一种寒区边坡管道敷设的保温防护结构的制作方法

本实用新型涉及寒区油气管道敷设技术领域，特别涉及一种寒区的油气管道横坡或顺坡敷设时的边坡保温防护结构。

背景技术：

随着寒区油气资源的开发，使得穿越多年冻土地区的埋地管道越来越多，其最常见的安全问题为地质灾害。格拉输油管道、中俄输气管道等是我国在多年冻土地区修建的油气管道工程，沿线多年冻土主要呈大片连续分布，全线采用埋地敷设方式，多处管道横坡或顺坡敷设在多年冻土边坡上。自运行以来，边坡地表冻胀、融沉滑坡等问题比较突出，已造成多次“露管”、“透管”事故，冻土边坡破坏严重，这将直接给多年冻土地区的油气管道工程带来较多的冻土工程地质灾害问题。在多年冻土区敷设油气管道，目前国内尚无成熟的经验和技术。管道横坡或顺坡敷设于冻土边坡上，会改变边坡形态，破坏冻土边坡的热平衡条件，对多年冻土产生热干扰，这种干扰将导致流入冻土中的热量增加，引起多年冻土边坡的融化和上限下降，是造成冻土地区的边坡遭到破坏的主要原因。新的热平衡状态的建立和多年冻土温度状态的恢复需要较长时间。当边坡段管道上、下游停输检修时，管道温度骤然降低，造成寒区边坡热平衡被破坏。在此过程中，多年冻土工程地质条件将发生一系列的变化，加之实际地基冻土工程地质条件的复杂性，必将导致管道工程竣工后产生各种病害。为了将多年冻土地区的边坡病害控制在工程运营允许的范围之内，国内、外对多年冻土区的路基工程基本是采用架空或埋地的敷设方式，其中架空敷设方式主要用于高含冰量地段，埋地敷设方式主要用于低含冰量地段。在架空敷设方式的钢管桩中普遍插入了热棒，个别埋地敷设地段也采用了热棒或制冷机，用于降低多年冻土温度，保持边坡多年冻土的稳定。这些措施虽然对解决多年冻土地区边坡病害起到了一定的效果，但是在钢管桩中插入热棒，其工程的成本过高，通常只是在特殊边坡才使用，不适于普遍边坡采用；而在一些冻土边坡中，油气管道运营温度较高，冻土边坡保持冻结的效果不够理想，且加大了工程成本，尤其是在全球环境逐渐变暖的大趋势下，长期使用会面临很大挑战。因此，如何防止多年冻土地带敷设油气管道带来的地质灾害问题，至今仍然是一个难以解决的世界性难题。

技术实现要素：

为了解决现有多年冻土边坡油气管道敷设时带来的地质灾害，以及工程成本高、普遍适用性差等问题，本实用新型提供了一种寒区边坡管道敷设的保温防护结构，包括多个铺设于开挖管沟底部且沿所述管沟纵向长度方向依次分布的封闭PVC水箱；所述PVC水箱位于所述管沟两侧铺设的浆砌石护坡之间。

所述PVC水箱包括PVC箱体和PVC盖板；所述PVC箱体内设置有多个等间隔的横向加强肋和纵向加强肋；所述PVC盖板设置在所述PVC箱体、横向加强肋和纵向加强肋上，并且与所述PVC箱体密封；所述PVC箱体的一侧设置有注水管，所述注水管伸出地面且连接有阀门。

所述PVC箱体的内表面设置有防漏层，所述PVC箱体的外表面设置有防腐层。

所述PVC箱体内设置有电极式水位传感器。

当寒区边坡的坡度为5～30°时，多个PVC水箱沿边坡呈阶梯状铺设于开挖管沟底部，并且相邻的PVC水箱错位重叠。

本实用新型提供的寒区边坡管道敷设的保温防护结构，通过在管沟底部铺设PVC水箱，利用PVC水箱中的氯化钠水溶液来阻隔或缓解管道热量传输到冻土边坡，实现对冻土边坡的热平衡调节，防止冻土边坡的融沉，消除对寒区冻土带来的病害。本实用新型提供的寒区边坡管道敷设的保温防护结构，具有结构简单、施工成本低等优点，能够有效地抑制冻土边坡的融沉式滑坡等病害，对在多年冻土边坡上横坡或顺坡敷设油气管道均有较高的经济意义。

附图说明

图1是本实施例冻土边坡上横坡管道敷设的保温防护结构的示意图；

图2是本实施例冻土边坡上顺坡管道敷设的保温防护结构的示意图；

图3是图1所示保温防护结构的局部放大示意图；

图4是本实施例保温防护结构中PVC水箱的剖视图；

图5是图4所示PVC水箱的PVC箱体内部平面结构示意图；

图6是本实施例保温防护结构在30°边坡上顺坡管沟埋深的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型技术方案作进一步描述。

