Q／SY 1672-2014  油气管道沉降监测与评价规范

式中： 管道轴向应力，拉应力为正，压应力为负，单位为兆帕（MPa）； [o.] 管道许用轴向应力，单位为兆帕（MPa）； 管材最小屈服强度，单位为兆帕（MPa)； 当量应力，单位为兆帕（MPa）； 由内压产生的环向应力，单位为兆帕（MPa）

附录E，地面管道沉降计算参见附录F 7.2.2管道位移评定基于管道许用挠度值进行等效应力分析与计算，按照7.1评价准则开展评价 基于有限元评价管道沉降参见附录G。 7.2.3管道应力评定基于应变监测值进行等效应力分析和计算，按照7.1评价准则开展评价

铆钉标准评价报告至少应包括： a）概述。 b）计算原理。 c) 数据分析。 d）评价结果。 e）结论与建议措施

评价报告至少应包括： a）概述。 b）计算原理。 c）数据分析。 d）评价结果。 e）结论与建议措施。

Q/SY1672—2014附录（资料性附录）油气管道沉降监测方法表A.1给出了油气管道沉降监测方法，包括监测项目、常用仪器、内容与适用范围。表A.1油气管道沉降监测方法序号监测项目常用仪器内容适用范围水准仪或全站仪通过监测管道位移判断管体位移情况采空区、占压、管体管道惯性测量内通过管道几何监测器记录管道轴线坐标和管体形状，对冻土、湿陷、位移监测检测器（IMU)比相隔一定时间的数据，获得管体位移和管道截面变形岩溶、抽汲地±体GPS监测仪监测埋地管道沉降区域地表的高程差下水2位移监测沉降仪先高差量测，然后换算成单位长度的沉降量地面沉降管体受3土压力盒监测土体沉降对管道的推挤作用力重载外力监测管道4应力测量应力分析仪测量管体当前应力管体监测管体的应力变化，结合测量或估算的绝对应力应变采空区、重载、5应变监测应变监测仪评价管道的安全状态冻土、湿陷、岩溶、抽汲地温度相关监测管道和土壤的温度、土壤的渗水压和孔隙度等，确下水6渗水压计因素监测定监测方法和监测条件的选择孔隙水压计等4

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附录B （资料性附录）

全站仪监测原理见图B.1，全站仪布设在已知高程的A点，记为HA，放置反射棱镜的B点为待 求点，高程记为HB，全站仪照准棱镜中心，测得A和B两点间的水平距离D和竖直角α，H计算 见公式（B.1）：

式中： Ha——A点的高程，单位为米（m)； HB——B点的高程，单位为米（m)； A和B两点间的水平距离，单位为米（m）； 竖直角，单位为度（°）； 全站仪仪器高度，单位为米（m）； 棱镜高度，单位为米（m）

式中： H^——A点的高程，单位为米（m)； HB——B点的高程，单位为米（m)； A和B两点间的水平距离，单位为米（m）； 竖直角，单位为度（°）； 全站仪仪器高度，单位为米（m）； 棱镜高度，单位为米（m）

在选择管道位移监测时收集的相关资料至少包括： a） 管道工图、施工记录、自然与地质环境和人类工程活动情况等。 b) 管道沉降区分布情况， 管道沉降区土体性质， d）管道投产运行以来的事故、事件情况

图B.1全站仪监测原理图

3.3.1安装标志杆的作业坑的尺寸沿管道方向、管道两侧、深度根据不同自然与地质条件确定。 .3.2标志杆外部应有保护管，两者之间填充黄油，避免沉降对标志杆的影响。 .3.3标志杆的顶部设置基座，放置棱镜

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5.3.4 3.3.5基准桩的外部应设置保护管， B.3.6照准桩的安装方式与基准桩相同

B.4.1仪器对中偏差不应大于5mm，仪器高和反射镜高应量至1mm，执行GB/T50539的规定。 B.4.2应选择较远的图根点作为测站定向点，并施测另一图根点的坐标和高程作为测站检核。 B.4.3检核点的平面位置较差不应大于图上0.2mm，高程较差不应大于基本等高距的1/5

