強(qiáng)夯在石油天然氣管道安全控制范圍內(nèi)的應(yīng)用

摘要：結(jié)合工程實(shí)際，簡(jiǎn)述了通過(guò)震動(dòng)監(jiān)測(cè)強(qiáng)夯試驗(yàn)及合理設(shè)置減震溝解決了在石油天然氣管道限制強(qiáng)震動(dòng)的安全控制范圍內(nèi)使強(qiáng)夯施工面積最大化的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯 震動(dòng) 震動(dòng)監(jiān)測(cè) 減震溝 試驗(yàn)

前言

某市政道路工程全長(zhǎng)2525.679m，路寬50m，有約3.7萬(wàn)平米的填筑土層（厚3～9米）需進(jìn)行軟基處理，按設(shè)計(jì)擬采用工期短，造價(jià)低，工藝簡(jiǎn)單的強(qiáng)夯法進(jìn)行處理。

但該工程沿線存在一條的高壓輸油管線及一條LNG高壓天然氣管。石油天然氣管道的權(quán)屬單位均要求，在油氣管中心線兩側(cè)50米安全控制范圍內(nèi)不宜進(jìn)行強(qiáng)夯，應(yīng)改用無(wú)振動(dòng)工藝進(jìn)行軟基處理，即采用旋噴樁或攪拌樁。若確實(shí)需要進(jìn)行強(qiáng)夯施工的須采取有效保護(hù)措施并能證明可以確保管道安全的前提下經(jīng)其批準(zhǔn)方可進(jìn)行。

如果按50米范圍內(nèi)不能進(jìn)行強(qiáng)夯，則絕大部分強(qiáng)夯區(qū)域約3萬(wàn)平方米不能實(shí)施，而要采用旋噴樁進(jìn)行軟基處理，將使建設(shè)成本大大增加。

為解決上述矛盾，本工程在原強(qiáng)夯試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引入震動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)雙減震溝減震措施減震后，與安全允許振速的對(duì)比確定最小安全距離，在確保管道安全的前提下將強(qiáng)夯可實(shí)施范圍最大化，大大降低了施工成本。

1 工藝原理

1.1震動(dòng)破壞

振動(dòng)產(chǎn)生破壞主要由于產(chǎn)生了地震動(dòng)效應(yīng)，即地震波在介質(zhì)中以應(yīng)力波的形式進(jìn)行傳播，引起建筑物的振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)量值超過(guò)某一范圍后將對(duì)建筑物等產(chǎn)生不良效果。

強(qiáng)夯落錘觸地產(chǎn)生的地震效應(yīng)與爆破或地震引起的地震效應(yīng)不同，其振動(dòng)的振源深度位于近地表，且落錘區(qū)下部有較厚的土層作為消振層，因此它產(chǎn)生的振動(dòng)危害主要來(lái)自于水平方向。

1.2減震溝作用機(jī)理

減震溝的減震作用主要通過(guò)振源和被保護(hù)物體間的預(yù)裂孔隙面來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一孔隙面垂直于地表，成為地震波的一道屏障。地震波的傳播特征主要取決于介質(zhì)的波阻抗特性，當(dāng)?shù)卣鸩ㄟ_(dá)到不同介質(zhì)分界面時(shí)，由于波阻抗特性的不同，地震波將發(fā)生反射和投射，特別是由于地震波在自由面反射時(shí)，將不產(chǎn)生透射，所以在隔振溝的后面地震動(dòng)強(qiáng)度得到降低。

1.3減震溝與減震效果的關(guān)系

1、減震溝寬度對(duì)減震效果的影響可以忽略不計(jì)，在一定范圍內(nèi)，減震溝的深度增加減震效果也隨之增加；

2、2道減震溝的減震效果優(yōu)于1道減震溝，且隨著兩道減震溝的距離增大，減震效果隨之增大；

3、減震溝越靠近震源減震效果越明顯；

4、在減震溝遠(yuǎn)離震源一側(cè)較近的一定距離（因應(yīng)地質(zhì)條件不同有所差異，一般可取5m）內(nèi)，減震溝對(duì)震動(dòng)的傳播起到明顯的屏蔽作用。超出此距離，震動(dòng)從新迅速增大。將保護(hù)目標(biāo)即油氣管與減震溝的距離控制在在此距離內(nèi)且距離越小減震效果越好。

2 震動(dòng)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

2.1監(jiān)測(cè)設(shè)備

強(qiáng)夯地震效應(yīng)檢測(cè)使用4850工程強(qiáng)夯檢測(cè)儀，該儀器系統(tǒng)由振動(dòng)速度傳感器、4850采集記錄儀、筆記本電腦及專用分析處理軟件、供電系統(tǒng)及其他附屬設(shè)施組成，可同時(shí)測(cè)量垂直、水平Ⅰ、水平Ⅱ三個(gè)分向的振動(dòng)速度量。該型儀器性能優(yōu)良，靈敏度高，是目前工程振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域使用最為廣泛的一型儀器，使用前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格標(biāo)定計(jì)量。

進(jìn)行強(qiáng)夯施工振動(dòng)檢測(cè)時(shí)，將儀器架設(shè)在預(yù)先布設(shè)好的檢測(cè)點(diǎn)上，強(qiáng)夯引起的振動(dòng)由施工區(qū)域經(jīng)過(guò)傳播介質(zhì)傳輸?shù)綑z測(cè)點(diǎn)，振動(dòng)傳感器檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器中完成放大、采集等一系列工作。GPS天線接收衛(wèi)星信號(hào)以提供準(zhǔn)確的記錄時(shí)間及記錄位置信息。筆記本電腦通過(guò)通訊接口與數(shù)據(jù)采集器相連接，可監(jiān)控儀器的工作狀況，記錄實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)回放和數(shù)據(jù)處理工作。

