随着我国社会经济的快速发展，国内石油、天然气需求量逐步增大，高寒冻土地区长输管道施工不可避免。但是高寒冻土地区管沟开挖始终是管道施工的难题，首先是爆破施工手续办理困难，其次一般液压镐对冻土开挖效率也较低。本文对普通冻土开挖方式进行了分析，论证了矿山高频破碎锤进行管沟冻土破碎开挖的可行性，该施工工艺解决了冻土开挖困难、施工周期长、并行在役管道安全风险大等难题，有效缩短了施工周期，降低施工成本，具有较大的推广价值。

管道是油气资源的最为常用的运输方式。当管道穿越寒区时,将面临管沟融陷、冻胀融沉以及边坡蠕滑三种管道病害,因此管土的相互作用成为寒区管道设计和运营的重要考虑因素。本文研究了埋地管道的发展概况,分析了寒区埋地管道的设计、施工和运行技术发展。分别对管沟融陷、冻胀融沉以及边坡蠕滑三种病害的机理进行相应的分析,并给出三种病害的防治措施。最后,归纳总结了埋地管道与冻土相互作用仍有许多重要的岩土工程问题需要进一步研究,其对于改善寒区的管土相互作用有着重要意义和同时也有着巨大的研究空间。

为了治理冻土区埋地油气管道管沟融陷工程病害,通过对管道病害现场调查,结合现场地质勘探、含水量试验测试及管周土体温度监测,分析了融陷病害的发生机理,并结合管沟融陷形成因素,提出了相应的防治措施。结果表明:冻土区埋地油气管道管沟融陷病害的发生与地层土质、土体含冰量、冻土类型、管道热扰动及施工方式等因素有关;冻土区埋地油气管道的敷设应选择合理的施工季节,综合分析冻土环境因素,确定合理的管道埋设深度,设置管道隔热保温措施,加强管道运行状态监测和科学管理,从而保证管道安全运行。研究成果可为冻土区埋地油气管道的设计、施工及安全运营提供借鉴。(图3,表1,参19)

中俄原油管道二线与漠大线管道并行,途经大小兴安岭和嫩江河谷的多年冻土区,为保证漠大线管道的安全,中俄二线冬季施工时必须选择合适的爆破方案和监测技术。多年冻土区的工程地质类型不同,施工爆破的参数也不同,同一地质条件下大规模爆破前必须进行小药量试炮,并同时配合振动监测,只有选择合理的爆破参数及监测手段,才能保证漠大线管道的安全和中俄二线在多年冻土区的建设进度,才能减小两条管道的并行间距,进而减少林区森林砍伐面积,从而产生可观的经济效益和社会效益。

中俄原油管道是我国第一条穿越高寒冻土区的管道,对于保障我国能源战略安全具有重要意义。目前,国内尚缺少高寒冻土区管道运行管理经验,而美国、加拿大、俄罗斯在多年冻土区建设运行了多条油气管道,具有借鉴意义。国外高寒冻土区管道运行管理技术的先进性包括实施冻土融沉监测、管道位移监测和管道内检测准确掌握管道运行状况,管沟分层回填控制施工质量,管道线路管理应用飞机巡线方式、阴极保护系统与管道同步建设运行以及重视管道伴行路维护,同时,研制开发了适用于冻土区管道维抢修的开挖机、破冰工具和履带型机车等。借鉴国外高寒冻土区管道的先进经验,对于保障中俄原油管道的安全运行具有重要意义。

高水位流沙地段的管沟开挖一直是施工过程中的难点,虽然目前可采用深井抽排降水法、密闭管抽水降水法、明渠抽排降水法、木桩固定沟壁加抽水降水法等方法,但施工工序繁琐,成本高。文中提出应用冻土原理,在一次双侧沉管的基础上,采用二次双侧开挖新方法,将地下高水位的挖沟不利条件变为有利条件,降低了土方开挖量,取消了抽排水措施,提高了施工工效,节约了施工成本。该方法在陕京三线设计1标段榆阳马家峁段AA001-AA005高水位流沙地段工程施工中取得了良好的施工工效与经济效益。