论文部分内容阅读
中俄原油管道于2011年1月正式投入运营，油温常年为正温，在沼泽湿地和高温高含冰量冻土地区管道发生显著融沉，管道上方地表沉陷、管沟积水加剧了管底融化深度的发展。本文根据漠大线典型研究区域现场勘查、监测资料，评估管道热融病害等级，判断是否需要实施进一步的病害防治措施。防治措施主要有热管、保温材料以及二者组合措施、横向通风管措施，防治措施效果的研究通过热管现场试验和热管、通风管数值模拟分析两个方面开展。 为了识别漠大线各典型研究区域诱发热融病害的主要因素，评估热融病害的等级，判断实施防治措施的必要性，应用模糊互补判断矩阵排序原理、模糊综合评价法建立了漠大线典型研究区域热融灾害评价模型，以漠大线364km研究场地为例，该研究区域诱发热融病害的主导因素为年平均油温、冻土含冰量、年平均地温、管顶埋深、活动层厚度、地表径流等;该研究区域管线热融病害潜在风险处于d级-较差等级。其中，自然环境因子、冻土特征因子、管道扰动因子潜在风险皆处于较差等级。依漠大线不同病害区的特征修正部分评价指标后，该模型可应用于其他典型潜在病害区域。 为了研究热管的防治效果在漠大线391km处研究区域安装了管-土水热状况监测系统，通过初步分析现场热管试验监测数据，热管措施下在冬季浅层地温降温效果明显，且热管数量越多、布设间距越小其降温效果越好，而深层冻土温度在不断升高。 为探究热管措施的长期效果，以漠大线391km处研究区域的示范工程为例，建立输油管道-热管-管基土三维耦合数值传热模型，对基于热管8种工况的长期降温效果和水分变化进行数值仿真分析，数值模拟结果显示:降温效果从热管+保温层+管底保温板、热管+保温层、保温层+管底保温板、保温层、热管+管底保温板、热管、管底保温板、无措施依次变差。热管+保温层+管底保温板、热管+保温层复合措施下管道周围融化圈出现回冻，热管、保温板、热管+保温板措施具有一定的降温效果但管底融化深度在不断发展，且深部冻土温度在不断升高。 为求证通风管措施在高纬度冻土埋地管道工程中的适用性及其效果，以漠大线391km处研究区域的工程问题为例，建立气固耦合传热模型，利用数值仿真研究其降温效果，从其长期热状况的预测结果来看，强迫对流条件下，通风管进出风口的合理高差为0.4m;冷季浅层地温降温效果明显，融化圈减小，暖季与无措施工况相比管底融化深度减小约0.2m，但融深在逐年增加。其降温效果还需通过现场试验进一步来验证，设计参数还需要进一步的研究。