天然气管道运输是天然气输送的主要方式之一,而沿海地区许多天然气管道敷设的场所为软土地基,但由于土地基承载力低,软土承载后变形量大,易导致敷设在其上的管道受到软土地基不均匀沉降作用遭受破坏。天然气作为一种易燃、易爆危险系数较高的危险化学品,一旦因软土地基引发的不均匀沉降造成管道破裂或泄漏,可能引起火灾、爆炸等事故。因此,为确保天然气管道运营过程的安全,对敷设在软基上天然气管道的不均匀沉降进行应力分析与后期沉降治理进行研究具有实际应用意义。主要工作如下:(1)根据天然气管道敷设的现场环境、地质情况,制定应力监测方案,采用静态应变仪对天然气管道的9个测点进行长达12个月的应力监测。应力监测数据表明,监测点中轴向附加应力最大值为145.09MPa、环向附加应力最大值为241.71MPa。从环境的湿度和温度、导线电阻、应变片质量及贴片等方面对应力监测的试验结果进行了误差分析并提供减少误差的手段,其监测结果具有可信性。(2)从天然气管道运行过程中可能受到的载荷类型出发,分析埋地管道的敷设及土压力的计算方法。在介绍弹性地基梁简化模型、土弹簧模型和管-土相互作用非线性接触模型的基础上,建立了埋地管道干线管道及分输站管道的计算模型。利用土弹簧模型对埋地管道干线管道进行建模分析,推导出横跨非沉降区与沉降区的管道的变形方程为Mb=ηEI3y0/W。利用弹性地基梁模型对分输站管道进行建模分析,推导出地基不均匀沉降下地上管道与埋地管道的轴向应力计算表达式。(3)采用有限元软件对建立的三维管道模型进行有限元模拟分析。模拟结果表明在正常工况(7MPa)下,管道在沉降条件下的最大等效应力分别出现在埋地管道的三通侧处(239MPa)和地面上的三通管处(228MPa)。由于在地基的沉降,水平埋地管道会受到挤压或拉伸产生应力。与水平直管相比,三通处、弯头处应力较直管处应力有明显上升。(4)在满足天然气分输站升压工况的条件下,结合有限元模拟分析管道从7MPa升至9MPa后的应力变化值,对天然气分输站管道采用抽取钢板降低标高释放应力的沉降治理方法。该治理方法结合现场应力监测,确保天然气管道在升压后的仍满足安全要求。本文成果可为不均匀沉降下软基天然气管道的沉降治理提供理论支持与实际依据。