漠大原油管道是我国第一条通过冻土区域的管道,极易发生冻胀、融沉和斜坡不稳定等地质灾害,管道发生位移对管道产生较大的应力,这将导致管道两侧的产生压缩应力或拉伸张力,甚至断裂。应变监测系统的应用通过有限元分析管土相互作用和地面运动模型通过特定的网站可以形成监测数据,随时监测生成管道应变是否超过管道应变能力,帮助我们阻止地质灾害对管道的破坏。

埋地输油管道的建设和运行势必会破坏多年冻土的稳定性,容易引发冻胀、融沉、崩塌、热融滑坡,从而导致管道弯曲、翘曲等灾害。由于多年冻土对温度具有极敏感性及其破坏的不可逆性,因此,需要对多年冻土区埋地输油管道周围温度场的监测开展研究。以漠大管道为例,选取典型管段,设计了适用于漠大管道周围温度场监测的测温系统。结果表明:管道设置合理的保温措施可有效阻隔输油管道向土壤的放热,减小管道周围土壤的融化范围,缓解管道融沉,为管道冻土灾害综合整治提供决策依据。

漠大线自投产以来,全年均为正温输送,且输送温度远高于设计温度,因而加速了管道周围冻土区的融化,管道容易发生融沉,安全性面临极大考验。结合漠大线投产后的实际运行情况,参考冻土区工程建设经验,设计了热棒与粗颗粒土换填相结合的多年冻土沼泽区域管道融沉防治方案,并在漠大线K305处完成了100 m示范段建设,并在示范段管道周围土壤中安装了温度监测系统,通过近一年的温度监测数据分析了目前示范段的融沉防治情况。结果表明:热棒的安装降低了管道地基的温度,增加了土壤的冷储量,起到了稳定地基的作用,而管道底部换填的粗颗粒土可以保障热棒的制冷作用不会引发管道冻胀灾害。(图14,表1,参10)

中俄原油管道漠大线工程是中国四大原油进口战略通道之一,该工程也是我国首条通过多年冻土区、林区的大口径原油管道。文章结合该工程,在不同温度条件下,对施工现场的2根桩基础进行了竖向承载力自平衡试验研究。试验得到了不同温度下桩基础的竖向极限承载力、桩身轴力、土层摩阻力分布规律等成果,并对不同温度下桩基础的承载性能进行了对比分析。

中俄原油管道漠河—大庆段工程(简称漠大线),北起漠河首站,南接大庆末站(现庆铁线林源首站),沿线途经黑龙江省、内蒙古自治区共12个县市,是中国境内重要的原油管道之一。漠大线原油管道所经过地区地貌类型多样、地质构造复杂、人类工程活动强烈、地质环境较脆弱。冻土及水毁等地质灾害的潜在威胁,对管道的正常营运构成了危害。管道地质灾害已经成为我国管道安全的主要风险源之一。因此,分析多年冻土对漠大线原油管道的危害,进行危害等级分区,提出合理的意见和建议,对减轻或避免地质灾害对沿线油气管道的危害具有重要意义。

针对漠大管道在沿线多年冻土区面临的冻胀融沉灾害,提出了基于全站仪测量的管道位移监测技术。详细介绍了管道位移监测原理,设计了基准桩和标志桩结构,采取了3项措施保证基准桩的稳定。在漠大管道漠河首站-加格达奇泵站区间,选取了9个高风险区,安装了62套管道位移监测装置。2010年11月9日管道投产前采集了初始数据,2010年12月-2011年6月完成了5次数据采集,对监测数据进行分析发现:监测段管道未受到冻胀灾害的影响,部分监测段管道受到融沉灾害的影响。验证了该技术的可行性和有效性。

漠大线途径国内纬度最高、极端温度-52.3℃的高寒地带,是国内第一条完全意义上穿越永冻土区域的大口径长输管道,所经过的漠河至加格达奇大杨树段共计440 km的管道穿越大兴安岭多年冻土区域,包括连续冻土、不连续冻土和岛状冻土。管道沿线地势北高南低,北部地形起伏较大,沿线为大兴安岭低山、丘陵及河谷地貌,南部为松嫩平原,地形平坦开阔,地理环境复杂,极易发生冻胀融沉、崩塌、热融滑坡、水毁冲蚀(坍岸)等地质灾害。文中首先对漠大线的具体情况进行了简单介绍,并结合地质勘察和运营情况详细地分析了穿越冻土区域管道所面临的热融滑坡、冻胀、融沉以及弯曲翘曲等特有地质灾害,最后结合管道管理实际情况和工作经验提出了详细的灾害管理和应对措施。