CN110630826B - 油气多相输送一体化多腔管道结构体系及施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种油气多相输送一体化多腔管道结构体系及施工方法，涉及管道技术领域，它由三条管道通过GFRP防屈曲耗能阻尼器顺次连接而成，三条管道的轴心顺次连线形成等边三角形，每条管道包括管道单体和整体式节点，管道单体包括外层GFRP圆管、内层GFRP圆管和自密实细石混凝土层，管道单体两端部分别设有螺栓孔；外层GFRP圆管外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔；两个管道单体之间通过整体式节点连接，整体式节点通过高强螺栓与两个管道单体端部的螺栓孔连接，整体式节点外壁上设有混凝土浇筑孔和排气孔，混凝土浇筑孔和排气孔间隔分布。本油气多相输送一体化多腔管道结构体系及施工方法解决了传统管道直径小、稳定性与抗渗性差的问题。

Description

油气多相输送一体化多腔管道结构体系及施工方法
技术领域：
本发明涉及管道技术领域，具体涉及油气多相输送一体化多腔管道结构体系及施工方法。
背景技术：
常规的长输管道多为圆钢管管道和钢筋混凝土圆管道，直径多在0.5米-1.5米范围内，一端采用扩大头的形式，通过封头实现管道之间的连接。钢管内常年输送液体，很容易锈蚀，长期的侵蚀会减小管壁的有效厚度，降低管壁的刚度，在土壤和外界的压力作用下容易发生局部屈曲。同时由于管道内液体对内壁的侵蚀，致使杂质也越来越多，质检很难达标，管道往往达不到设计使用年限就得更换。钢筋混凝土管道长期在液体侵蚀下，钢筋易发生锈蚀，管壁的抗渗性很难保证，长期会形成渗漏现象。管道区域经历轻微的震动后，钢筋混凝土管道端口的常规连接很容易松动，很难保证管道的密闭性。常规管道多为单管，只能同时输送一种介质，输送功能比较单一且输送效率不高。后来人们为避免管道渗漏，在混凝土管道中间布置钢管，形成内置钢管混凝土组合管道，尽管增加了管道的刚度和强度，但给管道之间的可靠连接提出了更大挑战。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种油气多相输送一体化多腔管道结构体系及其施工方法，它用于解决传统管道直径小、稳定性与抗渗性差的问题，同时提供了这种油气多相输送一体化多腔管道结构体系的施工方法。
本发明采用的技术方案为：油气多相输送一体化多腔管道结构体系及其施工方法，由三条管道通过GFRP防屈曲耗能阻尼器顺次连接而成，三条管道的轴心顺次连线形成等边三角形，每条管道包括管道单体和整体式节点，管道单体包括外层GFRP圆管、内层GFRP圆管和自密实细石混凝土层，外层GFRP圆管内环绕内层GFRP圆管，外层GFRP圆管与内层GFRP圆管之间设有夹层，夹层内充满自密实细石混凝土层，外层GFRP圆管和内层GFRP圆管内壁均周向均等分布有若干个抗剪连接键，且外层GFRP圆管和内层GFRP圆管内壁上的抗剪连接键相互交错布置，所述的管道单体两端部分别设有螺栓孔，螺栓孔贯穿外层GFRP圆管、内层GFRP圆管和自密实细石混凝土层；所述的外层GFRP圆管外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔；两个管道单体之间通过整体式节点连接，整体式节点通过高强螺栓与两个管道单体端部的螺栓孔连接，整体式节点外壁上设有混凝土浇筑孔和排气孔，混凝土浇筑孔和排气孔间隔分布。
所述的整体式节点包括外层GFRP圆管、内层GFRP圆管和自密实细石混凝土层，外层GFRP圆管内环绕内层GFRP圆管，外层GFRP圆管与内层GFRP圆管之间设有夹层，夹层内充满自密实细石混凝土层，外层GFRP圆管和内层GFRP圆管内壁均周向均等分布有若干个抗剪连接键，且外层GFRP圆管和内层GFRP圆管内壁上的抗剪连接键相互交错布置。
所述的整体式节点的内层GFRP圆管外径尺寸与管道单体的内层GFRP圆管内径尺寸相等；整体式节点的外层GFRP圆管内径尺寸与管道单体的外层GFRP圆管外径尺寸相等。
所述的整体式节点的外层GFRP圆管外壁上设有混凝土浇筑孔和排气孔，混凝土浇筑孔和排气孔间隔分布。
所述的管道单体为单管且截面呈圆环状；所述的外层GFRP圆管和内层GFRP圆管为无缝的缠绕式GFRP圆管。
所述的管道为三管且截面呈圆环状，三个管道截面圆心顺次连线形成等边三角形。
所述的管道单体为直线型管道单体、曲管道单体或者跨越式管道单体中的一种。
