产生较大的相对位移，使得埋地管道随周围土体一起运动,从而导致与地震断层区相交的埋地管道发生破裂、断裂而失效，危害性极大。地震波的传播范围很广，但同场地破坏相比其影响是较小的，若埋地管道处于极震区内，地震波对埋地管道的影响仍不可小觑。
目前，主要存在两类埋地管道抗震改进措施：即减小管-土相互作用和提高管道强度。在管-土相互作用中，多数做法是利用松砂土对管沟进行回填，松砂土能有效降低管-土之间的摩擦力，因此能大大降低断层作用下管道的应变值；另一种做法是利用土工布将断层区管道包裹起来，这种方法同样能降低土壤对管道的摩擦作用。在管道强度方面，使用高钢级管道，增加管道壁厚或在管道外壁包裹复合材料等均能有效提高管道的强度。以上做法均在一定程度上减小了断层对管道的破坏作用，属于抗震缓解措施。
然而，目前多数抗震方法仅针对于管道在地面永久位移下的破坏作用，并未考虑地震波动效应的影响，而地震波动效应在某些情况下的影响仍不可忽略，因此需发明一种既能抵抗地面永久位移，同时又能减小地震波动效应的抗震装置。
因此，如何减小地震产生的地震波和地面永久位移对管道的破坏，是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种埋地管道的抗震装置和抗震系统，用于减小地震产生的地震波和地面永久位移对管道的破坏。
第一方面，本申请实施例提供了一种埋地管道的抗震装置，包括：涵洞和滑动支撑结构；其中，
所述涵洞扣置在管沟内，形成用于容纳所述滑动支撑结构的空间；
所述滑动支撑结构可滑动地设置在所述空间内，所述滑动支撑结构用于放置埋地管道。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述滑动支撑结构，包括：管道支撑座、弹簧结构以及滑动底座；其中，
所述管道支撑座，用于放置所述埋地管道；
所述弹簧结构的两端分别连接所述管道支撑座和所述滑动底座，所述滑动底座可滑动地设置在所述空间内。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述弹簧的数量为多个，所述多个弹簧均匀分布地设置在所述管道支撑座和所述滑动底座之间。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述滑动底座的底部设置有滑轮，所述空间内放置有第一底板；
所述第一底板上设置有与所述滑轮匹配的滑轨，所述滑轮可滑动地设置在所述滑轨内，且所述滑轨与埋地管道垂直设置。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述滑轮的数量为多个，所述多个滑轮对称设置在所述滑动底座的底部。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述空间内放置有第二底板，所述滑动支撑结构可滑动地放置在所述第二底板上，所述第二底板由与所述滑动底座的摩擦系数小于预设阈值的材料制成。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述管道支撑座包括沿埋地管道方向设置的平面底座和设置在所述平面底座两侧的侧板；所述抗震装置还包括卡箍；
所述卡箍的两端分别连接至所述平面底座两侧的侧板，用于将埋地管道固定在所述管道支撑座内。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，所述侧板垂直设置于所述平面底座两侧。
结合第一方面至第一方面的第七种可能的实施方式中的任一装置，所述管沟与所述涵洞外壁之间填充有砂土。
第二方面，本申请实施例提供了一种埋地管道的抗震系统，包括多个如前所述的抗震装置；
在断层两侧的预设范围内设置所述多个抗震装置。
本申请提供的埋地管道的抗震装置和抗震系统，将涵洞扣置在管沟内形成空间结构，在形成的空间中设置滑动支撑结构，滑动支撑结构可沿垂直于埋地管道轴线方向一定范围内发生侧向滑动。当地震发生时，断层错动会使得周围土体产生较大的相对位移，在一定范围内，安置在滑动支撑结构上的埋地管道能够随着土体移动而侧向滑动。滑动支撑结构中还设置了具有较强弹性的弹簧结构，在地震波动效应下，埋地管道的变形能会被弹簧结构部分吸收。所以，本申请提供的埋地管道的抗震装置和抗震系统，在一定范围内，可有效避免断层错动对埋地管道产生的侧向形变以及减小地震波动效应对埋地管道的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的埋地管道的抗震装置的结构示意图；
