強夯在石油天然氣管道安全控制范圍內的應用

摘要：結合工程實際，簡述了通過震動監測強夯試驗及合理設置減震溝解決了在石油天然氣管道限制強震動的安全控制范圍內使強夯施工面積最大化的問題。

關鍵詞：強夯 震動 震動監測 減震溝 試驗

前言

某市政道路工程全長2525.679m，路寬50m，有約3.7萬平米的填筑土層（厚3～9米）需進行軟基處理，按設計擬采用工期短，造價低，工藝簡單的強夯法進行處理。

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屬單位均要求，在油氣管中心線兩側50米安全控制范圍內不宜進行強夯，應改用無振動工藝進行軟基處理，即采用旋噴樁或攪拌樁。若確實需要進行強夯施工的須采取有效保護措施并能證明可以確保管道安全的前提下經其批準方可進行。

如果按50米范圍內不能進行強夯，則絕大部分強夯區域約3萬平方米不能實施，而要采用旋噴樁進行軟基處理，將使建設成本大大增加。

為解決上述矛盾，本工程在原強夯試驗的基礎上，引入震動監測試驗，通過雙減震溝減震措施減震后，與安全允許振速的對比確定最小安全距離，在確保管道安全的前提下將強夯可實施范圍最大化，大大降低了施工成本。

1 工藝原理

1.1震動破壞

振動產生破壞主要由于產生了地震動效應，即地震波在介質中以應力波的形式進行傳播，引起建筑物的振動，當振動量值超過某一范圍后將對建筑物等產生不良效果。

強夯落錘觸地產生的地震效應與爆破或地震引起的地震效應不同，其振動的振源深度位于近地表，且落錘區下部有較厚的土層作為消振層，因此它產生的振動危害主要來自于水平方向。

1.2減震溝作用機理

減震溝的減震作用主要通過振源和被保護物體間的預裂孔隙面來實現。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的波阻抗特性，當地震波達到不同介質分界面時，由于波阻抗特性的不同，地震波將發生反射和投射，特別是由于地震波在自由面反射時，將不產生透射，所以在隔振溝的后面地震動強度得到降低。

1.3減震溝與減震效果的關系

1、減震溝寬度對減震效果的影響可以忽略不計，在一定范圍內，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、在減震溝遠離震源一側較近的一定距離（因應地質條件不同有所差異，一般可取5m）內，減震溝對震動的傳播起到明顯的屏蔽作用。超出此距離，震動從新迅速增大。將保護目標即油氣管與減震溝的距離控制在在此距離內且距離越小減震效果越好。

2 震動監測的實現

2.1監測設備

強夯地震效應檢測使用4850工程強夯檢測儀，該儀器系統由振動速度傳感器、4850采集記錄儀、筆記本電腦及專用分析處理軟件、供電系統及其他附屬設施組成，可同時測量垂直、水平Ⅰ、水平Ⅱ三個分向的振動速度量。該型儀器性能優良，靈敏度高，是目前工程振動檢測領域使用最為廣泛的一型儀器，使用前經過嚴格標定計量。

進行強夯施工振動檢測時，將儀器架設在預先布設好的檢測點上，強夯引起的振動由施工區域經過傳播介質傳輸到檢測點，振動傳感器檢測到振動信號后，將其轉換成電信號送入數據采集器中完成放大、采集等一系列工作。GPS天線接收衛星信號以提供準確的記錄時間及記錄位置信息。筆記本電腦通過通訊接口與數據采集器相連接，可監控儀器的工作狀況，記錄實時檢測數據，完成數據回放和數據處理工作。

2、監測點設置

由于油氣管是埋置于地下，除了直接監測管道的測點外，其余測點為了取得最精確數據應使地下震動能有效傳遞到監測探頭上。故管道以外的測點采用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

根據管道設計說明，按《輸油（氣）埋地鋼質管道抗震設計規范》（SY/T0450-2004）規定，要對埋地管道經過設計地震動峰值加速度等于0.20g的地區進行抗拉伸和抗壓縮的校核，油氣管線路所經地區設計地震動峰值加速度為0.05g，設計不進行抗震設防。0.05g即為0.045m/s^2，參照《中國地震烈度表》，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。由此可得安全允許振速為0.02～0.04m/s。在試驗中為增加安全系數，取0.02～0.03m/s。

4震動監測強夯試驗

4.1安全強夯范圍取得

在強夯試驗中引入震動監測，通過設置雙減震溝減弱震動效應，根據具體情況確定安全允許振速，通過監測數據與安全允許振速的對比，當監測數據達到控制振速時夯擊點的與管道之間的距離即為油氣管安全控制范圍內可安全強夯范圍的邊界。

4.2主要技術措施

（1）試驗準備

試驗準備包括：確定安全允許振速，開挖靠近管道的減震溝，布置監測點，安設儀器。

（2）確定安全允許振速

根據管道設計要求及參考《爆破安全規程》確定允許安全振速。一般可為2.0～3.0cm/s，應以下限值2.0cm/s為控制值。

（3）開挖減震溝

在準備試驗時開挖靠近管道的減震溝即圖1中的減震溝1.

減震溝1、2均按以下要求開挖：

a、減震溝開挖深度應比受保護管道外底深0.5～1m，寬度對減震效果的影響可忽略不計，根據實際采用；

b、減震溝應考慮地質條件在不擾動管周原土的情況下盡量靠近受保護管道及震源。

（4）布置監測點

監測點布置如下圖2所示：

4.3點夯試夯

第一次點夯夯擊位置根據經驗數據確定，一般應在距離管道35米外開始。夯擊點由遠及近，直線向管道靠攏。

每次點夯監測設備均自動記錄震動參數，并完成數據回放及處理。

4.4初步確定強夯范圍邊界

以測點1達到2.0cm/s振速時的夯點與管道距離為強夯范圍初定安全邊界。

4.5開挖減震溝2

緊靠強夯初定安全邊界開挖減震溝2。

4.6整個試夯區試夯

含2遍點夯1遍普夯，應從強夯實驗區遠端向管道靠攏進行強夯。

因為隨土層受夯密實震動相應增大，故強夯最終邊界將會向遠離管道方向移動。當測點2數據達到3.0cm/s或測點1數據達到2.0cm/s時的最終夯點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。在油管兩側最小安全距離外，在開挖完兩道減震溝后，強夯可安全放心進行。在最小安全距離內則需要采用無振動工藝進行軟基處理。

4.8正常強夯施工

在最終安全邊界設置安全警示帶，嚴禁超出最終安全邊界進行強夯。

在油管兩側最小安全距離外進行正常強夯時，仍需要進行震動監測以策萬全。

5結語

在確保管道安全的前提下，通過震動監測強夯試驗及合理設置雙減震溝減震，解決了強震動施工工藝在油氣管安全控制區域限制實施的問題，本工程強夯的實施面積達3.2萬平方米，比原許可范圍增加了2.5萬平方米，大大降低了施工成本。

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