所述的管道单体侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，GFRP防屈曲耗能阻尼器一端通过爪式连接件与管道单体外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器另一端与基础铰接；爪式连接件一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器铰接，爪式连接件另一端设有预留螺栓孔，预留螺栓孔通过高强螺栓与外层GFRP圆管预留螺栓孔连接。
所述的三条管道中两两管道之间设有GFRP防屈曲耗能阻尼器，GFRP防屈曲耗能阻尼器的两端分别与一个爪式连接件的一端铰接，爪式连接件的另一端通过高强螺栓分别与相应的管道单体的外层GFRP圆管预留螺栓孔连接。
方法步骤如下：
1）先在工厂预制管道单体，按照尺寸要求对内层GFRP圆管和外层GFRP圆管下料，在内层GFRP圆管的外侧和外层GFRP圆管的内侧设置抗剪连接键，在内层GFRP圆管和外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上预留外层GFRP圆管预留螺栓孔，将爪式连接件与外层GFRP圆管连接好,将内层GFRP圆管同心竖直放在外层GFRP圆管内，将两端的高强螺栓拧紧，从上向下在内层GFRP圆管和外层GFRP圆管之间灌注自密实细石混凝土层，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成管道单体；
2）在工厂预制形成整体式节点用的内层GFRP圆管和外层GFRP圆管，在内层GFRP圆管的外侧和外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，在内层GFRP圆管和外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管的顶部预留混凝土浇筑孔和排气孔；
3）将预制好的管道单体和整体式节点的内层GFRP圆管和外层GFRP圆管运输到现场，在场地土上布置好下层的两个管道单体，然后将整体式节点的内层GFRP圆管放到外层GFRP圆管内，二者同心插入到管道单体中，用高强螺栓将管道单体和整体式节点的内层GFRP圆管和外层GFRP圆管固定连接，然后利用混凝土泵，通过混凝土灌注孔把搅拌好的自密实细石混凝土灌注到内层GFRP圆管和外层GFRP圆管之间的夹层中，当排气孔处混凝土溢出时停止灌注，通过整体式节点依次连接管道单体，将下部的两条管道之间的爪式连接件通过GFRP防屈曲耗能阻尼器连接起来，连接方式均为铰接，用于连接管道和基础的GFRP防屈曲耗能阻尼器的一端与爪式连接件的圆环相连，另一端与基础相连，两端的连接方式均为铰接，完成底层GFRP防屈曲耗能阻尼器之后，将这两条管道与顶部管道相连的GFRP防屈曲耗能阻尼器连接好，然后埋土到设计高度；
4）场地整理后，在场地土上布置好上层的管道单体，然后将整体式节点的内层GFRP圆管放到外层GFRP圆管内，二者同心插入到管道单体中，用高强螺栓将管道单体和整体式节点的内层GFRP圆管和外层GFRP圆管固定连接，然后利用混凝土泵，通过混凝土灌注孔把搅拌好的自密实细石混凝土灌注到内层GFRP圆管和外层GFRP圆管之间的夹层中，当排气孔处混凝土溢出时停止灌注，通过整体式节点依次连接管道单体，将下部的两条管道与顶部管道相连的GFRP防屈曲耗能阻尼器通过爪式连接件相连，连接方式均为铰接，采用先施工底层两条管道后施工上层管道的施工方法，沿着管道方向每隔一段距离布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，即可完成油气多相输送一体化多腔管道结构体系的施工。
本发明的有益效果是：
1）用局部现浇混凝土实现管道的装配式连接，改变了传统管道的连接方式，管道可长期密闭性好，经久耐用，满足设计使用年限要求；
2）将管道截面设计成GFRP与混凝土的组合截面形式，充分利用两种材料的力学性能，大大提高管道的承载能力和稳定性能，适用于大管径的输送管道；
3）采用GFRP防屈曲耗能阻尼器，既能起到固定连接作用，又能在地震时起到耗能减震的作用，提高了管道的抗震性能；
4）采用三条管道同时输送介质，可以输送一种介质，也可以同时输送两种或三种介质，既丰富了输送方式，也提高了输送效率；
5）采用的GFRP圆管材料抗拉强度高，质量轻，具有良好的施工工艺性，耐腐蚀性能好，对温度变化不敏感，隔热性好，便于在高严寒区和盐碱地域应用，同时可输送钢质管道所不能输送的的液体和气体，确保输送介质的稳定性；