B.5.1安装前确认：在施工前应加工好基准桩、照准桩、标志杆，尺寸根据不同自然与地质条件确 定；确认基座、反射片、棱镜、管卡等辅助设备齐全。 B.5.2开挖作业：开挖深度由B.3.1和B.5.1确定，其他包括排水措施与开挖规程等 B.5.3基准桩、照准桩与标志杆安装：基准桩与照准桩应埋设于土壤稳定层，确保坐标不会改变； 标志杆通过管卡与管道连接在一起，管卡与管道不应紧密固定。基准桩、照准桩与标志杆应竖直 理设。 B.5.4全站仪安装：全站仪通过基座置于基准桩顶部，反射片置于基准桩顶部用于照准。棱镜通过 基座置于标志杆上。 B.5.5土壤回填：将土壤回填并压实，回填土壤的过程中应始终保持基准桩、照准桩与标志杆 竖直。

B.6.1监测系统安装完毕后，调试全站仪。 B.6.2运营单位应制定土体位移监测系统相关设备的维护规程，负责系统日常运行管理。 B.6.3运营单位应定期检查基准桩、照准桩和标志杆的情况，检查工作情况应列人站场巡检内容， 并有相关记录

6.1监测系统安装完毕后，调试全站仪。 6.2运营单位应制定土体位移监测系统相关设备的维护规程，负责系统日常运行管理。 6.3运营单位应定期检查基准桩、照准桩和标志杆的情况，检查工作情况应列入站场巡检内容 有相关记录

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附录C （资料性附录）

附录C （资料性附录 变监测方法一

对管道沉降高风险区进行深入调研，研究地质变化情况，掌握沉降发生的特点，分析沉降类型及 发生频率，制定合理的监测方式及监测频率，设置合理的预警机制，采用成熟的数据传输技术，与网 络系统紧密结合，通过网络做到时时网上监控，做到沉降风险的时时预警。包括监测管道沉降情况下 管道的应力应变情况，明确是否对管道造成损伤；开发监测软件系统，数据上传到总部，在总部开展 数据分析工作；现场安装监测系统。在选择管体应变监测时收集的相关资料至少包括： 管道峻工图、施工记录、自然与地质环境和人类工程活动情况等。 b） 管道沉降区分布情况。 c） 管道沉降区土体性质。 管道材料性质。 管道投产运行以来的事故、事件情况

选择高风险点进行监测，对各个监测区域的管道沉降以及曾经发生过的管道沉降进行调研，根据 周研结果制定监测方案，包括探头的种类、数量、分布，监测频率、数据传输方式和电源充电方式 等，然后进行现场传感器安装调试、网络软件安装、参数合理设置、制定保护方案。

C.3.1工作环境适合野外长期工作，适应当地温度、湿度的要求，系统设计满足防水要求。 C.3.2 系统供电采用太阳能和蓄电池联合供电，供电系统使用野外无直接电源供电的要求。 C.3.3 局域网传输，软件系统的架构采用浏览器/服务器（BS）结构方式。 C.3.4 安装时不在管子上直接焊接，土建符合安装要求，主机要求埋地。 C.3.5 采取无人值守，派人定期巡护。 C.3.6 数据可远传至公司服务器，实现数据远程集中管理和分析，采用GPRS或CDMA数据传输 C.3.7 实现实时监测参数、定位、统计分析功能。 C.3.8建立自动调整的报警机制，可实现自动报警。出现异常变化，可在系统界面显示报警信息 并将报警信息发至工作人员

C.3.1工作环境适合野外长期工作，适应当地温度、湿度的要求，系统设计满足防水要求。 C.3.2系统供电采用太阳能和蓄电池联合供电，供电系统使用野外无直接电源供电的要求。 C.3.3局域网传输，软件系统的架构采用浏览器/服务器（BS）结构方式。 C.3.4安装时不在管子上直接焊接，土建符合安装要求，主机要求埋地。 C.3.5采取无人值守，派人定期巡护。 C.3.6数据可远传至公司服务器，实现数据远程集中管理和分析，采用GPRS或CDMA数据传输 C.3.7实现实时监测参数、定位、统计分析功能。 C.3.8建立自动调整的报警机制，可实现自动报警。出现异常变化，可在系统界面显示报警信息 并将报警信息发至工作人员