图2为本申请又一实施例提供的埋地管道的抗震装置的结构示意图；
图3为本申请又一实施例提供的埋地管道的抗震装置的结构示意图；
图4为本申请又一实施例提供的埋地管道的抗震装置的结构示意图；
图5为本申请又一实施例提供的埋地管道的抗震装置的结构示意图。
附图标记：
101-涵洞； 102-滑动支撑结构； 103-管沟；
104-埋地管道； 105-滑轮； 106-第一底板；
107-第二底板； 1021-管道支撑座； 1022-弹簧结构；
1023-滑动底座； 1061-滑轨； 201-端盖；
202-螺丝帽； 203-螺母； 204-通孔；
205-轮轴； 501-平面底座； 502-侧板；
503-卡箍； 504-螺栓； A-空间。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了方便说明，放大或者缩小了不同层和区域的尺寸，所以图中所示大小和比例并不一定代表实际尺寸，也不反映尺寸的比例关系。
图1为本申请一实施例提供的埋地管道的抗震装置的示意图，如图1所示，该装置包括：涵洞101和滑动支撑结构102；其中，
涵洞101扣置在管沟103内，形成用于容纳滑动支撑结构的空间A；
滑动支撑结构102可滑动地设置在空间A内，滑动支撑结构102用于放置埋地管道104。
涵洞根据不同的标准，可以分为很多种。按建筑材料可分为砖涵、石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵；按照构造形式，涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵、箱涵。
优选的，在本实施例中，如图1所示，涵洞101由钢筋混凝土材料制成，其截面呈倒U型，将涵洞101扣置在管沟103内，涵洞101与管沟103内的土壤直接接触，因此涵洞101具有一定大小的空间A，该空间A截面的宽度可以设置为埋地管道外径D的5倍，高度设置为埋地管道外径D的2.5倍，长度设置为埋地管道外径D的4倍，也就是说涵洞101所形成的空间A，宽可以设置为5D，高度可设置为2.5D，长度可设置为4D，更值得一提的是，涵洞101的厚度可以为8厘米，上述涵洞101的尺寸可以根据实际应用设定，在此不做限定。
在涵洞101所形成的空间A内设置可滑动的滑动支撑结构102，用于放置埋地管道104，具体地，滑动支撑结构102可沿垂直于埋地管道104轴线的方向，在一定范围内进行侧向滑动，但限于涵洞101所形成的空间A内。实际应用中，当地震发生时，断层错动会使得周围土体产生较大的相对位移，在一定范围内，安置在滑动支撑结构102上的埋地管道104能够随着土体移动而进行相应地侧向滑动，也就是说，当地震断层两侧的土体发生相对位移时，埋地管道104会随着滑动支撑结构102发生相对于土体移动方向相反的侧向滑动，在滑动支撑结构102可滑动的范围内，埋地管道104不会产生侧向形变，从而可有效减小地震时断层错动对埋地管道的破坏。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，通过在涵洞101所形成的空间A内设置可滑动的滑动支撑结构102，使得埋地管道104能够在土体发生移动时相应地侧向滑动，在可滑动的范围内有效减小了管道产生侧向形变的可能，从而使管道得到了保护。
进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，滑动支撑结构102具体包括：管道支撑座1021、弹簧结构1022以及滑动底座1023；其中，
管道支撑座1021，用于放置埋地管道104；
弹簧结构1022的两端分别连接管道支撑座1021和滑动底座1023，滑动底座1023可滑动地设置在空间A内。
在本实施例中，在涵洞101所形成的空间A内设置可侧向滑动的滑动支撑结构102，滑动支撑结构102具体由管道支撑座1021、弹簧结构1022以及滑动底座1023组成，其中，管道支撑座1021用于固定放置埋地管道104，为了坚固耐用，优选的，管道支撑座1021可以由铸铁制成，其截面呈凹槽状，实际应用中其制作材料还可以采用例如钢材，截面形状也可以为半圆形，管道支撑座1021的制作材料和形状在此不做限定。
