埋地油气管道抗震装置及埋地油气管道系统的制作方法

本发明涉及长输油气管道建设技术领域，尤其涉及一种用于穿越断层的埋地油气管道抗震装置及埋地油气管道系统。

背景技术：

石油与天然气作为国家战略能源，其产区大多集中在西北、西南以及东北地区，而油气消费市场主要集中在东部沿海地带，为了实现油气生产和消费的平衡，需要通过油气管道将油气从西部产地运输到东部消费地区。但是由于我国东西跨度较大，运输管线需跨越多个省市和地区，油气管道不可避免地要穿越断层，当断层活动时，油气管道会在断层引起的土壤位移作用下产生径向的振动变形，容易导致油气管道的破坏。因此，如何提升油气管道在断层处的抗震能力逐渐成为研究的热点。

现有技术中，一般通过增加油气管道的壁厚来提升油气管道的抗震性能，即通过有限元计算的结果，可参数化分析出油气管道本体参数、油气管道工作载荷参数、油气管道敷设参数以及土弹簧特性参数对油气管道设计应变的影响规律。在设计许可的范围内选择最大设计壁厚来加工油气管道，以提高油气管道的截面惯性矩和截面积，从而提高油气管道的抗弯刚度和抗拉或者抗压刚度，进而提高油气管道的抗震性能。

但是，由于壁厚的增加必定会增加管材的用量，导致油气管道的制造成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种埋地油气管道抗震装置及埋地油气管道系统，以克服现有技术中断层处的油气管道抗震性能较差的问题。

本发明提供一种埋地油气管道抗震装置，包括：土堤和涵洞；所述土堤沿第一预设方向延伸，且所述土堤上形成有用于与所述油气管道形状相配合的通孔；所述通孔也沿所述第一预设方向延伸，且所述通孔的直径与所述油气管道的直径相等；所述涵洞罩设在所述土堤外，且所述土堤与所述涵洞之间具有间隙。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，所述涵洞包括顶壁以及两个相对设置的侧壁，所述侧壁的顶端与所述顶壁固定连接，所述侧壁的底端用于与管沟接触；且所述顶壁与所述侧壁共同围成用于容纳所述土堤的容纳空间。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，所述涵洞的数量为多个，多个所述涵洞沿第一预设方向间隔设置。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，相邻两个所述涵洞之间的间隔为20cm。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，每个所述涵洞沿第一预设方向的长度为所述油气管道直径的2倍，所述侧壁的高度为所述油气管道直径的2倍，两个所述侧壁之间的距离为所述油气管道直径的5倍。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，所述涵洞为钢筋混凝土涵洞。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，所述土堤的横截面形状为等腰梯形。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，所述等腰梯形的上底尺寸为所述油气管道直径的1.5倍，所述等腰梯形的下底尺寸为所述油气管道直径的2.5倍，所述等腰梯形的高度为所述油气管道直径的1.5倍，所述土堤沿第一预设方向的长度为所述油气管道直径的100倍。

如上所述的埋地油气管道抗震装置，其中，所述土堤为松砂土堤。

本发明还提供一种埋地油气管道系统，包括如上所述的埋地油气管道抗震装置、管沟以及油气管道；所述埋地油气管道抗震装置设置在所述管沟内，所述油气管道位于所述通孔内。

本发明提供的埋地油气管道抗震装置及埋地油气管道系统，通过设置沿第一预设方向延伸的土堤和罩设在土堤外的涵洞；土堤上设置有与所述油气管道形状相配合的通孔，油气管道可以设置在通孔内；且土堤与涵洞之间具有间隙。由于涵洞罩设在土堤外侧，当断层处土壤发生移动时，涵洞可以抵抗由土壤产生的部分振动及变形力，从而保护内部的土堤位置不发生变化，进而保护位于土堤内的油气管道，以消除断层活动对油气管道的影响，提高断层处油气管道的抗震能力。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明不局限于下述的具体实施方式。

图1为本发明埋地油气管道抗震装置实施例一的整体结构示意；

图2为图1的主视图；

图3为本发明埋地油气管道抗震装置实施例二的整体结构示意；

图4为图3受断层影响后的整体结构示意图。

附图标记说明：

1：油气管道；

2：土堤；

3：涵洞；

31：顶壁；

32：侧壁；

4：管沟；

5：断面。

具体实施方式

石油与天然气作为国家战略能源，其产区大多集中在西北、西南以及东北地区，而油气消费市场主要集中在东部沿海地带，为了实现油气生产和消费的平衡，需要通过油气管道将油气从西部产地运输到东部消费地区。但是由于我国东西跨度较大，运输管线需跨越多个省市和地区，油气管道不可避免地要穿越断层，当断层活动时，油气管道会在断层引起的土壤位移作用下产生径向的振动变形，容易导致油气管道的破坏。

