本實用新型涉及寒區(qū)油氣管道敷設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寒區(qū)的油氣管道橫坡或順坡敷設(shè)時的邊坡保溫防護結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著寒區(qū)油氣資源的開發(fā)，使得穿越多年凍土地區(qū)的埋地管道越來越多，其最常見的安全問題為地質(zhì)災害。格拉輸油管道、中俄輸氣管道等是我國在多年凍土地區(qū)修建的油氣管道工程，沿線多年凍土主要呈大片連續(xù)分布，全線采用埋地敷設(shè)方式，多處管道橫坡或順坡敷設(shè)在多年凍土邊坡上。自運行以來，邊坡地表凍脹、融沉滑坡等問題比較突出，已造成多次“露管”、“透管”事故，凍土邊坡破壞嚴重，這將直接給多年凍土地區(qū)的油氣管道工程帶來較多的凍土工程地質(zhì)災害問題。在多年凍土區(qū)敷設(shè)油氣管道，目前國內(nèi)尚無成熟的經(jīng)驗和技術(shù)。管道橫坡或順坡敷設(shè)于凍土邊坡上，會改變邊坡形態(tài)，破壞凍土邊坡的熱平衡條件，對多年凍土產(chǎn)生熱干擾，這種干擾將導致流入凍土中的熱量增加，引起多年凍土邊坡的融化和上限下降，是造成凍土地區(qū)的邊坡遭到破壞的主要原因。新的熱平衡狀態(tài)的建立和多年凍土溫度狀態(tài)的恢復需要較長時間。當邊坡段管道上、下游停輸檢修時，管道溫度驟然降低，造成寒區(qū)邊坡熱平衡被破壞。在此過程中，多年凍土工程地質(zhì)條件將發(fā)生一系列的變化，加之實際地基凍土工程地質(zhì)條件的復雜性，必將導致管道工程竣工后產(chǎn)生各種病害。為了將多年凍土地區(qū)的邊坡病害控制在工程運營允許的范圍之內(nèi)，國內(nèi)、外對多年凍土區(qū)的路基工程基本是采用架空或埋地的敷設(shè)方式，其中架空敷設(shè)方式主要用于高含冰量地段，埋地敷設(shè)方式主要用于低含冰量地段。在架空敷設(shè)方式的鋼管樁中普遍插入了熱棒，個別埋地敷設(shè)地段也采用了熱棒或制冷機，用于降低多年凍土溫度，保持邊坡多年凍土的穩(wěn)定。這些措施雖然對解決多年凍土地區(qū)邊坡病害起到了一定的效果，但是在鋼管樁中插入熱棒，其工程的成本過高，通常只是在特殊邊坡才使用，不適于普遍邊坡采用；而在一些凍土邊坡中，油氣管道運營溫度較高，凍土邊坡保持凍結(jié)的效果不夠理想，且加大了工程成本，尤其是在全球環(huán)境逐漸變暖的大趨勢下，長期使用會面臨很大挑戰(zhàn)。因此，如何防止多年凍土地帶敷設(shè)油氣管道帶來的地質(zhì)災害問題，至今仍然是一個難以解決的世界性難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有多年凍土邊坡油氣管道敷設(shè)時帶來的地質(zhì)災害，以及工程成本高、普遍適用性差等問題，本實用新型提供了一種寒區(qū)邊坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)，包括多個鋪設(shè)于開挖管溝底部且沿所述管溝縱向長度方向依次分布的封閉PVC水箱；所述PVC水箱位于所述管溝兩側(cè)鋪設(shè)的漿砌石護坡之間。

所述PVC水箱包括PVC箱體和PVC蓋板；所述PVC箱體內(nèi)設(shè)置有多個等間隔的橫向加強肋和縱向加強肋；所述PVC蓋板設(shè)置在所述PVC箱體、橫向加強肋和縱向加強肋上，并且與所述PVC箱體密封；所述PVC箱體的一側(cè)設(shè)置有注水管，所述注水管伸出地面且連接有閥門。

