科研进展
西北研究院在防治埋地原油管线冻土融沉灾害研究方面获新进展
中俄原油管线（CRCOP）在运营过程中，面临途经多年冻土区的埋地管线发生冻胀、融沉等冻土病害问题。多年冻土区管道不均匀沉降可能引发管道变形，还可能会导致管道失稳，造成经济损失。因此，如何有效防治高油温诱发的融沉问题，成为确保中俄原油管线稳定运营的关键。
基于上述科学问题，中国科学院西北生态环境资源研究院科研团队研究提出一种新型倒T型碎石管道路堤（ITCPE）结构，该结构基于“烟囱效应”原理，利用管道自身热量强化对流，可更有效地带走管道热量，冷却冻土。此外，基于现场监测系统的实测边界，结合多孔介质及相变理论，对ITCPE、无保护管道路堤（UPE）和传统水平碎石管道路堤（THCPE）结构在长期运行过程中的热效应进行了长期数值预测。研究结果表明，无论是有保温层的埋地管道结构、无防护的管堤结构，还是传统的水平碎石管堤结构，都无法很好地解决中俄原油管线融沉问题。但新型ITCPE结构可以有效减缓管道融沉问题，而且在管道运营50年内可显著维持管堤下伏冻土的人为冻土上限高度。相关研究结果为中俄原油管线提供了技术支持，同时也为全球多年冻土区其他管道工程的设计和维护提供科学参考。
该成果以Thaw bulb formation surrounding warm- oil pipelines and evaluation of the cooling performance of a new airconvection pipeline embankment structure为题发表于爱思唯尔旗下Energy期刊。
西北研究院曹亚鹏助理研究员为论文第一作者，李国玉研究员为论文通讯作者，马巍研究员等为论文共同作者。该研究获中国科学院战略性先导科技专项（A类）、冻土工程国家重点实验室自主研发项目和国家自然科学基金项目等项目共同资助。
图1 (a) 地表沉降(b)、(c)管沟积水(d)管-土相互作用示意图
图2 新型ITCPE结构示意图
图3 三种管堤结构运营50年内融化圈演化
图4 (a)UPE(b)THCPE和(c)ITCPE在不同深度处地温变化
图5 ITCPE结构中多孔介质层冷暖季对流 (a)暖季 (b)冷季