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C.5.1安装前确认：在施工以前应加工好测斜仪不锈钢延长杆，长度为0.5m，直径与测斜仪基本 相同，一端带有与测斜仪匹配的外螺纹；按设计要求，加工好不锈钢支架和护罩，确保支架与护罩之 间能较好地匹配。将三块太阳能电池板及DTU天线放到支架上；准备探头，各个探头的连接线长度 应以管道埋深+2m为宜。 C.5.2开挖作业：开挖深度为管道底部以下0.5m；坑底面积为沿管道长度方向2m，垂直于管道方 向3m；其他包括排水措施与开挖规程等。 C.5.3应变计布局：每个监测点安装三个应变计，应变计沿管道周向120°均布或90°分布，见图 C.1，其中应变1位于管道的正上方，管道内气体流向为从纸面内向纸面外

图C.1应变计分布图

5.4防腐层剥离：每个应变计的两端均要通过连接片粘在管道上，在已经选定应变计的位置按连 片的大小和间距分别去掉两片防腐层，露出管道本体，见图C.2，去掉管道表面的环氧粉末以增力 结力。不应去掉两片连接片之间的防腐层。

图C.2防腐层剥离示意图

C.5.5粘贴连接片：用固定棒将两个应变片定位，中心间距为10cm。在连接片表面均匀涂抹双组 分AB胶并混合均匀，数分钟后将连接片固定在裸露的管体上，并用手按压20min，待粘结胶基本固 化以后再松手。胶不宜涂抹太多，厚度以1mm～2mm为宜，两个连接片之间不应有胶粘连 C.5.6应变计固定：待粘结胶完全固化后，松开紧固螺栓，取出固定棒，将应变计放入支架中，旋 紧紧固螺栓。应保持三个应变计的安装方向相同。 C.5.7恢复剥离层：在应变计外部安装玻璃钢防护罩，外面用补伤片保护。补伤片的大小宜完全盖 住玻璃钢罩并且四周均留有100mm余量。安装补伤片时，不要损坏（伤）导线。 C.5.8电火花检漏：在应变计安装完毕后，回填部分土壤并压实，直至土壤与管道中心线平齐为 止。将事先加工好的测斜仪延长杆带螺纹段朝上，竖直插人土壤中，深度约0.5m，位置距管道2m

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以内。将测斜仪与延长杆旋紧，并保持测斜仪的导轮方向与管道平行（正向位于上游）。 C.5.9土压计、孔隙水压计安装：在土壤与管道中心线平齐时，将土压计水平放在距管道0.5m以 内的土壤上。将事先准备好的细沙均匀撒在土压计附近30cm×30cm见方的土壤上，细沙厚度不小于 5cm，将孔隙水压计放在细沙上，上面再撒上细沙，细沙厚度不小于5cm。 C.5.10土壤回填：将土壤回填并压实，回填土壤的过程中应始终保持测斜仪竖直。 C.5.11采集仪测试与埋设：将已经埋设的各个探头的导线、DTU天线以及太阳能充电连接线分别 接到采集仪相应的接口上，对采集系统进行初步调试，确保各个探头有效工作，整个系统运行正常。 将接口和防水盒密封，埋入管道正上方地面以下30cm处。 C.5.12太阳能供电系统的埋设：在防水盒的上方埋人外形与管道加密桩相同的太阳能供电系统， 露在地面以上部分70cm，并使太阳能电池板朝向正南方，将土壤压实。在护罩外部喷上与附近管道 加密桩相同的警示语句。

C.6系统调试与维护管理

C.6.1在服务器上安装上位机软件，并进行软件测试。系统硬件与上位机联调至无数据输入输出 错误。 C.6.2运营单位应制定管体应变监测系统相关设备的维护规程，负责系统日常运行管理。 C.6.3运营单位应定期检查应变计、土压计和孔隙水压计等安全情况，检查工作情况应列入站场巡 检内容，并有相关记录

