CN112197068B - 用于大型水下管道的框架式倒u型配重装置及管道安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型水下管道的框架式倒U型配重装置及管道安装方法，沿大型水下管道长度方向布置有多个用于固定大型水下管道的配重结构，每个所述配重结构包括至少两个通过具有一定长度的连接结构固定连接的倒U型配重块，且各所述配重块的内侧面均与大型水下管道相适配，所述配重结构扣在所述管道上，与管道一起被埋在海底管槽中。在确保管道抗浮稳定的前提下，本发明提供了一种安装方便、受力均匀且不影响管道变形能力的配重块结构，旨在通过有效、简便的方法，以最小的投资和最方便的施工方法，使配重块结构可靠，更好得发挥管道适应变形的功能。

Description

用于大型水下管道的框架式倒U型配重装置及管道安装方法

技术领域

本发明涉及水下管道工程技术领域，具体涉及一种用于大型水下管道的框架式倒U型配重装置及管道安装方法。

背景技术

HDPE管有较强的适应变形能力和抗腐蚀能力因此经常用于海底软基上的水下管道工程，但是其材料密度比水小，因此需要布置配重块，以满足抗浮稳定需求。大直径的HDPE 管道(D＝2～3m，L＝200～500m)往往采用传统抱箍式的混凝土配重块进行配重，这种配重块由上下俩块组成，采用螺栓进行连接，水上安装难度较大，因此需在岸边占用长度匹配的较大场地完成配重安装，配重安装完成后还需要两端密封、充气，将负载配重块的较为沉重的管道用拖船拖拽至预定位置。

在管道下沉操作时，采取一端进水下沉、一端排气的方式下沉管道，但是，由于抱箍式的混凝土配重块与管道两者被固定在一起，管道的一端在排气下沉的过程中，管道与配重块连接处容易发生“Z”字型弯折，配重块与管道的连接处应力大且无法释放，容易产生管体断裂。而且，往往会造成排气不畅，管道中含有无法排出的空气包，导致管道无法顺利下沉，只能报废处理。

综上，抱箍式的混凝土配重块方案需要占用广阔的陆上安装场地，在管道拖拽、尤其在下沉就位操作时，难度较大容易产生管体断裂、无法排出空气包的情况。若能找到一种安装方便、受力均匀的配重块形式以及方便、安全的水下管道的安装方法，就可以大大提高施工进度及管道结构安全性。

基于上述情况，本发明提出了一种用于大型水下管道的框架式倒U型配重装置及管道安装方法，可有效解决以上问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于大型水下管道的框架式倒U型配重装置及管道安装方法。在确保管道抗浮稳定的前提下，本发明提供了一种安装方便、受力均匀且不影响管道变形能力的配重块结构，旨在通过有效、简便的方法，以最小的投资和最方便的施工方法，使配重块结构可靠，更好得发挥管道适应变形的功能。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种用于大型水下管道的框架式倒U型配重装置，沿大型水下管道长度方向布置有多个用于固定大型水下管道的配重结构，每个所述配重结构包括至少两个通过具有一定长度的连接结构固定连接的倒U型配重块，且各所述配重块的内侧面均与大型水下管道相适配；所述配置结构扣在所述管道上，与管道一起被埋在海底管槽中。

钢筋混凝土配重块结构由两个倒U型配重块及多个连接结构组成，形成框架结构，并且可根据管道直径和配重需求来设计其结构尺寸，两个倒U型配重块之间的距离可利用连接结构长度进行调节，连接结构可将两个倒U型配重块形成整体，防止其倾覆。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接结构与所述配重块之间的连接点沿所述配重块的延伸方向间隔布置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接结构之间互相平行且均垂直于所述配重块的U形端面。

由于以上结构，分布在配重块端面上的多个连接点使得两个配重块之间形成稳定的连接结构，同时连接结构增加配重块整体的重量，避免水下管道上浮。固定在配重块上的若干连接结构整体呈倒U型结构，对水下管道形成半包围式保护结构，并且与水下管道之间平行设置互不干扰。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接结构与所述配重块的连接处设置有橡胶垫片。

作为本发明的一种优选技术方案，所述配重块的内侧弧面为圆弧面，且圆弧面的直径、顶点高度均不小于所述管道的外径。

作为本发明的一种优选技术方案，所述配重块底部两立面之间的内侧宽度不小于所述管道的外径。

由于以上结构，配重块的内弧面可更好的与水下管道外壁相适配，并且对水下管道起到一定的限位作用。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接结构为条形连系梁。

第二方面，本发明还提供一种大型水下管道的安装方法，所述管道的比重小于水，并根据管道直径和配重需求，预制好如前所述的配重结构；所述安装方法包括如下步骤：

1)、将所述管道，不经陆上安装配重结构，也不负载所述配重结构，在管道内充水的情况下，浮于水面，由拖船拖至指定位置；

2)、将管道通过定位装置漂浮就位，与海底指定管槽对位；

3)、利用吊船将装配好的多个配重结构沿管道长度方向从所述管道的头部到尾部，相隔一定间距，逐步扣到管道上，使该管道从其头部开始至尾部逐步缓慢下沉到海底指定的管槽内，直至该管道整体准确下沉到海底指定的管槽内；

