CN213897217U - 一种用于裸铺海底管道位移控制的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于裸铺海底管道位移控制的装置，装置包括有砼预制块、锚索和固定机构，其中砼预制块罩设在海底管道的顶端，砼预制块的弧度与海底管道的弧度相应，砼预制块的上表面开设有凹槽，锚索卡设在凹槽内，锚索的下端与固定机构相连接，固定机构对称设在海底管道两侧的海床内。固定机构包括有锚具、连接头、螺旋桩和导管，其中锚索通过连接头与螺旋桩相连接，锚具设置在连接头的内腔中，锚索的下端固连在锚具内，螺旋桩的上端螺接在连接头的底部，导管与锚索并列设置，有益效果：可靠性高；节约材料；承载机制合理；节约工期；预防侵蚀。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种位移控制的装置，特别涉及一种用于裸铺海底管道位移控制的装置。
背景技术
目前，随着经济的发展，国家对资源的需求量持续增加，海洋中丰富的石油、天然气等资源被不断开发。目前，海洋油气已成为全球油气资源的战略接替区。海底管道作为海上油气集输和生产系统的生命线，是海上油气田开发的重要设施。但由于海洋中复杂的环境，海底管道经常会出现悬空、屈曲等现象，这可能会引发管道横向失稳、涡激振动，从而导致管道的疲劳破坏甚至断裂。不仅会造成大量财产损失，更为严重的是油气的泄露会对海洋环境造成难以估量的污染。
为使海床上的管道保持安全稳定，目前常采取管道加重砼覆盖、加压块或沙袋、锚杆加固、桩基础及建造混凝土沉床等工程措施。在管道上设置重块、沙袋能够有效解决海底管道悬空问题，但其施工成本较高；此外，重块和沙袋对管道施以恒定的重力作用，会造成海底管道的疲劳损伤；再者，重块和沙袋在海水中的下沉轨迹不易控制，导致其施工效果不可控。锚杆加固技术具有成本低、施工简单等优点；但其承载能力较小且使用年限较短。桩基础承载能力高，能有效消除管道的横向、纵向移动，但其工程造价高、施工复杂，且整体设计往往趋于保守，在一定程度上造成材料的浪费。此外，锚杆和桩基础作为一种刚性构件，承载时构件各个部分受力极不协调，锚固端受力较大而其余部分受力较小，承载能力不能充分发挥。混凝土沉床由大量混凝土柱通过聚丙烯材料连接所构成，承载力高，能有效加固海底管道，同时具有较好的预防侵蚀效果，但其仍存在施工期长、工艺复杂、成本较高的缺点。因此，如何在保证海底管道稳定性的同时，又能兼顾工程造价、工期、结构承载机制合理等方面的要求，是目前海洋工程中急需解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的是为了在兼顾工程造价、工期、结构承载机制合理等方面要求的同时，能够有效的控制海底管道的位移，解决其可能出现的悬空、屈曲问题，从而保证海底管道的安全稳定而提供的一种用于裸铺海底管道位移控制的装置。
本实用新型提供的用于裸铺海底管道位移控制的装置包括有砼预制块、锚索和固定机构，其中砼预制块罩设在海底管道的顶端，砼预制块的弧度与海底管道的弧度相应，砼预制块的上表面开设有凹槽，锚索卡设在凹槽内，锚索的下端与固定机构相连接，固定机构对称设在海底管道两侧的海床内。
砼预制块内设置有钢板用于增加砼预制块的抗剪强度，以较好的传递荷载。
固定机构包括有锚具、连接头、螺旋桩和导管，其中锚索通过连接头与螺旋桩相连接，锚具设置在连接头的内腔中，锚索的下端固连在锚具内，螺旋桩的上端螺接在连接头的底部，导管与锚索并列设置，导管的下端位于连接头的底部以及螺旋桩的上部，导管内输送的水泥混凝土能够被输送到连接头的底部并向两侧的土基进行扩张。