对地面管道进行载荷分析时包括： a) 管道自重、输送介质自重、保温层自重。 b) 支墩位移载荷。 9 内压。 d) 位移载荷。 e) 温度载荷。 f 其他载荷。

管道自重、输送介质自重、保温层自重。 填土附加压力 内压。 2 位移载荷。 地面载荷附加力。 f) 温度载荷。 g）其他载荷。

D. 2.2内压和温度

由安装的监测仪器或使用的监测方法确定

D.2.4填土附加压力

附录D （资料性附录） 截荷分析与计算

管道上覆主对管道本体产生的附加载荷，大小随理深的增加而增加。通常管道理设方式采用沟地 ，即开挖管沟后进行管道敷设，然后进行分层劵实回填，沟理式管道敷设见图D.1。假设沟内任 度的平面上，回填土的竖向压力均匀分布，且管顶承担全部填土附加压力，则管顶竖向土压力计

见公式（D.1)，填土附加压力计算算例参见D.3

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Gp=Cr·Ys· B· H

Gp—一单位长度管顶土压力，单位为牛顿每米（N/m)； Cr—一沟埋式埋管的载荷系数，系数的数值见图D.2，需结合不同土质的土壤特性系数（见 D.1）共同确定； Ys 土的单位容重，单位为牛顿每立方米（N/m"）； 沟埋式管道顶部处的宽度，单位为米（m），各种不同情形的宽度值确定见图D.3； 管顶覆土厚度，单位为米（m）

图D.1沟埋式管道敷设

表D.1不同土质的土壤特性系数k·tand

图D.2沟埋式埋管的载荷系数

D.2.5地面载荷附加力

图D.3各种不同情形的B值

地面载荷传递至管道，附加力随理深的增加而减小。一般情况下管道埋深较浅，计算方法使用 放角法。假设地面载荷通过作用面，与载荷面边沿成一定角度向下层土壤形成扩散压力，扩散角法

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包括波斯顿法和柯勒法， 波斯顿法：在扩散空间的任一水平面 荷对管顶的附加垂直载荷为均布压力。扩散角 经验值（一般取45°）。条件载荷作用 的附加力按公式（D.2）计算：

q=b +2H . tand Q.b

中： q一一附加力，单位为牛每米（N/m）； Q一地面均布载荷，单位为牛每米（N/m）； b一地面均布载荷的宽度，单位为米（m）； H一一地面均布载荷的作用深度，单位为米（m）； α一一载荷扩散角，单位为度（°）。 柯勒法：在载荷面下的压力强度均匀分布，载荷面以外在扩散角（β=55°）范围内，压力强度线 性递减为零。条件载荷作用于深H平面的附加力见公式（D.3）：

qb+H.tang Q:b

D.3填土附加压力计算案例

图D.4扩散角法地面附加载荷示意图

某公司埋地输气管道受自然地质灾害影响发生沉降，计算数据收集如下：管径为1016mm，管壁 为17.5mm，运行压力为8MPa，土质为湿黏土，容重为18000N/m，管道敷设方式为沟埋式，管道 沟埋式情况见图D.1，管道顶部处的宽度为2.016m，管道覆土厚度为1.6m。 确定填土附加压力参数的步骤：B=2.016m，H=1.6m，H/B=0.794；土质为湿黏土，据表 0.1可知曲线编号为2；根据H/B=0.794、曲线编号2，对照图D.2得Cr=0.86，s=18000 N/m。 填土附加压力Gp的值： Gp= Cr·s · B ·H = 0.86×18000×2.016×1.6= 49932.3(N/m)

D.4地面载荷附加力计算案例

某公司埋地输气管道受人类工程活动影响发生沉降，计算数据收集如下：管径为1016mm，管星 14.6mm，运行压力为6MPa，地面均布载荷为2000N/m，管道敷设方式为沟埋式，地面均布载在

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召管道纵向的宽度为20m，地面均布载荷的作用深度按管道埋深计算，管道埋深为2m。 确定地面载荷附加力参数的步骤：地面均布载荷Q=2000N/m；地面均布载荷的宽度6=20n 也面均布载荷的作用深度H按管道埋深计算，H=2m；载荷扩散角α=45°；载荷扩散角β=55°。 按波斯顿法计算的地面载荷附加力

