[发明专利]地基沉降作用下天然气站场埋地管道应力监测及预警方法

说明书

本发明提供地基沉降作用下天然气站场埋地管道应力监测及预警方法，通过有限元模拟仿真确定站场埋地管道应力分布情况，结合工程经验对应力较高水平的管段实施应力监测和地基沉降监测，通过信号基站将采集数据传输到控制室终端，实现长期实时监测，进行数据处理，建立管道应力与管道工作内压和地基沉降回归表达式，通过灰色预测模型预测地基沉降数据，进而预测管道应力状态，最终还能通过程序将结果可视化，便于管道管理者及时处理，保障管道安全，可实现长周期连续实时监测，保证监测完整性。

技术领域

本发明属于天然气管道安全运行监测和预警技术领域，具体涉及一种受地基非均匀沉降作用下埋地管道安全状态监测及预警方法。

背景技术

我国沿海地区的天然气站场多建在海滨、湖滨、河流沿岸等地，地质条件多为强度低、压缩性较高的软土地基，因其流变性和不均匀性易产生非均匀沉降，非均匀沉降造成的场地运动往往会使埋地天然气管道产生附加应力和变形，严重时会造成灾难。

针对天然气管道结构完整性、应力状态的监测方法较多，其中电阻应变法因其成本低、测量精度高、适用范围广是最常见的管道应力监测方法。电阻应变片粘贴在管道上，管道在外力载荷下产生应变，应变变会传递到电阻应变片上，引起电阻应变片的电阻的改变。

目前，如邹志豪等在中国公开发明专利CN112924061A中提供的“一种天然气管道非均匀沉降应力无线实时监测系统及方法”，采用应力应变监测技术对埋地天然气管道的安全状态进行监测的主要步骤有：①根据工程经验确定高风险管段的位置；②开挖监测管段上方填土，处理清洁管段表面，布置应变片，通常沿管道轴向和环向布置，连接导线，对应变片密封处理；③回填土方后，连接应变数据采集系统，系统初始状态调平衡后，进行周期性监测，得到管道应力状态。通过上述可知，现有技术主要存在一下缺陷：

1、监测点存在盲目性。确定管道高风险区时，一般根据工程经验，缺乏科学的依据，容易忽略隐患管段。

2、周期式的监测只能反映某个时间段管道应力状态，无法提供全过程管道应力变化，容易忽略应力突变节点，不利于管道管理人员及时发现管道隐患。

3、监测数据及处理过于单一，忽略管道工作压力造成的影响，无法区别管道沉降应力。

4、监测数据缺乏后续处理，只能掌握当时状态，无法对后续变化进行预测，不能提前掌握变化。

发明内容

针对上述问题，本发明提供地基沉降作用下天然气站场埋地管道应力监测及预警方法，能确定管道开展应力监测的关键位置，进行有效时时的监控，同时能预测管道应力变化趋势，保障管道安全运行。

为了实现本发明目的，本发明提供的地基沉降作用下天然气站场埋地管道应力监测及预警方法，包括以下步骤：

绘制埋地管道三维模型，导入到有限元分析软件中，确定有限元本构方程，建立有限元模型，并进行有限元数值模拟，得到应力云图，通过应力云图确定埋地管道应力较大的管段，并确定需要应力监测的管段；

在需要进行应力监测的管段布置双轴应变片，用于监测管段因地基沉降而产生的附加环向和轴向应变；

在监测管段地表设置沉降监测装置，进行管道附加应变监测与地基沉降监测，得到附加环向和轴向应变数据和地基沉降数据；

通过应力-应变公式，将监测附加环向和轴向应变数据输出为管道附加环向应力和管道附加轴向应力；

通过无线数据传输装置和信号基站，将监测数据传输至天然气站场中控室，实现实时在线监测；

通过Von-Mises屈服准则，校核计算管道当前的Von-Mises等效应力；