4)、回填砂、土，对管道和配重结构进行保护。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定位装置为定位桩或机械手，实现管道的漂浮就位。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

与传统抱箍式的混凝土配重块相比，在基于配重块的压重相同的条件下，本发明将压重较大的传统抱箍式配重块分隔为两个压重相对较小的倒U形配重块，且两个倒U形配重块与管道之间无连接结构，配重块对管道的约束力大大减小，且管道在下沉的过程中，配重块与管道的连接处应力降低，管道与配重块连接处不会发生“Z”字型弯折，从而避免了管道在下沉的过程中由于受力不均匀导致管道折损而产生破裂。并且管道在下沉或运行的过程中，可在配重结构内更好的发挥管道适应变形的功能，避免管道受损。

将传统抱箍式配重块替换为两个相对设置的倒U形配重块，增加了配重块沿水下管道长度方向排布的密度，与水下管道之间的接触点增多，有利于水下管道运行的稳定性，并且配重结构整体外部为倒U型结构弧面，可进一步提升水下管道的抗冲刷能力。并且，U型结构的端部形成插入海底的支腿，与海床的连接固定更加稳定，也进一步提升抗冲刷能力。

采用本发明的安装方法，一方面，无需利用额外的岸边场地完成配重安装，在管道漂浮就位后利用吊船将连接好的两个倒U型配重块整体扣到管道上，可以在水面上完成配重安装，避免了拖拽较为沉重的抱箍式配重管道而导致管道受损，省力、效率高、安全性能高；另一方面，由于管道相对于水的比重小，可预先在管道内装满水，利用水的浮力使得管道漂浮在水面上，可轻易地用船将管道拖拽至指定位置，到达指定下沉位置后无需再次对管道进行排气，避免了由于排气不匀导致管道出现空气包无法排出而导致下沉浮力增大的问题。

附图说明

图1为本发明所述的配重块与连接结构的装配结构示意图。

图2为图1的断面结构示意图。

图3为本发明所述的连接结构与配重块连接处的结构示意图。

图4为本发明所述的配重块与管道安装后的断面结构示意图。

图5为本发明所述的配重块与管道安装后的结构示意图。

附图标记：1-配重块；2-连接结构；3-橡胶垫片；4-管道。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

请参阅图1，本发明所提供的框架式倒U型配重装置，包括沿大型水下管道长度方向布置的多个用于固定大型水下管道的配重结构，所述配重结构包括：配重块1与连接结构2，该配重块1与连接结构2固定连接。所述配重结构扣在所述管道4上，与管道4 一起被埋在海底管槽中。

具体的，该配重结构可设置为至少两个相对设置的配重块1，并且通过具有一定长度的连接结构2固定连接。本实施例中，该配重块1的形状根据大型水下管道实际需要进行设计调整，将其设置为倒U型结构，即各所述配重块1的内侧面均与大型水下管道相适配。该连接结构2用于将多个配重块1之间连接形成稳固结构，该连接结构2包括但不限于条形连系梁，也可通过其他连接结构来实现。所述配重块1为混凝土块，混凝土块材料易得、廉价、且可长期沉放于海底，经久耐用。

请参阅图2，该连接结构2的数量可为一个或多个，多个连接结构2与所述配重块1之间的连接点沿所述配重块1的延伸方向间隔布置。本实施例中，连接结构2的数量为5 个，分别位于所述配重块1的顶面、两个拐角处以及两个立面处，全方位覆盖，以达到更好的稳固效果。多个所述连接结构2之间互相平行且均垂直于所述配重块1的U形端面，固定在配重块上的若干连接结构整体呈倒U型结构，对水下管道形成半包围式保护结构，并且与水下管道之间平行设置互不干扰。

请参阅图3，该配重块1与连接结构2固定连接，具体的，该连接结构2的端部与所述配重块1端面的连接处可采用榫卯结构连接，且连接处设置有橡胶垫片3进行保护并紧固，也可通过其他连接结构来实现。

请参阅图4，该配重块1的内侧弧面为圆弧面，且圆弧面的直径、顶点高度均略大于所述管道的外径。所述配重块1底部两立面之间的内侧宽度略大于所述管道的外径。配重块1可将水下管道与地面接触以外的部分全部罩住，以达到更好的稳固效果。

请参阅图4和5，本发明还提供一种大型水下管道的安装方法，以大直径的HDPE管道(直径D＝2～3m，长度L＝200～500m)在海底的安装为例，所述管道的比重小于海水，并根据管道4直径和配重需求，首先预制好配重结构，再进行管道4的配重安装及下沉；所述安装方法包括如下步骤：

步骤S001、将所述管道4，不经陆上安装配重结构，也不负载所述配重结构，在管道4内充水的情况下，浮于水面，由拖船拖至指定位置。

一方面，该管道4无需在岸边占用与管道4长度匹配的较大场地完成配重安装，可不经陆上安装配置结构，也不负载所述配重结构，在管道4内充水的情况下，浮于海面，由拖船拖至指定位置，可以在海面上完成配重安装，避免了拖拽较为沉重的抱箍式配重管道而导致管道4受损，省力、效率高、安全性能高。

