CN105486575B - 一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置 - Google Patents

一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，包括固定台，所述固定台设有容纳高压金属输气管的管槽，管槽的两端安装有锚固器，在固定台上设有若干组摩擦桩，每组摩擦桩包含两个摩擦桩单元，在摩擦桩单元上缠绕固定高压金属输气管的固定柔性钢索，在管槽下方设有支撑层，支撑层上设有若干根固定桩，固定桩的顶部与管槽的底端平齐。本发明的高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，通过两个锚固器限制高压金属输气管的轴线运动，在高压金属输气管缠绕固定柔性钢索，将固定柔性钢索固定在摩擦桩上，更好的固定高压金属输气管；在管槽的下方分布有若干根固定桩，防止地基的承压力不够，影响安全。

Description

一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置
技术领域
本发明涉及一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，属于气体液体高压管道输送工程的技术与安全领域。
背景技术
高压输气管道在运行过程中，因管内压力变化、管道材料疲劳或受损，以及外部作用等原因，导致管道在某处产生管壁裂纹进而出现长距离扩展，不仅会造成严重经济损失和环境污染，还将形成地面人员伤亡、建筑物及设施破坏受损等灾难性事故。因此，为尽量减小损失、加快事故发生后的抢修进程，国内外广泛开展了大口径高压金属管道的裂缝形成及扩展的力学行为研究。研究表明，结构性止裂控制是输气金属管道延性止裂的有效控制方法，而高压金属管爆破试验是研究结构性止裂控制的重要手段。
本发明针对高压金属输气管气压爆破试验过程中的管体运动，采用全方位、立体式约束手段，确保泄压过程中管体的运动可控，为试验全过程中人员、设施和测试系统的安全提供保障。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，保证泄压过程中管体的运动可控，为天然气管道爆破止裂试验的安全性设计提供参考。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，包括固定台，所述固定台设有容纳高压金属输气管的管槽，管槽的两端安装有锚固器，在固定台上设有若干组摩擦桩，每组摩擦桩包含两个摩擦桩单元，在摩擦桩单元上缠绕固定高压金属输气管的固定柔性钢索，在管槽下方设有支撑层，支撑层上设有若干根固定桩，固定桩的顶部与管槽的底端平齐。
作为优选，所述支撑层包括碎石层和位于碎石层下方的素混凝土层，可以提供足够的承载力，以确保管体在试验全过程中不产生下陷位移。
作为优选，所述管槽中高压金属输气管对称中心点的下方均匀分布九根固定桩，九根固定座呈3*3排列，在高压金属输气管环焊缝两侧均设有一根固定桩，在高压金属输气管两端端部的下方设有四根固定桩，四根固定桩呈正方形,使管道在泄压过程中不向土体一侧运动，增强管道的整体稳定性，确保裂纹稳定扩展。
作为优选，所述每组摩擦桩中的两个摩擦桩单元沿高压金属输气管轴线对称分布，摩擦桩单元与竖直方向呈75°夹角，摩擦桩单元插入到固定座的深度不小于1.5倍高压金属输气管的管径，摩擦桩单元在固定座上的插入点距高压金属输气管外缘的距离不大于2倍管径,使摩擦桩不对管道正下方土体产生产生扰动，又能够为柔性钢索提供足够的拉拔力，约束管道产生过大的径向运动。
作为优选，所述锚固器包含锚杆和编筋，锚杆与地基连接，锚杆露出地基的长度不大于1.5倍管径，编筋安装在锚杆上，编筋分别两层，每层的纵筋为螺纹钢、横筋为圆钢，纵筋和横筋编制成网格，在编筋浇筑混泥土。
有益效果：本发明的高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，通过两个锚固器限制高压金属输气管的轴线运动，在高压金属输气管缠绕固定柔性钢索，将固定柔性钢索固定在摩擦桩上，更好的固定高压金属输气管；在管槽的下方分布有若干根固定桩，防止地基的承压力不够，影响安全，保证泄压过程中管体的运动可控，为天然气管道爆破止裂试验的安全性设计提供参考。
附图说明
图1为本发明的固定桩设置位置示意图。
图2为本发明的支撑层和锚固器结构示意图。
图3为本发明中摩擦桩-固定柔性钢索结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明的一种高压金属输气管1气压爆破试验泄压中管体约束装置，包括固定台，固定台位于地基上，所述固定台设有容纳高压金属输气管1的管槽，管槽的两端安装有锚固器3，在固定台上设有若干组摩擦桩，每组摩擦桩包含两个摩擦桩单元6，在摩擦桩单元6上缠绕固定高压金属输气管1的固定柔性钢索7，在管槽下方设有支撑层，支撑层上设有若干根固定桩2，固定桩2的顶部与管槽的底端平齐。
