水中悬浮输送管道及其施工方法
【专利摘要】本发明涉及的是水中悬浮输送管道及其施工方法，其中的水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3～3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土形成；管道通过固定装置置入20～40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为张力腿固定结构，张力腿固定结构由抗拔桩、抗浮悬索构成，抗拔桩固定在水底，钢管或钢-混组合管与抗拔桩通过抗浮悬索连接。本发明改变了传统的水底管道铺设方式，将管道悬浮在水中，受力合理，安全性能高，并能降低工程造价，施工制作简单，使用期间维修检测方便，利于实时监控等。
【专利说明】水中悬浮输送管道及其施工方法
[0001]一、【技术领域】:
本发明涉及的是水工结构与结构工程领域中水中悬浮输送管道的制作及施工方法，具体涉及的是水中悬浮输送管道及其施工方法。
[0002]二、【背景技术】:
水下管道是敷设在江、河、湖、海的水下用来输送液体、气体或松散固体的管道。水下管道不受水深、地形等条件限制，输送效率高、耗能少。水底输送管道大多数埋于水下土层中，因而检查和维修较困难。同时，登陆部分常处于潮差段或波浪破碎区，易受风浪、潮流、冰凌等影响。水底输送管道因建造水上跨水结构或管线绕行会造成大量的工程量，因水上储存设施容量限制或穿梭油轮的接运不及时而存在迫使输送中止或停运的问题，还会因局部与河床或海床脱离悬空而造成安全隐患。
[0003]三、
【发明内容】
:
本发明的目的是提供水中悬浮输送管道，它用于解决现有水底铺设管道和水上跨越管道带来的工程造价高，施工繁琐和影响环境等因素的问题，本发明的另一个目的是提供了这种水中悬浮输送管道的施工方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3?3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土形成；管道通过固定装置置入20?40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为张力腿固定结构，张力腿固定结构由抗拔桩、抗浮悬索构成，抗拔桩固定在水底，钢管或钢-混组合管与抗拔桩通过抗浮悬索连接。
[0005]上述水中悬浮输送管道的施工方法:
先制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20?40米后，将预先拉结在抗拔桩上的抗浮悬索与管道上的预埋件连接；每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
[0006]一种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3?3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土形成；管道通过固定装置置入20?40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为固定支撑系统，固定支撑系统由钢管或钢-混组合管座在固定支座上，通过固定螺丝与固定支座连接，固定支座底部固定在水底基础上。
[0007]上述水中悬浮输送管道的施工方法:
先根据水底环境条件和管道稳定要求，确定固定支座的位置。支座基础可采用桩基础，在桩基础顶端做桩基承台，将固定支座安装在承台上或与承台整体浇筑，固定支座顶端预设与管道的连接装置；制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20?40米后，将管道与固定支座连接牢固，每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
[0008]一种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3?3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土形成；管道通过固定装置置入20?40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为水面漂浮装置，水面漂浮装置通过索或杆件将钢管或钢-混组合管和悬浮筒连接。
[0009]上述水中悬浮输送管道的施工方法:
先布置悬浮筒的位置，悬浮筒上预设埋件，将钢索(或杆件)与欲埋件连接；制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20?40米后，再将管道与钢索或杆件连接，每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
[0010]上述方案中钢管或钢-混组合管为圆形的。
[0011]上述方案中钢管或钢-混组合管为单根管。
[0012]有益效果:
1、本发明水中悬浮管道，改变了传统的水底管道铺设方式，将管道悬浮在水中，受力合理，安全性能高，并能降低工程造价，施工制作简单，使用期间维修检测方便，利于实时监控
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[0013]2、本发明中的薄壁钢管内衬混凝土组合截面，将管道设计成钢-混凝土组合截面管道，充分利用两种材料的力学性能和材料性能，提高了管道的承载能力和稳定性能，适用于大管径的输送管道。
[0014]3、本发明水中悬浮管道可实现水中交通，不受气候、天气、水面船只和水底条件的不利影响。比跨越管道和海底铺设管道更加安全经济，且对周围环境无影响。
[0015]四、【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明中固定支撑系统的结构示意图；
图3是本发明中水面漂浮装置结构示意图；
图4是本发明中钢管的截面示意图；
图5是本发明中钢-混组合管的截面示意图。
[0016]I管道 2抗浮悬索 3抗拔桩 4固定支座5悬浮筒6索 7钢管 8外层钢板 9内层钢板10细石混凝土 11水底基础。
[0017]五、【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
实施例1:
如图1所示，这种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3?3.0米，参阅图4，钢管7采用无缝钢管制作，参阅图5，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土形成，将两个钢板层作为悬浮管道管体的最外层和内侧壳，钢板层间用压力喷枪喷灌筑细石混凝土 10作为内衬，形成钢混凝土组合管道截面；管道I通过固定装置置入20?40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，将管道I的位移变形控制在允许的范围之内，保证管道I的结构安全和输送平稳。固定装置为张力腿固定结构，张力腿固定结构由抗拔桩3、抗浮悬索2构成，抗拔桩3固定在水底，钢管或钢-混组合管与抗拔桩3通过抗浮悬索2连接。本实施方式中管道截面为圆形，布置时可根据需求集束布置。
[0018]钢管道是目前最长用的管道。此外，输送管道可采用钢混凝土组合截面管。钢材具有较高的抗拉性能，混凝土具有较高的抗压性能，在钢板内喷射混凝土形成外包钢内衬混凝土的结构，使混凝土处于三向受压状态，限制了混凝土的横向变形，提高了混凝土的抗压性能，内衬混凝土对薄壁钢板提供侧向支撑和拉结，能有效防止钢板的屈曲失稳。钢板和混凝土之间的协同工作可克服两张材料性能的缺点，使各自的材料性能得到充分发挥。
[0019]上述水中悬浮输送管道的施工方法:
先制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内层钢板9、外层钢板8，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20?40米后，将预先拉结在抗拔桩3上的悬索与管道上的预埋件连接；每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
[0020]实施例2:
这种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3?3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土 10形成；管道I通过固定装置置入20?40m水深位置，固定装置为固定支撑系统，参阅图2，固定支撑系统由钢管或钢-混组合管座在固定支座上4,通过固定螺丝与固定支座4连接，固定支座4底部固定在水底基础11上，依靠固定支座4的支撑力、结构所受的水浮力和结构自重使悬浮管道稳定在水中，按照管道I的位移变形控制需求及水底环境条件等确定固定支座4的间距(即每节段管的长度)。固定支座4采用钢桁架结构或钢筋混凝土结构支座，固定支撑系统可采用钢筋混凝土结构、钢-混组合结构和钢结构。
[0021]上述水中悬浮输送管道的施工方法:
先根据水底环境条件和管道稳定要求，确定固定支座4的位置。支座基础可采用桩基础，在桩基础顶端做桩基承台，将固定支座4安装在承台上或与承台整体浇筑，固定支座4顶端预设与管道的连接装置；制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土 10作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20?40米后，将管道与固定支座4连接牢固，每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
[0022]实施例3:
这种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3?3.0米，钢管7采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土 10形成；管道通过固定装置置入20?40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为水面漂浮装置，参阅图3，水面漂浮装置通过索6或杆件将钢管或钢-混组合管和悬浮筒5连接。
[0023]上述水中悬浮输送管道的施工方法:
先布置悬浮筒5的位置，悬浮筒5上预设埋件，将钢索(或杆件)与欲埋件连接；制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土 10作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20?40米后，再将管道与钢索或杆件连接，每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
[0024]本发明工程造价低，施工简单，使用期间维修检测方便，利于监控，在水中油气输运，尤其在深海采油外输工程领域将会得到广泛的应用。
【权利要求】
1.一种水中悬浮输送管道，其特征在于:这种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3~3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土(10)形成；管道(I)通过固定装置置入20~40m水深位置，依靠水浮力、管道(I)自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为张力腿固定结构，张力腿固定结构由抗拔桩(3 )、抗浮悬索(2 )构成，抗拔桩(3 )固定在水底，钢管或钢-混组合管与抗拔桩(3 )通过抗浮悬索(2 )连接。
2.一种水中悬浮输送管道，其特征在于:这种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3~3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土( 10)形成；管道(I)通过固定装置置入20~40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为固定支撑系统，固定支撑系统由钢管或钢-混组合管座在固定支座(4 )上，通过固定螺丝与固定支座(4 )连接，固定支座(4)底部固定在水底基础(11)上。
3.一种水中悬浮输送管道，其特征在于:这种水中悬浮输送管道采用钢管或钢-混组合管，管内径0.3~3.0米，钢管采用无缝钢管制作，钢-混组合管由内、外两层钢管间喷灌筑细石混凝土(10)形成；管道(I)通过固定装置置入20~40m水深位置，依靠水浮力、管道自重和固定装置共同作用使管道稳定在水中，固定装置为水面漂浮装置，水面漂浮装置通过索(6)或杆件将钢管或钢-混组合管和悬浮筒(5)连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的水中悬浮输送管道，其特征在于:所述的钢管或钢-混组合管为圆形的。
5.根据权利要求1或2或3所述的水中悬浮输送管道，其特征在于:所述的钢管或钢-混组合管为单根管。
6.—种权利要求1所`述的水中悬浮输送管的施工方法，其特征在于:这种水中悬浮输送管道的施工方法: 先制作管道(I )，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土(10)作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20~40米后，将预先拉结在抗拔桩(3)上的抗浮悬索(2)与管道上的预埋件连接；每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
7.—种权利要求2所述的水中悬浮输送管的施工方法,其特征在于:这种水中悬浮输送管道的施工方法: 先根据水底环境条件和管道稳定要求，确定固定支座(4)的位置。
8.支座基础可采用桩基础，在桩基础顶端做桩基承台，将固定支座安装在承台上或与承台整体浇筑，固定支座(4)顶端预设与管道(I)的连接装置；制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土(10)作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20~40米后，将管道(I)与固定支座(4)连接牢固，每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤岸同时向中间组装节段。
9.一种权利要求3所述的水中悬浮输送管的施工方法,其特征在于:这种水中悬浮输送管道的施工方法: 先布置悬浮筒(5)的位置，悬浮筒(5)上预设埋件，将钢索(6)与欲埋件连接；制作管道，钢管采用无缝钢管或钢-混组合管，钢-混组合管的做法为，先形成内、外两钢板层，然后两个钢板层间用压力喷枪喷灌细石混凝土(10)作为内衬，形成管体；管道侧壁焊接预埋件，采用分段潜水的方法，即将整个管道分成若干段，每段两侧采用封堵板临时封堵；每段潜入要求的水深20~40米后，再将管道与钢索(6)或杆件连接，每段管道两端设有连接套管，安装时两个分段的端头先对接，然后采用带螺纹的套管扭紧连接，各段连接完成后去掉临时封堵板；水中管道与堤岸上的管道连通，实现施工顺序从堤岸的一边开始向中间组装节段，或从两侧堤 岸同时向中间组装节段。
【文档编号】F16L1/20GK103822019SQ201410087263
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】卢召红, 张文福, 薛景宏, 张光明, 王树伟, 计静 申请人:东北石油大学