另一方面，由于管道4相对于海水的比重小，可预先在管道4内装满水，利用水的浮力使得管道4漂浮在海面上，可轻易地用船将管道4拖拽至指定位置，到达指定下沉位置后无需再次对管道4进行排气，避免了由于排气不畅导致管道4出现空气包无法排出，而导致下沉浮力增大无法顺利下沉的问题。

步骤S002、将管道4通过定位装置漂浮就位，与海底指定管槽对位。

用于该管道4的定位装置可为：定位桩或机械手，1)利用绳索将管道4与定位桩连接以固定管道4，2)通过船上安装的机械手夹住管道4，还可选择其它的定位装置来实现。

步骤S003、利用吊船将装配好的多个配重结构沿管道4长度方向从所述管道的头部到尾部，相隔一定间距，逐步扣到管道4上，使该管道4从其头部开始至尾部逐步缓慢下沉到海底指定的管槽内，直至该管道4整体准确下沉到海底指定的管槽内。

在该管道4从其头部开始至尾部逐步缓慢下沉时，同步松开管道4的定位装置(定位桩或机械手)，使得该管道4整体准确下沉到指定的管槽内。

该倒U型配重块1与管道4相适配，并与管道之间无连接结构，安装难度大大降低，仅可利用吊船将装配好的配重结构沿管道4长度方向扣到管道4上，方便快捷，安装效率高。

该倒U形配重块与管道之间无连接结构，配重块对管道的约束力大大减小，从而使得管道在下沉的过程中，配重块与管道的连接处应力大大降低，管道与配重块连接处不会发生“Z”字型弯折，从而避免了管道在下沉的过程中由于受力不均匀导致管道折损而产生破裂。

同时，管道4在下沉或运行的过程中，可在配重结构内更好的发挥管道适应变形的功能，避免管道受损。

步骤S004、回填砂、土，对管道4和配重结构进行保护。

将传统抱箍式配重块替换为多个相对设置的倒U形配重块，增加了配重块沿水下管道长度方向排布的密度，与水下管道之间的接触点增多，有利于水下管道运行的稳定性，并且配重结构整体外部为倒U型结构弧面，可进一步提升水下管道的抗冲刷能力。并且，U型结构的端部形成插入海底的支腿，与海床的连接固定更加稳定，也进一步提升抗冲刷能力。

本发明的特点是在大直径、低密度、强变形能力的水下管道上做可靠有效的配重结构：用连接结构使两个倒U型的钢筋混凝土配重块形成整体，使配重块可以非常简单的安装在管道上，保证配重的有效性，并且不影响管道的变形能力。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的用于大型水下管道的框架式倒U型配重装置，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“平行”、“端部”、“端面”、“相对”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大型水下管道的安装方法，所述大型水下管道为大直径HDPE管道，大直径HDPE管道的直径D＝2～3m，长度L＝200～500m，其特征在于，所述管道(4)的比重小于水，并根据管道(4)直径和配重需求，预制好框架式倒U型配重装置；

所述框架式倒U型配重装置，沿所述大直径HDPE管道长度方向布置有多个用于固定大型水下管道的配重结构，配重结构将传统抱箍式配重块分隔为两个压重相对较小的倒U型配重块且两个倒U型配重块与管道之间无连接结构，每个所述配重结构包括两个通过具有一定长度的连接结构固定连接的倒U型配重块(1)，且各所述配重块(1)的内侧面均与大型水下管道相适配；所述配重结构扣在所述管道(4)上，与管道(4)一起被埋在海底管槽中；所述连接结构(2)为条形连系梁；

所述安装方法包括如下步骤：

1)、将所述管道(4)，不经陆上安装配重结构，也不负载所述配重结构，在管道(4)内充水的情况下，浮于水面，由拖船拖至指定位置；

2)、将管道(4)通过定位装置漂浮就位，与海底指定管槽对位；

3)、利用吊船将装配好的多个配重结构沿管道(4)长度方向从所述管道的头部到尾部，相隔一定间距，逐步扣到管道(4)上，使该管道(4)从其头部开始至尾部逐步缓慢下沉到海底指定的管槽内，直至该管道(4)整体准确下沉到海底指定的管槽内；

4)、回填砂、土，对管道(4)和配重结构进行保护。

2.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述连接结构(2)与所述配重块(1)之间的连接点沿所述配重块(1)的延伸方向间隔布置。

3.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：多个所述连接结构(2)之间互相平行且均垂直于所述配重块(1)的U型端面。

4.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述连接结构(2)与所述配重块(1)的连接处设置有橡胶垫片(3)。

5.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述配重块(1)的内侧弧面为圆弧面，且圆弧面的直径、顶点高度均不小于所述管道的外径。

6.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述配重块(1)底部两立面之间的内侧宽度不小于所述管道的外径。

7.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述定位装置为定位桩或机械手，实现管道(4)的漂浮就位。

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