6）管道适用性强，管道可直线、曲线和跨越式布置，解决了传统管道局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等；
7）管道内表面光滑，对输送介质阻力小，沉积介质相对较少，可大大提高管道的输送效率；
8）管道单体和整体式节点可工厂预制，现场安装，大大缩短施工周期；
9）管道在地下复杂环境下防水性能好，抗冻融能力强，可明显提高管道的抗疲劳性能。
附图说明：
图1是本发明直线型管道单体的管道连接结构图；
图2是本发明曲管道单体的管道连接结构图；
图3是本发明跨越式管道单体的管道连接结构图；
图4是本发明管道单体剖面图；
图5是本发明三管道结构截面图；
图6是本发明管道单体与未浇筑混凝土的整体式节点连接固定的剖面图；
图7是本发明管道单体与已浇筑混凝土的整体式节点连接固定的剖面图；
图8是本发明整体式节点的外层GFRP圆管剖面示意图；
图9是本发明整体式节点的外层GFRP圆管截面示意图；
图10是本发明整体式节点的内层GFRP圆管剖面示意图；
图11是本发明整体式节点的内层GFRP圆管截面示意图；
图12是本发明曲管道单体与整体式节点连接剖面示意图；
图13是本发明跨越式管道单体与整体式节点连接剖面示意图；
图14是本发明管道单体的外层GFRP圆管预留螺栓孔结构示意图；
图15是本发明爪式连接件结构示意图；
图16是本发明爪式连接件的截面示意图；
图17是本发明GFRP防屈曲耗能阻尼器示意图。
具体实施方式：
参照各图，油气多相输送一体化多腔管道结构体系及其施工方法，由三条管道通过GFRP防屈曲耗能阻尼器14顺次连接而成，三条管道的轴心顺次连线形成等边三角形，每条管道包括管道单体1和整体式节点4，管道单体1包括外层GFRP圆管10、内层GFRP圆管11和自密实细石混凝土层12，外层GFRP圆管10内环绕内层GFRP圆管11，外层GFRP圆管10与内层GFRP圆管11之间设有夹层，夹层内充满自密实细石混凝土层12，外层GFRP圆管10和内层GFRP圆管11内壁均周向均等分布有若干个抗剪连接键5，且外层GFRP圆管10和内层GFRP圆管11内壁上的抗剪连接键5相互交错布置，所述的管道单体1两端部分别设有螺栓孔6，螺栓孔6贯穿外层GFRP圆管10、内层GFRP圆管11和自密实细石混凝土层12；所述的外层GFRP圆管10外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔16；两个管道单体1之间通过整体式节点4连接，整体式节点4通过高强螺栓7与两个管道单体1端部的螺栓孔6连接，整体式节点4外壁上设有混凝土浇筑孔8和排气孔9，混凝土浇筑孔8和排气孔9间隔分布。所述的整体式节点4包括外层GFRP圆管10、内层GFRP圆管11和自密实细石混凝土层12，外层GFRP圆管10内环绕内层GFRP圆管11，外层GFRP圆管10与内层GFRP圆管11之间设有夹层，夹层内充满自密实细石混凝土层12，外层GFRP圆管10和内层GFRP圆管11内壁均周向均等分布有若干个抗剪连接键5，且外层GFRP圆管10和内层GFRP圆管11内壁上的抗剪连接键5相互交错布置。所述的整体式节点4的内层GFRP圆管11外径尺寸与管道单体1的内层GFRP圆管11内径尺寸相等；整体式节点4的外层GFRP圆管10内径尺寸与管道单体1的外层GFRP圆管10外径尺寸相等。所述的整体式节点4的外层GFRP圆管10外壁上设有混凝土浇筑孔8和排气孔9，混凝土浇筑孔8和排气孔9间隔分布。所述的管道单体1为单管且截面呈圆环状；所述的外层GFRP圆管10和内层GFRP圆管11为无缝的缠绕式GFRP圆管。所述的管道为三管且截面呈圆环状，三个管道截面圆心顺次连线形成等边三角形。所述的管道单体1为直线型管道单体、曲管道单体2或者跨越式管道单体3中的一种。所述的管道单体1侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器14，GFRP防屈曲耗能阻尼器14一端通过爪式连接件13与管道单体1外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器14另一端与基础15铰接。所述的爪式连接件13一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器14铰接，爪式连接件13另一端设有预留螺栓孔，预留螺栓孔通过高强螺栓7与外层GFRP圆管预留螺栓孔10连接。所述的三条管道中两两管道之间设有GFRP防屈曲耗能阻尼器14，GFRP防屈曲耗能阻尼器14的两端分别与一个爪式连接件13的一端铰接，爪式连接件13的另一端通过高强螺栓7分别与相应的管道单体1的外层GFRP圆管预留螺栓孔16连接。