如图1所示，在高压金属输气管1起裂点下方地基2×2米的区域内均匀分布植入9根固定桩2，固定桩2为钢管或钢筋混凝土桩，长度一般为2～3米、断面尺寸分别为φ20和0.3×0.3米；在高压金属输气管1环焊缝两侧各植入一根固定桩2，间距为0.4米；在高压金属输气管1端部下方边长0.4米正方形的每个直角处各植入1根固定桩2；上述固定桩2的顶部应与管槽底部平齐，固定桩2植入后在管槽底部先浇筑厚度为0.2米的素混凝土层4，待混凝土初凝后再敷设粒径0.02米、厚0.2米的碎石层5，如图2所示。
在本发明中，锚固器3为钢筋混凝土浇筑而成的构筑物。锚固器3通过8根锚杆与地基连接，锚杆长度一般为3米，露出管槽地面的长度为管径的1.5倍，锚固器3的编筋分为上下两层，采用φ16(纵筋)螺纹钢和φ10(横筋)圆钢，按间距为0.2×0.16米的网格编制，网格节点采用焊接方法固定。锚固器3内部与试验金属管端部浇筑接触，锚固器3底部深入管槽基础0.4米，其外部尺寸为：长度为2.5倍管径，宽度和高度均为2倍管径。
如图3所示，所述每组摩擦桩中的两个摩擦桩单元6沿高压金属输气管1轴线对称分布，摩擦桩单元6与竖直方向呈75°夹角，摩擦桩单元6插入到固定座的深度不小于1.5倍高压金属输气管1的管径，摩擦桩单元6在固定座上的插入点距高压金属输气管1外缘的距离不大于2倍管径。
在本发明中，管槽采用半开挖或全开挖方式。管槽尺寸为：宽度为1.5～2倍管径；长度为金属高压金属输气管1长度加两端锚固器3沿管槽轴向的长度；深度视试验要求而定，一般为0.8～3倍管径，本发明选用2倍管径。
本发明设置步骤应按照以下步骤进行：管槽开挖：根据管体尺寸、按照试验要求开挖管槽；地基处理；端部锚固器3底座浇筑；摩擦桩-柔性索设置：待地基和端部锚固器3混凝土初凝后设置摩擦桩，柔性钢锁与管体缠裹；管体放置：管体与柔性钢索7一起放入管槽；端部锚固器3上部浇筑；回填：填充管体以外的管槽空隙处。
约束装置的作用是限制金属管1管体在泄压过程中可能产生的轴向、横向以及向上飞出的运动和向下的位移。按上述约束装置完成设计后，应采用相关计算方法对系统的约束可靠性进行核算，而可靠性归结为泄压过程中管体受力的计算。本发明提出的约束装置工程设计简易核算法主要解决了金属管管体泄压过程中在相应方向受力荷载的计算问题。
承载压力F的计算式为：F＝f1f2f3PD2，式中，P为管内压力，单位Pa；D为管径，单位m；F为承载压力，单位N；f1，f2，f3分别为轴向、径向和朝向地基处的安全系数。
当F表示轴向承载力时，f1＝1.4□1.6,f2＝1.0,f3＝1.0；
当F表示径向承载力时，f1＝1.0,f2＝0.7□0.9,f3＝1.0；
当F表示对地基的压力时，f1＝1.0,f2＝1.0,f3＝1.0□1.2。
其中，□表示区间的意思，约束装置的承载力必须大于校核值。
约束装置的施工质量检测
约束装置的施工质量检测按以下步骤进行：
①采用回弹法(依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/t23-2011)检测端部锚固器3的强度；
②使用拔出法(依据《后装拔出法检测混凝土强度技术规程》)检测摩擦桩-柔性索的极限抗拔力；
③使用平板载荷测定仪检测地基强度；
将上述检测值与工程计算值相比较，验算得到约束装置的安全可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，其特征在于：包括固定台，所述固定台设有容纳高压金属输气管的管槽，管槽的两端安装有锚固器，通过锚固器限制高压金属输气管的轴线运动，在固定台上设有若干组摩擦桩，每组摩擦桩包含两个摩擦桩单元，在摩擦桩单元上缠绕固定高压金属输气管的固定柔性钢索，在管槽下方设有支撑层，支撑层上设有若干根固定桩，固定桩的顶部与管槽的底端平齐。
2.根据权利要求1所述的高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，其特征在于：所述支撑层包括碎石层和位于碎石层下方的素混凝土层。
3.根据权利要求2所述的高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，其特征在于：所述管槽中高压金属输气管对称中心点的下方均匀分布九根固定桩，九根固定桩呈3*3排列，在高压金属输气管环焊缝两侧均设有一根固定桩，在高压金属输气管两端端部的下方设有四根固定桩，四根固定桩呈正方形。
4.根据权利要求3所述的高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，其特征在于：所述每组摩擦桩中的两个摩擦桩单元沿高压金属输气管轴线对称分布，摩擦桩单元与竖直方向呈75°夹角，摩擦桩单元插入到固定台的深度不小于1.5倍高压金属输气管的管径，摩擦桩单元在固定台上的插入点距高压金属输气管外缘的距离不大于2倍管径。
5.根据权利要求4所述的高压金属输气管气压爆破试验泄压中管体约束装置，其特征在于：所述锚固器包含锚杆和编筋，锚杆与地基连接，锚杆露出地基的长度不大于1.5倍管径，编筋安装在锚杆上，编筋分为两层，每层的纵筋为螺纹钢、横筋为圆钢，纵筋和横筋编制成网格，在编筋浇筑混凝土。
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