参见图1至图3，本实用新型实施例提供了一种寒区边坡管道敷设的保温防护结构，包括多个铺设于开挖管沟底部且沿管沟纵向长度方向依次分布的封闭PVC水箱3；PVC水箱3位于管沟两侧铺设的浆砌石护坡2之间，PVC水箱3的顶部和底部均铺设有碎石土5。其中，PVC水箱3包括PVC箱体7和PVC盖板8，如图3至图5所示；PVC箱体7内设置有多个等间隔的横向加强肋10和纵向加强肋12，以使PVC水箱3在管沟底部承受荷载时的强度和刚度；PVC盖板8设置在PVC箱体7、横向加强肋10和纵向加强肋12上，并且与PVC箱体7密封；PVC箱体7的一侧设置有注水管6。图1示出了冻土边坡1上管道4横坡敷设的保温防护结构的示意图；其中，PVC水箱铺设在冻土边坡1上的管沟底部，管沟两侧铺设了浆砌石护坡，PVC水箱位于两侧的浆砌石护坡之间。

在施工过程中，PVC水箱的顶部铺设200cm厚碎石土，PVC水箱的底部铺设200cm厚碎石土，利用散乱的碎石土之间的缝隙空间，能够达到保温的效果。PVC水箱的内空高度可设计为0.2～0.4m，PVC水箱沿边坡上开挖管沟纵向长度敷设，通常可选择长度为8～15m为一组。每个PVC水箱的底部距离冻土边坡上限至少0.2m，PVC水箱沿开挖管沟横断面的长度为水箱所处高度位置的管沟宽度。如图4所示，每个PVC水箱内盛装占水箱容积90％-95％的10％浓度的氯化钠水溶液14；氯化钠水溶液凝结成冰的膨胀率约为5％，使水凝结成冰时膨胀的体积约小于水箱的容积，避免因水凝结成冰而造成对水箱的损坏。PVC水箱中的氯化钠水溶液能够调节冻土边坡中的热平衡，阻隔或缓解热量向冻土传输，防止冻土边坡的融沉，消除对寒区冻土带来的病害。PVC箱体7的内表面设置有防漏层11，用于防止氯化钠水溶液的渗漏；PVC箱体7的外表面设置有防腐层9，用于减缓土壤对PVC箱体7的腐蚀。在PVC箱体7内设置有电极式水位传感器13，如图4和图5所示；电极式水位传感器13用于检测氯化钠水溶液的液位。注水管6穿出碎石土5和浆砌石护坡2后伸出地面，并连接有阀门(未示出)。PVC箱体内的氯化钠水溶液会在反复的冻、融循环过程中形成损耗，导致氯化钠水溶液减少；当氯化钠水溶液减少时，通过注水管6向PVC箱体内补充氯化钠水溶液，以使PVC箱体内有足够的氯化钠水溶液来调节热平衡。在平缓的冻土边坡1中，多个PVC水箱依次沿管沟的纵向长度方向排列布置，相邻的两个PVC水箱接合处可用碎石土设置收缩缝。

图6示出了本实施例保温防护结构在坡度为30°的冻土边坡1上顺坡管沟埋深的示意图。其中，多个PVC水箱3沿边坡呈阶梯状铺设于开挖管沟底部，并且相邻的PVC水箱错位重叠。在图6中，相邻的两个PVC水箱之间的距离为100cm，相邻的两个PVC水箱错位重叠之间的高度间隙填充碎石土5。通常情况下，当冻土边坡的坡度为5～30°时，为了防止相邻PVC水箱因受竖直方向下滑力移动而引起的破坏，需要在PVC水箱之间设置浆砌石护坡2，例如可每隔15m设置一浆砌石护坡，以防止前后PVC水箱的位置移动。

本实用新型实施例的寒区边坡管道敷设的保温防护结构，通过铺设在管沟底部的PVC水箱，将边坡的多年冻土上限与管道进行热隔断，使管道运营散热需经过PVC水箱才能向下传输。本实用新型实施例的PVC水箱中10％浓度的氯化钠水溶液具有较大的热容和在-15℃情况下变相过程中吸热、放热的特点，在冬季，运营时管道的热量进入PVC水箱中的氯化钠水溶液，氯化钠水溶液变相吸热，从而阻止了大量热量传输到冻土，避免了边坡原始热平衡状态被破坏，有效地防止了冻土边坡发生整体融沉式滑坡；在暖季，外界和管道热量进入PVC水箱，PVC水箱中的冰吸热逐渐融化，吸收大量热量使边坡冻土缓慢融化，有效地防止了边坡冻土因快速大量吸热导致的融沉滑坡破坏。本实用新型实施例的储存有氯化钠水溶液的PVC水箱在路基中构成了调节热平衡的结构层，能够在热交换的相变过程中吸热和放热，达到能量的储存及转换作用，可以有效地抑制多年冻土地区边坡因敷设油气管道引起的融沉式滑坡等病害。

本实用新型实施例提供的寒区边坡管道敷设的保温防护结构，通过铺设在管沟底部的PVC水箱中的氯化钠水溶液作为热交换介质来调节冻土区边坡的热平衡，其建筑成本和使用成本均低于采用热棒技术的成本，并且抑制融沉式滑坡的效果要优于现有冻土边坡所采取的任何措施，结构简单，特别适用于寒区地带的油气管道横坡或顺坡敷设的冻土边坡，具有普遍的实用意义。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。