关于回填土不均匀沉降引起管道力学性状变化的探究

张　琳，黄　坤

（1西南石油大学石油与天然气工程学院，成都　610500；2中国石油西部管道乌鲁木齐输油气分公司，新疆　乌鲁木齐　830000）

关于回填土不均匀沉降引起管道力学性状变化的探究

张琳1-2，黄坤1

（1西南石油大学石油与天然气工程学院，成都610500；2中国石油西部管道乌鲁木齐输油气分公司，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：在土基中埋藏的管道力学的性质容易受到包括回填土不均匀沉降在内的多重因素的干扰，进而引发管道泄漏事故，为了避免输气管道因此而出现破裂和渗漏等故障，在开始铺设管道时应该重视回填土的质量，在可能出现不均匀沉降的地方加强质量监督，出现问题及时处理。目前在分析管道力学性状变化方面主要有三个模型：一是弹性地基梁模型，二是土弹簧模型，三是非线性接触模型。

关键词：回填土；不均匀沉降；管道力学

在土基中埋藏的管道有很多形式，例如供水管道和输气管道等，管道力学的性质容易受到包括回填土不均匀沉降在内的多重因素的干扰，进而引发管道泄漏事故，有文献研究报道我国煤气管道泄漏事件发生率是发达国家的三倍多，不但会造成经济损失，严重的还可能危及人民生命安全，因此，探讨关于回填土不均匀沉降引起管道力学性状变化具有重要的现实意义，能够为避免因管道力学的变化引起渗漏和破裂等提供理论依据。

1　地埋管道的破坏形式

目前地埋管道主要的破坏形式可以分为以下几种：一是环向弯矩引起纵向劈裂；二是纵向弯矩引起的横向断裂；三是管道接头处发生泄漏；四是熔断、长期腐蚀引起孔洞或穿孔；五是直接冲击引起损伤；六是引入连接点处发生泄漏。地埋管道受到破坏的方式主要与接头形式、管道材料、管道埋设情况和地埋管道的几何尺寸有关。

2　管道力学性状变化分析模型

2.1弹性地基梁模型

弹性地基梁模型是一种静力分析模型之一，首先假设地埋输气管道是带有弹性地基的梁，在这种前提下建立模型后再研究回填土沉降程度对管道力学的参数的作用。弹性地基梁模型在实践过程中主要应用与支墩间管段长度较长并且管基相对良好的管道。

2.2土弹簧模型

土弹簧模型管道力学性状变化分析模型来自于地下结构土结相互作用分析简化模型，该模型在实际应用过程中将土埋管道周围假定为具有弹簧的功能，其刚度主要来自于周围土体环境的性质，简历该模型的目的是能够充分模拟出周围的土壤环境和地埋管道的三维效果。

2.3非线性接触模型

非线性接触模型是考虑到了地埋管道与其周围的土体相互接触的问题，因为地埋管道的刚性特点和其周围土体的性质能够相互影响，使管道和土体之间的作用力演变为非线性的作用力，这样会使计算的数量级和复杂程度大大增加，就目前情况来说，非线性接触模型通常运用于数值计算当中。

3　管道力学性状变化分析模型公式

以地埋管道为弹性地基梁为例，采用弹性地基梁模型进行运算，地埋管道上的回填土默认为均匀负载，取官道上的任一微元体dx，假设均匀负载为q，则地埋管道的受力情况如下图1：

图1　管道微元体受力分析示意

由此即可求解出管道的转角、剪力、弯矩的方程，具体方法如下：

4　总结

在回填土不均匀沉降的作用条件下，地埋管道会产生弯矩和转角，当地埋管道的转角度数偏大，超过标准规定值后就会在交界位置出现破裂或者管道的渗漏故障，而在远离土体交界处的弯矩接近于零，这种情况和假设管道两端为自由端的假定相符合，由此可以推断出回填土不均匀沉降对管道的影响范围是有限的，对管道交界处产生的不利影响仅在差异沉降交界处。

回填土质量不达标，发生不均匀沉降后悔导致地埋管道出现相应的管道应力，因此，为了防止管道故障，需要在铺设工程初始时就重视评估回填土地基的质量，对于可能存在回填土不均匀沉降的位置加强控制，出现问题及时处理。

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