煤礦塌陷區(qū)輸水管道上波紋補(bǔ)償器的應(yīng)用

某輸水管道根據(jù)線路規(guī)劃,輸水管線與鐵路交接點(diǎn)前后約5km管段需穿越任樓煤礦區(qū),該礦區(qū)大部分已經(jīng)開采,塌陷區(qū)已形成并已基本穩(wěn)定,部分新采區(qū)仍將延續(xù)塌陷,對(duì)管線的影響范圍約3.7km,預(yù)計(jì)8～10年后可基本穩(wěn)定。由于無法避開塌陷區(qū),因此,要求輸水管道穿越塌陷區(qū)須能適應(yīng)塌陷區(qū)的變形。經(jīng)研究決定在明鋪鋼管上間隔距離布置一個(gè)波紋補(bǔ)償器,以適應(yīng)塌陷區(qū)的變形。

一、塌陷區(qū)地基變形塌陷區(qū)地基變形特點(diǎn)是豎向沉降大,一般均達(dá)幾米,同時(shí)伴有較大的順管軸線的縱向水平位移和垂直管軸線的橫向水平位移。由于管節(jié)間豎向沉降和水平位移不均勻,導(dǎo)致前后管節(jié)間出現(xiàn)的豎向和水平轉(zhuǎn)角。

由于塌陷區(qū)地基存在沉降變位和水平向順管線及垂直管線的變位,因此管道的變形也將是三維空間的。目前國(guó)內(nèi)能適應(yīng)這種變形的管材只有柔性接口的管道,但由于地基順管軸線伸縮位移大,一般管道柔性接口的允許拔出量不能滿足要求。經(jīng)多個(gè)方案比較,決定采用明鋪鋼管方案,并沿管道走向間隔距離布置一個(gè)波紋補(bǔ)償器,以適應(yīng)塌陷區(qū)地基變形的要求。

二、波紋補(bǔ)償器的作用

波紋補(bǔ)償器又稱膨脹節(jié),與一般的管道元件不同,波紋管是用相當(dāng)薄的材料制作而成的,以使它具有足夠的柔性,可以吸收在使用中預(yù)期出現(xiàn)的機(jī)械位移和熱位移,也能起到吸振降噪的作用。在管系中采用波紋補(bǔ)償器可以在吸收系統(tǒng)壓力的同時(shí),吸收因地基變形引起的伸縮、沉降、扭轉(zhuǎn)等變位和因溫差引起的熱膨脹,這種產(chǎn)品在冶金、煉油、化工、火電或核電站、供熱和制冷等系統(tǒng)中均獲得了成功的應(yīng)用。設(shè)計(jì)選用的波紋補(bǔ)償器為復(fù)式自由型,每個(gè)補(bǔ)償器允許的橫向變位(垂直管軸向)150mm,徑向變位(順管軸向)250mm。

三、波紋補(bǔ)償器的布置

根據(jù)不同管段地基變形的特性，確定補(bǔ)償器布置間距。變形量大的管段，間隔25m布置一共補(bǔ)償器；變形量較小的管段間隔75m布置一個(gè)補(bǔ)償器。各個(gè)波紋補(bǔ)償器波數(shù)的多少，根據(jù)其所承受變形量的大小確定。通過在管道上設(shè)置波紋補(bǔ)償器，并在工程運(yùn)行過程中根據(jù)地基變形情況，適時(shí)進(jìn)行人工調(diào)質(zhì)，可以使管道較好的適應(yīng)地基變形要求。