方法步骤如下：
1）先在工厂预制管道单体1，按照尺寸要求对内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10下料，在内层GFRP圆管11的外侧和外层GFRP圆管10的内侧设置抗剪连接键5，在内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10的两个端部预留螺栓孔6，在外层GFRP圆管10上预留外层GFRP圆管预留螺栓孔16，将爪式连接件13与外层GFRP圆管10连接好,将内层GFRP圆管11同心竖直放在外层GFRP圆管10内，将两端的高强螺栓7拧紧，从上向下在内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10之间灌注自密实细石混凝土层12，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓7，形成螺栓孔6，养护后形成管道单体1；
2）在工厂预制形成整体式节点4用的内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10，在内层GFRP圆管11的外侧和外层GFRP圆管10的内侧按一定规律设置抗剪连接键5，在内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10的两个端部预留螺栓孔6，在外层GFRP圆管10的顶部预留混凝土浇筑孔8和排气孔9；
3）将预制好的管道单体1和整体式节点4的内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10运输到现场，在场地土上布置好下层的两个管道单体1，然后将整体式节点4的内层GFRP圆管11放到外层GFRP圆管10内，二者同心插入到管道单体1中，用高强螺栓7将管道单体1和整体式节点4的内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管11固定连接，然后利用混凝土泵，通过混凝土灌注孔8把搅拌好的自密实细石混凝土灌注到内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10之间的夹层中，当排气孔9处混凝土溢出时停止灌注，通过整体式节4点依次连接管道单体1，将下部的两条管道之间的爪式连接件13通过GFRP防屈曲耗能阻尼器14连接起来，连接方式均为铰接，用于连接管道和基础15的GFRP防屈曲耗能阻尼器14的一端与爪式连接件13的圆环相连，另一端与基础15相连，两端的连接方式均为铰接，完成底层GFRP防屈曲耗能阻尼器14之后，将这两条管道与顶部管道相连的GFRP防屈曲耗能阻尼器14连接好，然后埋土到设计高度；
4）场地整理后，在场地土上布置好上层的管道单体1，然后将整体式节点4的内层GFRP圆管11放到外层GFRP圆管10内，二者同心插入到管道单体1中，用高强螺栓7将管道单体1和整体式节点4的内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10固定连接，然后利用混凝土泵，通过混凝土灌注孔8把搅拌好的自密实细石混凝土灌注到内层GFRP圆管11和外层GFRP圆管10之间的夹层中，当排气孔9处混凝土溢出时停止灌注，通过整体式节点4依次连接管道单体1，将下部的两条管道与顶部管道相连的GFRP防屈曲耗能阻尼器14通过爪式连接件13相连，连接方式均为铰接，采用先施工底层两条管道后施工上层管道的施工方法，沿着管道方向每隔一段距离布置GFRP防屈曲耗能阻尼器14，即可完成油气多相输送一体化多腔管道结构体系的施工。
通过形成的整体式节点将管道单体有机地结合到一起。管道外侧和管道之间间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，当管道受到外界干扰发生移动时，阻尼器会实时阻止其移动，消耗掉管道的能量，确保管道不发生破坏。同时，爪式连接件一端带有圆环，另一端预留螺栓孔，通过高强螺栓将爪式连接件与GFRP夹层混凝土组合管道的外壁固定连接，确保管道发生振动时，阻尼器能够实时对管道整体起到控制作用。
将内层GFRP圆管同心竖直放在外层GFRP圆管内，从上向下灌注自密实细石混凝土，形成管道单体，便于与整体式节点的连接。
管道采用整体式节点连接，很好的保证了整个管道结构的密闭性。
