一种大直径超长HDPE管道陆上出运轨道入水段设置方法与流程

本发明涉及港口工程、交通工程、水利工程等领域，特别是涉及一种大直径超长hdpe管道陆上出运轨道入水段设置方法。

背景技术：

高密度聚乙烯管(以下简称hdpe管)广泛应用于给(引)水系统、排水系统和燃气输送等多个领域。hdpe管线需进行陆上焊接和陆上出运、管段完成陆上状态至水上状态的过渡后，才能进一步开展海上浮运、沉放、定位乃至对接等工序，完成管段安装。

大直径超长hdpe管具有刚性与柔性相结合的特点，即随着管长加大，管道柔性逐渐体现，这一特性对动力系统和管段两侧同步性控制提出了很高要求，尤其是出运轨道入水段的坡比设计具有巨大影响。如果出运轨道入水段相邻轨道坡比变化过大，由于入水段管道尚未完全起浮，其所受浮力仍小于自身重力，造成管头下坠，此时在刚性管节的“悬挑”作用下，变坡点附近的管道发生悬空而脱离出运小车，此时悬空管段的重量由变坡点处的出运小车承担，这极大的增加了小车所受承载力，造成小车采购成本的大幅增加；而采用单一轨道坡度或变化较小的相邻轨道坡比，则意味着出运轨道的施工工程量巨大，且水下施工不便，同样增加了生产成本。

因此，研发一种适用于大直径超长hdpe管线陆上出运入水段轨道设置方法成为了一个亟需解决的技术难题

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大直径超长hdpe管道陆上出运轨道入水段设置方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种大直径超长hdpe管道陆上出运轨道入水段设置方法，其包括以下步骤：

s1：确定出运轨道总长度，入水段轨道长度为出运轨道总长度1/12；

s2：根据管道自重以及配件负重，管道入水端浮力以及管道前端牵引力，确定管道所受荷载；

s3：确定干边界条件与湿边界条件；

s4：建立模型，对管道入水过程进行受力计算分析；

s5：根据不同坡比组合，确定入水段出运轨道坡度。

进一步作为本发明技术方案的改进，在步骤s1中，所述出运轨道总长度根据单段管段最大长度和管道焊接所需空间共同确定。

进一步作为本发明技术方案的改进，在步骤s1中，所述入水段轨道通过坡度减缓的坡比组合，将入水段轨道前段顶标高由水面以上降低至水面以下，将出运轨道过渡至海床面。

进一步作为本发明技术方案的改进，在步骤s2中，所述管道两端通过盲板封堵，所述管道以密闭状态进行陆上出运，所述管道未灌水之前可漂浮于海面。

进一步作为本发明技术方案的改进，在步骤s3中，所述干边界条件为出运轨道下滑段与出运轨道入水段的边界条件，所述管道与所述出运轨道始终接触。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述湿边界条件为管道入水过程中管道的控制单元的边界条件。

进一步作为本发明技术方案的改进，在步骤s4中，针对入水段轨道变坡点处出运小车受力分析，并以此作为控制性工况进行动态分析，获取各单段管道的控制单元依次越过各变坡点时，单段管道和出运小车的受力状态，获取管道在各个位置的受力状态。

进一步作为本发明技术方案的改进，当管道前段入水起浮后，当管道前段平稳漂浮在海面上时，结束动态数值分析过程。

进一步作为本发明技术方案的改进，在步骤s5中，根据出运承重设备以及轨道施工工程量平衡确定所述入水段轨道坡比组合。

本发明的有益效果：此大直径超长hdpe管道陆上出运轨道入水段设置方法，保证管道安全高效出运的同时，又减小出运系统的工程量，尤其适用于大直径超长高密度聚乙烯管道的陆上出运工作，节省了时间成本和经济成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例总体平面布置示意图；

