多年冻土区输油管道稳定性评价方法研究

摘要

冻胀、融沉是多年冻土区管道工程中常见的问题，严重影响了输油管道工作状态的稳定性。多年冻土的工程地质特性及其相关的工程地质问题是当前我国冻土区管道工程建设所面临的挑战。本文以建成运营中的中俄原油管道工程为研究对象，在总结前人研究及中国东北地区多年冻土主要特征和分布规律的基础上，结合研究区管道工程建设实践，阐述了与管道稳定性相关的冻土冻胀融沉机理，总结了影响冻胀融沉特性的主要因素；依据管道建设相关规范和现场实测数据，以层次分析法结合模糊综合评价方法，对管道的工作状态进行了综合评价，具有重要的理论和实践意义。
　　 分析研究表明，研究区多年冻土的空间分布呈不连续分布，自北向南由大片岛状多年冻土区逐渐过渡为零星岛状多年冻土区。由于全球气候变暖，多年冻土的退化趋势比较明显，从研究区多年冻土的退化表现来看，北部多年冻土退化主要表现较为缓慢，而南部退化较为剧烈。
　　 根据世界范围内的管道建设经验分析，预计中俄原油管道的失稳形式主要是冻土冻胀融沉引起的过大的管道差异变形。影响冻胀融沉性能的主要因素有土的粒度组成、含水量、干密度和温度，对冻土的冻融性质起主导和控制作用。另外，地形地貌、植被覆盖、地下水补给等环境因素对冻融性质起加速和促进作用。
　　 在综合分析各影响因素的作用与整理现场实测数据后，本文采用层次分析法结合模糊数学理论对中俄原油管道进行稳定性综合评价。稳定性分析采用二级模糊评价模型，选取了15个影响管道稳定性的主要因素，确定了各影响因素的各级界限值。在管道稳定性评价中，准则层因素采用专家评定法和1-9标度法两种方式。管道模糊综合评价结果表明，研究区内不同地段的管道状态，应根据其稳定性的评价结果，采用不同的、合理的加固措施，防止冻害发展。