CN114440002A - 一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构及方法，属于管道敷设领域。该敷设结构包括管沟、土工合成泡沫层和覆盖层；管沟为长条形的凹槽，管沟的顶部具有开口，开口为长条形，且沿管沟的长度方向延伸；土工合成泡沫层填充在管沟内，土工合成泡沫层内具有长条形的空腔，空腔沿管沟的长度方向延伸，空腔用于敷设油气管道；覆盖层填充在开口处，以封盖开口。本公开可以有效地缓解油气管道受到走滑断层的影响。

Description

一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构及方法

技术领域

本公开属于管道敷设领域，特别涉及一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构及方法。

背景技术

我国的地震活动范围十分广泛，在地震活动范围中，两部分地壳板块之间挤压会形成断裂面，进一步地沿该断裂面发生相对运动，从而形成活动断层。走滑断层(又称平移断层)是一种活动断层的类型，其特点是地壳板块之间沿着断裂面作水平运动。

在敷设油气管道的过程中，由于其属于线性工程，且受限于地域条件，所以导致敷设路线大概率会穿过地震活动范围，而位于地震活动范围内的油气管道，将会受到活动断层的影响。针对走滑断层来说，沿断裂面作水平移动的地壳板块将对油气管道施加轴向的作用力，即在轴向上拉伸或者压缩油气管道，导致油气管道存在断裂的安全隐患。为了解决这一问题，相关技术中通常会增大油气管道的管壁厚度，以此来提高油气管道的结构强度。

然而，若仅增大油气管道的管壁厚度，只能对程度较轻的走滑断层有效，而对于程度较大的走滑断层，效果则十分有限。

发明内容

本公开实施例提供了一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构及方法，可以有效的缓解油气管道受到走滑断层的影响。所述技术方案如下：

一方面，本公开实施例提供了一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构，包括管沟、土工合成泡沫层和覆盖层；

所述管沟为长条形的凹槽，所述管沟的顶部具有开口，所述开口为长条形，且沿所述管沟的长度方向延伸；

所述土工合成泡沫层填充在所述管沟内，所述土工合成泡沫层内具有长条形的空腔，所述空腔沿所述管沟的长度方向延伸，所述空腔用于容置油气管道；

所述覆盖层填充在所述开口处，以封盖所述开口。

在本公开的一种实现方式中，所述土工合成泡沫层为硬质泡沫塑料、泡沫混凝土或多孔混凝土中的任意一种。

在本公开的另一种实现方式中，所述覆盖层为碎石土。

在本公开的又一种实现方式中，所述覆盖层在垂直于水平面方向上的厚度为20cm-40cm。

在本公开的又一种实现方式中，所述敷设结构还包括隔离层，所述隔离层夹设在所述土工合成泡沫层的外壁和所述管沟的内壁之间。

在本公开的又一种实现方式中，所述隔离层为双层土工织布。

另一方面，本公开实施例提供了一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设方法，所述敷设方法适用于前文所述的敷设结构，所述敷设方法包括：

根据所述油气管道的敷设路线，在地面开挖所述管沟；

在所述管沟内填充一部分所述土工合成泡沫层；

将所述油气管道放置在所述管沟内；

在所述管沟内填充另外一部分所述土工合成泡沫层，使得所述油气管道位于所述土工合成泡沫层构成的所述空腔内；

将所述覆盖层填充在所述开口处，以封盖所述开口。

进一步地，根据所述油气管道的敷设路线，根据所述油气管道的敷设路线，在地面开挖所述管沟之后，所述敷设方法还包括：

在所述管沟的内壁上贴设隔离层，所述隔离层为双层土工织布。

进一步地，在所述管沟内填充一部分所述土工合成泡沫层之前，所述敷设方法还包括：

确定所述敷设路线所经过的走滑断层的位移错动量；

根据所述位移错动量，确定所述土工合成泡沫层的材料密度和强度。

进一步地，将所述覆盖层填充在所述开口处，以封盖所述开口，包括：

在垂直于水平面的方向上，填充20cm-40cm的所述覆盖层。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过本公开实施例提供的敷设结构来敷设油气管道时，由于油气管道容置在空腔内，所以油气管道的四周将包裹着土工合成泡沫层。又因为土工合成泡沫层相较于土壤来说较轻，所以其对于油气管道所施加的垂直于水平面方向的上覆应力较小，从而减轻了其与油气管道之间的轴向摩擦力，进而较小了其对油气管道所施加的约束力。如此一来，走滑断层对油气管道所施加的作用力就不会全部直接作用于油气管道上，有效的缓解了油气管道受到的走滑断层的影响。并且，由于管沟的开口处填充由覆盖层，且覆盖层封盖开口，所以避免了位于管沟内的土工合成泡沫层出现冻结现象，有效的保证了土工合成泡沫层的使用效果和使用寿命。