油气管道在断层处的受力形式一般可分为“拉伸+弯矩”或“压缩+弯矩”的两种组合作用。油气管道受拉时，当油气管道的拉伸应变超过极限拉伸应变时，油气管道会因拉裂失效；油气管道受压时，当压缩应变超过极限压缩应变时，油气管道会因薄壳失稳而产生屈曲破坏。油气管道的失效会直接造成油气泄漏、管线停输，甚至还可能会引起火灾、爆炸等二次灾害的发生。另外，目前使用的密闭输送流程使整个管网形成一个输运系统，油气管道局部的破坏势必会影响整个管网的运行，因此，断层活动会是长输管线安全运行的巨大威胁。所以，如何提升油气管道在断层处的抗震能力逐渐成为研究的热点。

现有技术中，一般通过增加油气管道的壁厚来提升油气管道的抗震性能，即通过有限元计算的结果，可参数化分析出油气管道本体参数、油气管道工作载荷参数、油气管道敷设参数以及土弹簧特性参数对油气管道设计应变的影响规律。在设计许可的范围内选择最大设计壁厚来加工油气管道，以提高油气管道的截面惯性矩和截面积，从而提高油气管道的抗弯刚度和抗拉或者抗压刚度，进而提高油气管道的抗震性能。但是，由于壁厚的增加必定会增加管材的用量，导致油气管道的制造成本较高。

除此之外，现有技术中还可以通过浅埋来增强油气管道的抗震性能，但是油气管道埋深的减小增加了其裸露的可能，使得油气管道遭受其他机械伤害和人为破坏的可能性大大增加。

虽然以上措施均能在某些程度上降低油气管道在地震中破坏的可能，但是这些措施在工程条件下只能相对减轻断层对油气管道的伤害，并未消除断层活动对油气管道的影响，因此被称为油气管道抗震缓解措施，且部分措施在某些特殊工程上并不具备可行性。

为了解决上述问题，本发明实施提供一种埋地油气管道抗震装置及埋地油气管道系统，以消除断层活动对油气管道的影响，提高油气管道的抗震性能。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明不局限于下述的具体实施方式。

实施例一

图1为本发明埋地油气管道抗震装置实施例一的整体结构示意；图2为图1的主视图。

请结合图1和图2，本实施例提供一种埋地油气管道抗震装置，包括：土堤2和涵洞3；土堤2沿第一预设方向延伸，且土堤2上形成有用于与油气管道1形状相配合的通孔；通孔也沿第一预设方向延伸，且通孔的直径与油气管道1的直径相等；涵洞3罩设在土堤2外，且土堤2与涵洞3之间具有间隙。

具体地，埋地油气管道抗震装置可以应用于断层处的油气管道1上，特别是走滑断层处，走滑断层是断层的主要形式之一，走滑断层处的断面两侧的土壤会沿断面走向产生水平方向相对移动，对油气管道1的抗震性能要求较高，油气管道1铺设时，先会在地表挖设能够容纳油气管道1的管沟4，为了防止浅埋时油气管道1容易被破坏的情况，管沟4的深度一般较深，其深度可以大于油气管道1的直径，油气管道1可以放置于管沟4的底面，并通过回填土将管沟4填满。埋地油气管道抗震装置也可以容纳在管沟4内，其可以包括用于容纳油气管道1的土堤2、以及罩设在土堤2外部的涵洞3。针对断层处，土堤2和涵洞3可以沿断层面两侧设置。

土堤2可以设置在管沟4内，其可以沿第一方向延伸，土堤2的形状可以有多种，例如其横截面可以为方形、圆弧形等，在此不做具体限定。第一预设方向可以与油气管道1的延伸方向相同，土堤2的内部可以设置有用于容纳油气管道1的通孔，通孔的直径可以与油气管道1的直径相同。通孔的延伸方向也可以为第一预设方向。土堤2可以由砂、土等材质堆叠并压实形成，从而增强土堤2对管道1的固定效果。优选地，土堤2可以由回填土设置而成。

进一步，土堤2为松砂土堤，土堤2由松砂土堆叠而成，松砂土的颗粒松散，与粘土相比，松砂土与油气管道1间会产生更小的作用力，因此可以减小断层活动时引起的油气管道1的应变。