管道侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，GFRP防屈曲耗能阻尼器一端与管道之间通过爪式连接件连接，另一端与基础连接，连接方式均为铰接，可确保阻尼器只提供阻尼力，不提供多余约束，GFRP防屈曲耗能阻尼器既能起到连接固定作用又能在地震来临时起到耗能减震作用，大大提高了管道的抗震性能。
在三条管道之间布置GFRP防屈曲耗能阻尼器既可以起到连接作用也能起到相互固定的作用；采用三条管道可同时输送介质，可以输送一种介质，也可以同时输送两种或三种介质，既丰富了输送方式也提高了输送效率。
管道单体可为直线型管道单体、曲管道单体或者跨越式管道单体中的一种。管道单体可多种形式布置，根据需要改变管道的方向，可避开山脉和河流等复杂地形，大大缩短施工周期。
管道可采用直线型管道单体、曲管道单体或者跨越式管道单体中的一种或者几种形式的组合。
实施例一
参照图1，由三条管道通过GFRP防屈曲耗能阻尼器连接而成，三条管道布置于等边三角形的三个顶点上，其中单条管道由直管道单体通过整体式节点连接构成，结合图4、图5所示，直管道单体由内外两层无缝的缠绕式GFRP圆管和夹层自密实细石混凝土形成，如图8、图9、图10、图11所示，内层GFRP圆管的外侧、外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，直管道单体之间采用整体式节点现场连接，如图6、图7所示，整体式节点由内外两层GFRP圆管内夹混凝土形成，通过高强螺栓将未浇混凝土的整体式节点与两段管道单体连接固定，在固定好的连接节点中灌注自密实细石混凝土。结合图1所示，三条管道外侧和管道之间间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，将管道的位移变形控制在允许范围内，确保管道的结构安全和平稳输送。这种油气多相输送一体化多腔管道结构体系采用的GFRP圆管材料抗拉强度高，质量轻，具有良好的施工工艺性，耐腐蚀性能好，对温度变化不敏感，隔热性好，便于在高严寒区和盐碱地域应用，同时可输送钢质管道所不能输送的的液体和气体，同时确保输送介质的稳定性,采用三条管道同时输送介质，既丰富了输送方式也提高了输送效率。
如图4所示，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上预留螺栓孔，将爪式连接件与外层GFRP圆管连接。将内层GFRP圆管同心竖直放在外层GFRP圆管内，从上向下灌注自密实细石混凝土，形成管道单体。油气多相输送一体化多腔管道内表面光滑，对输送介质阻力小，沉积介质相对较少，可大大提高管道的输送效率。
如图6、图7所示，整体式节点由内、外层GFRP圆管、自密实细石混凝土构成，内层GFRP圆管的外侧、外层GFRP圆管的内侧设置抗剪连接键，将内层GFRP圆管放到外层GFRP圆管内，通过高强螺栓将其与GFRP夹层混凝土组合管道单体连接，在固定好的未浇混凝土的整体式节点中灌注自密实细石混凝土。管道采用整体式节点连接，很好的保证了整个管道结构的密闭性。用局部现浇混凝土实现管道的装配式连接，改变了传统管道的连接方式。管道经久耐用，满足设计使用年限要求。
如图14、图15、图16、图17所示，这种多相输送一体化多腔管道结构体系在三条管道之间和外侧布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，管道之间的GFRP防屈曲耗能阻尼器两端与三条管道的外层GFRP圆管预先安装好的爪式连接件相连，连接方式方式均为铰接；在管道外侧水平布置的GFRP防屈曲耗能阻尼器一端通过爪式连接件与管道相连，另一端与基础相连，两端的连接方式均为铰接。GFRP防屈曲耗能阻尼器在油气多相流多腔组合管道结构中既能起到侧向固定作用，又能在地震时起到耗能减震的作用，有效地提高了管道的抗震性能。
施工方法如上述施工步骤。
实施例二
参照图2，这种油气多相输送一体化多腔管道结构体系由三条管道通过GFRP防屈曲耗能阻尼器连接而成，三条管道布置于等边三角形的三个顶点上，其中油气多相输送一体化多腔管道单体由直管道单体、曲管道单体通过整体式节点连接构成，结合图12所示，曲管道单体由内外两层无缝的缠绕式GFRP圆管和夹层自密实细石混凝土形成，如图9、图11所示，内层GFRP圆管的外侧、外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，直管道单体与曲管道单体之间采用整体式节点现场连接，如图6、图7所示，整体式节点由内外两层GFRP圆管内夹混凝土形成，通过高强螺栓将未浇混凝土的整体式节点与两段管道单体连接固定，在固定好的连接节点中灌注自密实细石混凝土。结合图2所示，三条管道外侧和管道之间间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，将管道的位移变形控制在允许范围内，确保管道的结构安全和平稳输送。油气多相输送一体化多腔管道适用性强，管道可直线和曲线布置相结合，解决了传统管道局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等，大大缩短施工周期。
