Geotechnical Characterization and Finite Element Pipe/Soil Interaction Modeling of a Pipeline Installed in an Actively Moving, Permafrost Slope

Andrew Bidwell, Millan Sen, Nader Yoosef-Ghodsi, Ingrid Pederson

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: W1-C

ABSTRACT: Enbridge Pipelines Inc. has operated a 324 mm diameter, 870 km crude oil pipeline from Norman Wells, Northwest Territories to Zama, Alberta since 1985. The integrity of the pipeline with respect to slope instability and other geotechnical issues is managed with an ongoing, comprehensive geotechnical monitoring program. Of particular interest is the long term stability of permafrost slopes along the route. The slopes at an unnamed creek crossing between Tulita and Wrigley, NT have received considerable attention since the late 1990's due to slope movement measurements from slope inclinometer data and the corresponding pipe strain measurements from in-line inspection data. The measured pipe strains to date have been within the design limits for the pipeline and overall it is judged that the ongoing slope movements will continue for the foreseeable future without immediate threat to the integrity of the pipeline. However, the potential for a rapid, relatively large increment of ground movement that could significantly strain the pipeline cannot be conclusively ruled out. Therefore, a finite element pipe/soil interaction model was developed in order to estimate the potential for such movement to exceed the strain capacity of the pipeline in such a 'worst case' scenario. The model showed that it is unlikely for the strain capacity of the pipeline to be exceeded if there is sudden large increment ground movement at this slope. This paper will describe the soil, permafrost, and slope movement conditions at this site, and will summarize the methodology and results of the pipe/soil interaction model.

RÉSUMÉ: Enbridge Pipelines Inc. exploite depuis 1985 un pipeline de pétrole brut de 324 mm de diamètre et 870 km de longueur entre Norman Wells, Territoires du Nord-Ouest et Zama, Alberta. L'intégrité de la canalisation quant aux instabilités de pentes et autres problématiques de nature géotechnique est gérée au moyen d'un programme comprehensif de surveillance continue. Un intérêt particulier à long terme est la stabilité des pentes aménagées dans le pergélisol le long du tracé. Les pentes aux abords d'un ruisseau sans nom situé entre Tulita et Wrigley, TNO ont reçu une attention particulière depuis la fin des années 1990 et ce, en raison des déplacements mesurés au moyen d'inclinomètres et des contraintes associées dans la conduite établies à partir de données d'inspection. Les contraintes mesurées à ce jour sont inférieures aux limites de conception de la conduite et dans l'ensemble, il est anticipé que les mouvements de pente se poursuivront dans le futur sans menace immédiate à l'intégrité du pipeline. Toutefois, la possibilité d'un mouvement soudain et important du terrain qui pourrait induire des contraintes considérables dans la conduite ne peut pas être définitivement écartée. À cet effet, un modèle numérique a été développé pour étudier l'interaction entre la conduite et le sol et ce, afin d'évaluer le risque que de tels mouvements puissent dépasser la capacité de déformation du tuyau. Le modèle numérique a démontré qu'il est peu probable que la capacité de déformation du tuyau soit excédée si un important mouvement de terrain devait survenir soudainement à cet endroit. Cet article décrit le sol, le pergélisol et les mouvement de terrains sur le site. Il résume aussi la méthodologie retenue et les résultats du modèle numérique développé pour étudier l'interaction entre la conduite et le sol. 1 INTRODUCTION

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