按柯勒法计算的地面载荷附加力

地面载荷附加压力值计算结果作为后续管道应力计算的基础。

地面载荷附加压力值计算结果作为后续管道应力计算的基础。

附录E （资料性附录） 埋地管道沉降计算

埋地管道沉降计算至少包括： a）概述。 b）计算模型。 c）数据分析。 d）结论与建议

至少说明标准、文件或文献等依据的选择 管道沉降推荐选择《现役管道的不停输移动推荐亻 》和《输气管道工程设计规范》等。本附录计算依据为《现役管道的不停输移动推荐作法》、《输 道工程设计规范》和《油气长输管道工程施工及验收规范》

E.3.2管道沉降模型

E.3.2.1总轴向应力

油向应力计算见公式（E

式中： 管道总轴向应力，单位为兆帕（MPa)； CE 管道原有轴向应力，单位为兆帕（MPa）； GB——管道移动作业使管子弯曲产生的轴向应力，单位为兆帕（MPa)； 6s 管道移动作业使管子拉升产生的轴向应力，单位为兆帕（MPa）。

式中： 管道总轴向应力，单位为兆帕（MPa)； CE 管道原有轴向应力，单位为兆帕（MPa）； B——管道移动作业使管子弯曲产生的轴向应力，单位为兆帕（MPa)； 管道移动作业使管子拉升产生的轴向应力，单位为兆帕（MPa）。

内压产生的管子轴向拉伸应力计算见公式（E.

式中： ,—一内压产生的轴向拉伸应力，单位为兆帕（MPa)；

一管道外径，单位为毫米（mm）； 钢材泊松比，取0.3； 管子公称壁厚，单位为毫米（mm）

E.3.2.3温度变化产生的轴向拉伸应力

温度变化引起的管道轴向拉伸应力计算见公式（E

E.3.2.4管道原有轴向应力

管道原有轴向应力计算见公式（E.4）

式中： c—管道弹性弯曲产生的原有应力，单位为兆帕（MPa），本计算可取0

E.3.2.5拉伸轴向应力

E.3.2.6许用弯曲应力

许用弯曲应力计算见公式（E.6)：

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E.3.2.7最小管沟长度

管子跨中位置达到挠度△时的管沟最小长度计算见公式（E.7)

E.3.2.8管道纵断面挠度

管沟纵断面上任一点的度计算见公式（E.8)：

计算出的沉降量是为获得理想的弯曲应力分布，管道在最小管沟条件下的参考沉降量。利用公式 E.1）至公式（E.8）计算出管道相邻管段的参 考降量 所得沉降量为极限数值

根据E.3和E.4得出评价结论，再结合资料收集的内容给出可行、合理的建议措施

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埋地管道沉降计算至少包括： a）概述。 b）计算模型。 c）数据分析。 d）结论与建议

埋地管道沉降计算至少包括： a）概述。 b）计算模型。 数据分析。 d）结论与建议

包括管理部门、沉降情况描述、管材性质、管道运

地面管道沉降可简化为连续梁模型，支墩产生位移使管道发生沉降。通过材料力学连续梁的计算 方法可确定作用于管道上的力与管道沉降位移之间的关系，见公式（F.1）：

中： 弯矩引起的管道轴向应力，单位为兆帕（MPa)； 抗弯截面系数，单位为立方毫米（mm）：

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D。—管道的外径，单位为毫米（mm)； D;一—管道的内径，单位为毫米（mm）。 内压作用下管道的纵向应力L见公式（F.4)：

式中： oL——内压引起的管道纵向应力，单位为兆帕（MPa)； p—管道内压，单位为兆帕（MPa）； 一管道壁厚，单位为毫米（mm）。 管道总轴向应力见公式（F.5）：

国家电网标准规范范本M+P· (D。+D)=h(S,L)+P·(D+D,) =0x+OL ...·..(F. 8t W2 8t

根据收集的数据与公式（F.5）的计算理论计算的管道总轴向应力，与管道材料的许用应力作 判断管道的安全状态，

根据公式（F.5）计算结果得出评价结论，再结合资料收集的内容给出可行、合理的建议措施。

铁路工程施工组织设计有限元模型建立至少应收集的原始资料见表G.1

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1土壤与管道原始资料