魏新峰1 吳超2 李冠卿3

1.中國石油天然氣管道工程有限公司，2、3.中國石油西氣東輸管道公司

【摘要】螺旋地錨穩(wěn)管措施與傳統(tǒng)的壓重塊、平衡壓袋等穩(wěn)管措施相比具有安裝方便、運(yùn)輸便捷、儲存占地面積小、浮力控制能力強(qiáng)、安全系數(shù)大、應(yīng)用成本低等優(yōu)點(diǎn)。本文對在高水位軟土地區(qū)采用螺旋地錨的管道受力進(jìn)行了分析；提出了螺旋地錨安裝間距由浮力控制安裝間距和應(yīng)力控制安裝間距共同決定，兩者取小值的計算方法；確定了常見管徑和壁厚的螺旋地錨安裝間距并指出管徑較小時，安裝間距由應(yīng)力控制，管徑較大時，安裝間距由浮力控制。為螺旋地錨穩(wěn)管措施在長輸油氣管道中大規(guī)模應(yīng)用提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】螺旋地錨 穩(wěn)管措施 安裝間距 受力分析

長輸管道在通過地下水位較高的軟土地區(qū)時，常用的穩(wěn)管措施有壓重塊、平衡壓袋等。這些措施都是靠自身的重力來穩(wěn)管，存在運(yùn)輸不便，吊裝困難等缺點(diǎn)。螺旋地錨和其它穩(wěn)管措施相比，具有安裝方便、運(yùn)輸便捷、儲存占地面積小、浮力控制能力強(qiáng)、安全系數(shù)大、應(yīng)用成本低等優(yōu)點(diǎn)。此措施在國外工程中應(yīng)用較廣泛，在國內(nèi)工程中的應(yīng)用較少，還沒有成熟的理論和計算方法來確定螺旋地錨的安裝間距。本文通過理論分析和計算，提出螺旋地錨安裝間距的計算方法，以便為螺旋地錨在管道建設(shè)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 管道受力分析

通過地下水位較高的軟土地區(qū)采用螺旋地錨的管道所受外力主要有：管道自重G，靜水浮力FS，地錨提供的下拉力QU(本計算未考慮管頂覆土的影響，詳見圖1）。為保證管道安全，應(yīng)滿足以下兩個條件：1. 浮力應(yīng)小于抗浮力；2. 管道彎曲變形引起的應(yīng)力應(yīng)小于允許應(yīng)力。

圖1 管道受力分析圖

2 安裝間距計算

由受力分析可知，浮力應(yīng)小于抗浮力可確定出一個地錨的安裝間距L1，管道應(yīng)力小于允許應(yīng)力也可確定出一個地錨安裝間距L2。

地錨的安裝間距L主要由浮力控制安裝間距L1 和應(yīng)力控制安裝間距L2共同決定，兩者取小值。

（1）安裝間距L1的計算：

式中：W1為管道抗浮力，N/m；L1為由浮力控制安裝間距，m；Qu為每套螺旋地錨的設(shè)計拉力， N；G為單位長度管身自重，N/m；W為單位長度配重，N/m； Fs為單位長度管段靜水浮力，N/m； rw為所穿水域水的重度，N/ m3； Ds為管身結(jié)構(gòu)的外徑，m；K1為穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.2。

（2）安裝間距L2的計算：

式中σh為內(nèi)壓產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力，MPa；σa為內(nèi)壓與溫度變化產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，MPa；Es為鋼管彈性模量，取2.0×105，MPa；μ為鋼管泊桑比，取0.3；α為鋼管線膨脹系數(shù)，取1.5×10-5，m/(m•℃)； t1為管道安裝閉合時的環(huán)境溫度，℃；t2為管道輸送介質(zhì)的溫度，℃；σe為當(dāng)量應(yīng)力，MPa；σs為鋼管的最低屈服強(qiáng)度，MPa；M為鋼管均布荷載最大彎曲力距，N•m；W為鋼管截面系數(shù)，m3；I為鋼管截面慣性矩；Ds為鋼管外徑，m；ds為鋼管內(nèi)徑，m。K2為穩(wěn)定安全系數(shù)，建議取值范圍：1.2~1.5。

3 常見管徑及壁厚安裝間距

根據(jù)常見的管徑及壁厚計算得出螺旋地錨的安裝間距，詳見下表：

通過對不同的材質(zhì)、管徑及壁厚進(jìn)行計算可以得出，管徑較小時（＜1016mm），安裝間距由應(yīng)力控制，管徑較大時（≥1016mm），安裝間距由浮力控制；材質(zhì)及壁厚對其影響不大。

4 結(jié)束語

本文對高水位地區(qū)采用螺旋地錨的管道受力進(jìn)行了分析；提出了螺旋地錨安裝間距由浮力和應(yīng)力共同決定的計算方法；得出管徑較小時（＜1016mm），安裝間距由應(yīng)力控制，管徑較大時（≥1016mm），安裝間距由浮力控制的結(jié)論， 為螺旋地錨浮力控制技術(shù)在長輸油氣管道中應(yīng)用提供了理論依據(jù)。螺旋地錨在不同地質(zhì)條件下的應(yīng)用還有待探討。◢

參考文獻(xiàn)：

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《管道保護(hù)》2015年第3期（總第22期）