魏新峰1 吳超2 李冠卿3

1.中國石油天然氣管道工程有限公司，2、3.中國石油西氣東輸管道公司

【摘要】螺旋地錨穩管措施與傳統的壓重塊、平衡壓袋等穩管措施相比具有安裝方便、運輸便捷、儲存占地面積小、浮力控制能力強、安全系數大、應用成本低等優點。本文對在高水位軟土地區采用螺旋地錨的管道受力進行了分析；提出了螺旋地錨安裝間距由浮力控制安裝間距和應力控制安裝間距共同決定，兩者取小值的計算方法；確定了常見管徑和壁厚的螺旋地錨安裝間距并指出管徑較小時，安裝間距由應力控制，管徑較大時，安裝間距由浮力控制。為螺旋地錨穩管措施在長輸油氣管道中大規模應用提供理論依據。

【關鍵詞】螺旋地錨 穩管措施 安裝間距 受力分析

長輸管道在通過地下水位較高的軟土地區時，常用的穩管措施有壓重塊、平衡壓袋等。這些措施都是靠自身的重力來穩管，存在運輸不便，吊裝困難等缺點。螺旋地錨和其它穩管措施相比，具有安裝方便、運輸便捷、儲存占地面積小、浮力控制能力強、安全系數大、應用成本低等優點。此措施在國外工程中應用較廣泛，在國內工程中的應用較少，還沒有成熟的理論和計算方法來確定螺旋地錨的安裝間距。本文通過理論分析和計算，提出螺旋地錨安裝間距的計算方法，以便為螺旋地錨在管道建設中的應用提供理論依據。

1 管道受力分析

通過地下水位較高的軟土地區采用螺旋地錨的管道所受外力主要有：管道自重G，靜水浮力FS，地錨提供的下拉力QU(本計算未考慮管頂覆土的影響，詳見圖1）。為保證管道安全，應滿足以下兩個條件：1. 浮力應小于抗浮力；2. 管道彎曲變形引起的應力應小于允許應力。

圖1 管道受力分析圖

2 安裝間距計算

由受力分析可知，浮力應小于抗浮力可確定出一個地錨的安裝間距L1，管道應力小于允許應力也可確定出一個地錨安裝間距L2。

地錨的安裝間距L主要由浮力控制安裝間距L1 和應力控制安裝間距L2共同決定，兩者取小值。

（1）安裝間距L1的計算：

式中：W1為管道抗浮力，N/m；L1為由浮力控制安裝間距，m；Qu為每套螺旋地錨的設計拉力， N；G為單位長度管身自重，N/m；W為單位長度配重，N/m； Fs為單位長度管段靜水浮力，N/m； rw為所穿水域水的重度，N/ m3； Ds為管身結構的外徑，m；K1為穩定安全系數，取1.2。

（2）安裝間距L2的計算：

式中σh為內壓產生的環向應力，MPa；σa為內壓與溫度變化產生的軸向應力，MPa；Es為鋼管彈性模量，取2.0×105，MPa；μ為鋼管泊桑比，取0.3；α為鋼管線膨脹系數，取1.5×10-5，m/(m•℃)； t1為管道安裝閉合時的環境溫度，℃；t2為管道輸送介質的溫度，℃；σe為當量應力，MPa；σs為鋼管的最低屈服強度，MPa；M為鋼管均布荷載最大彎曲力距，N•m；W為鋼管截面系數，m3；I為鋼管截面慣性矩；Ds為鋼管外徑，m；ds為鋼管內徑，m。K2為穩定安全系數，建議取值范圍：1.2~1.5。

3 常見管徑及壁厚安裝間距

根據常見的管徑及壁厚計算得出螺旋地錨的安裝間距，詳見下表：

通過對不同的材質、管徑及壁厚進行計算可以得出，管徑較小時（＜1016mm），安裝間距由應力控制，管徑較大時（≥1016mm），安裝間距由浮力控制；材質及壁厚對其影響不大。

4 結束語

本文對高水位地區采用螺旋地錨的管道受力進行了分析；提出了螺旋地錨安裝間距由浮力和應力共同決定的計算方法；得出管徑較小時（＜1016mm），安裝間距由應力控制，管徑較大時（≥1016mm），安裝間距由浮力控制的結論， 為螺旋地錨浮力控制技術在長輸油氣管道中應用提供了理論依據。螺旋地錨在不同地質條件下的應用還有待探討。◢

參考文獻：

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《管道保護》2015年第3期（總第22期）