涵洞3为罩设在土堤2外的结构，涵洞3可以为壳体状的结构，其可以具有一定的刚度，可以抵抗断层处的土壤位移，涵洞3的形状可以有多种，例如拱形、圆弧形等，涵洞3的材质也可以有多种，例如其可以采用金属材料(铁质材料、铜质材料等)通过模压或者锻造等方式加工而成；又例如可以采用塑料经过注塑而成，在此不做具体限制。优选地，其可以以钢筋混凝土加工而成，这种结构强度较高且成本也较低。

另外，涵洞3与土堤2之间可以具有间隙，当断层土壤位移不大时，涵洞3可以抵抗土壤位移产生的变形力，且位置不发生变化，此时，由于涵洞3与土堤2之间具有间隙，变形力不会从涵洞3传递到土堤2，对油气管道1没有影响。当断层土壤位移较大时，涵洞3会在土壤变形力的作用下发生一定量的位移，而由于涵洞3和土堤2之间存在间隙，即使涵洞3发生位移也不会挤压土堤2，对油气管道1不产生影响。间隙的尺寸可以根据断层的活动参数进行设置，在此不做具体限定。间隙可以为均匀间隙，均匀间隙的土堤2与涵洞3内表面的垂直距离处处相等；间隙也可以为不均匀间隙，即土堤2与涵洞3内表面的垂直距离根据位置的不同大小可以不相等。

铺设时，可以先将油气管道1放置于管沟4内，然后用回填土形成包围在油气管道1外侧的土堤2，并压实回填土。然后将涵洞3放置在土堤2的外侧，保持涵洞3与土堤2之间的间隙，然后使用回填土填满管沟4，完成铺设。当断层处的土壤发生位移时，土壤产生的变形力作用于涵洞3，并被涵洞3吸收，由于土堤2和涵洞3之间有间隙，变形力不会传递到土堤2，也就不会对油气管道1产生影响，可以消除断层活动对油气管道1的影响。

本实施例提供的埋地油气管道抗震装置，通过设置沿第一预设方向延伸的土堤和罩设在土堤外的涵洞；土堤上设置有与油气管道形状相配合的通孔，油气管道可以设置在通孔内；且土堤与涵洞之间具有间隙。由于涵洞罩设在土堤外侧，当断层处土壤发生移动时，涵洞可以抵抗由土壤产生的部分振动及变形力，从而保护内部的土堤位置不发生变化，进而保护位于土堤内的油气管道，以消除断层活动对油气管道的影响，提高断层处油气管道的抗震能力。

作为一种优选地实施方式，涵洞3包括顶壁31以及两个相对设置的侧壁32，侧壁32的顶端与顶壁31固定连接，侧壁32的底端用于与管沟4接触；且顶壁31与侧壁32共同围成用于容纳土堤2的容纳空间。

具体地，可以参考图2，涵洞3可以包括顶壁31以及固定在顶壁31上的两个侧壁32，侧壁32也可以沿图中上下延伸，顶壁31可以沿图中左右方向延伸，侧壁32背离顶壁31的一端可以设置在管沟4的底面上，从而增强涵洞3抵抗变形的能力。

优选地，顶壁31以及侧壁32可以一体成型为一体件，来简化加工过程。

实施例二

图3为本发明埋地油气管道抗震装置实施例二的整体结构示意；图4为图3受断层影响后的整体结构示意图。

请参考图3和图4，在实施例一的基础上，对涵洞3进行改进。涵洞3的数量为多个，多个涵洞3沿第一预设方向间隔设置。

具体地，以油气管道1穿越走滑断层为例，涵洞3可以包括多个，多个涵洞3可以沿第一预设方向间隔设置，当断面5两侧的土壤沿图4中的箭头方向发生水平移动时，断面5附近的涵洞3可以在断层活动的影响下发生一定量的位移，使其延伸方向偏离第一预设方向，但是由于涵洞3与土堤2之间具有间隙，涵洞3的活动并不会影响土堤2，从而保证土堤2内部的油气管道1不会受到断层活动的影响，提高了管道的抗震能力。多个涵洞3可以降低涵洞3的制造加工难度，降低成本。