如图1所示，弹簧结构1022的两端分别连接管道支撑座1021和滑动底座1023，形成了滑动支撑结构102，弹簧可以为汽车用压缩弹簧，弹簧形状可以为直筒形、锥形及凸腰形，在此不做限定。在实际应用中，如图2所示，为保证连接的稳定性，弹簧结构1022两端均可设置端盖201，端盖201的中心设置有通孔，弹簧结构1022通过该通孔，采用螺钉将管道支撑座1021和滑动底座1023相连，并用螺丝帽202将各螺母203外端盖住。
滑动底座1023可滑动地设置在空间A内，具体的，在地震发生导致断层土体相对移动时，滑动底座1023不随滑动土体移动，相对于第一底板106产生相反方向的滑动，避免了土体移动导致埋地管道104产生变形。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，在涵洞101所形成的空间A内设置可侧向滑动的滑动支撑结构102，滑动支撑结构102具体由管道支撑座1021、弹簧结构1022以及滑动底座1023组成，当地震发生时，断层错动会使得周围土体产生较大的相对位移，在一定范围内，安置在滑动支撑结构102上的埋地管道104能够随着土体移动而侧向滑动。滑动支撑结构102中还设置了具有较强弹性的弹簧结构，在地震波动效应下，埋地管道104的变形能会被弹簧结构1022部分吸收，因此，在一定范围内，有效避免了断层错动对埋地管道产生的侧向形变以及减小了地震波动效应对埋地管道的影响。
进一步地，在上述实施例的基础上，弹簧结构1022的数量为多个，多个弹簧结构1022均匀分布地设置在管道支撑座1021和滑动底座1023之间。
在本实施例中，弹簧结构1022的数量为多个，且均匀分布地设置在管道支撑座1021和滑动底座1023之间。如图3所示，弹簧结构1022的数量为6个，可以排布为与管道轴向平行的3列，且每列设置有2个弹簧结构。还可以采用其他方式排布，在此不做限定。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，采用多个弹簧结构1022且均匀分布地设置在管道支撑座1021和滑动底座1023之间的方式，提高了滑动支撑结构102的稳定性和吸收地震波动对埋地管道104产生的变形能的能力。
在地震发生时，为了实现滑动底座可在底板上滑动的效果，滑动支撑结构102可以通过多种方式实现滑动。
在一种实施方式中，在前述任一实施例的基础上，如图1所示，滑动底座1023的底部设置有滑轮105，空间A内放置有第一底板106；
第一底板106上设置有与滑轮105匹配的滑轨1061，滑轮105可滑动地设置在滑轨1061内，且滑轨1061与埋地管道104的轴线垂直设置。
在本实施例中，在滑动底座1023的底部设置滑轮105，具体地，如图2所示，滑动底座1023为长方形底座，实际应用中，滑动底座1023可由钢板制成。滑动底座1023的长度方向与埋地管道104的轴向平行。优选的，滑动底座1023的长度为埋地管道104外径D的3倍，滑动底座1023的宽度设置为埋地管道104外径D的1.2倍，滑动底座1023的厚度可设置为10厘米。
在实际应用中，如图3结合图2所示，滑动底座1023还设置有通孔204，轮轴205通过通孔204穿过滑动底座1023，轮轴205的两端安装有滑轮105。可选的，轮轴205的方向与滑轨1061垂直。
在本实施例中，空间A内放置有第一底板106，第一底板106上设置有与滑轮105匹配的滑轨1061，滑轮105可滑动地设置在滑轨1061内，且滑轨1061与埋地管道104的轴线垂直设置。具体地，第一底板106为钢筋混凝土板，形状为长方形，设置其沿管道轴向的边长为埋地管道104外径D的4倍，另一边的长度设置为埋地管道104外径D的4.5倍，第一底板106的厚度可设置为8厘米，该第一底板106提供了滑动支撑结构102的滑动平台，且在其上表面设置有滑轨1061，滑轨1061与埋地管道104的轴线垂直设置，呈凹槽状，限制了滑轮105的运动方向。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，通过在滑动底座1023的底部设置滑轮105，在空间A内放置第一底板106，在第一底板106上设置与滑轮105匹配的滑轨1061，滑轮105可滑动地设置在滑轨1061内，且滑轨1061与埋地管道104的轴线垂直设置。因此，在滑轨1061范围内，安置在滑动支撑结构102上的埋地管道104能够随着土体移动而侧向滑动，有效避免了断层错动对埋地管道产生的侧向形变。
