沙袋抛填处理海底管道悬跨施工方法浅析.PDF

沙袋抛填处理海底管道悬跨的施工方法浅析 生宏，邓平，张大伟，陈勇，于春涛，黄一峰 海洋石油工程股份有限公司，天津 300451 摘要：海底管道长距离的悬跨给管道设施安全运营造成了极大的隐患，考虑到渤海海区管道悬跨的特 点，一般考虑采用沙袋抛填法进行治理。对海底管道悬跨成因及主要处理方法进行了简单介绍，并结合工 程经验，对沙袋耗用量估算及沙袋抛填方法进行了比较，并综合分析，以便提高今后悬跨处理的效率和可 靠性。 关键词：海底管道；悬跨处理；沙袋抛填；施工方法 引言 在海底管道服役中，海底管道由于海流冲刷、海底沙坡移动及海底管道自身变形等因素， 易出现悬跨现象。当海底管道悬跨超过一定长度之后，因为受到其自重及潮流冲击的作用， 容易断裂，对海底管道的安全运营带来了诸多危险，并容易造成危害较大的原油、天然气泄 漏事故。目前，主要的悬跨处理方式包括沙袋回填、灌浆填充、机械结构支撑、抛填石块、 重物压载及人工海草等方法。本文主要叙述的是利用沙袋抛填，对悬跨位置进行支撑和掩埋 处理。在沙袋抛填过程中，受到涌浪水流等因素影响，如何实现精确抛投是影响施工效率及 处理效果的关键因素。本文介绍了几种常用的沙袋抛填方法，并对其特点做了对比分析。 1 海底管道悬跨成因及主要处理方法 海洋环境变化及人类渔业、航运等生活活动增加，均会造成海底管道悬跨，主要成因主 要包括海床稳定性差、海底地形地貌不平坦、海床收到潮流冲刷、结构物存在应力导致变形 等。 图1 海底地形形成的多段不连续悬跨 目前，主要的悬跨处理方式包括沙袋回填、灌浆填充、机械结构支撑、抛填石块、重物 压载及人工海草等方法。沙袋回填采用抛放沙袋，是沙袋在管道底部行程支撑。灌浆填充采 用灌浆设备，在管带底部填充一个砂浆袋形成支撑。这两种方法形成的效果详见图2 所示。 机械支架采用专门设计的钢结构支架，在管道底部行程支撑，如图3所示。抛填石块是采用 砾石、石子等材料抛填，在管线周围分布放置管道涡旋冲刷。重物压载是采用压块等物体压 住管线，使得管线贴近泥面，减小悬跨。人工海草则是铺装仿生草垫，汇集泥沙，使得管道 悬跨位置行程回淤，减轻悬跨。 1 图2 沙袋回填及灌浆填充示意图 图3 机械支架处理悬跨示意图 2 沙袋抛填介绍 沙袋抛填是指使用沙袋对悬跨海底管道的底部进行支撑充填，并对管线进行覆盖。沙袋 内一般是沙子与水泥混合物，便于混合物遇水凝固成型，形成不易被冲刷的海底支撑物。沙 袋抛填之前，需要预先定位管道悬跨的精确位置并掌握悬跨情况。一般采用差分定位系统、 侧扫声呐、浅地层剖面仪等设备，预先对目标区域进行调查。同时，可利用潜水员在悬跨位 置进行水下探摸调查，确定悬跨情况，用于抛投施工方案的决策。 在渤海海域，这种方法容易施工且成本较低。同时，在某些海域，由于海底冲刷严重， 也容易因为沙袋的流失而造成二次悬跨。因此，此方法的优点是施工作业相对简单，可以在 管道不停产的情况下实施，对管道保护的范围较大， 对同一平台周围的数条管道均可以起 到一定保护作用。 这种方法的缺点是可靠性不高，易受较多不确定因素的影响，抛填的沙 袋有再次被冲刷淘走的可能，造成管道再次悬空。 3 沙袋用量估算 根据相关施工经验，沙袋将海底管道悬跨位置填充之后，还会在海底管道两侧及上表面 形成一个覆盖层。我们假设抛填之后形成一个梯形的截面，如下图4 所示。图中，梯形截面 角度为30°，H0 为海底管道悬跨高度，H1为在海底管道上表面形成的覆盖层，一般为0.5 米，H2 为沙袋抛投形成截面梯形的上表面。某段海底管道外径为D，其悬跨距离为L，沙 袋中沙子水泥混合物密度为ρ，则该段管道所需抛填沙袋理论质量M0 为。       M 0 3* H 0H 1D 0.5*H 2 * H 0H 1D *L *     