导管与锚索之间设置有卡扣进行紧固。
本实用新型提供的用于裸铺海底管道位移控制的控制方法，其步骤如下所述：
步骤一、在海底管道铺设前，先将砼预制块罩设在海底管道上，并用钢丝绳进行固定，使砼预制块与海底管道形成一个整体；
步骤二、海底管道铺设过程中，在海底管道和砼预制块整体重力作用下，砼预制块及海底管道的下部会沉入海床；
步骤三、海底管道铺设完成后，将两端连有螺旋桩的锚索置于砼预制块的凹槽中，之后将两边的螺旋桩旋入到设计深度，此时不要将锚索紧箍在砼预制块的凹槽内，要将锚索预留出允许的活动自由度，使锚索在海床上保留一定的长度，以使海底管道能够在允许的范围内移动；
步骤四、通过导管在连接头底部注入设计计量的混凝土，以加固螺旋桩周边的海床，增加螺旋桩的可靠性，然后将锚索进行紧固，施工完成后将步骤一所述钢丝绳回收。
本实用新型的工作原理如下：
本实用新型提供的海底管道位移控制装置由螺旋桩、导管、连接头、锚具、锚索和砼预制块组成，由螺旋桩作为锚固体，提供抗拔承载力；由锚索来控制海底管道的最大位移。当海底管道受到波浪、水流、地震等自然环境荷载的作用而产生位移，对于向任意一方向的位移，随着位移的增大，锚索会逐渐被拉紧，当位移达到极限安全距离时，锚索将紧箍砼预制块，自然环境荷载将以集中力的形式作用于锚索，通过锚索传递到螺旋桩，并与螺旋桩的抗拔承载力形成平衡，从而将荷载扩散到深层土体中，以达到控制海底管道位移的目的，避免由于海底管道的位移过大而影响其安全稳定性。
本实用新型的有益效果：
1、可靠性高：本实用新型通过螺旋桩挤压其上方土体来提供抗拔承载力，承载能力强；通过锚索长度来控制海底管道的最大位移，使得海底管道在安全范围内移动，消除应力累积，保证其安全可靠性；
2、节约材料：现有的海底管道固定方式为加重砼覆盖、加压块或沙袋、锚杆加固、桩基础及建造混凝土沉床等工程措施，为了保证或提高管道的安全稳定性，一般通过增加重砼、压块的数量，锚杆的锚固长度，桩长或桩径，混凝土沉床的厚度等方法来实现，成本较高。而本实用新型只需将相同大小的桩体旋入到更深处土层即可获得更大抗拔承载力，节约材料，降低成本。特别是由于海底浅层土质为软土，本实用新型的优势更加显著。此外，本实用新型所述的装置通过砼预制块能够保证相当长度海底管道的稳定性，提高了锚固效率，进一步节约材料，降低成本。
3、承载机制合理：相对于锚杆和桩基础等刚性构件承载时构件各截面受力相差较大而不协调的情况，本实用新型所述装置通过柔性构件—锚索来传递荷载，由螺旋桩来提供抗拔承载力，保证承载力的同时在一定程度上增加构件使用寿命。此外，相较于对管道加重砼覆盖、加压块或沙袋等对管道施以恒定荷载的工程措施，本实用新型所述装置是在管道位移过大，即需要对其进行限制时才会对管道施加约束力，有效减小管道的疲劳，承载机制科学合理。
4、节约工期：相对于现有的锚杆加固、桩基础、混凝土沉床等需在注浆养护后才能提供承载力的技术，本实用新型以螺旋桩作为锚固体，在旋入之后即可提供承载力，之后在连接头下部注入混凝土是为了保证螺旋桩的可靠性，无需等待混凝土终凝即可进行下一步施工，可有效节约工期。
5、预防侵蚀：本实用新型所述的砼预制块罩设在海底管道上，具有较好的预防侵蚀效果。
附图说明
图1为本实用新型所述位移控制装置的整体结构主视图。
图2为本实用新型所述位移控制装置的整体结构侧视图。
图3为本实用新型所述砼预制块的俯视图。
上图中的标注如下所示：
1、砼预制块 2、锚索 3、海底管道 4、凹槽 5、钢板 6、锚具 7、连接头8、螺旋桩 9、导管 10、水泥混凝土 11、卡扣。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示：