也就是说，本公开实施例所公开的敷设结构，通过土工合成泡沫层包裹油气管道，使得走滑断层所施加的作用力不会全部直接作用到油气管道上，有效的缓解了油气管道受到的走滑断层的影响。同时，利用覆盖层对土工合成泡沫层进行了保护，使得土工合成泡沫层的使用效果和使用寿命得到了保证。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的敷设结构的横向剖视图；

图2是本公开实施例提供的敷设结构的敷设示意图；

图3是本公开实施例提供的敷设方法的流程图。

图中各符号表示含义如下：

1、管沟；11、开口；12、扩口；

2、土工合成泡沫层；21、空腔；

3、覆盖层；4、隔离层；

100、油气管道。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

油气管道是输送油气资源的重要设施，其通常敷设在地面的管沟中，并通过回填土埋设。在敷设油气管道的过程中，由于其属于线性工程，且受限于地域条件，所以导致敷设路线大概率会穿过地震活动范围。我国的地震活动范围十分广泛，在地震活动范围中，两部分地壳板块之间挤压会形成断裂面，进一步地沿该断裂面发生相对运动，从而形成活动断层。走滑断层(又称平移断层)是一种活动断层的类型，其特点是地壳板块之间沿着断裂面作水平运动。

位于地震活动范围内的油气管道，若受到走滑断层的影响，那么沿断裂面作水平移动的地壳板块将对油气管道施加轴向的作用力，即在轴向上拉伸或者压缩油气管道，导致油气管道存在断裂的安全隐患。为了解决这一问题，相关技术中通常会增大油气管道的管壁厚度，以此来提高油气管道的结构强度。

然而，若仅增大油气管道的管壁厚度，只能对程度较轻的走滑断层有效，而对于程度较大的走滑断层，效果则十分有限。

为了更为有效的缓解油气管道受到走滑断层的影响，本公开实施例提供了一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构，该敷设结构能够适用于长输油气管道。图1为该敷设结构的横向剖视图，如图1所示，该敷设结构包括管沟1、土工合成泡沫层2和覆盖层3。管沟1为长条形的凹槽，管沟1的顶部具有开口11，开口11为长条形，且沿管沟1的长度方向延伸。土工合成泡沫层2填充在管沟1内，土工合成泡沫层2内具有长条形的空腔21，空腔21沿管沟1的长度方向延伸，空腔21用于容置油气管道100。覆盖层3填充在开口11处，以封盖开口11。

通过本公开实施例提供的敷设结构来敷设油气管道100时，由于油气管道100容置在空腔21内，所以油气管道100的四周将包裹着土工合成泡沫层2。又因为土工合成泡沫层2相较于土壤来说较轻，所以其对于油气管道100所施加的垂直于水平面方向的上覆应力较小，从而减轻了其与油气管道100之间的轴向摩擦力，进而较小了其对油气管道100所施加的约束力。如此一来，走滑断层对油气管道100所施加的作用力就不会全部直接作用于油气管道100上，有效的缓解了油气管道100受到的走滑断层的影响。并且，由于管沟1的开口11处填充由覆盖层3，且覆盖层3封盖开口11，所以避免了位于管沟1内的土工合成泡沫层2出现冻结现象，有效的保证了土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命。

也就是说，本公开实施例所公开的敷设结构，通过土工合成泡沫层2包裹油气管道100，使得走滑断层所施加的作用力不会全部直接作用到油气管道100上，有效的缓解了油气管道100受到的走滑断层的影响。同时，利用覆盖层3对土工合成泡沫层2进行了保护，使得土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命得到了保证。

图2为敷设结构的敷设示意图，结合图2，在本实施例中，管沟1的顶部指的是管沟1的靠近地面的部分，将开口11设置在管沟1的顶部，能够便于油气管道100和土工合成泡沫层2等部件的放置，提高了油气管道100的敷设效率。

需要说明的是，虽然图2中所示的管沟1为笔直的长条形，但是在其他实施例中，管沟1的形状能够根据实际需求进行调整，以满足油气管道100敷设的设计走向。当然，开口11的延伸方向也能够随着管沟1的形状对应调整，本公开对此不做限制。