进一步地，在上述实施例的基础上，滑轮105的数量为多个，多个滑轮105对称设置在滑动底座1023的底部。
在本实施例中，滑轮105的数量为多个，多个滑轮105对称设置在滑动底座1023的底部，具体地，如图3所示，在滑动底座1023下方垂直滑轨1061方向，间隔一定距离设置两个通孔204，分别将两根轮轴205穿过通孔204，并将四个滑轮105连接起来，组成设置有四个滑轮105的滑动底座1023。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，通过对称设置多个滑轮105，使得滑动底座1023在滑轨1061中滑动更加灵活，提高了滑动底座1023的灵活性，从而提高了整个抗震装置对管道的保护作用。
同样为了实现滑动底座可在底板上滑动的效果，在另一种可能的实施方式中，可选地，在任一实施例的基础上，如图4所示，前述的空间A内放置有第二底板107，滑动支撑结构102可滑动地放置在第二底板107上，第二底板107由与滑动底座1023的摩擦系数小于预设阈值的材料制成。
在本实施例中，空间A内放置有第二底板107，滑动支撑结构102可滑动地放置在第二底板107上，第二底板107由与滑动底座1023的摩擦系数小于预设阈值的材料制成。具体地，滑动支撑结构102直接放置在第二底板107上，接触面积大，使得滑动支撑结构102放置的更平稳，为了滑动支撑结构102在第二底板107上可滑动，第二底板107由与滑动底座1023的摩擦系数小于预设阈值的材料制成，例如，可将第二底板107的上表面预制成较光滑的平面，与滑动底座1023的摩擦系数小于预设阈值，当地震发生时，滑动底座1023的受力超过预设值后就会产生相应滑动，使得埋地管道104与地面产生相对滑动，避免了埋地管道104的变形。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，通过滑动支撑结构102可滑动地放置在第二底板107上，并且第二底板107由与滑动底座1023的摩擦系数小于预设阈值的材料制成，提高了滑动底座1023的稳定性，从而提高了整个抗震装置的可靠性。
进一步地，在上述任一实施例的基础上，如图5所示，管道支撑座1021包括沿埋地管道方向设置的平面底座501和设置在平面底座501两侧的侧板502；上述抗震装置还包括卡箍503；
卡箍503的两端分别连接至平面底座501两侧的侧板502，用于将埋地管道104固定在管道支撑座1021内。
在本实施例中，管道支撑座1021包括沿埋地管道的轴线方向设置的平面底座501和设置在平面底座501两侧的侧板502，可选地，侧板502垂直设置于平面底座501两侧，整个管道支撑座1021呈凹槽状。实际应用中，管道支撑座1021的平面底座501可设置为长方形，平面底座501的长度方向与埋地管道104的轴向平行。优选的，平面底座501的长度为埋地管道104外径D的3倍，平面底座501的宽度为埋地管道104外径D的1.2倍，厚度可设置为5厘米，相应的，管道支撑座1021的侧板502的高度可设置为埋地管道104外径D的0.5倍，厚度同样可设置为5厘米。
本实施例中的抗震装置还包括卡箍503，卡箍503的两端分别连接至平面底座501两侧的侧板502，用于将埋地管道104固定在管道支撑座1021内，具体地，在埋地管道104上部设置半圆形卡箍503，也就是说，卡箍503将埋地管道104限制在管道支撑座1021中，但不约束管道的轴向移动，卡箍503的两端分别连接至平面底座501两侧的侧板502的中心点，实际应用中，如图5所示，可利用螺栓504将卡箍503的两端固定连接至侧板502的中心点处。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，通过使用卡箍503将埋地管道104固定在管道支撑座1021内，在地震发生时，确保了埋地管道104不会脱离滑动支撑座102而导致抗震装置失效。
进一步地，在上述任一实施例的基础上，管沟103与涵洞101外壁之间填充有砂土。
在本实施例中，管沟103与涵洞101外壁之间填充有砂土，具体地，在抗震装置安装完毕之后，对管沟103与涵洞101外壁之间的空隙用砂土填充，砂土对涵洞101的摩擦系数比较小，地震发生时，当土体移动对涵洞101产生作用时可以起到一定的缓冲作用。