本实用新型提供的用于裸铺海底管道位移控制的装置包括有砼预制块1、锚索2和固定机构，其中砼预制块1罩设在海底管道3的顶端，砼预制块1的弧度与海底管道3的弧度相应，砼预制块1的上表面开设有凹槽4，锚索2卡设在凹槽4内，锚索2的下端与固定机构相连接，固定机构对称设在海底管道3两侧的海床内。
砼预制块1内设置有钢板5用于增加砼预制块1的抗剪强度，以较好的传递荷载。
固定机构包括有锚具6、连接头7、螺旋桩8和导管9，其中锚索2通过连接头7与螺旋桩8相连接，锚具6设置在连接头7的内腔中，锚索2的下端固连在锚具6内，螺旋桩8的上端螺接在连接头7的底部，导管9与锚索2并列设置，导管9的下端位于连接头7的底部以及螺旋桩8的上部，导管9内输送的水泥混凝土10能够被输送到连接头7的底部并向两侧的土基进行扩张。
导管9与锚索2之间设置有卡扣11进行紧固。
本实用新型提供的用于裸铺海底管道位移控制的控制方法，其步骤如下所述：
步骤一、在海底管道3铺设前，先将砼预制块1罩设在海底管道3上，并用钢丝绳进行固定，使砼预制块1与海底管道3形成一个整体；
步骤二、海底管道3铺设过程中，在海底管道3和砼预制块1整体重力作用下，砼预制块1及海底管道3的下部会沉入海床；
步骤三、海底管道3铺设完成后，将两端连有螺旋桩8的锚索2置于砼预制块1的凹槽4中，之后将两边的螺旋桩8旋入到设计深度，此时不要将锚索2紧箍在砼预制块1的凹槽4内，要将锚索2预留出允许的活动自由度，使锚索2在海床上保留一定的长度，以使海底管道能3够在允许的范围内移动；
步骤四、通过导管9在连接头7底部注入设计计量的水泥混凝土10，以加固螺旋桩8周边的海床，增加螺旋桩8的可靠性，然后将锚索2进行紧固，施工完成后将步骤一所述钢丝绳回收。
本实用新型的工作原理如下：
本实用新型提供的海底管道位移控制装置由螺旋桩8、导管9、连接头7、锚具6、锚索2和砼预制块1组成，由螺旋桩8作为锚固体，提供抗拔承载力；由锚索2来控制海底管道3的最大位移。当海底管道3受到波浪、水流、地震等自然环境荷载的作用而产生位移，对于向任意一方向的位移，随着位移的增大，锚索2会逐渐被拉紧，当位移达到极限安全距离时，锚索2将紧箍砼预制块1，自然环境荷载将以集中力的形式作用于锚索2，通过锚索2传递到螺旋桩8，并与螺旋桩8的抗拔承载力形成平衡，从而将荷载扩散到深层土体中，以达到控制海底管道3位移的目的，避免由于海底管道3的位移过大而影响其安全稳定性。
Claims (4)
1.一种用于裸铺海底管道位移控制的装置，其特征在于：包括有砼预制块、锚索和固定机构，其中砼预制块罩设在海底管道的顶端，砼预制块的弧度与海底管道的弧度相应，砼预制块的上表面开设有凹槽，锚索卡设在凹槽内，锚索的下端与固定机构相连接，固定机构对称设在海底管道两侧的海床内。
2.根据权利要求1所述的一种用于裸铺海底管道位移控制的装置，其特征在于：所述的砼预制块内设置有钢板用于增加砼预制块的抗剪强度。
3.根据权利要求1所述的一种用于裸铺海底管道位移控制的装置，其特征在于：所述的固定机构包括有锚具、连接头、螺旋桩和导管，其中锚索通过连接头与螺旋桩相连接，锚具设置在连接头的内腔中，锚索的下端固连在锚具内，螺旋桩的上端螺接在连接头的底部，导管与锚索并列设置，导管的下端位于连接头的底部以及螺旋桩的上部，导管内输送的水泥混凝土能够被输送到连接头的底部并向两侧的土基进行扩张。
4.根据权利要求3所述的一种用于裸铺海底管道位移控制的装置，其特征在于：所述的导管与锚索之间设置有卡扣进行紧固。
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