另外，相邻两涵洞3之间的间隔可以较小，具体可以根据实际情况进行设置，保证回填土不会顺着间隔填满涵洞3与土堤2之间。

优选地，相邻两个涵洞3之间的间隔为20cm，能够防止回填土填满间隙内。

本实施例提供的埋地油气管道抗震装置，通过将涵洞数量设置为多个，多个涵洞沿第一预设方向间隔设置在土堤外，从而降低涵洞的加工难度，当断层处土壤发生移动时，涵洞可以抵抗由土壤产生的部分振动及变形力，从而保护内部的土堤位置不发生变化，进而保护位于土堤内的油气管道，以消除断层活动对油气管道的影响，提高断层处油气管道的抗震能力。

实施例三

在实施例二的基础上对埋地油气管道抗震装置的尺寸进行限定，每个涵洞3沿第一预设方向的长度为油气管道1直径的2倍，侧壁32的高度为油气管道1直径的2倍，两个侧壁32之间的距离为油气管道1直径的5倍。

土堤2的横截面形状为等腰梯形。等腰梯形2的上底尺寸为油气管道1直径的1.5倍，等腰梯形的下底尺寸为油气管道1直径的2.5倍，等腰梯形的高度为油气管道1直径的1.5倍，土堤2沿第一预设方向的长度为油气管道1直径的100倍。

具体地，埋地油气管道抗震装置的尺寸可以根据油气管道1的尺寸进行设置，第一预设方向可以垂直于断面5，优选地，土堤2和涵洞3可以断面5为对称面设置，从而增强对断层处油气管道1的防护。

土堤2的优选形状可以为等腰梯形截面，该形状的承力性能较好，进一步降低断层活动对油气管道1的作用。

假设油气管道1的直径为d，每个涵洞3的侧壁32高度为2d，两个侧壁32之间的距离为5d，涵洞3沿第一预设方向的长度为2d。等腰梯形状的土堤2的上底尺寸为1.5d，下底尺寸为2.5d，高度为1.5d。

另外，土堤2的长度可以为100d，多个涵洞3的总长也可以为100d左右，以断面5为分界，两侧可以各为50d的长度。

本实施例通过对土堤2及涵洞3的尺寸进行设置，进一步提高了埋地油气管道抗震装置的抗震性能。

实施例四

本实施例还提供一种埋地油气管道系统，包括埋地油气管道抗震装置、管沟4以及油气管道1；埋地油气管道抗震装置设置在管沟4内，油气管道1位于通孔内。其中，埋地油气管道抗震装置，包括：土堤2和涵洞3；土堤2沿第一预设方向延伸，且土堤2上形成有用于与油气管道1形状相配合的通孔；通孔也沿第一预设方向延伸；涵洞3罩设在土堤2外，且土堤2与涵洞3之间具有间隙。

具体地，埋地油气管道系统可以应用于油气的运输，管沟4可以为倒梯形结构，即其上底的长度可以大于下底的长度，油气管道1可以放置在管沟4底面，埋地油气管道抗震装置可以设置在管沟4内，且其高度可以小于管沟4的深度，从而方便利用回填土将埋地油气管道抗震装置埋藏于地下。

埋地油气管道抗震装置可以包括土堤2以及罩设在土堤2外的涵洞3，土堤2内形成有通孔，油气管道1可以放置在通孔内，土堤2及涵洞3之间形成间隙，土堤2和涵洞3的结构和功能与上述实施例相同，具体可以参考上述实施例，在此不做赘述。

施工时，先在地面挖设管沟4，然后将油气管道1放置于管沟4内，然后用回填土形成包围在油气管道1外侧的土堤2，并压实回填土。然后将涵洞3放置在土堤2的外侧，保持涵洞3与土堤2之间的间隙，然后使用回填土填满管沟4，完成铺设。当断层处土壤发生移动时，涵洞3可以抵抗由土壤产生的部分振动及变形力，从而保护内部的土堤2位置不发生变化，进而保护位于土堤2内的油气管道，以消除断层活动对油气管道的影响，提高断层处油气管道的抗震能力。

本实施例提供的埋地油气管道系统，通过设置沿第一预设方向延伸的土堤和罩设在土堤外的涵洞；土堤上设置有与油气管道形状相配合的通孔，油气管道可以设置在通孔内；且土堤与涵洞之间具有间隙。由于涵洞罩设在土堤外侧，当断层处土壤发生移动时，涵洞可以抵抗由土壤产生的部分振动及变形力，从而保护内部的土堤位置不发生变化，进而保护位于土堤内的油气管道，以消除断层活动对油气管道的影响，提高断层处油气管道的抗震能力。

术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”等术语均应广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。