所述PVC箱體的內(nèi)表面設(shè)置有防漏層，所述PVC箱體的外表面設(shè)置有防腐層。

所述PVC箱體內(nèi)設(shè)置有電極式水位傳感器。

當寒區(qū)邊坡的坡度為5～30°時，多個PVC水箱沿邊坡呈階梯狀鋪設(shè)于開挖管溝底部，并且相鄰的PVC水箱錯位重疊。

本實用新型提供的寒區(qū)邊坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)，通過在管溝底部鋪設(shè)PVC水箱，利用PVC水箱中的氯化鈉水溶液來阻隔或緩解管道熱量傳輸?shù)絻鐾吝吰?，實現(xiàn)對凍土邊坡的熱平衡調(diào)節(jié)，防止凍土邊坡的融沉，消除對寒區(qū)凍土帶來的病害。本實用新型提供的寒區(qū)邊坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、施工成本低等優(yōu)點，能夠有效地抑制凍土邊坡的融沉式滑坡等病害，對在多年凍土邊坡上橫坡或順坡敷設(shè)油氣管道均有較高的經(jīng)濟意義。

附圖說明

圖1是本實施例凍土邊坡上橫坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是本實施例凍土邊坡上順坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3是圖1所示保溫防護結(jié)構(gòu)的局部放大示意圖；

圖4是本實施例保溫防護結(jié)構(gòu)中PVC水箱的剖視圖；

圖5是圖4所示PVC水箱的PVC箱體內(nèi)部平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實施例保溫防護結(jié)構(gòu)在30°邊坡上順坡管溝埋深的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型技術(shù)方案作進一步描述。

參見圖1至圖3，本實用新型實施例提供了一種寒區(qū)邊坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)，包括多個鋪設(shè)于開挖管溝底部且沿管溝縱向長度方向依次分布的封閉PVC水箱3；PVC水箱3位于管溝兩側(cè)鋪設(shè)的漿砌石護坡2之間，PVC水箱3的頂部和底部均鋪設(shè)有碎石土5。其中，PVC水箱3包括PVC箱體7和PVC蓋板8，如圖3至圖5所示；PVC箱體7內(nèi)設(shè)置有多個等間隔的橫向加強肋10和縱向加強肋12，以使PVC水箱3在管溝底部承受荷載時的強度和剛度；PVC蓋板8設(shè)置在PVC箱體7、橫向加強肋10和縱向加強肋12上，并且與PVC箱體7密封；PVC箱體7的一側(cè)設(shè)置有注水管6。圖1示出了凍土邊坡1上管道4橫坡敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)的示意圖；其中，PVC水箱鋪設(shè)在凍土邊坡1上的管溝底部，管溝兩側(cè)鋪設(shè)了漿砌石護坡，PVC水箱位于兩側(cè)的漿砌石護坡之間。

在施工過程中，PVC水箱的頂部鋪設(shè)200cm厚碎石土，PVC水箱的底部鋪設(shè)200cm厚碎石土，利用散亂的碎石土之間的縫隙空間，能夠達到保溫的效果。PVC水箱的內(nèi)空高度可設(shè)計為0.2～0.4m，PVC水箱沿邊坡上開挖管溝縱向長度敷設(shè)，通?？蛇x擇長度為8～15m為一組。每個PVC水箱的底部距離凍土邊坡上限至少0.2m，PVC水箱沿開挖管溝橫斷面的長度為水箱所處高度位置的管溝寬度。如圖4所示，每個PVC水箱內(nèi)盛裝占水箱容積90％-95％的10％濃度的氯化鈉水溶液14；氯化鈉水溶液凝結(jié)成冰的膨脹率約為5％，使水凝結(jié)成冰時膨脹的體積約小于水箱的容積，避免因水凝結(jié)成冰而造成對水箱的損壞。PVC水箱中的氯化鈉水溶液能夠調(diào)節(jié)凍土邊坡中的熱平衡，阻隔或緩解熱量向凍土傳輸，防止凍土邊坡的融沉，消除對寒區(qū)凍土帶來的病害。PVC箱體7的內(nèi)表面設(shè)置有防漏層11，用于防止氯化鈉水溶液的滲漏；PVC箱體7的外表面設(shè)置有防腐層9，用于減緩土壤對PVC箱體7的腐蝕。在PVC箱體7內(nèi)設(shè)置有電極式水位傳感器13，如圖4和圖5所示；電極式水位傳感器13用于檢測氯化鈉水溶液的液位。注水管6穿出碎石土5和漿砌石護坡2后伸出地面，并連接有閥門(未示出)。PVC箱體內(nèi)的氯化鈉水溶液會在反復的凍、融循環(huán)過程中形成損耗，導致氯化鈉水溶液減少；當氯化鈉水溶液減少時，通過注水管6向PVC箱體內(nèi)補充氯化鈉水溶液，以使PVC箱體內(nèi)有足夠的氯化鈉水溶液來調(diào)節(jié)熱平衡。在平緩的凍土邊坡1中，多個PVC水箱依次沿管溝的縱向長度方向排列布置，相鄰的兩個PVC水箱接合處可用碎石土設(shè)置收縮縫。