本实施例提供的油气多相输送一体化多腔管道结构体系的施工方法为：
在工厂预制曲管道单体，按照尺寸要求对内层曲线GFRP圆管和外层曲线GFRP圆管下料，在内层曲线GFRP圆管的外侧和外层曲线GFRP圆管的内侧设置抗剪连接键，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上预留螺栓孔，将爪式连接件与外层GFRP圆管连接好。将内层GFRP圆管同心放在外层GFRP圆管内，将两端的高强螺栓拧紧，将组装完未浇混凝土的曲管道呈立式布置，可靠固定，从较高一端在内层GFRP圆管和外层GFRP圆管之间灌注自密实细石混凝土，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成曲管道单体。其他施工方法同实施例一。
实施例三
参照图3，这种油气多相输送一体化多腔管道结构体系由三条管道通过GFRP防屈曲耗能阻尼器连接而成，三条管道布置于等边三角形的三个顶点上，其中单条管道由直管道单体、跨越式管道单体通过整体式节点连接构成，结合图13所示，跨越式管道单体由内外两层无缝的缠绕式GFRP圆管和夹层自密实细石混凝土形成，如图9、图11所示，内层GFRP圆管13的外侧、外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，直管道单体与跨越式管道单体之间采用整体式节点现场连接，如图6、图7所示，整体式节点由内外两层GFRP圆管内夹混凝土形成，通过高强螺栓将未浇混凝土的整体式节点与直管道单体、跨越式管道单体连接固定，在固定好的连接节点中灌注自密实细石混凝土。结合图3所示，管道外侧和管道之间间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，将管道的位移变形控制在允许范围内，确保管道的结构安全和平稳输送。油气多相输送一体化多腔管道适用性强，管道可直线、曲线和跨越式布置相结合，解决了传统管道局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等，大大缩短施工周期。
本实施例提供的油气多相输送一体化多腔管道结构体系的施工方法为：
在工厂预制跨越式管道单体，按照尺寸要求对内层曲线GFRP圆管和外层曲线GFRP圆管下料，在内层曲线GFRP圆管的外侧和外层曲线GFRP圆管的内侧设置抗剪连接键，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上预留螺栓孔，将爪式连接件与外层GFRP圆管连接好,将内层GFRP圆管同心放在外层GFRP圆管内，与使用时呈相反的放置，即凹型布置，将两端的高强螺栓拧紧,从一侧灌注自密实细石混凝土，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成跨越式管道单体。其他施工方法同实施例一。
综上所述，本油气多相输送一体化多腔管道结构体系及其施工方法，用局部现浇混凝土实现管道的装配式连接，改变了传统管道的连接方式，管道可长期密闭性好，经久耐用，满足设计使用年限要求；将管道截面设计成GFRP与混凝土的组合截面形式，充分利用两种材料的力学性能，大大提高管道的承载能力和稳定性能，适用于大管径的输送管道；采用GFRP防屈曲耗能阻尼器，既能起到固定连接作用，又能在地震时起到耗能减震的作用，提高了管道的抗震性能；采用三条管道同时输送介质，可以输送一种介质，也可以同时输送两种或三种介质，既丰富了输送方式，也提高了输送效率；采用的GFRP圆管材料抗拉强度高，质量轻，具有良好的施工工艺性，耐腐蚀性能好，对温度变化不敏感，隔热性好，便于在高严寒区和盐碱地域应用，同时可输送钢质管道所不能输送的的液体和气体，确保输送介质的稳定性；管道适用性强，管道可直线、曲线和跨越式布置，解决了传统管道局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等；管道内表面光滑，对输送介质阻力小，沉积介质相对较少，可大大提高管道的输送效率；管道单体和整体式节点可工厂预制，现场安装，大大缩短施工周期；管道在地下复杂环境下防水性能好，抗冻融能力强，可明显提高管道的抗疲劳性能。