另外，管沟1的尺寸也能够根据实际需求进行调整，开口11的尺寸同样随着管沟1的尺寸变化而相应变化，本公开对此不做限制。

示例性地，管沟1的横截面为梯形，梯形长度较大的一个底边朝上，长度较小的另一个底边朝下，即为一个倒梯形。开口11位于梯形的长度较大的一个底边，所以能够保证开口11的尺寸较大，便于放置油气管道100和土工合成泡沫层2等部件。

由前文可知，土工合成泡沫层2为敷设结构能够缓解油气管道100受到走滑断层的影响的关键部件，为了进一步地保证土工合成泡沫层2的有效性，在本实施例中，土工合成泡沫层2为硬质泡沫塑料、泡沫混凝土或多孔混凝土中的任意一种。

在上述实现方式中，硬质泡沫塑料、泡沫混凝土和多孔混凝土均属于土工合成泡沫，三者共有的特点都是重量轻，且结构强度足以将油气管道100稳固在管沟1中。除此之外，还能够较好的吸收冲击载荷，并具有一定的隔热效果。也就是说，通过土工合成泡沫层2包裹油气管道100，不仅能够缓解油气管道100受到的走滑断层的影响，实现油气管道100在管沟1内的稳固敷设，还能够有效的吸收外界的冲击载荷，隔绝外界的温度。

由于覆盖层3位于土工合成泡沫层2的上方，所以覆盖层3的重量也会影响到油气管道100所受到的上覆应力。为了避免覆盖层3过多的增大油气管道100受到的上覆应力，在本实施例中，覆盖层3为碎石土。

在上述实现方式中，碎石土由颗粒较大的碎石和颗粒较小的土粒组成，将覆盖层3设计为碎石土，能够有效的控制覆盖层3的重量，使得覆盖层3不会过多的增大油气管道100受到的上覆应力。并且，在此基础上，碎石土又能够很好的避免位于管沟1内的土工合成泡沫层2出现冻结现象，有效的保证了土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命。并且，碎石土在压实后，具有较强的承载能力，能够有效的承载来自地面上方的压力，从而进一步地起到保护土工合成泡沫层2的作用。

另外，碎石土的获取较为方便，且价格便宜，能够有效的提高敷设结构的制造难度，并降低敷设结构的造价。

除了覆盖层3的材料组成材料外，覆盖层3的厚度也会影响到对于土工合成泡沫层2的防冻能力，以及对于油气管道100所受到的上覆应力。因此，可选地，覆盖层3在垂直于水平面方向上的厚度为20cm-40cm。将覆盖层3的厚度设计在上述范围内，既能够保证覆盖层3对于土工合成泡沫层2的防冻能力，又能够避免覆盖层3过多的增大油气管道100受到的上覆应力。

示例性地，覆盖层3在垂直于水平面方向上的厚度为30cm，该厚度的覆盖层3较为合适，除了能够具有上述覆盖层3的效果外，还能够节省覆盖层3的用料，进一步地降低了敷设结构的造价。

由前文可知，覆盖层3填充在开口11处，为了保证覆盖层3能够完整的封盖住开口11，可选地，开口11的外边缘周向具有扩口12，扩口12背离开口11的中心向外延伸，使得扩口12的内侧壁为锥形，扩口12的内径较小的一端朝向开口11，覆盖层3填充满整个扩口12。

在上述实现方式中，由于扩口12位于开口11的外边缘，且背离开口11的中心向外延伸，所以扩口12的内径大于开口11。如此一来，只要覆盖层3将扩口12填充满，那么就必然能够完整的封盖住开口11，保证了对于土工合成泡沫层2的防冻能力。

由于管沟1位于地下，所以会存在泥土细屑。而泥土细屑在浸入土工合成泡沫层2内的缝隙后，不仅会增大土工合成泡沫层2的重量，影响土工合成泡沫层2的使用效果，还会降低土工合成泡沫层2的使用寿命。为了避免这一问题，敷设结构还包括隔离层4，隔离层4夹设在土工合成泡沫层2的外壁和管沟1的内壁之间。也就是说，通过隔离层4将土工合成泡沫层2和管沟1隔离开，能够有效的避免泥土细屑浸入土工合成泡沫层2。

需要说明的是，隔离层4位于土工合成泡沫层2和管沟1之间的所有接触位置。不仅位于土工合成泡沫层2的外侧壁和管沟1的内侧壁之间，还位于土工合成泡沫层2的外底壁和管沟1的内底壁之间，以保证对于泥土细屑的全方位隔离。

可选地，隔离层4为双层土工织布，土工织布用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成，能够有效的隔离土工合成泡沫层2和管沟1，避免泥土细屑浸入土工合成泡沫层2。