2、監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

由于油氣管是埋置于地下，除了直接監(jiān)測(cè)管道的測(cè)點(diǎn)外，其余測(cè)點(diǎn)為了取得最精確數(shù)據(jù)應(yīng)使地下震動(dòng)能有效傳遞到監(jiān)測(cè)探頭上。故管道以外的測(cè)點(diǎn)采用1.5～2m的φ20鋼筋插入地下，頂部與地面平齊，頂部以下30cm采用砂漿包裹。

3確定安全允許振速

根據(jù)管道設(shè)計(jì)說(shuō)明，按《輸油（氣）埋地鋼質(zhì)管道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SY/T0450-2004）規(guī)定，要對(duì)埋地管道經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度等于0.20g的地區(qū)進(jìn)行抗拉伸和抗壓縮的校核，油氣管線路所經(jīng)地區(qū)設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，設(shè)計(jì)不進(jìn)行抗震設(shè)防。0.05g即為0.045m/s^2，參照《中國(guó)地震烈度表》，考慮0.045m/s^2處于VI度下限，故擬取V度為安全振速的取值項(xiàng)。由此可得安全允許振速為0.02～0.04m/s。在試驗(yàn)中為增加安全系數(shù)，取0.02～0.03m/s。

4震動(dòng)監(jiān)測(cè)強(qiáng)夯試驗(yàn)

4.1安全強(qiáng)夯范圍取得

在強(qiáng)夯試驗(yàn)中引入震動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)設(shè)置雙減震溝減弱震動(dòng)效應(yīng)，根據(jù)具體情況確定安全允許振速，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與安全允許振速的對(duì)比，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到控制振速時(shí)夯擊點(diǎn)的與管道之間的距離即為油氣管安全控制范圍內(nèi)可安全強(qiáng)夯范圍的邊界。

4.2主要技術(shù)措施

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)準(zhǔn)備包括：確定安全允許振速，開(kāi)挖靠近管道的減震溝，布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安設(shè)儀器。

（2）確定安全允許振速

根據(jù)管道設(shè)計(jì)要求及參考《爆破安全規(guī)程》確定允許安全振速。一般可為2.0～3.0cm/s，應(yīng)以下限值2.0cm/s為控制值。

（3）開(kāi)挖減震溝

在準(zhǔn)備試驗(yàn)時(shí)開(kāi)挖靠近管道的減震溝即圖1中的減震溝1.

減震溝1、2均按以下要求開(kāi)挖：

a、減震溝開(kāi)挖深度應(yīng)比受保護(hù)管道外底深0.5～1m，寬度對(duì)減震效果的影響可忽略不計(jì)，根據(jù)實(shí)際采用；

b、減震溝應(yīng)考慮地質(zhì)條件在不擾動(dòng)管周原土的情況下盡量靠近受保護(hù)管道及震源。

（4）布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如下圖2所示：

4.3點(diǎn)夯試夯

第一次點(diǎn)夯夯擊位置根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，一般應(yīng)在距離管道35米外開(kāi)始。夯擊點(diǎn)由遠(yuǎn)及近，直線向管道靠攏。

每次點(diǎn)夯監(jiān)測(cè)設(shè)備均自動(dòng)記錄震動(dòng)參數(shù)，并完成數(shù)據(jù)回放及處理。

4.4初步確定強(qiáng)夯范圍邊界

以測(cè)點(diǎn)1達(dá)到2.0cm/s振速時(shí)的夯點(diǎn)與管道距離為強(qiáng)夯范圍初定安全邊界。

4.5開(kāi)挖減震溝2

緊靠強(qiáng)夯初定安全邊界開(kāi)挖減震溝2。

4.6整個(gè)試夯區(qū)試夯

含2遍點(diǎn)夯1遍普夯，應(yīng)從強(qiáng)夯實(shí)驗(yàn)區(qū)遠(yuǎn)端向管道靠攏進(jìn)行強(qiáng)夯。

因?yàn)殡S土層受夯密實(shí)震動(dòng)相應(yīng)增大，故強(qiáng)夯最終邊界將會(huì)向遠(yuǎn)離管道方向移動(dòng)。當(dāng)測(cè)點(diǎn)2數(shù)據(jù)達(dá)到3.0cm/s或測(cè)點(diǎn)1數(shù)據(jù)達(dá)到2.0cm/s時(shí)的最終夯點(diǎn)與管道距離為最終邊界。

4.7取得最小安全距離

最終邊界與管道的距離即為最小安全距離。在油管兩側(cè)最小安全距離外，在開(kāi)挖完兩道減震溝后，強(qiáng)夯可安全放心進(jìn)行。在最小安全距離內(nèi)則需要采用無(wú)振動(dòng)工藝進(jìn)行軟基處理。

4.8正常強(qiáng)夯施工

在最終安全邊界設(shè)置安全警示帶，嚴(yán)禁超出最終安全邊界進(jìn)行強(qiáng)夯。

在油管兩側(cè)最小安全距離外進(jìn)行正常強(qiáng)夯時(shí)，仍需要進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)測(cè)以策萬(wàn)全。

5結(jié)語(yǔ)

在確保管道安全的前提下，通過(guò)震動(dòng)監(jiān)測(cè)強(qiáng)夯試驗(yàn)及合理設(shè)置雙減震溝減震，解決了強(qiáng)震動(dòng)施工工藝在油氣管安全控制區(qū)域限制實(shí)施的問(wèn)題，本工程強(qiáng)夯的實(shí)施面積達(dá)3.2萬(wàn)平方米，比原許可范圍增加了2.5萬(wàn)平方米，大大降低了施工成本。

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