Claims (8)

1.一种油气多相输送一体化多腔管道结构体系，其特征在于：由三条管道通过GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)顺次连接而成，三条管道的轴心顺次连线形成等边三角形，每条管道包括管道单体(1)和整体式节点(4)，管道单体(1)包括外层GFRP圆管(10)、内层GFRP圆管(11)和自密实细石混凝土层(12)，外层GFRP圆管(10)内环绕内层GFRP圆管(11)，外层GFRP圆管(10)与内层GFRP圆管(11)之间设有夹层，夹层内充满自密实细石混凝土层(12)，外层GFRP圆管(10)和内层GFRP圆管(11)内壁均周向均等分布有若干个抗剪连接键(5)，且外层GFRP圆管(10)和内层GFRP圆管(11)内壁上的抗剪连接键(5)相互交错布置，所述的管道单体(1)两端部分别设有螺栓孔(6)，螺栓孔(6)贯穿外层GFRP圆管(10)、内层GFRP圆管(11)和自密实细石混凝土层(12)；所述的外层GFRP圆管(10)外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔(16)；两个管道单体(1)之间通过整体式节点(4)连接，整体式节点(4)通过高强螺栓(7)与两个管道单体(1)端部的螺栓孔(6)连接，整体式节点(4)外壁上设有混凝土浇筑孔(8)和排气孔(9)，混凝土浇筑孔(8)和排气孔(9)间隔分布；所述的整体式节点(4)包括外层GFRP圆管(10)、内层GFRP圆管(11)和自密实细石混凝土层(12)，外层GFRP圆管(10)内环绕内层GFRP圆管(11)，外层GFRP圆管(10)与内层GFRP圆管(11)之间设有夹层，夹层内充满自密实细石混凝土层(12)，外层GFRP圆管(10)和内层GFRP圆管(11)内壁均周向均等分布有若干个抗剪连接键(5)，且外层GFRP圆管(10)和内层GFRP圆管(11)内壁上的抗剪连接键(5)相互交错布置。
2.根据权利要求1所述的油气多相输送一体化多腔管道结构体系，其特征在于：所述的整体式节点(4)的内层GFRP圆管(11)外径尺寸与管道单体(1)的内层GFRP圆管(11)内径尺寸相等；整体式节点(4)的外层GFRP圆管(10)内径尺寸与管道单体(1)的外层GFRP圆管(10)外径尺寸相等。
3.根据权利要求1所述的油气多相输送一体化多腔管道结构体系，其特征在于：所述的管道单体(1)为单管且截面呈圆环状；所述的外层GFRP圆管(10)和内层GFRP圆管(11)为无缝的缠绕式GFRP圆管。
4.根据权利要求1所述的油气多相输送一体化多腔管道结构体系，其特征在于：所述的管道为三管且截面呈圆环状，三个管道截面圆心顺次连线形成等边三角形。
5.根据权利要求1所述的油气多相输送一体化多腔管道结构体系，其特征在于：所述的管道单体(1)为直线型管道单体、曲管道单体(2)或者跨越式管道单体(3)中的一种。
6.根据权利要求1所述的油气多相输送一体化多腔管道结构体系，其特征在于：所述的管道单体(1)侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)，GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)一端通过爪式连接件(13)与管道单体(1)外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)另一端与基础(15)铰接；爪式连接件(13)一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)铰接，爪式连接件(13)另一端设有预留螺栓孔，预留螺栓孔通过高强螺栓(7)与外层GFRP圆管预留螺栓孔(16)连接。
7.根据权利要求1所述的油气多相输送一体化多腔管道结构体系，其特征在于：所述的三条管道中两两管道之间设有GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)，GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)的两端分别与一个爪式连接件(13)的一端铰接，爪式连接件(13)的另一端通过高强螺栓(7)分别与相应的管道单体(1)的外层GFRP圆管预留螺栓孔(16)连接。