示例性地，双层土工织布的材质可以是聚丙烯、烯烃、涤纶、尼龙以及丙烯腈纤维等，本公开对此不做限制。

图3为本公开实施例提供的一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设方法的流程图，该敷设方法基于图1所示的敷设结构，该敷设方法包括：

步骤301：根据油气管道100的敷设路线，在地面开挖管沟1。

其中，油气管道100的敷设路线是根据地域条件和油气输送需求人为决定的，管沟1的延伸方向，依据油气管道100的敷设路线而决定，能够使得管沟1的延伸方向符合油气管道100的敷设需求。

步骤302：在管沟1的内壁上贴设隔离层4，隔离层4为双层土工织布。

在上述实现方式中，在管沟1的内壁上贴设隔离层4，能够有效的将逛够和步骤304和步骤306中布置的土工合成泡沫层2隔离开，避免因泥土细屑浸入土工合成泡沫层2，而对土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命造成不良影响。

示例性地，步骤302可以通过以下方式实现：

首先，根据管沟1的尺寸，选择合适尺寸的双层土工织布。

容易理解的是，若管沟1的尺寸较大，不易直接提供相应尺寸的双层土工织布，那么也可以提供多块双层土工织布，并拼接成相应尺寸的双层土工织布。

接着，将双层土工织布铺设在管沟1的内壁上，使得双层土工织布与管沟1的内壁贴设在一起，以遮盖管沟1的内壁。

步骤303：确定敷设路线所经过的走滑断层的位移错动量，根据位移错动量，确定土工合成泡沫层2的材料密度和强度。

在上述实现方式中，位移错动量可以通过地质调查、地震仪记录、地壳变形测量数据等获得。当位移错动量较大时，土工合成泡沫层2选择密度和强度较大的材料，这样能够保证敷设结构的使用效果。当位移错动量较小时，土工合成泡沫层2选择密度和强度较小的材料，这样能够降低敷设结构的制造成本。如此设计，能够使得土工合成泡沫层2具有良好的长期稳定性且模量较大，在油气管道100设计的使用寿命内，土工合成泡沫层2能够始终保持性能稳定，不会发生明显的蠕变。

步骤304：在管沟1内填充一部分土工合成泡沫层2。

在上述实现方式中，通过在管沟1内填充土工合成泡沫层2，能够将管沟1的内底壁覆盖住，以在步骤305中将油气管道100放置在管沟1内之后，能够使得油气管道100能够与管沟1的内底壁隔离开。

示例性地，步骤304可以通过以下方式实现。

土工合成泡沫层2可以是硬质泡沫塑料、泡沫混凝土或多孔混凝土中的任意一种。若土工合成泡沫层2是硬质泡沫塑料，那么将部分硬质泡沫塑料垫设在管沟1的内底壁上。若土工合成泡沫层2是泡沫混凝土或多孔混凝土，那么将部分泡沫混凝土或多孔混凝土浇灌在管沟1内，并覆盖住管沟1的内底壁。

步骤305：将油气管道100放置在管沟1内。

在上述实现方式中，由于在步骤304中，已经在管沟1内填充了一部分土工合成泡沫层2，所以在将油气管道100放置在管沟1内时，油气管道100位于土工合成泡沫层2上，不会直接与管沟1接触。

另外，放置油气管道100的方式有多种，例如通过吊车吊放等，本公开对此不做限制。

步骤306：在管沟1内填充另外一部分土工合成泡沫层2，使得油气管道100位于土工合成泡沫层2构成的空腔21内。

示例性地，步骤306中的土工合成泡沫层2，其填充方法与步骤304基本相同。区别仅在于，需要将土工合成泡沫层2填充满整个管沟1，使得油气管道100与管沟1的内侧壁隔离开。

另外，为了便于步骤307中填充覆盖层3，土工合成泡沫层2的顶部应该与管沟1的开口11平齐，以避免覆盖层3滑落到土工合成泡沫层2和管沟1之间的缝隙内。

步骤307：将覆盖层3填充在开口11处，以封盖开口11。

覆盖层3避免了位于管沟1内的土工合成泡沫层2出现冻结现象，有效的保证了土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命。

示例性地，在开口11处填充厚度为20cm-40cm的覆盖层3，该厚度为垂直于水平面方向上的厚度。将覆盖层3的厚度设计在上述范围内，既能够保证覆盖层3对于土工合成泡沫层2的防冻能力，又能够避免覆盖层3过多的增大油气管道100受到的上覆应力。