圖6示出了本實施例保溫防護結(jié)構(gòu)在坡度為30°的凍土邊坡1上順坡管溝埋深的示意圖。其中，多個PVC水箱3沿邊坡呈階梯狀鋪設(shè)于開挖管溝底部，并且相鄰的PVC水箱錯位重疊。在圖6中，相鄰的兩個PVC水箱之間的距離為100cm，相鄰的兩個PVC水箱錯位重疊之間的高度間隙填充碎石土5。通常情況下，當凍土邊坡的坡度為5～30°時，為了防止相鄰PVC水箱因受豎直方向下滑力移動而引起的破壞，需要在PVC水箱之間設(shè)置漿砌石護坡2，例如可每隔15m設(shè)置一漿砌石護坡，以防止前后PVC水箱的位置移動。

本實用新型實施例的寒區(qū)邊坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)，通過鋪設(shè)在管溝底部的PVC水箱，將邊坡的多年凍土上限與管道進行熱隔斷，使管道運營散熱需經(jīng)過PVC水箱才能向下傳輸。本實用新型實施例的PVC水箱中10％濃度的氯化鈉水溶液具有較大的熱容和在-15℃情況下變相過程中吸熱、放熱的特點，在冬季，運營時管道的熱量進入PVC水箱中的氯化鈉水溶液，氯化鈉水溶液變相吸熱，從而阻止了大量熱量傳輸?shù)絻鐾?，避免了邊坡原始熱平衡狀態(tài)被破壞，有效地防止了凍土邊坡發(fā)生整體融沉式滑坡；在暖季，外界和管道熱量進入PVC水箱，PVC水箱中的冰吸熱逐漸融化，吸收大量熱量使邊坡凍土緩慢融化，有效地防止了邊坡凍土因快速大量吸熱導致的融沉滑坡破壞。本實用新型實施例的儲存有氯化鈉水溶液的PVC水箱在路基中構(gòu)成了調(diào)節(jié)熱平衡的結(jié)構(gòu)層，能夠在熱交換的相變過程中吸熱和放熱，達到能量的儲存及轉(zhuǎn)換作用，可以有效地抑制多年凍土地區(qū)邊坡因敷設(shè)油氣管道引起的融沉式滑坡等病害。

本實用新型實施例提供的寒區(qū)邊坡管道敷設(shè)的保溫防護結(jié)構(gòu)，通過鋪設(shè)在管溝底部的PVC水箱中的氯化鈉水溶液作為熱交換介質(zhì)來調(diào)節(jié)凍土區(qū)邊坡的熱平衡，其建筑成本和使用成本均低于采用熱棒技術(shù)的成本，并且抑制融沉式滑坡的效果要優(yōu)于現(xiàn)有凍土邊坡所采取的任何措施，結(jié)構(gòu)簡單，特別適用于寒區(qū)地帶的油氣管道橫坡或順坡敷設(shè)的凍土邊坡，具有普遍的實用意義。

以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。