一种浅海吹填区海底管线保护装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于：主要包括竖桩、斜桩、横梁、纵梁以及盖板，其中竖桩分布在吹填区内的海底管线的两侧，并且海底管线的单侧至少设有一排竖桩；在吹填区内以刚形体为起点沿管线方向呈阶梯式布局，并且是逐级增高；在最外侧竖桩上每隔一定距离设有一组斜桩；在竖桩的上顶部垂直管线方向通过紧固件铺设有横梁；在所述的横梁上表面沿海底管线方向通过紧固件铺设有纵梁；采取防护结构使管线上部的荷载呈台阶状分级过渡，从而使施工区外侧原地表荷载与施工区内侧完全吹填荷载之间管线所承受荷载可以均匀过渡，有效确保管线不发生大的弯曲变形突破极限应力导致管道破坏。
【专利说明】 一种浅海吹填区海底管线保护装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于海底管线保护【技术领域】，特别是涉及一种浅海吹填区海底管线保护装置。
【背景技术】
[0002]围海造路是沿海地区缓解土地供求矛盾、扩大社会生存和发展空间的有效手段，具有巨大的社会和经济效益。但是有时候围海造路会对其周围地上和地下的环境造成不可估量的影响。在围海造陆过程中，经常会出现规划区域覆盖一些海底管线例如油气管线等情况，海底管线通常承担着关系经济民生的重要用途，因此在围海造陆施工中必须对其进行专项的保护，以确保管线安全。
[0003]在围堤、防波堤等水工结构横跨海底管线设置的保护海底管线的刚性结构，称为刚性体，例如大圆筒装置。在吹填造陆范围内铺设的海底管线，当管线通过刚性体由外海进入吹填区内时，由于吹填，使管道上部的荷载大面积增加，同时由于管线很长，管线总处于局部荷载增加、局部荷载不变的状态，吹填区内吹填土产生的上覆重量会直接使管壁受到的应力增加，局部荷载的增加致使交叉处的管线产生挠曲变形，在管道中产生附加的拉、压应力。如果管道中的附加应力与管道在操作状态下原有应力(如温度和内压引起的应力)的组合超过管道材质的屈服应力时，管线将发生破坏。
[0004]鉴于此，我们引入了通过在应力集中区域进行荷载分级过渡理论，从而在吹填完成后降低对管线的应力影响，确保管线不受破坏。为了达到荷载分级过渡的目的，我们设计了分级荷载过渡的结构形式，通过不同区段不同桩顶标高的形式，使得吹填过程中的管线上部荷载分级传递至海底管线以下土层。
【发明内容】
[0005]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构简单、设计合理、安装使用方便、有效的保护了海底管线的浅海吹填区海底管线保护装置。
[0006]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0007]—种浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于:主要包括竖桩、斜桩、横梁、纵梁以及盖板，
[0008]其中竖桩分布在吹填区内的海底管线的两侧，并且海底管线的单侧至少设有一排竖桩；
[0009]在吹填区内以刚形体为起点沿管线方向呈阶梯式布局，并且是逐级增高；
[0010]在最外侧竖桩上每个一定距离设有一组斜桩；
[0011]在竖桩的上顶部垂直管线方向通过紧固件铺设有横梁；
[0012]在所述的横梁上表面沿海底管线方向通过紧固件铺设有纵梁；
[0013]在每个阶梯面的纵梁上表面通过紧固件铺设有盖板。
[0014]本实用新型还可以采用如下技术措施:[0015]所述斜桩与海底管线的径向方向的竖直断面的夹角α为30°?50° ;斜桩与海底管线轴线方向竖直断面的夹角β为40°?50°。
[0016]所述紧固件采用耙钉、自攻螺丝或者绑扎构件。
[0017]在所述相邻竖桩之间通过紧固件固定安装有桁架。
[0018]所述竖桩与相邻的横梁之间设有斜撑。
[0019]所述的竖桩、斜桩、横梁、纵梁以及盖板均采用木质结构。
