本實用新型涉及寒區(qū)油氣管道敷設技術領域，特別涉及一種寒區(qū)的油氣管道橫坡或順坡敷設時的邊坡保溫防護結構。

背景技術：

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，全線采用埋地敷設方式，多處管道橫坡或順坡敷設在多年凍土邊坡上。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災害問題。在多年凍土區(qū)敷設油氣管道，目前國內尚無成熟的經(jīng)驗和技術。管道橫坡或順坡敷設于凍土邊坡上，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，多年凍土工程地質條件將發(fā)生一系列的變化，加之實際地基凍土工程地質條件的復雜性，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，國內、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方式，其中架空敷設方式主要用于高含冰量地段，埋地敷設方式主要用于低含冰量地段。在架空敷設方式的鋼管樁中普遍插入了熱棒，個別埋地敷設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油氣管道帶來的地質災害問題，至今仍然是一個難以解決的世界性難題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有多年凍土邊坡油氣管道敷設時帶來的地質災害，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)邊坡管道敷設的保溫防護結構，包括多個鋪設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鋪設的漿砌石護坡之間。

所述PVC水箱包括PVC箱體和PVC蓋板；所述PVC箱體內設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箱體的一側設置有注水管，所述注水管伸出地面且連接有閥門。

所述PVC箱體的內表面設置有防漏層，所述PVC箱體的外表面設置有防腐層。

所述PVC箱體內設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)邊坡管道敷設的保溫防護結構，通過在管溝底部鋪設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)絻鐾吝吰拢瑢崿F(xiàn)對凍土邊坡的熱平衡調節(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)邊坡管道敷設的保溫防護結構，具有結構簡單、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的保溫防護結構的示意圖；

圖2是本實施例凍土邊坡上順坡管道敷設的保溫防護結構的示意圖；

圖3是圖1所示保溫防護結構的局部放大示意圖；

圖4是本實施例保溫防護結構中PVC水箱的剖視圖；

圖5是圖4所示PVC水箱的PVC箱體內部平面結構示意圖；

圖6是本實施例保溫防護結構在30°邊坡上順坡管溝埋深的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型技術方案作進一步描述。

參見圖1至圖3，本實用新型實施例提供了一種寒區(qū)邊坡管道敷設的保溫防護結構，包括多個鋪設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位于管溝兩側鋪設的漿砌石護坡2之間，PVC水箱3的頂部和底部均鋪設有碎石土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內設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的一側設置有注水管6。圖1示出了凍土邊坡1上管道4橫坡敷設的保溫防護結構的示意圖；其中，PVC水箱鋪設在凍土邊坡1上的管溝底部，管溝兩側鋪設了漿砌石護坡，PVC水箱位于兩側的漿砌石護坡之間。

在施工過程中，PVC水箱的頂部鋪設200cm厚碎石土，PVC水箱的底部鋪設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水箱的內空高度可設計為0.2～0.4m，PVC水箱沿邊坡上開挖管溝縱向長度敷設，通常可選擇長度為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；氯化鈉水溶液凝結成冰的膨脹率約為5％，使水凝結成冰時膨脹的體積約小于水箱的容積，避免因水凝結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的內表面設置有防漏層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內設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箱體內補充氯化鈉水溶液，以使PVC箱體內有足夠的氯化鈉水溶液來調節(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置收縮縫。

圖6示出了本實施例保溫防護結構在坡度為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水箱之間設置漿砌石護坡2，例如可每隔15m設置一漿砌石護坡，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)邊坡管道敷設的保溫防護結構，通過鋪設在管溝底部的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水箱在路基中構成了調節(jié)熱平衡的結構層，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換作用，可以有效地抑制多年凍土地區(qū)邊坡因敷設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)邊坡管道敷設的保溫防護結構，通過鋪設在管溝底部的PVC水箱中的氯化鈉水溶液作為熱交換介質來調節(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，結構簡單，特別適用于寒區(qū)地帶的油氣管道橫坡或順坡敷設的凍土邊坡，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，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。