[發明專利]一種減少砂土海床中波浪作用影響的海底管道

有效

• 申請號: 201811035969.7
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109140047B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 黃挺;田英輝;侯利軍;翟厚明;白順亞
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F16L1/16
• 分類號: F16L1/16;F16L1/20;F16L1/24
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種減少砂土海床中波浪作用影響的海底管道，管道外部設置有滲透外殼，滲透外殼上均勻分布有若干個錨定部，錨定部上方連接壓力部，壓力部頂部穿出立桿并與浮力圈通過夾桿相連接，滲透外殼周邊海床土體的孔隙水經錨定部中的滲透層、內排水通道吸入壓力部內，并經壓力部的側排水通道排出壓力部。錨定部兩側帶有旋轉壓入的螺桿，浮力圈可以通過夾桿拆卸。本發明通過波浪帶動浮力圈上下運動進而產生真空負壓，促使海床土體孔隙水排出，減少孔隙水壓力累積對土體承載力的弱化影響，工作無需額外裝置提供能源；錨定部除提供自身重力壓穩效果外，還可提供兩側錨桿的錨定壓力，且螺桿穿透易液化層，增強管道抵抗海床液化的能力。

技術領域

本發明涉及海洋結構物基礎工程領域，涉及砂質海床中波浪作用下海底管道的災害響應防治。

背景技術

隨著經濟發展、生產規模的進一步擴大，近海油氣開采成為目前重要的能源來源。然而海洋環境復雜多變，除了對開采作業帶來眾多挑戰外，油氣的管路運輸也存在諸多問題。例如，劇烈波浪作用產生的波壓力會作用至海床表面，對于滲透性較小的砂質海床，可能會導致孔隙水壓力在海床中累積，甚至發生液化現象。隨著孔隙水壓力的上升，海床土體的承載力逐漸弱化，甚至完全喪失(液化)。當海床土體無法提供足夠的承載力以抵抗管道荷載時，管道將發生位移，進而產生形變應力，嚴重時導致管道結構破壞。位于海洋環境中的油氣管道，在工程使用期間幾乎不可避免遭遇強烈的波浪作用，如何保證在該環境下管道穩定、不發生位移變形，是涉及近海油氣工程正常開展的重要課題。

現有工程中，為了改善波浪作用下海底管道的穩定性，通常有加大埋深、地基處理等方式。雖然上述方法具有一定的效果，但是也存在不同的弊端。例如，加大管道埋深可以實現將管道埋設在可能的液化深度以下，避免了波致孔隙水壓力的影響，但是由于溝槽壁需要放坡才能穩定，挖、填土的工程量將會大幅增加，相應的管道工程造價也會大幅上漲。地基處理是解決軟弱地基承載力問題的常規方法，采用在海底管道周邊土體開展注漿等地基處理措施，通過改變土性、隔絕孔隙水流動，避免了孔隙水壓力上升。但是固化劑需要固結時間、成效緩慢，且改變了海床原始成分，對海床環境具有較大地影響。

為了應對強烈波浪作用下海底管道的穩定問題，有針對性地研發一種能擁有更多錨固力的管道具有重要的意義。

發明內容

本發明為解決波浪作用下砂質海床土體弱化造成的油氣管道穩定問題，提出了一種新型的管道形式，可以利用波浪作用產生的水質點運動帶動浮力圈上下運動，從而產生將管道周邊土體孔隙水吸出的效果，避免孔隙水壓力在管道周邊累積，達到控制波浪作用下管道結構穩定的效果。

本發明解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：

一種減少砂土海床中波浪作用影響的海底管道，包括管道，所述管道外套設有滲透外殼，所述滲透外殼上均勻開設有若干個滲透孔，所述滲透外殼外均勻安裝有若干個錨定部，所述錨定部下部開設有匹配滲透外殼的缺口，所述滲透外殼穿設在錨定部的缺口中，所述錨定部的頂部安裝有壓力部，所述壓力部為中空柱體結構，所述壓力部包括空心部分和實心部分，所述壓力部的中心軸垂直于管道的中心軸，所述壓力部中的中空部分滑動設置有立桿，所述立桿一端處于壓力部中，所述立桿另一端伸出壓力部，所述立桿位于壓力部中的端部安裝有壓板，所述壓板平行于壓力部的底部，所述立桿遠離壓力部的端部安裝有凸環，所述凸環上卡接有夾桿，所述夾桿上套設有浮力圈，所述夾桿與立桿在同一條豎直線上；

所述錨定部中開設有若干條內排水通道，所述內排水通道一端連通滲透外殼，所述內排水通道另一端從壓力部的底部連通壓力部的中空部分，所述中空部分底部安裝有可閉合內排水通道的內排水閥，所述壓力部中的實心部分開設有若干條側排水通道，所述側排水通道一端連通壓力部的中空部分，所述側排水通道另一端通向壓力部外部，且所述側排水通道通向外部的通道口安裝有可閉合側排水通道的側排水閥。

進一步的，所述管道與滲透外殼之間還填充有用于限制海床泥沙進入內排水通道的滲透層。