[0020]本实用新型具有的优点和积极效果是:由于本实用新型将采用上述防护结构使管线上部的荷载呈台阶状分级过渡，从而使施工区外侧原地表荷载与施工区内侧完全吹填荷载之间管线所承受荷载可以均匀过渡，有效确保管线不发生大的弯曲变形突破极限应力导致管道破坏，该法即减少了采用完全保护所投入的大量的人力、物力，又减少了其施工机械和能源的浪费，是一种即环保又经济的结构。本实用新型施工便捷，保护结构顶面处于潮间区，尽量避免水下施工，所有上部结构单体组装，多断面形成流水作业，可充分利用潮间时间；对工料机要求低，材料渠道宽，船机稍作改造便可施工，减少工前准备时间，可操作性强。经济效益主要表现在设计结构实现了在简便工艺条件，可操作性强的施工方法下对海底管线形成有效安全的保护。全木质结构降低自重减弱刚性，可保证施工过程以及完工后的安全系数，对管线影响小，提高了安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是吹填区管线无防护结构的荷载分布示意图；
[0022]图2是吹填区内管线荷载分级过渡的荷载分布示意图；
[0023]图3是第一级分级过渡段的结构示意图；
[0024]图4是图3的1-1剖面图；
[0025]图5是图4中A部放大图；
[0026]图6是图3的I1-1I剖面图。
[0027]图中:1、竖桩；2、斜桩；3、横梁；4、纵梁;5、盖板；6、桁架；7、斜撑；8、海底管线；9、刚性体；10、紧固件。
【具体实施方式】
[0028]为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0029]请参阅图1至图6，一种浅海吹填区海底管线保护装置，主要包括竖桩1、斜桩2、横梁3、纵梁4以及盖板5，
[0030]其中竖桩I分布在吹填区内的海底管线8的两侧，并且海底管线的单侧至少设有一排竖桩I;竖桩I的排数根据可以根据实际情况进行选定，排数越多其稳定性就越强。
[0031]在吹填区内以刚形体9为起点沿管线方向呈阶梯式布局，并且是逐级增高，为便于说明，特定于靠近刚性体9的为第一级分级过渡段，台阶的个数根据实际分级过渡段的长度进行合理化选择；
[0032]在最外侧竖桩I上每个一定距离设有一组斜桩2 ；
[0033]在竖桩I的上顶部垂直管线方向通过紧固件铺设有横梁3 ；[0034]在所述的横梁3上表面沿海底管线方向通过紧固件铺设有纵梁4 ；
[0035]在每个阶梯面的纵梁3上表面通过紧固件铺设有盖板5。
[0036]本实用新型还可以采用如下技术措施:
[0037]所述斜桩2与海底管线8的径向方向的竖直断面的夹角α为30°~50° ;斜桩2与海底管线8轴线方向竖直断面的夹角β为40°~50°。
[0038]所述紧固件10采用耙钉、自攻螺丝或者绑扎构件。
[0039]在所述相邻竖桩I之间通过紧固件固定安装有桁架6。
[0040]所述竖桩I与相邻的横梁之间设有斜撑7。
[0041]上述保护装置的设计思路如下:
[0042](1)、根据围海造陆规划标高计算吹填荷载，确定吹填荷载的大小q,根据海底管线上岸段的埋深确定无吹填荷载海底管线段的荷载q0 ;
[0043](2)、结合弹性地基梁理论和数值计算方法对吹填荷载q下海底管线的变形和应力情况进行计算，确定海底管线的安全性；
[0044](3)、如果上述计算应力得出的组合应力过大，在一定长度海底管线范围内采取相应的保护结构使管线承受的荷载分级过渡增加，使荷载q分级过渡，即在第一分级段施加I，第二分级段施加q2，……第η分级段施加qn，最后的保护段施加到总荷载q，通过计算荷载差变形量确定荷载过渡段的总长度以及每级段的长度；由吹填荷载q和相应的分级荷载下海底管线的变形和应力计算来确定荷载过渡段的分级数；
[0045](4)、结合弹性地基梁方法和数值计算方法对荷载分级过渡后的海底管线进行相应的变形和应力组合计算，判断海底管线的安全性；
[0046](5)、根据上述计算的结果分析可能解决上述问题的荷载分级过渡保护结构；
[0047](6)、根据实际工况选择荷载分级过渡保护结构类型以及结构；
[0048](7)、根据上述选定的荷载分级过渡保护结构类型以及结构制定具体的施工方法。
[0049]所述的竖桩、斜桩、横梁、纵梁以及盖板均采用木质结构，全木质结构降低自重减弱刚性，可保证施工过程以及完工后的安全系数，对海底管线影响小，提高了安全性。
[0050]下面以渤西管线保护为例进一步说明，渤西管线区域内土质较软，强度指标低，并且在海上作业时，施工难度大。在吹填造陆渤西管线防护结构设计中，拟采用木桩防护结构的方案，方案在管线两侧分别打设两排木桩，每隔一定距离设置一对斜桩，用以承担吹填过程中产生的水平荷载，并且保证整体结构稳定，上部盖板采用木板。
