CN110454621A - 提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道 - Google Patents

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张凯
刘中宪
李琦
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Abstract

本发明涉及一种提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，包括管道本体和混凝土外加强套，所述管道本体采用钢管结构，所述混凝土加强套包裹浇筑于管道本体的外部，管道本体的两端外露于混凝土加强套的外部，形成接头端。本复合式管道有效提高了管道的抗压能力、有效增强了管道的抗浮能力、提高了管道在使用过程中的稳定性、提高了钢管的耐腐蚀性能延长了钢管的使用寿命。

Description

提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道
技术领域
本发明属于超深埋地管道技术领域，涉及管道的强度和抗变形技术，具体涉及一种提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道。
背景技术
日常超深埋地钢管铺设中，管道横向布置，在填土的垂直压力和地面荷载作用下，由于薄壁管壳刚度较小，易产生较大变形，管环断面失去正圆形而呈略微扁平的椭圆形，很大程度上影响了埋地钢管使用寿命及地下管线的安全性，同时也增加了后期的管线维护成本。
按照埋地钢管强度及变形计算理论，埋地钢管覆土深度越大，钢管的壁厚越大，对于超深的埋地钢管，由于需要的钢管壁厚过大，现有的钢管设备厂家未有相应的规格产品，而且过厚的钢管壁厚将使钢管的价格增加，经济性变差，大大降低了在工程实际应用中的可行性。针对相关方面的技术问题，目前尚未提出切实可行的解决方案。
经现有技术检索，未检索到与本专利相近技术方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可有效提高管道的抗压能力、可有效增强管道的抗浮能力、提高管道在使用过程中的稳定性、提高钢管的耐腐蚀性能，从而可延长钢管的使用寿命的提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，其特征在于：包括管道本体和混凝土外加强套，所述管道本体采用钢管结构，所述混凝土加强套包裹浇筑于管道本体的外部，管道本体的两端外露于混凝土加强套的外部，形成接头端。
而且的，所述混凝土加强套的外轮廓整体呈方形。
而且的，所述混凝土加强套的外轮廓由位于上部的半圆弧部分和位于下部的方形部分构成。
而且的，所述混凝土加强套的外轮廓由上窄部和下宽部两部分构成，整体呈凸形状；在上窄部的两个上边角部位对称设置有导斜面。
而且的，混凝土加强套的包裹厚度取150-300mm。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本复合式管道，在管道本体外包裹混凝土外加强套，通过钢管与混凝土的组合受力提高了整体结构的强度与抗变形能力，减小了钢管壁厚，增加整体结构的经济性及适用性，解决超深埋地钢管无超厚管材可用的实际难题。
2、在管道本体外包裹混凝土外加强套，相比于直接在钢管四周回填土，混凝土外加强套的密实度较高，弹性抗力较高，对管壁的变形约束力增强，抑制管道的变形，有效的提高了钢管的抗压性。混凝土外加强套采用上述半圆形和方形的组合形状或上述整体呈凸形状，有利于较小尖角应力集中，使钢管与混凝土的组合受力更加合理，能够更好的长期承受来自上层的土壤静压力以及地面的过往荷载的动压力。
3、采用本复合式管道结构，一方面有助于钢管在运输与存放过程中的稳定性，防止管道与管道之间的碰撞、挤压造成管道变形，降低了运输风险与成本，有效避免了给施工和以后的运行带来负面影响；另一方面加强了管道在实际工程使用过程中的稳固性，防止发生管道错位等情况。
4、在管道本体的外部设置混凝土外加强套，避免了管道本体外表面与土壤的直接接触，防止产生原电池腐蚀、浓差电池腐蚀和微生物腐蚀等埋地钢管常见的腐蚀情况，在一定程度上起到了对管道本体的防腐保护作用，提高了管道的耐腐蚀性能，延长了管道的使用寿命。
5、当管道输送石油、天然气等介质重度小于水的流体时，易受到地下水浮力作用产生上浮现象，导致发生管道泄漏等威胁能源管线安全的事件。而采用本复合式管道，在管道本体外设置混凝土外加强套后，有效地增强了管道的抗浮能力。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明第二种实施方式的结构示意图；
图3是本发明第三种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，其发明点为：
包括管道本体2和混凝土外加强套3。所述管道本体采用钢管结构，所述混凝土加强套包裹浇筑于管道本体的外部，具体的，采用C25混凝土进行浇筑。管道本体的两端外露于混凝土加强套的外部，形成接头端，比如，一根钢管长度为6m,混凝土外加强套的浇筑长度取5.5m,这样，钢管的两接头端的长度各留有0.25m。实例中，钢管本体采用直径为1200mm，管壁厚为12mm的钢管，混凝土外加强套的最小包裹厚度采用200mm。
上述混凝土外加强套的外轮廓形状不受限制，从便于施工和使用的角度考虑，优选以下几种形状：
一、所述混凝土加强套的外轮廓整体呈方形，请参见图1。
二、所述混凝土加强套的外轮廓由位于上部的半圆弧部分和位于下部的方形部分构成，请参见图2。
三、所述混凝土加强套的外轮廓由上窄部和下宽部两部分构成，整体呈凸形状；在上窄部的两个上边角部位对称设置有导斜面，请参见图3。
上述第一种形状，施工性较好，但边角部位存在较大的应力集中，第二种形状，施工性能差，应力集中小，第三种形状，施工性能和应力集中均居中，是一种较为优选的方案。
上述结构中，混凝土加强套的包裹厚度取150-300mm，厚度过大，复合式管道自重较大，运输和安装都不方便，厚度过薄，混凝土的组合能力差。
本复合式管道在安装现场外，提前浇筑预制成型，在运至现场施工位置后，先焊接管道本体的接头端，然后现场再浇筑接头端部位，使全部管道本体埋于混凝土外包裹层内。在实际施工中，铺设本复合式管道时，基坑底部铺设有粗砂垫层4，压实度≥95％，复合管道底部与粗砂垫层底部之间的距离取300mm左右。在复合式管道铺设完毕后，上部覆盖回填土1压实。
本复合式管道通过在管道本体外包裹混凝土外加强套，提高了超深钢管的管道强度，降低了实际理论需要的钢管壁厚，解决了实际工程应用中的管材问题，并以凸形结构设计，使组合受力更加合理。同时增加了钢管的稳固性与防腐性，提升了管道的抗浮能力，保证了钢管的正常使用。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，其特征在于：包括管道本体和混凝土外加强套，所述管道本体采用钢管结构，所述混凝土加强套包裹浇筑于管道本体的外部，管道本体的两端外露于混凝土加强套的外部，形成接头端。
2.根据权利要求1所述的提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，其特征在于：所述混凝土加强套的外轮廓整体呈方形。
3.根据权利要求1所述的提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，其特征在于：所述混凝土加强套的外轮廓由位于上部的半圆弧部分和位于下部的方形部分构成。
4.根据权利要求1所述的提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，其特征在于：所述混凝土加强套的外轮廓由上窄部和下宽部两部分构成，整体呈凸形状；在上窄部的两个上边角部位对称设置有导斜面。
5.根据权利要求1所述的提高超深埋地钢管管道强度及抗变形能力的复合式管道，其特征在于：混凝土加强套的包裹厚度取150-300mm。
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