示例性地，覆盖层3在垂直于水平面方向上的厚度为30cm，该厚度的覆盖层3较为合适，除了能够具有上述覆盖层3的效果外，还能够节省覆盖层3的用料，进一步地降低了敷设结构的造价。

通过本公开实施例提供的敷设方法来敷设油气管道100时，由于将油气管道100容置在空腔21内，所以油气管道100的四周将包裹着土工合成泡沫层2。又因为土工合成泡沫层2相较于土壤来说较轻，所以其对于油气管道100所施加的垂直于水平面方向的上覆应力较小，从而减轻了其与油气管道100之间的轴向摩擦力，进而较小了其对油气管道100所施加的约束力。如此一来，走滑断层对油气管道100所施加的作用力就不会全部直接作用于油气管道100上，有效的缓解了油气管道100受到的走滑断层的影响。并且，由于在土工合成泡沫层2和管沟1之间夹设有隔离层4，所以使得土工合成泡沫层2和管沟1隔离开，避免了因泥土细屑浸入土工合成泡沫层2，而对土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命造成不良影响。并且，由于管沟1的开口11处填充由覆盖层3，且覆盖层3封盖开口11，所以避免了位于管沟1内的土工合成泡沫层2出现冻结现象，有效的保证了土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命。

也就是说，本公开实施例所公开的敷设方法，通过土工合成泡沫层2包裹油气管道100，使得走滑断层所施加的作用力不会全部直接作用到油气管道100上，有效的缓解了油气管道100受到的走滑断层的影响。同时，利用覆盖层3和隔离层4对土工合成泡沫层2进行了保护，使得土工合成泡沫层2的使用效果和使用寿命得到了保证。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设结构，其特征在于，包括管沟(1)、土工合成泡沫层(2)和覆盖层(3)；

所述管沟(1)为长条形的凹槽，所述管沟(1)的顶部具有开口(11)，所述开口(11)为长条形，且沿所述管沟(1)的长度方向延伸；

所述土工合成泡沫层(2)填充在所述管沟(1)内，所述土工合成泡沫层(2)内具有长条形的空腔(21)，所述空腔(21)沿所述管沟(1)的长度方向延伸，所述空腔(21)用于容置油气管道(100)；

所述覆盖层(3)填充在所述开口(11)处，以封盖所述开口(11)。

2.根据权利要求1所述的敷设结构，其特征在于，所述土工合成泡沫层(2)为硬质泡沫塑料、泡沫混凝土或多孔混凝土中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的敷设结构，其特征在于，所述覆盖层(3)为碎石土。

4.根据权利要求1所述的敷设结构，其特征在于，所述覆盖层(3)在垂直于水平面方向上的厚度为20cm-40cm。

5.根据权利要求1所述的敷设结构，其特征在于，所述敷设结构还包括隔离层(4)，所述隔离层(4)夹设在所述土工合成泡沫层(2)的外壁和所述管沟(1)的内壁之间。

6.根据权利要求5所述的敷设结构，其特征在于，所述隔离层(4)为双层土工织布。

7.一种缓解走滑断层作用下油气管道应变的敷设方法，其特征在于，所述敷设方法基于权利要求1-6任一项所述的敷设结构，所述敷设方法包括：

根据所述油气管道(100)的敷设路线，在地面开挖所述管沟(1)；

在所述管沟(1)内填充一部分所述土工合成泡沫层(2)；

将所述油气管道(100)放置在所述管沟(1)内；

在所述管沟(1)内填充另外一部分所述土工合成泡沫层(2)，使得所述油气管道(100)位于所述土工合成泡沫层(2)构成的所述空腔(21)内；

将所述覆盖层(3)填充在所述开口(11)处，以封盖所述开口(11)。

8.根据权利要求7所述的敷设方法，其特征在于，根据所述油气管道(100)的敷设路线，在地面开挖所述管沟(1)之后，所述敷设方法还包括：

在所述管沟(1)的内壁上贴设隔离层(4)，所述隔离层(4)为双层土工织布。

9.根据权利要求8所述的敷设方法，其特征在于，在所述管沟(1)内填充一部分所述土工合成泡沫层(2)之前，所述敷设方法还包括：

确定所述敷设路线所经过的走滑断层的位移错动量；

根据所述位移错动量，确定所述土工合成泡沫层(2)的材料密度和强度。

10.根据权利要求7所述的敷设方法，其特征在于，将所述覆盖层(3)填充在所述开口(11)处，以封盖所述开口(11)，包括：

在垂直于水平面的方向上，填充20cm-40cm的所述覆盖层(3)。

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