8.一种根据权利要求1所述的油气多相输送一体化多腔管道结构体系的施工方法，其特征在于：方法步骤如下：
1)先在工厂预制管道单体(1)，按照尺寸要求对内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)下料，在内层GFRP圆管(11)的外侧和外层GFRP圆管(10)的内侧设置抗剪连接键(5)，在内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)的两个端部预留螺栓孔(6)，在外层GFRP圆管(10)上预留外层GFRP圆管预留螺栓孔(16)，将爪式连接件(13)与外层GFRP圆管(10)连接好,将内层GFRP圆管(11)同心竖直放在外层GFRP圆管(10)内，将两端的高强螺栓(7)拧紧，从上向下在内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)之间灌注自密实细石混凝土层(12)，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓(7)，形成螺栓孔(6)，养护后形成管道单体(1)；
2)在工厂预制形成整体式节点(4)用的内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)，在内层GFRP圆管(11)的外侧和外层GFRP圆管(10)的内侧按一定规律设置抗剪连接键(5)，在内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)的两个端部预留螺栓孔(6)，在外层GFRP圆管(10)的顶部预留混凝土浇筑孔(8)和排气孔(9)；
3)将预制好的管道单体(1)和整体式节点(4)的内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)运输到现场，在场地土上布置好下层的两个管道单体(1)，然后将整体式节点(4)的内层GFRP圆管(11)放到外层GFRP圆管(10)内，二者同心插入到管道单体(1)中，用高强螺栓(7)将管道单体(1)和整体式节点(4)的内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)固定连接，然后利用混凝土泵，通过混凝土浇筑孔(8)把搅拌好的自密实细石混凝土灌注到内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)之间的夹层中，当排气孔(9)处混凝土溢出时停止灌注，通过整体式节(4)点依次连接管道单体(1)，将下部的两条管道之间的爪式连接件(13)通过GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)连接起来，连接方式均为铰接，用于连接管道和基础(15)的GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)的一端与爪式连接件(13)的圆环相连，另一端与基础(15)相连，两端的连接方式均为铰接，完成底层GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)之后，将这两条管道与顶部管道相连的GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)连接好，然后埋土到设计高度；
4)场地整理后，在场地土上布置好上层的管道单体(1)，然后将整体式节点(4)的内层GFRP圆管(11)放到外层GFRP圆管(10)内，二者同心插入到管道单体(1)中，用高强螺栓(7)将管道单体(1)和整体式节点(4)的内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)固定连接，然后利用混凝土泵，通过混凝土浇筑孔(8)把搅拌好的自密实细石混凝土灌注到内层GFRP圆管(11)和外层GFRP圆管(10)之间的夹层中，当排气孔(9)处混凝土溢出时停止灌注，通过整体式节点(4)依次连接管道单体(1)，将下部的两条管道与顶部管道相连的GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)通过爪式连接件(13)相连，连接方式均为铰接，采用先施工底层两条管道后施工上层管道的施工方法，沿着管道方向每隔一段距离布置GFRP防屈曲耗能阻尼器(14)，即可完成油气多相输送一体化多腔管道结构体系的施工。
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