海底輸水管道及配重塊整體穩定性設計

徐海寧 祁峰 王恒棟

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司 200092)

引言

目前我國對海底管道的研究主要集中在海底石油管道,對于近海海底輸水管道的研究仍很薄弱,隨著海底輸水管線設計施工項目的不斷開展,很多針對性較強的技術問題亟待研究和解決。

海底輸水管道輸送介質為凈水,所在海域多為淺海,管材選用PE 管[1]。由于PE 管材的密度比周圍水的密度小,水下PE 管道會在外力作用下出現滑移,因此必須安裝混凝土配重塊來維持其穩定。除此之外,混凝土配重塊還可以用來抵抗管道內部氣體積聚引發的浮力、水流荷載、波浪荷載,以保證管線的穩定性。

1 配重比及充氣率

為了工程上的描述方便,定義配重比ad這樣一個技術指標,此參數經過試驗證明與管道的位移直接相關,公式如下:

式中:Wcw為分布在每米管道上的混凝土配重塊在水中的浮重量;D為管道外徑;γw為周圍水的比重。

還有一個國際上常用的描述類似情況的參數叫“充氣率”,公式如下:

式中:Wpipew為管道在水中的重量(負值);d為管道內徑。

“充氣率”是指在海水中,PE 管道內部填充一定程度的空氣而管道不漂浮的比率,這一定義將管道自重考慮在內。應注意的是,如果說一段管道的空氣填充率是30%,并不意味著一定要在管道使用過程中向其內部填充30%的空氣,而只是通過這一參數來代表管道配重量的大小[2]。

2 混凝土配重塊的分類

根據形狀的不同,混凝土配重塊可分為矩形、圓形、馬鞍形三種類別,如圖1 所示。……