本实施例提供的埋地管道的抗震装置，通过在管沟103与涵洞101外壁之间填充砂土，地震发生时，砂土可以起到一定的缓冲作用，从而对埋地管道提供了保护。
本申请实施例二还提供了一种埋地管道的抗震系统，包括多个如实施例一提供的抗震装置；
在断层两侧的预设范围内设置多个上述抗震装置。
在本实施例中，在断层两侧的预设范围内设置多个上述抗震装置。例如，埋地管道104的外径为D，则设置预设范围的长度为50D，也就是说，在断层两侧各50D，共计长度100D的范围内设置上述防护装置，各防护装置的间隔距离为20厘米。在实际应用中，为了能对穿越断层面的埋地管道进行有效保护，优选的，本申请实施例在断层面两侧各50D，共计长度100D的范围内设置了多个防护装置，各防护装置间隔距离设定为20厘米，由于地震发生时，断层范围内的土体活动使得当中的涵洞也会随着一起移动，20厘米的间隔距离可以防止各涵洞之间相互挤压，避免影响抗震装置的使用效果。因此，在断层两侧100D的范围设置埋地管道的抗震装置，最大范围地保护了埋地管道，同时抗震装置设置的数量适中，从而利于施工，节省了人力物力。
本实施例提供的埋地管道的抗震系统，通过在断层两侧各50D，共计长度100D的范围内设置上述抗震装置，各抗震装置间隔20厘米的距离，既防止了各涵洞之间在地震发生时相互挤压，又最大范围地保护了埋地管道，有效避免了断层错动对埋地管道产生的侧向形变。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种埋地管道的抗震装置，其特征在于，包括：涵洞和滑动支撑结构；其中，
所述涵洞扣置在管沟内，形成用于容纳所述滑动支撑结构的空间；
所述滑动支撑结构可滑动地设置在所述空间内，所述滑动支撑结构用于放置埋地管道。
2.根据权利要求1所述的抗震装置，其特征在于，所述滑动支撑结构，包括：管道支撑座、弹簧结构以及滑动底座；其中，
所述管道支撑座，用于放置所述埋地管道；
所述弹簧结构的两端分别连接所述管道支撑座和所述滑动底座，所述滑动底座可滑动地设置在所述空间内。
3.根据权利要求2所述的抗震装置，其特征在于，所述弹簧结构的数量为多个，所述多个弹簧结构均匀分布地设置在所述管道支撑座和所述滑动底座之间。
4.根据权利要求2所述的抗震装置，其特征在于，所述滑动底座的底部设置有滑轮，所述空间内放置有第一底板；
所述第一底板上设置有与所述滑轮匹配的滑轨，所述滑轮可滑动地设置在所述滑轨内，且所述滑轨与埋地管道垂直设置。
5.根据权利要求4所述的抗震装置，其特征在于，所述滑轮的数量为多个，所述多个滑轮对称设置在所述滑动底座的底部。
6.根据权利要求2所述的抗震装置，其特征在于，所述空间内放置有第二底板，所述滑动支撑结构可滑动地放置在所述第二底板上，所述第二底板由与所述滑动底座的摩擦系数小于预设阈值的材料制成。
7.根据权利要求2所述的抗震装置，其特征在于，所述管道支撑座包括沿埋地管道方向设置的平面底座和设置在所述平面底座两侧的侧板；所述抗震装置还包括卡箍；
所述卡箍的两端分别连接至所述平面底座两侧的侧板，用于将埋地管道固定在所述管道支撑座内。
8.根据权利要求7所述的抗震装置，其特征在于，所述侧板垂直设置于所述平面底座两侧。
9.根据权利要求1-8中任一所述的抗震装置，其特征在于，所述管沟与所述涵洞外壁之间填充有砂土。
10.一种埋地管道的抗震系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-9中任一项所述的抗震装置；
在断层两侧的预设范围内设置所述多个抗震装置。
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| CN201810163133.9A CN108266572A (zh) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | 埋地管道的抗震装置和抗震系统 |
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- 2018-02-26 CN CN201810163133.9A patent/CN108266572A/zh active Pending
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