通常情况下,直埋敷设于冻土层内电缆受到冻土层冻胀的径向挤压力以及由于季节融化引起的轴向拉伸力,容易产生老化等问题,降低了电缆供电线路的可靠性。对此,冻土地区的电缆直埋敷设通常要求电缆敷设在冻土层以下,相应的施工方案具有施工难度大、施工成本高等特点,且不利于施工质量把控。依托于结合湖北西部地区的一光伏电站项目建设经验,介绍一种适于冻土地区的电缆直埋敷设结构,具有可靠性高、安全性好、经济性优的特点,可为其他类似项目的设计施工提供借鉴。
为节约用地,方便管理,应尽可能减小拟建管道与已建管道的并行间距。但是,管道并行敷设的距离太近会对相邻管道的安全构成威胁。另外,过近的管道间距对于管道抢修也有影响。因此,合理确定两管道最小安全间距尤为重要。确定管道并行间距时应充分利用在役管道建设形成的管廊带。结合以往工程经验,经过调研、比选及论证认为,林区、多年冻土区并行敷设管道间距10 m较为合理。在施工中,确保管道爆破施工符合相关规范要求,综合应用先进的爆破器材和毫秒延时爆破技术可实现近距离(不小于10 m)在役管道爆破作业。随着项目的进展,应对控制爆破方案进行更加深入的研究,将不同间距下的施工、运行费用纳入技术经济比选范围,经综合分析后最终确定最为合理的并行间距及施工措施。
土壤作为一种典型的多孔介质,其内部流体的流动与相变过程复杂,常采用有限体积法作为理论研究方法。取西部成品油、原油管道玉门出站口作为研究对象,地表温度变化采用周期性边界条件,考虑土壤发生冰水相变时释放的相变潜热。模拟结果表明,管壁热流密度随环境温度周期性变化,土壤中的水分向冻结前锋进行迁移,无保温层的管道比有保温层的冻土融化范围大,融化深度深。
在季节性冻土区,由于冬季气候寒冷,土壤中水分冻结发生相变。为了研究冻土区发生冻结对同沟敷设原油和成品油管道周围土壤温度场的影响,采用非结构化有限容积法对同沟敷设埋地管道周围土壤温度场进行模拟计算。模拟不考虑冻结相变和考虑冻结相变两种情况下的温度场,分析发现在冻结很长一段时间内,由于土壤中水分释放大量的相变潜热考虑相变情况下的土壤温度高于不考虑相变情况下土壤的温度,考虑相变情况下的管道散热损失小于不考虑相变情况下的管道散热损失;而在冻结后期,随着土壤导热系数的增加,考虑相变情况下的土壤温度低于不考虑相变情况下土壤的温度,考虑相变情况下的管道散热损失大于不考虑相变情况下的管道散热损失。因此,为了使管道能够经济安全的运行,需要考虑土壤发生冻结对管道温度场的影响。
由多年冻土引起的输油管道问题,主要有融沉、冻胀等不良地质现象。在多年冻土地区修建管道,该地区埋设管线因传热和震动引起冰层融化,产生冻胀、融沉问题,会使管线下沉或凸起,对管道建设产生不利影响。
多年冻土是一种具有特殊工程性质的土体,其在冻结状态具有极高的压缩模量和弹性体的工程地质特征,但是在冻土地温升高过程中,这种特征急剧衰减,产生冻土的蠕变和流变。因此,在多年冻土区进行输油管道的敷设要有针对性的工程措施,否则将引起多年冻土的病害发生,造成严重的管道工程事故。文章针对多年冻土区工程地质特点,对影响输油管道地基土稳定的因素进行分析,并提出埋地式输油管道的人工地基处理方案。
通过对我国冻土地段冻土产生的原因及冻胀的机理情况的介绍,指出土体的冻胀对管道的危害,重点叙述冻土地段管道工程的设计、施工要求及防冻措施,确保在冻土施工过程中将冻胀的危害降低到最小程度。
在寒冷地区给水管道敷设工程中 ,管道埋深直接影响工程投资和供水安全。介绍了在黑龙江省伊春市采用的季节性冻土给水管道敷设方法 ,该方法为降低管道埋深提供了技术依据 ,经计算和多年的实践 ,对结冰率不大于 30 %的管道不产生冻害。
论述了在冻土地带管道工程建设的特殊性,通过对冻土地带冻融过程、规律及对埋地管道影响的分析,指出了冻土地带管道建设遇到的两个主要问题是冻胀破坏和融沉破坏。简要介绍了冻土的分类、特性及国内外冻土地带管道建设的研究情况和防治冻害的措施,归纳总结了冻土地带管道敷设的几种方式以及寒冷地区管道保温材料和技术,对冻土地带管道建设的关键问题进行了讨论,并提出了建议。