[0051]设计保护结构有以下几个要点:
[0052](1)符合分级荷载过渡保护模型
[0053](2)满足施工可行性
[0054](3)满足工程经济性
[0055]该保护结构可将盖板以上的吹填土荷载由木桩传递到海底管线以下的土层，沿管线安装，以不同的盖板顶面标高分段，从而达到保护模型管线承受的吹填土荷载分级过渡的要求。具体以临港经济区三期14区渤西管线保护设计结构为例，本工程使用结构具体指标为:自吹填区与管线交汇边界在施工区域内形成的400m保护段作为保护范围，管线两侧每侧布置双排竖桩，保护段设有三级如图2，桩径20cm，两排内桩间距2.3m,单侧内外桩间距1.2m，沿轴线纵向桩间距为0.6m，轴线方向每隔4.Sm两侧布置斜桩用以承担吹填过程中产生的水平荷载，并保证整体结构稳定。在竖桩的顶部垂直于海底管线方向采用20cm*20cm方木架设横梁，在横梁的上方，沿海底管线方向架设20cm*20cm方木纵梁，纵梁间距为木桩设计间距，纵梁上部架设盖板，盖板采用木板，厚度为5cm，用来抵抗上部吹填荷载，使荷载通过木桩传递给基础。轴向方向相邻桩之间以直径约IOcm圆木祐1架连接确保稳定性。桩底统一标高为-8m，桩顶标高至起点开始O?150m为+2m，150?300m为+2.5m, 300?400m为+3m。盖板和纵梁采用自攻螺钉连接，其他各部件采用耙钉或绑扎连接，以确保结构稳定可靠。
[0056]由于本实用新型将采用上述技术方案，采取防护结构使管线上部的荷载呈台阶状分级过渡，从而使施工区外侧原地表荷载与施工区内侧完全吹填荷载之间管线所承受荷载可以均匀过渡，有效确保管线不发生大的弯曲变形突破极限应力导致管道破坏，该法即减少了采用完全保护所投入的大量的人力、物力，又减少了其施工机械和能源的浪费，是一种即环保又经济的方法。
[0057]另外本实用新型施工便捷，保护结构顶面处于潮间区，尽量避免水下施工，所有上部结构单体组装，多断面形成流水作业，可充分利用潮间时间；对工料机要求低，材料渠道宽，船机稍作改造便可施工，减少工前准备时间，可操作性强。经济效益主要表现在设计结构实现了在简便工艺条件，可操作性强的施工方法下对海底管线形成有效安全的保护。全木质结构降低自重减弱刚性，可保证施工过程以及完工后的安全系数，对管线影响小，提高了安全性。
[0058]以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于:主要包括竖桩、斜桩、横梁、纵梁以及盖板， 其中竖桩分布在吹填区内的海底管线的两侧，并且海底管线的单侧至少设有一排竖桩； 在吹填区内以刚形体为起点沿管线方向呈阶梯式布局，并且是逐级增高； 在最外侧竖桩上每隔一定距离设有一组斜桩； 在竖桩的上顶部垂直管线方向通过紧固件铺设有横梁； 在所述的横梁上表面沿海底管线方向通过紧固件铺设有纵梁； 在每个阶梯面的纵梁上表面通过紧固件铺设有盖板。
2.根据权利要求1所述的浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于:所述斜桩与海底管线的径向方向的竖直断面的夹角α为30°?50° ;斜桩与海底管线轴线方向竖直断面的夹角β为40°?50°。
3.根据权利要求1所述的浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于:所述紧固件采用耙钉、自攻螺丝或者绑扎构件。
4.根据权利要求1所述的浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于:在所述相邻竖桩之间通过紧固件固定安装有桁架。
5.根据权利要求1所述的浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于:所述竖桩与相邻的横梁之间设有斜撑。
6.根据权利要求1所述的浅海吹填区海底管线保护装置，其特征在于:所述的竖桩、斜桩、横梁、纵梁以及盖板均采用木质结构。
【文档编号】F16L1/20GK203614911SQ201320730152
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】宋俊强, 高伟, 王宇光, 赵伯韬, 余迪, 管新岗, 任燚 申请人:中交天航港湾建设工程有限公司