图2为本发明实施例边坡点工况示意图；

图3为本发明实施例计算模型示意图；

图4为本发明实施例出运轨道的典型端面示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1-图4，一种大直径超长hdpe管道陆上出运轨道入水段设置方法，其包括以下步骤：

s1：根据场地需求空间和管线总重，确定出运轨道100总长度，入水段出运轨道100长度为出运轨道100总长度1/12。

s2：根据管道200自重以及配件负重，管道200入水端浮力以及管道200前端牵引力，确定管道200所受荷载；

s3：确定干边界条件与湿边界条件；

s4：建立模型，对管道200入水过程进行受力计算分析；

s5：根据不同坡比组合，确定入水段轨道坡度。

具体地，布置出运轨道100时，根据待出运管道200的管长、管重及管道200直径来确定出运轨道100的设计参数。其中，出运轨道100总长度根据单段管段最大长度和管道200焊接所需空间共同确定。其中，水平段110长l1、斜坡段120长l2，入水段130总长为l3，通过出运轨道100线型组合，将轨道前端顶标高由水面以上降至水面以下，将出运轨道100过渡至海床面。

进一步地，出运轨道100的水平段110长度为出运轨道100总长度的5/12，斜坡段120坡比1:70、长度为出运轨道100总长度的6/12、入水段130坡比为1:50-1:35-1:25-1:20-1:2、长度为出运轨道100总长度的1/12，首先通过四段慢慢转陡的斜坡将轨道由水面以上渐次降至水面以下，最后由坡比为1:2的陡坡将轨道过渡到海床面。

用于水下安装的大直径超长hdpe管道，通常由hdpe管节、配重块210和用于封堵管道端口的盲板组成。管道200两端通过盲板封堵，管道200以密闭状态进行陆上出运，管道200未灌水之前可漂浮于海面。

根据管道200自重以及配件负重等数据，确定管道200所受荷载。对于斜坡段120，需要确定斜坡段120与入水段130的边界条件。由于斜坡段120为单一坡度，是水平段110与入水段130的过渡段，因此管道200与出运轨道100始终接触，即管道(含出运小车300)与轨道之间的相互作用始终存在。根据这种现状，在midas计算程序中，选用只受压节点弹性支承，用于描述出运小车300和斜坡段120间的相互作用。位于边坡上的管道，由于轨道坡度连续变化，并且由于短管节刚性占主导地位，会造成相邻两段变坡上的管道产生一定的悬空，即管道需有定量的竖向位移后，管道(含出运小车300)才会与轨道发生相互作用。为解决这一问题，采用只受压间隙单元及一般支承，用于描述陆上出运过程中管道与入水段130轨道间的相互作用。

管道200前端入水后，由于管道200和配重块210所受浮力与入水深度为非线性关系，为精确模拟管道200入水过程中的受力变化，采用有限元的思想方法，对待出运管道200和配重块210的浮力进行离散化模拟。具体说来，将长为lhdpe的待出运管道划分成为δl的管道控制单元，每个配重块210区域作为一个控制单元。如图所示，利用弹簧模型针对各个控制单元的浮力进行模拟，将对应吃水深度下的浮力作为弹簧弹力输入到midas软件中的多折线形，并在输入管道自重、配重块210自重后，开始计算。

需要注意的是，在软件多折线性输入参数中，当管道200吃水深度超过管道200直径时，说明管道200已完全淹没于水下，此时弹簧弹力应为常量；由于管道200出运过程是连续的过程，由前文所述，当管道和出运小车300位于变坡点处时，由于管道的刚性占主导地位，部分变坡段轨道上的管道悬空，这就导致了管道和配重块210的重量集中作用于相邻的出运小车300上，可能会超出出运小车300的承载力，为最不利工况。

因此，大直径超长hdpe管道出运动态数值分析主要针对变坡点处出运小车300的受力状态进行分析，以此作为控制性工况进行研究，并且需要逐次分析长为1*δl、2*δl、3*δl…n*δl(n＝lhdpe/δl)的管道控制单元依次越过各变坡点时，管道控制单元和出运小车300的受力状态，以便完整的获取管道出运过程在各个位置的受力状态。当管道前段入水起浮后，管道200和配重块210所受浮力可用于抵抗管道部分重力，以减小出运小车300的集中荷载，当管道前段平稳漂浮于海面上时，由于出运小车300已度过极限使用状态，此时可结束动态数值分析过程。按该分析方法对其他相邻变坡段夹角进行分析，得到不同相邻变坡段夹角与小车300的最大受力的关系，最终确定最优入水段轨道坡度。

本发明采用坡度慢慢渐陡轨道入水段，将轨道顶标高由水上过渡至水下，既节省了轨道施工工程量，又降低了对出运承重设备的要求，尤其适用于大直径超长高密度聚乙烯管道的陆上出运工作，出运效率高、对船机设备要求低、易于操作。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。